CN117691151B - 一种燃料电池运行监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池运行监测方法及系统，具体涉及电池监测技术领域，通过分析微电网近期对燃料电池的使用频繁程度和当前燃料电池的运行负荷，评估燃料电池存在运行风险的程度，其次，监测燃料电池中每个单元的电流均衡情况，并评估各单元之间的负载分布均匀性，获取近期燃料电池内的氢气压力数据分析氢气压力的波动程度，对燃料电池运行时的氧气供应进行评估；当燃料电池存在较大的运行风险时，综合考虑负载分布均匀性、氢气泄漏风险程度以及氧气供应能力，对燃料电池的运行故障进行提前预警，通过多角度的监测和评估，有助于提高燃料电池运行的安全性、可靠性，减少燃料电池的潜在故障对微电网稳定运行的影响。

Description

一种燃料电池运行监测方法及系统

技术领域

本发明涉及电池监测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种燃料电池运行监测方法及系统。

背景技术

微电网是一个小规模的、局部的电力系统，通常包含本地发电、能量储存、能源管理系统和负荷，能够在需要时与主电网连接，也可以独立运行。燃料电池是一种将化学能转换为电能的设备，通常使用氢气和氧气作为燃料，在电化学反应中产生电力和水。在微电网中，燃料电池可以作为可再生能源的一部分，提供持续、高效和相对清洁的电力。例如，微电网中的燃料电池可以与太阳能电池板、风力发电机等可再生能源设备集成。这种整合可以弥补可再生能源的间歇性和波动性，提高微电网的稳定性。

在燃料电池运行中，如果不能及时对燃料电池在运行时的运行风险进行预警，可能导致燃料电池系统发生故障或异常，进而引发安全风险，如氢气泄漏、电池过热等。这可能对设备、人员和环境造成潜在危险，并影响微电网的整体可靠性，导致电力供应中断或不稳定，运行中的燃料电池问题可能导致电力输出的不稳定性，影响微电网的电力质量。

为了解决上述问题，现提供一种技术方案。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种燃料电池运行监测方法及系统以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种燃料电池运行监测方法，包括如下步骤：

S1：对微电网近期使用燃料电池的频繁程度进行分析，对当前燃料电池的运行负荷进行分析，根据微电网近期使用燃料电池的频繁程度和当前燃料电池的运行负荷对燃料电池存在运行风险的程度进行评估，并将燃料电池存在运行风险的程度分为燃料电池存在运行风险的程度大和燃料电池存在运行风险的程度小；

S2：检测燃料电池中的每个单元的电流均衡情况，对各个单元之间的负载分布的均匀性进行评估；

S3：获取近期燃料电池内的氢气压力数据，对近期燃料电池内的氢气压力数据的波动程度进行分析，对燃料电池的氢气泄漏风险程度进行评估；

S4：对燃料电池运行时的氧气供应是否达到预设要求进行评估，评估燃料电池运行时的氧气供应的能力；

S5：当燃料电池存在运行风险的程度大时，将各个单元之间的负载分布的均匀性、燃料电池的氢气泄漏风险程度以及燃料电池运行时的氧气供应的能力进行综合分析，对燃料电池的运行故障进行预警。

在一个优选的实施方式中，在S1中，设定时间区间T1；获取时间区间T1内燃料电池的开启次数，将时间区间T1内燃料电池的开启次数与时间区间T1对应的时间长度的比值标记为电池开启频率；

获取时间区间T1内燃料电池运行的时间长度，将时间区间T1内燃料电池运行的时间长度与时间区间T1对应的时间长度的比值标记为电池运行比；

将电池开启频率和电池运行比去单位处理，将去单位处理后的电池开启频率和电池运行比进行加权求和，计算电池运行频繁指数；

设定时间区间T2；获取在时间区间T2内的燃料电池的功率，计算燃料电池在时间区间T2内的平均功率，将燃料电池在时间区间T2内的平均功率标记为当前负荷值。

在一个优选的实施方式中，设定电池运行频繁指数阈值，将电池运行频繁指数与电池运行频繁指数阈值进行比较：当电池运行频繁指数大于电池运行频繁指数阈值，生成运行频繁信号；当电池运行频繁指数小于等于电池运行频繁指数阈值，生成运行频繁正常信号；

设定当前负荷值阈值，将当前负荷值与当前负荷值阈值进行比较：当当前负荷值大于当前负荷值阈值，生成负荷风险信号；当当前负荷值小于等于当前负荷值阈值，生成负荷正常信号；

只要生成运行频繁信号或负荷风险信号的其中之一，生成运行风险监测信号；当生成运行频繁正常信号，且生成负荷正常信号，生成运行风险正常信号。

在一个优选的实施方式中，在S2中，测量每个燃料电池中单个单元的电流值；将单个单元的电流值标记为，是第个单元的电流值，为单元的编号；

计算燃料电池中所有单元的电流值的平均值，其表达式为：；

通过对每个单元电流值与所有单元的电流值的平均值的差异进行分析，计算负载均匀指数，其表达式为：；其中，为负载均匀指数，为燃料电池中单元的数量，，均为正整数。

在一个优选的实施方式中，在S3中，设定压力监测区间；在压力监测区间内在时间顺序上均匀设置多个监测点，获取每个监测点对应的氢气压力值；

根据压力监测区间内氢气压力值的波动程度进行分析，计算氢压风险指数，其表达式为：，其中，分别为氢压风险指数、压力监测区间内第个监测点对应的氢气压力值以及压力监测区间内第个监测点对应的氢气压力值，为压力监测区间内监测点的数量，，均为大于1的整数。

在一个优选的实施方式中，在S4中，获取实时的燃料电池运行中的氧气输入浓度，获取燃料电池运行中的预设氧气输入浓度；

根据实时的氧气输入浓度和预设氧气输入浓度的差异，计算氧气输入偏差比，氧气输入偏差比为实时的氧气输入浓度和预设氧气输入浓度的偏差值与预设氧气输入浓度的比值。

在一个优选的实施方式中，当生成运行风险监测信号，将负载均匀指数、氢压风险指数以及氧气输入偏差比进行归一化处理，将归一化处理后的负载均匀指数、氢压风险指数以及氧气输入偏差比分别赋予预设比例系数，计算燃电运行故障预警系数；

设定燃电运行故障预警阈值；将燃电运行故障预警系数与燃电运行故障预警阈值比较，对燃料电池的运行故障进行预警：

当燃电运行故障预警系数大于燃电运行故障预警阈值，生成燃电故障预警信号；

当燃电运行故障预警系数小于等于燃电运行故障预警阈值，生成燃电故障正常信号。

在一个优选的实施方式中，一种燃料电池运行监测系统，包括风险初步评估模块、负载均匀评估模块、泄漏风险评估模块、氧气供应评估模块以及运行故障预警模块；

风险初步评估模块对微电网近期使用燃料电池的频繁程度进行分析，对当前燃料电池的运行负荷进行分析，根据微电网近期使用燃料电池的频繁程度和当前燃料电池的运行负荷对燃料电池存在运行风险的程度进行评估；

负载均匀评估模块检测燃料电池中的每个单元的电流均衡情况，对各个单元之间的负载分布的均匀性进行评估；

泄漏风险评估模块获取近期燃料电池内的氢气压力数据，对近期燃料电池内的氢气压力数据的波动程度进行分析，对燃料电池的氢气泄漏风险程度进行评估；

氧气供应评估模块对燃料电池运行时的氧气供应是否达到预设要求进行评估，评估燃料电池运行时的氧气供应的能力；

当燃料电池存在运行风险的程度大时，运行故障预警模块将各个单元之间的负载分布的均匀性、燃料电池的氢气泄漏风险程度以及燃料电池运行时的氧气供应的能力进行综合分析，对燃料电池的运行故障进行预警。

本发明一种燃料电池运行监测方法及系统的技术效果和优点：

1、通过分析微电网近期对燃料电池的使用频繁程度和当前燃料电池的运行负荷，评估燃料电池存在运行风险的程度，其次，监测燃料电池中每个单元的电流均衡情况，并评估各单元之间的负载分布均匀性，有助于发现潜在的不均衡问题，从而提前预防或修复；通过获取近期燃料电池内的氢气压力数据，系统分析氢气压力的波动程度，以评估氢气泄漏的风险，确保系统的安全性。同时，通过对燃料电池运行时的氧气供应进行评估，保证氧气供应的充足性，提高电池的稳定性和性能。

2、当检测到燃料电池存在较大的运行风险时，综合考虑负载分布均匀性、氢气泄漏风险程度以及氧气供应能力，通过多角度的监测和评估，强调了对燃料电池系统多方面因素的关注，对燃料电池的运行故障进行提前预警，有助于提高燃料电池运行的安全性、可靠性，减少燃料电池的潜在故障对微电网稳定运行的影响，为系统操作和维护提供了有益的参考依据。

附图说明

图1为本发明一种燃料电池运行监测方法示意图；

图2为本发明一种燃料电池运行监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1给出了本发明一种燃料电池运行监测方法，其包括如下步骤：

S1：对微电网近期使用燃料电池的频繁程度进行分析，对当前燃料电池的运行负荷进行分析，根据微电网近期使用燃料电池的频繁程度和当前燃料电池的运行负荷对燃料电池存在运行风险的程度进行评估，并将燃料电池存在运行风险的程度分为燃料电池存在运行风险的程度大和燃料电池存在运行风险的程度小；

S2：检测燃料电池中的每个单元的电流均衡情况，对各个单元之间的负载分布的均匀性进行评估。

S3：获取近期燃料电池内的氢气压力数据，对近期燃料电池内的氢气压力数据的波动程度进行分析，对燃料电池的氢气泄漏风险程度进行评估。

S4：对燃料电池运行时的氧气供应是否达到预设要求进行评估，评估燃料电池运行时的氧气供应的能力。

S5：当燃料电池存在运行风险的程度大时，将各个单元之间的负载分布的均匀性、燃料电池的氢气泄漏风险程度以及燃料电池运行时的氧气供应的能力进行综合分析，对燃料电池的运行故障进行预警。

通常情况下，燃料电池在微电网中会在需要额外电力时才被启动运行。微电网的运行模式和能源管理系统通常会监测和调整电力需求，以确保系统能够在需要时调用燃料电池，以满足额外的电力需求。

在S1中，设定时间区间T1，时间区间T1为实时的区间，即时间区间T1的终点为实时时间点，且时间区间T1对应的时间长度是固定的，时间区间T1对应的时间长度是根据实际监测需求进行设定的，例如，将时间区间T1设置为2小时。

获取时间区间T1内燃料电池的开启次数，将时间区间T1内燃料电池的开启次数与时间区间T1对应的时间长度的比值标记为电池开启频率。

记录时间区间T1内的燃料电池的开启和关闭时间，根据燃料电池的开启和关闭时间，获取时间区间T1内燃料电池运行的时间长度，将时间区间T1内燃料电池运行的时间长度与时间区间T1对应的时间长度的比值标记为电池运行比。

将电池开启频率和电池运行比去单位处理，将去单位处理后的电池开启频率和电池运行比进行加权求和，计算电池运行频繁指数，其表达式为：，其中，分别为电池运行频繁指数、电池开启频率以及电池运行比；分别为电池开启频率和电池运行比的权重，且均大于0。

电池运行频繁指数越大，微电网使用燃料电池的频繁程度越高，使用的越频繁，启停过程中，燃料电池系统会经历热循环，这可能导致温度的变化。过于频繁的热循环可能增加组件的热应力，对燃料电池系统的稳定性和耐久性产生影响，燃料电池的运行风险也会受到不利影响。

设定时间区间T2，时间区间T2为实时的区间，即时间区间T2的终点为实时时间点，且时间区间T2对应的时间长度是固定的，时间区间T2对应的时间长度是根据实际监测需求进行设定的，例如，将时间区间T2设置为30秒。

分析当前燃料电池的运行负荷：获取在时间区间T2内的燃料电池的功率，计算燃料电池在时间区间T2内的平均功率，将燃料电池在时间区间T2内的平均功率标记为当前负荷值，当前负荷值越大，说明在时间区间T2内的燃料电池的运行负荷越大，高运行负荷可能导致燃料电池系统产生更多的热量。如果散热不足或者系统设计不当，可能导致系统温度升高，进而影响燃料电池的性能和寿命，在高运行负荷下，可能需要更多的燃料和氧气供应，这可能增加燃料电池系统内部的气体压力。如果系统设计不当或者不具备足够的安全措施，可能增加气体泄漏或系统压力超过安全限制的风险，即燃料电池存在运行风险。

设定电池运行频繁指数阈值，将电池运行频繁指数与电池运行频繁指数阈值进行比较：

当电池运行频繁指数大于电池运行频繁指数阈值，生成运行频繁信号；

当电池运行频繁指数小于等于电池运行频繁指数阈值，生成运行频繁正常信号。

设定当前负荷值阈值，将当前负荷值与当前负荷值阈值进行比较：

当当前负荷值大于当前负荷值阈值，生成负荷风险信号；当当前负荷值小于等于当前负荷值阈值，生成负荷正常信号。

只要生成运行频繁信号或负荷风险信号的其中之一，生成运行风险监测信号；当生成运行频繁正常信号，且生成负荷正常信号，生成运行风险正常信号。

当生成运行风险监测信号，此时燃料电池存在运行风险的程度大，需要对燃料电池进行进一步的运行监测。

当生成运行风险正常信号，此时燃料电池存在运行风险的程度小，无需对燃料电池进行进一步的运行监测。

其中，电池运行频繁指数阈值是本领域专业技术人员根据电池运行频繁指数的大小以及对电池运行频繁对燃料电池的安全风险的要求标准等其他实际情况进行设定的，此处不再赘述。当前负荷值阈值是本领域专业技术人员根据当前负荷值的大小以及对燃料电池的功率的安全要求标准等其他实际情况进行设定的，此处不再赘述。

燃料电池通常由多个单元组成，每个单元是一个独立的燃料电池装置。它通常包括阳极、阴极、电解质膜（例如，在PEMFC中）等组件。在工作过程中，单元通过将燃料（如氢气）和氧气与电解质膜之间进行电化学反应来生成电能。每个单元的输出电压相互叠加，形成整个燃料电池的输出电压。

检测燃料电池中每个单元的电流均衡情况，并对各个单元之间的负载分布均匀性进行评估，通过监测电流均衡，可以发现燃料电池中是否存在负载分布不均匀的问题，负载不均匀可能导致一些单元工作负担较重，而另一些单元负担较轻，这可能导致部分单元的寿命缩短，从而降低整个燃料电池系统的寿命，负载均衡不仅影响性能和寿命，还可能影响燃料电池运行的稳定性，负载不均匀可能导致某些单元过度工作，增加了燃料电池发生故障或失效的风险，监测电流均衡不仅有助于评估当前系统状态，还可以提供及时的警报，使操作人员能够迅速采取措施来调整系统、维护故障单元，从而最小化潜在问题的影响。

在S2中，测量每个燃料电池中单个单元的电流值，确保准确测量每个单元的电流值。每个单元的电流值的测量涉及到电流传感器或其他测量设备的使用。

将单个单元的电流值标记为，是第个单元的电流值，为单元的编号。

计算燃料电池中所有单元的电流值的平均值，其表达式为：。

通过对每个单元电流值与所有单元的电流值的平均值的差异进行分析，计算负载均匀指数，其表达式为：；其中，为负载均匀指数，为燃料电池中单元的数量，，均为正整数。

负载均匀指数越大，说明单元电流值与所有单元的电流值的平均值的差异较大，而较大的差异表明存在单元之间的不均匀的负载分布。过度负载的单元可能在燃料电池中运行不稳定，导致电压波动或其他不良效应。这可能影响燃料电池的性能和可靠性，甚至导致燃料电池的停机。不均匀的负载分布可能导致某些部分的过热或其他不正常工作条件，增加了燃料电池发生故障或安全问题的风险。

在S3中，氢气供应通常涉及氢气储罐或氢气输送系统，氢气可以从氢气储罐中提取，这些储罐通常含有高纯度的氢气，氢气输送系统可以将氢气从生产或供应站输送到燃料电池系统。

设定压力监测区间，压力监测区间为实时的时间区间，压力监测区间的终点为实时的时间点，且压力监测区间对应的时间长度是固定的，压力监测区间对应的时间长度是根据实际监测需求进行设定的。

在压力监测区间内在时间顺序上均匀设置多个监测点，获取每个监测点对应的氢气压力值：选择适当的氢气压力传感器或监测装置。这些装置应具有足够的灵敏度和精度，以确保准确地获取氢气压力数据。连接氢气压力传感器或监测装置到数据采集系统。设置数据采集系统以按照预定的频率获取氢气压力值。

在燃料电池运行的正常情况下氢气压力值应该是保持在一个固定范围内，若氢气压力值频繁变化，频繁的氢气压力变化可能是由气体泄漏引起的。泄漏可能发生在氢气管道、连接件或其他系统组件上，导致氢气压力不断波动。泄漏是严重的安全问题，需要及时检测和修复。燃料电池系统的某些组件可能出现故障或不稳定，导致氢气压力的不规律变化。这可能包括氢气供应系统、压力调节器等。控制系统的故障可能导致对氢气压力的控制不当，从而引起频繁的压力变化。这可能包括控制算法、传感器故障等问题。

根据压力监测区间内氢气压力值的波动程度进行分析，计算氢压风险指数，其表达式为：，其中，分别为氢压风险指数、压力监测区间内第个监测点对应的氢气压力值以及压力监测区间内第个监测点对应的氢气压力值，为压力监测区间内监测点的数量，，均为大于1的整数。

氢压风险指数越大，压力监测区间内氢气压力值的波动程度越大，随着氢压风险指数的增大和氢气压力值波动的增加，燃料电池中发生氢气泄漏的风险可能会提高。频繁的氢气压力波动可能是气体泄漏的迹象，因为泄漏会导致氢气压力不断变化。氢气泄漏是严重的安全问题，可能导致爆炸和其他危险。高度波动的氢气压力可能导致燃料电池系统的运行不稳定。这可能影响燃料电池运行的性能、效率和可靠性，因为氢气压力的变化可能影响反应速率和氢气的供应。氢气泄漏和不稳定的运行可能导致系统的整体安全性降低。这对于氢气作为燃料的系统尤为重要，因为氢气是高度可燃的。

在S4中，氧气供应对于燃料电池的正常运行至关重要，而供应过多或过少都可能对系统产生负面影响。

氧气供应过多的影响：过多的氧气可能导致氧气过剩，进而影响电池内部的化学反应。这可能导致反应的非理想条件，降低燃料电池的效率。过多的氧气可能增加氢气的燃烧风险。在极端情况下，可能导致爆炸或火灾的危险。

氧气供应过少的影响：不足的氧气供应会导致氧化还原反应受限，减缓燃料电池的反应速率。这可能导致电池输出功率降低。缺乏足够的氧气供应可能导致电池工作在非理想条件下，从而影响燃料电池的整体效率。氧气供应不足可能导致系统部件的过早老化，降低燃料电池的寿命。

获取实时的燃料电池运行中的氧气输入浓度；基于燃料电池的运行系统，获取燃料电池运行中的预设氧气输入浓度。

获取实时的燃料电池运行中的氧气输入浓度，具体为：

选择适当类型和规格的氧气传感器。可选择不同类型的传感器，如电化学传感器或光学传感器，具体选择取决于应用的要求。

在燃料电池系统中选择合适的位置安装氧气传感器。确保传感器的位置能够准确反映氧气浓度的变化，并根据传感器型号和制造商的安装指南进行安装。

监测实时的氧气浓度数据。这些数据可以用于评估氧气输入浓度的变化，检测系统中的异常情况。

将实时的氧气浓度数据记录下来，并进行分析。通过监测氧气浓度的变化趋势，可以更好地了解系统的性能。

获取预设的氧气输入浓度：查阅燃料电池系统的设计文档、用户手册或制造商提供的资料。这些文档通常包含有关系统设计和工作参数的详细信息，包括预设的氧气输入浓度。燃料电池系统可能提供一个用户界面，通过该界面可以查看和设置系统的工作参数，包括氧气输入浓度。在系统设置界面中，可以找到或设置相关的预设值。

根据实时的氧气输入浓度和预设氧气输入浓度的差异，计算氧气输入偏差比，氧气输入偏差比为实时的氧气输入浓度和预设氧气输入浓度的偏差值与预设氧气输入浓度的比值。

氧气输入偏差比越大，实时的氧气输入浓度偏离预设氧气输入浓度的程度越大，燃料电池运行时的氧气供应的能力越差，可能会影响氧化还原反应的进行，导致燃料电池的效率下降。氧气是电池中的氧化剂，其浓度的变化会直接影响到电池的输出功率和能量转换效率。大幅度的氧气输入浓度变化可能导致电池性能的不稳定，使系统难以维持稳定的电压和功率输出。这可能影响到电池的正常工作，并导致电力系统的波动。氧气输入浓度的不稳定性可能导致系统内部组件的过度应力和磨损，从而加速燃料电池的寿命衰减。若氧气输入浓度超出系统设计的安全范围，可能引发安全风险，如过量氧气可能增加氢气的燃烧风险。

当生成运行风险监测信号，将负载均匀指数、氢压风险指数以及氧气输入偏差比进行归一化处理，将归一化处理后的负载均匀指数、氢压风险指数以及氧气输入偏差比分别赋予预设比例系数，计算燃电运行故障预警系数，其表达式为：，其中，分别为燃电运行故障预警系数、负载均匀指数、氢压风险指数以及氧气输入偏差比，分别为负载均匀指数、氢压风险指数以及氧气输入偏差比的预设比例系数，且均大于0。

燃电运行故障预警系数越大，燃料电池的运行故障的风险越大。

设定燃电运行故障预警阈值，燃电运行故障预警阈值是本领域专业技术人员根据燃电运行故障预警系数的大小以及对燃料电池的运行故障的安全要求标准等其他实际情况进行设定的，此处不再赘述。

将燃电运行故障预警系数与燃电运行故障预警阈值比较，对燃料电池的运行故障进行预警：

当燃电运行故障预警系数大于燃电运行故障预警阈值，生成燃电故障预警信号，此时燃料电池已经发生故障或发生故障的风险较大，此时根据生成的燃电故障预警信号，可以采取以下措施：

停机与切断电源：立即停止燃料电池的运行，并切断电源。这是为了防止进一步的损害和确保系统的安全性。停机可以阻止潜在故障的进一步发展，并减少可能的损害。

故障诊断与定位：启动故障诊断程序，对系统进行详细的检查和定位，以找出故障的具体原因。这可能涉及检查传感器、控制器、电池堆等各个系统组件，以确定引发预警信号的故障。

维修与保养：对检测到的故障进行维修和保养。这可能包括更换损坏的部件、修复电气连接、清理堆积的污垢或校准传感器。确保在修复后重新进行系统校准。

数据记录与分析：记录故障发生时的系统数据，以便后续分析。这有助于确定故障的根本原因，并在以后的维护过程中提供有用的信息。

通知维护人员：将故障预警信号传达给维护人员，通知其系统出现了问题。及时的通知可以帮助维护团队迅速响应，并采取必要的行动。

系统重新启动：在完成故障诊断和修复后，进行系统重新启动。确保在重新启动前，所有问题都已解决，并进行必要的测试以验证系统的正常运行。

记录故障事件：将故障事件记录在系统维护日志中，包括故障的类型、发生时间、修复措施和维护人员的操作。这有助于建立系统的运行历史，为以后的维护和改进提供参考。

当燃电运行故障预警系数小于等于燃电运行故障预警阈值，生成燃电故障正常信号，此时燃料电池发生故障的风险较小，无需采取措施。

实施例2

本发明实施例2与实施例1的区别在于，本实施例是对一种燃料电池运行监测系统进行介绍。

图2给出了本发明一种燃料电池运行监测系统的结构示意图，一种燃料电池运行监测系统，包括风险初步评估模块、负载均匀评估模块、泄漏风险评估模块、氧气供应评估模块以及运行故障预警模块。

风险初步评估模块对微电网近期使用燃料电池的频繁程度进行分析，对当前燃料电池的运行负荷进行分析，根据微电网近期使用燃料电池的频繁程度和当前燃料电池的运行负荷对燃料电池存在运行风险的程度进行评估，并将燃料电池存在运行风险的程度分为燃料电池存在运行风险的程度大和燃料电池存在运行风险的程度小

负载均匀评估模块检测燃料电池中的每个单元的电流均衡情况，对各个单元之间的负载分布的均匀性进行评估。

泄漏风险评估模块获取近期燃料电池内的氢气压力数据，对近期燃料电池内的氢气压力数据的波动程度进行分析，对燃料电池的氢气泄漏风险程度进行评估。

氧气供应评估模块对燃料电池运行时的氧气供应是否达到预设要求进行评估，评估燃料电池运行时的氧气供应的能力。

当燃料电池存在运行风险的程度大时，运行故障预警模块将各个单元之间的负载分布的均匀性、燃料电池的氢气泄漏风险程度以及燃料电池运行时的氧气供应的能力进行综合分析，对燃料电池的运行故障进行预警。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数以及阈值选取由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池运行监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：对微电网近期使用燃料电池的频繁程度进行分析，对当前燃料电池的运行负荷进行分析，根据微电网近期使用燃料电池的频繁程度和当前燃料电池的运行负荷对燃料电池存在运行风险的程度进行评估，并将燃料电池存在运行风险的程度分为燃料电池存在运行风险的程度大和燃料电池存在运行风险的程度小；

S2：检测燃料电池中的每个单元的电流均衡情况，对各个单元之间的负载分布的均匀性进行评估；

S3：获取近期燃料电池内的氢气压力数据，对近期燃料电池内的氢气压力数据的波动程度进行分析，对燃料电池的氢气泄漏风险程度进行评估；

S4：对燃料电池运行时的氧气供应是否达到预设要求进行评估，评估燃料电池运行时的氧气供应的能力；

S5：当燃料电池存在运行风险的程度大时，将各个单元之间的负载分布的均匀性、燃料电池的氢气泄漏风险程度以及燃料电池运行时的氧气供应的能力进行综合分析，对燃料电池的运行故障进行预警。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池运行监测方法，其特征在于：在S1中，设定时间区间T1；获取时间区间T1内燃料电池的开启次数，将时间区间T1内燃料电池的开启次数与时间区间T1对应的时间长度的比值标记为电池开启频率；

获取时间区间T1内燃料电池运行的时间长度，将时间区间T1内燃料电池运行的时间长度与时间区间T1对应的时间长度的比值标记为电池运行比；

将电池开启频率和电池运行比去单位处理，将去单位处理后的电池开启频率和电池运行比进行加权求和，计算电池运行频繁指数；

设定时间区间T2；获取在时间区间T2内的燃料电池的功率，计算燃料电池在时间区间T2内的平均功率，将燃料电池在时间区间T2内的平均功率标记为当前负荷值。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池运行监测方法，其特征在于：设定电池运行频繁指数阈值，将电池运行频繁指数与电池运行频繁指数阈值进行比较：当电池运行频繁指数大于电池运行频繁指数阈值，生成运行频繁信号；当电池运行频繁指数小于等于电池运行频繁指数阈值，生成运行频繁正常信号；

设定当前负荷值阈值，将当前负荷值与当前负荷值阈值进行比较：当当前负荷值大于当前负荷值阈值，生成负荷风险信号；当当前负荷值小于等于当前负荷值阈值，生成负荷正常信号；

只要生成运行频繁信号或负荷风险信号的其中之一，生成运行风险监测信号；当生成运行频繁正常信号，且生成负荷正常信号，生成运行风险正常信号。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池运行监测方法，其特征在于：在S2中，测量每个燃料电池中单个单元的电流值；将单个单元的电流值标记为，是第个单元的电流值，为单元的编号；

计算燃料电池中所有单元的电流值的平均值，其表达式为：；

通过对每个单元电流值与所有单元的电流值的平均值的差异进行分析，计算负载均匀指数，其表达式为：；其中，为负载均匀指数，为燃料电池中单元的数量，均为正整数。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池运行监测方法，其特征在于：在S3中，设定压力监测区间；在压力监测区间内在时间顺序上均匀设置多个监测点，获取每个监测点对应的氢气压力值；

根据压力监测区间内氢气压力值的波动程度进行分析，计算氢压风险指数，其表达式为：，其中，分别为氢压风险指数、压力监测区间内第个监测点对应的氢气压力值以及压力监测区间内第W个监测点对应的氢气压力值，K为压力监测区间内监测点的数量，均为大于1的整数。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池运行监测方法，其特征在于：在S4中，获取实时的燃料电池运行中的氧气输入浓度，获取燃料电池运行中的预设氧气输入浓度；

根据实时的氧气输入浓度和预设氧气输入浓度的差异，计算氧气输入偏差比，氧气输入偏差比为实时的氧气输入浓度和预设氧气输入浓度的偏差值与预设氧气输入浓度的比值。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池运行监测方法，其特征在于：当生成运行风险监测信号，将负载均匀指数、氢压风险指数以及氧气输入偏差比进行归一化处理，将归一化处理后的负载均匀指数、氢压风险指数以及氧气输入偏差比分别赋予预设比例系数，计算燃电运行故障预警系数；

设定燃电运行故障预警阈值；将燃电运行故障预警系数与燃电运行故障预警阈值比较，对燃料电池的运行故障进行预警：

当燃电运行故障预警系数大于燃电运行故障预警阈值，生成燃电故障预警信号；

当燃电运行故障预警系数小于等于燃电运行故障预警阈值，生成燃电故障正常信号。

8.一种燃料电池运行监测系统，用于实现权利要求1-7任一项所述的一种燃料电池运行监测方法，其特征在于：包括风险初步评估模块、负载均匀评估模块、泄漏风险评估模块、氧气供应评估模块以及运行故障预警模块；

风险初步评估模块对微电网近期使用燃料电池的频繁程度进行分析，对当前燃料电池的运行负荷进行分析，根据微电网近期使用燃料电池的频繁程度和当前燃料电池的运行负荷对燃料电池存在运行风险的程度进行评估，并将燃料电池存在运行风险的程度分为燃料电池存在运行风险的程度大和燃料电池存在运行风险的程度小；

负载均匀评估模块检测燃料电池中的每个单元的电流均衡情况，对各个单元之间的负载分布的均匀性进行评估；

泄漏风险评估模块获取近期燃料电池内的氢气压力数据，对近期燃料电池内的氢气压力数据的波动程度进行分析，对燃料电池的氢气泄漏风险程度进行评估；

氧气供应评估模块对燃料电池运行时的氧气供应是否达到预设要求进行评估，评估燃料电池运行时的氧气供应的能力；

当燃料电池存在运行风险的程度大时，运行故障预警模块将各个单元之间的负载分布的均匀性、燃料电池的氢气泄漏风险程度以及燃料电池运行时的氧气供应的能力进行综合分析，对燃料电池的运行故障进行预警。