FR2999722A1 - LOCATION OF ONE OR MORE DEFECTS IN AN ELECTROCHEMICAL ASSEMBLY. - Google Patents
LOCATION OF ONE OR MORE DEFECTS IN AN ELECTROCHEMICAL ASSEMBLY. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2999722A1 FR2999722A1 FR1262319A FR1262319A FR2999722A1 FR 2999722 A1 FR2999722 A1 FR 2999722A1 FR 1262319 A FR1262319 A FR 1262319A FR 1262319 A FR1262319 A FR 1262319A FR 2999722 A1 FR2999722 A1 FR 2999722A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- signal
- sub
- signals
- electrochemical device
- probe method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F18/00—Pattern recognition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/04664—Failure or abnormal function
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2218/00—Aspects of pattern recognition specially adapted for signal processing
- G06F2218/08—Feature extraction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Evolutionary Biology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Fuzzy Systems (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
L'objet de la présente invention concerne un procédé de sonde d'un ou plusieurs défauts dans un ensemble comprenant un dispositif électrochimique et un système périphérique permettant le fonctionnement dudit dispositif électrochimique, ledit procédé comportant : une étape de décomposition (S1) consistant à appliquer une transformée en ondelettes sur un signal mesuré sur le dispositif électrochimique pour décomposer ledit signal en une pluralité de sous-signaux, une étape de quantification (S2) consistant à estimer la distribution de l'énergie (Ej) de chaque sous-signal, une étape de détermination (S4) consistant à calculer une entropie (ER) pour déterminer une signature du signal, et d) une étape de localisation (S5) consistant à analyser la signature de manière à permettre la localisation d'un défaut dans ledit ensemble.The object of the present invention is to provide a method for probing one or more defects in an assembly comprising an electrochemical device and a peripheral system for operating said electrochemical device, said method comprising: a decomposition step (S1) of applying a wavelet transform on a signal measured on the electrochemical device to decompose said signal into a plurality of sub-signals, a quantization step (S2) of estimating the energy distribution (Ej) of each sub-signal, a determining step (S4) of calculating an entropy (ER) for determining a signature of the signal, and d) a locating step (S5) of analyzing the signature so as to allow the location of a defect in said set.
Description
LOCALISATION D'UN OU PLUSIEURS DEFAUTS DANS UN ENSEMBLE ELECTROCHI1VIIOUE Domaine technique La présente demande concerne le domaine de la détection d'un ou plusieurs défauts dans des ensembles dits électrochimiques, c'est-à-dire des ensembles comprenant au moins un dispositif électrochimique et un système périphérique permettant le fonctionnement dudit dispositif électrochimique Plus précisément, la présente invention porte sur la détection, la localisation et l'identification de défauts (ou dysfonctionnements) dans de tels ensembles électrochimiques. La présente invention permet ainsi d'améliorer la fiabilité et la durée de vie des dispositifs électrochimiques, seuls ou environnés dans un système électrochimique. La présente invention trouve ainsi de nombreuses applications industrielles avantageuses notamment pour éviter des dégradations irréversibles sur les ensembles électrochimiques ou un arrêt de leur fonctionnement. Par système périphérique d'un dispositif électrochimique, on entend ici l'ensemble des composants mécaniques, électriques et électroniques permettant le fonctionnement d'un dispositif électrochimique.The present application relates to the field of the detection of one or more defects in so-called electrochemical assemblies, that is to say assemblies comprising at least one electrochemical device and one or more electrochemical assemblies. A peripheral system allowing the operation of said electrochemical device More specifically, the present invention relates to the detection, location and identification of defects (or malfunctions) in such electrochemical assemblies. The present invention thus makes it possible to improve the reliability and the lifetime of the electrochemical devices, alone or in an electrochemical system. The present invention thus has many advantageous industrial applications in particular to avoid irreversible damage to the electrochemical assemblies or a stop of their operation. By peripheral system of an electrochemical device is meant here all the mechanical, electrical and electronic components for the operation of an electrochemical device.
Enfin, par défaut ou dysfonctionnement au sens de la présente invention, il faut comprendre tous types de défauts, tels que par exemple une défaillance ponctuelle ou une dégradation longue durée, susceptibles de générer une chute de performances dans un dispositif électrochimique et/ou dans un système périphérique tels que définis ci-dessus. Etat de la technique Il existe aujourd'hui de multiples dispositifs dits « électrochimiques ». Une première catégorie de ce type de dispositifs concerne les dispositifs convertissant de l'énergie chimique en énergie électrique, afin de fournir cette énergie à des appareils électriques ou de la stocker pour pouvoir la fournir ultérieurement. Comme expliqué ci-dessus, de tels dispositifs peuvent être par exemple des batteries, des piles à combustible ou encore des super-capacités. Une deuxième catégorie de ce type de dispositifs concerne les dispositifs utilisant divers procédés faisant appel à l'électricité pour réaliser des réactions chimiques, ou pour séparer des produits ou des réactifs entre eux. De tels dispositifs utilisent couramment des procédés dits « électrochimiques » tels que par exemple l'électrolyse, l'électrodéposition, électroérosion ou l' électro-flottation. Il est connu que la fiabilité et la durée de vie de ces dispositifs sont limitées par divers phénomènes.Finally, by default or malfunction in the sense of the present invention, it is necessary to understand all types of defects, such as for example a point failure or a long-term degradation, likely to generate a drop in performance in an electrochemical device and / or in a Peripheral system as defined above. State of the art There are today many devices called "electrochemical". A first category of this type of device concerns devices converting chemical energy into electrical energy, in order to supply this energy to electrical devices or to store it for later provision. As explained above, such devices can be for example batteries, fuel cells or super-capacitors. A second category of this type of device relates to devices using various methods using electricity to perform chemical reactions, or to separate products or reagents between them. Such devices commonly use so-called "electrochemical" processes such as, for example, electrolysis, electroplating, electro-erosion or electro-flotation. It is known that the reliability and the life of these devices are limited by various phenomena.
Concernant les piles à combustibles par exemple, deux phénomènes principaux sont identifiés et conduisent à la chute de leurs performances, voire à une défaillance complète : - d'une part, le cyclage et/ou le fonctionnement en mode transitoire (soit par accumulation des arrêts et des démarrages, soit par variation de puissance demandée) peuvent entraîner une réduction de la durée de vie de ces dispositifs ; - d'autre part, certains incidents tels que les défauts de contrôle de certains paramètres du procédé électrochimique utilisé (interruption d'alimentation en réactifs, mauvaise gestion des produits et sous-produits de la réaction, etc.), l'empoisonnement du milieu, la défaillance d'un composant ou d'un module par exemple, peuvent survenir pendant leur fonctionnement. Ces phénomènes délétères nécessitent l'utilisation de méthodes de diagnostic afin de permettre leur détection et leur éventuelle correction. Les méthodes de détection de défauts classiques s'appuient le plus souvent sur la connaissance d'un certain nombre de paramètres, externes ou internes. Ces méthodes nécessitent généralement une instrumentation spécifique, comme par exemple l'insertion de capteurs internes dans le dispositif électrochimique lui-même.For fuel cells for example, two main phenomena are identified and lead to the fall in their performance, or even a complete failure: - on the one hand, cycling and / or operation in transient mode (or by accumulation of stops and starts, either by requested power variation) can lead to a reduction in the life of these devices; - on the other hand, certain incidents such as the lack of control of certain parameters of the electrochemical process used (interruption of supply of reagents, mismanagement of the products and by-products of the reaction, etc.), poisoning of the medium , the failure of a component or a module for example, can occur during their operation. These deleterious phenomena require the use of diagnostic methods to enable their detection and possible correction. The methods for detecting classic defects are most often based on the knowledge of a certain number of parameters, external or internal. These methods generally require specific instrumentation, such as the insertion of internal sensors into the electrochemical device itself.
Une telle instrumentation n'est pas toujours souhaitable, car elle est souvent coûteuse et n'est pas toujours facile à mettre en place, notamment compte tenu de la géométrie des dispositifs électrochimiques rarement adaptée à l'installation de capteurs. De plus, les capteurs induisent, du fait de leur insertion, une altération du dispositif pouvant augmenter la probabilité d'apparition de défauts et conduisant à de faux diagnostics. Enfin, dans le cas de l'utilisation d'un dispositif électrochimique pour des applications mobiles embarquées, la taille du dispositif doit être réduite au minimum, ainsi que celle de l'instrumentation de diagnostic, ce qui ne permet pas d'utiliser les méthodes classiques. Le document WO 2010/149935 propose une solution permettant de remédier à ces différents inconvénients. L'enseignement technique de ce document permet en effet de détecter en temps réel et de manière non intrusive un défaut dans un dispositif électrochimique, ceci en utilisant une instrumentation minimale. Néanmoins, l'enseignement technique de ce document WO 2010/149935 ne permet pas de distinguer les défauts situés au niveau du dispositif électrochimique lui-même de ceux situés au niveau du système périphérique. En effet, outre les défauts liés au dispositif électrochimique qui peuvent entraîner une diminution de performance ou un arrêt dans le fonctionnement dudit dispositif électrochimique, certains défauts peuvent également intervenir au niveau du système périphérique. Ces défauts qui interviennent au niveau du système périphérique peuvent également faire varier les conditions de fonctionnement du dispositif électrochimique.Such an instrumentation is not always desirable because it is often expensive and is not always easy to set up, especially given the geometry of electrochemical devices rarely adapted to the installation of sensors. In addition, the sensors induce, because of their insertion, an alteration of the device that can increase the probability of occurrence of defects and leading to false diagnoses. Finally, in the case of the use of an electrochemical device for embedded mobile applications, the size of the device must be reduced to a minimum, as well as that of the diagnostic instrumentation, which makes it impossible to use the methods classics. WO 2010/149935 proposes a solution to overcome these various disadvantages. The technical teaching of this document makes it possible to detect in real time and non-intrusively a defect in an electrochemical device, this using minimal instrumentation. Nevertheless, the technical teaching of this document WO 2010/149935 does not make it possible to distinguish the faults located at the level of the electrochemical device itself from those situated at the level of the peripheral system. Indeed, in addition to the defects related to the electrochemical device that can cause a decrease in performance or a stop in the operation of said electrochemical device, certain defects may also occur at the peripheral system. These defects that occur at the peripheral system can also vary the operating conditions of the electrochemical device.
Prenons l'exemple d'un ensemble électrochimique du type ensemble « pile à combustible ». Un tel ensemble se compose essentiellement des éléments suivants : - le module de pile(s) à combustible en tant que tel, qui correspond au dispositif électrochimique au sens de l'invention, et - le système périphérique comprenant notamment les différents sous-systèmes qui sont configurés respectivement pour alimenter les gaz réactifs et contrôler la température de fonctionnement du module. Un tel ensemble permet donc de transformer directement (c'est-à-dire sans combustion) l'énergie chimique contenue dans les gaz combustibles tels que l'hydrogène en énergie électrique. Une défaillance du système périphérique qui entraîne une fuite de gaz à l'entrée d'une pile à combustible engendre une réduction du flux de gaz réactif Dans ces conditions de fonctionnement, la pile subit un appauvrissement en gaz qui engendre une dégradation au niveau du matériau catalytique de la pile à combustible. On comprend donc dans cet exemple qu'un défaut situé au niveau du système périphérique peut influencer directement le fonctionnement propre de la pile à combustible ainsi que ses performances. Il est donc important de pouvoir distinguer les défauts situés au niveau du dispositif électrochimique de ceux situés au niveau du système périphérique Cette distinction (ou « localisation ») permet notamment : - d'une part, d'affiner les opérations de maintenance en permettant d'agir directement sur le ou les éléments concernés, et - d'autre part, d'affiner les actions correctives et de les cibler afin de prolonger la durée de vie du dispositif électrochimique et/ou du système. Résumé et objet de la présente invention La présente invention vise à améliorer la situation actuelle décrite ci-dessus.Take the example of an electrochemical assembly of the "fuel cell" assembly type. Such an assembly essentially consists of the following elements: - the fuel cell module (s) as such, which corresponds to the electrochemical device in the sense of the invention, and - the peripheral system comprising in particular the different subsystems which are respectively configured to supply the reactive gases and to control the operating temperature of the module. Such a set therefore makes it possible to transform directly (that is to say without combustion) the chemical energy contained in the combustible gases such as hydrogen into electrical energy. A failure of the peripheral system which causes a gas leak at the inlet of a fuel cell causes a reduction of the reactive gas flow Under these operating conditions, the battery undergoes a depletion of gas which causes a degradation in the material catalytic fuel cell. It is therefore clear in this example that a fault located at the peripheral system can directly influence the proper operation of the fuel cell and its performance. It is therefore important to be able to distinguish the faults located at the level of the electrochemical device from those located at the level of the peripheral system. This distinction (or "location") makes it possible in particular to: - on the one hand, to refine the maintenance operations by making it possible to acting directly on the element (s) concerned, and (ii) on the other hand, to refine the corrective actions and to target them in order to prolong the lifetime of the electrochemical device and / or the system. SUMMARY AND OBJECT OF THE PRESENT INVENTION The present invention aims at improving the present situation described above.
Un des objectifs de la présente invention est de permettre cette localisation, ceci sans rajouter de capteurs supplémentaires ni au niveau du dispositif électrochimique ni au niveau du système périphérique.One of the objectives of the present invention is to allow this location, this without adding additional sensors neither at the level of the electrochemical device nor at the level of the peripheral system.
Un des concepts sous-jacents à la présente invention repose sur un traitement spécifique permettant une extraction et une analyse d'une signature d'un signal mesuré au niveau du dispositif électrochimique lui-même. A cet effet, l'objet de la présente invention porte sur un procédé de sonde d'un ou plusieurs défauts dans un ensemble comprenant un dispositif électrochimique et un système périphérique du dispositif électrochimique. Selon la présente invention, le procédé comporte une étape de décomposition consistant à appliquer une transformée en ondelettes sur un signal mesuré sur le dispositif électrochimique.One of the concepts underlying the present invention is based on a specific process for extracting and analyzing a signature of a signal measured at the level of the electrochemical device itself. For this purpose, the object of the present invention is to provide a method for probing one or more defects in an assembly comprising an electrochemical device and a peripheral system of the electrochemical device. According to the present invention, the method comprises a decomposition step of applying a wavelet transform on a signal measured on the electrochemical device.
Cette transformée en ondelettes peut être par exemple soit une transformée en ondelettes discrète ou soit une transformée en ondelettes continue. De préférence, le signal mesuré sur le dispositif électrochimique est un signal électrique relatif par exemple à une tension mesurée aux bornes du dispositif électrochimique. Bien évidemment, on comprend ici que d'autres signaux tels qu'un signal relatif au courant ou à la pression peuvent également être mesurés dans le cadre de la présente invention. Cette transformation en ondelettes permet de décomposer le signal en une pluralité de sous-signaux représentés chacun par des coefficients d'ondelettes, chaque sous-signal correspondant à un niveau de résolution déterminé du signal.This wavelet transform can be, for example, either a discrete wavelet transform or a continuous wavelet transform. Preferably, the signal measured on the electrochemical device is an electrical signal relative for example to a voltage measured at the terminals of the electrochemical device. Of course, it is understood here that other signals such as a current or pressure signal can also be measured in the context of the present invention. This wavelet transformation makes it possible to decompose the signal into a plurality of sub-signals each represented by wavelet coefficients, each sub-signal corresponding to a determined resolution level of the signal.
Avantageusement, le procédé de sonde selon la présente invention comporte une étape de quantification qui consiste notamment à estimer la distribution de l'énergie de chaque sous-signal à partir des coefficients d'ondelettes. Cette étape permet ainsi de quantifier le niveau d'information contenue dans chaque sous-signal.Advantageously, the probe method according to the present invention comprises a quantization step which consists in particular in estimating the distribution of the energy of each sub-signal from the wavelet coefficients. This step thus makes it possible to quantify the level of information contained in each sub-signal.
Avantageusement, le procédé de sonde selon la présente invention comporte en outre une étape de détermination qui consiste notamment à calculer au moins une grandeur physique, tel que par exemple une entropie relative d'ondelettes, pour des sous-signaux sélectionnés.Advantageously, the probe method according to the present invention further comprises a determination step which consists in particular in calculating at least one physical quantity, such as for example a relative entropy of wavelets, for selected sub-signals.
Dans un mode de réalisation avantageux de la présente invention, la grandeur physique est calculée pour la distribution de l'énergie des sous-signaux sélectionnés. Dans un autre mode de réalisation, la grandeur physique est calculée pour les coefficients d'ondelettes de chaque sous-signal sélectionné.In an advantageous embodiment of the present invention, the physical quantity is calculated for the distribution of the energy of the selected sub-signals. In another embodiment, the physical quantity is calculated for the wavelet coefficients of each selected sub-signal.
Par sous-signaux sélectionnés, il faut comprendre ici des sous-signaux contenant un niveau d'information significative prédéterminé. Ces sous-signaux peuvent par exemple être sélectionnés lors d'une étape de sélection au cours de laquelle les sous-signaux ayant des coefficients d'ondelettes contenant un niveau d'information satisfaisant un critère de sélection déterminé sont sélectionnés.By selected sub-signals, sub-signals containing a predetermined significant level of information are to be understood here. These sub-signals may, for example, be selected during a selection step during which the sub-signals having wavelet coefficients containing an information level satisfying a determined selection criterion are selected.
La détermination de ce critère de sélection peut se faire par exemple selon une analyse statistique de la distribution de l'énergie pour les sous-signaux. Ce critère peut être statique ou dynamique. En d'autres termes, ce critère peut être déterminé en fonction des variations de la distribution de l'énergie pour chaque sous-signal au cours du temps. Il peut également être déterminé de façon statique par exemple en fonction d'un niveau d'énergie à atteindre. Cette étape de détermination permet ainsi l'obtention d'une signature du signal, cette signature constituant un indicateur pertinent pour localiser et identifier un défaut dans le dispositif électrochimique et/ou dans son système périphérique. Cette signature correspond de préférence à une estimation de la différence entre la distribution d'énergie du signal mesuré et celle d'un signal de référence (ce signal de référence peut par exemple être un signal mesuré correspondant à un état normal de fonctionnement de l'ensemble électrochimique). Ensuite, le procédé selon la présente invention comporte une étape de localisation qui consiste notamment à analyser la signature du signal pour localiser un défaut dans ledit ensemble. Ainsi, grâce à cette succession d'étapes techniques, caractéristique de la présente invention, il est possible de localiser précisément le ou les éventuels défauts dans un ensemble composé d'un dispositif électrochimique et d'un système périphérique.The determination of this selection criterion can be done for example according to a statistical analysis of the energy distribution for the sub-signals. This criterion can be static or dynamic. In other words, this criterion can be determined as a function of the variations of the energy distribution for each sub-signal over time. It can also be determined statically for example according to a level of energy to be achieved. This determination step thus makes it possible to obtain a signature of the signal, this signature constituting a relevant indicator for locating and identifying a fault in the electrochemical device and / or in its peripheral system. This signature preferably corresponds to an estimate of the difference between the energy distribution of the measured signal and that of a reference signal (this reference signal may for example be a measured signal corresponding to a normal operating state of the signal). electrochemical assembly). Then, the method according to the present invention comprises a location step which consists in particular of analyzing the signature of the signal to locate a defect in said set. Thus, thanks to this succession of technical steps, characteristic of the present invention, it is possible to precisely locate the possible defects or defects in an assembly composed of an electrochemical device and a peripheral system.
L'approche développée ici permet donc de suivre l'évolution des conditions de fonctionnement d'un ensemble électrochimique tel qu'un ensemble « pile à combustible » pour pouvoir évaluer l'état de santé dudit ensemble et détecter de manière précoce l'occurrence de défauts au niveau du dispositif électrochimique en tant que tel et du système périphérique. Plus précisément, l'approche développée ici se base sur la détermination de valeurs caractéristiques de l'état de santé de l'élément électrochimique et de son système périphérique. A cet effet, une transformée en ondelettes est employée pour décomposer les 1() signaux issus de mesures simples sur le dispositif électrochimique (par exemple la mesure d'une tension ou d'un courant). Cette transformation a l'avantage de conserver l'énergie du signal et de la redistribuer sous une forme plus concentrée sur un nombre limité de composantes à différents niveaux de résolution. 15 La demanderesse observe qu'aux différentes conditions de fonctionnement (normale, déviante, anormale, etc.), la distribution de l'énergie d'ondelettes dans le signal issu du dispositif électrochimique présente théoriquement des caractéristiques différentes. C'est sur la base de l'analyse de ces différences que les indicateurs de défaut sont identifiés et déterminés en vue de différencier les états normaux et anormaux du 20 fonctionnement d'un dispositif électrochimique et de son système. Une identification du défaut est également possible en utilisant une base de connaissance préétablie. Cette localisation et cette identification est donc permise notamment par l'analyse spécifique de la signature du signal. De préférence, cette analyse prévoit une comparaison 25 des variations de la signature du signal avec un ou plusieurs seuils de discrimination prédéterminés. On parle d'une localisation par seuillage discriminatif.The approach developed here therefore makes it possible to monitor the evolution of the operating conditions of an electrochemical assembly such as a "fuel cell" assembly in order to be able to evaluate the state of health of said assembly and to detect early the occurrence of defects in the electrochemical device as such and the peripheral system. More specifically, the approach developed here is based on the determination of characteristic values of the state of health of the electrochemical element and its peripheral system. For this purpose, a wavelet transform is used to decompose the 1 () signals from simple measurements on the electrochemical device (for example the measurement of a voltage or current). This transformation has the advantage of conserving the signal energy and redistributing it in a more concentrated form on a limited number of components at different resolution levels. The Applicant observes that at different operating conditions (normal, deviant, abnormal, etc.), the distribution of wavelet energy in the signal from the electrochemical device theoretically has different characteristics. It is on the basis of the analysis of these differences that the fault indicators are identified and determined in order to differentiate the normal and abnormal states of the operation of an electrochemical device and its system. An identification of the defect is also possible using a pre-established knowledge base. This location and this identification is therefore allowed in particular by the specific analysis of the signature of the signal. Preferably, this analysis provides for a comparison of the signal signature variations with one or more predetermined discrimination thresholds. We speak of a location by discriminative thresholding.
Grâce à cette analyse, le procédé selon la présente invention permet de définir un outil de diagnostic capable de discriminer les défauts liés au dispositif électrochimique lui-même de ceux liés au système périphérique. Dans ce procédé, le dispositif électrochimique est en même temps utilisé comme capteur de défauts pour lui-même et pour le système périphérique. Du fait de la limitation du nombre de capteurs utilisés, le diagnostic peut être embarqué, et est exécuté en temps réel. De plus, le diagnostic réalisé utilise des signaux mesurés à une fréquence d'échantillonnage relativement basse. L'acquisition de tels signaux ne nécessite donc pas le recours à des équipements haut de gamme ; l'utilisation d'équipements standards est ici suffisante et permet de réduire le coût du diagnostic. Dans une variante de réalisation avantageuse, lorsque la comparaison réalisée entre les variations de la signature du signal et le seuil de discrimination prédéterminé n'a pas permis de détecter un défaut (par exemple si les entropies relatives d'ondelettes ne sont pas discriminatives), le procédé comporte la réitération de l'étape de sélection en élargissant le critère de sélection déterminé, ceci par exemple pour sélectionner d'autres sous-signaux qui comprennent une information moins significative. Corrélativement, l'objet de la présente invention porte sur un programme d'ordinateur qui comporte des instructions adaptées pour l'exécution des étapes du procédé de sonde tel que décrit ci-dessus, ceci notamment lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par un ordinateur Un tel programme d'ordinateur peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme d'un code source, d'un code objet, ou d'un code intermédiaire entre un code source et un code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. De même, l'objet de la présente invention porte sur un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de sonde tel que décrit ci-dessus.Thanks to this analysis, the method according to the present invention makes it possible to define a diagnostic tool capable of discriminating defects related to the electrochemical device itself from those related to the peripheral system. In this process, the electrochemical device is at the same time used as a defect sensor for itself and for the peripheral system. Due to the limitation of the number of sensors used, the diagnosis can be embedded, and is executed in real time. In addition, the diagnosis made uses signals measured at a relatively low sampling frequency. The acquisition of such signals does not require the use of high-end equipment; the use of standard equipment is sufficient here and reduces the cost of diagnosis. In an advantageous variant embodiment, when the comparison made between the variations of the signature of the signal and the predetermined discrimination threshold did not make it possible to detect a defect (for example if the relative entropies of wavelets are not discriminative), the method comprises the reiteration of the selection step by widening the determined selection criterion, for example to select other sub-signals which comprise less significant information. Correlatively, the object of the present invention relates to a computer program which includes instructions adapted for the execution of the steps of the probe method as described above, this in particular when said computer program is executed by a user. computer Such a computer program can use any programming language, and be in the form of a source code, an object code, or an intermediate code between a source code and an object code, such as only in a partially compiled form, or in any other desirable form. Likewise, the subject of the present invention relates to a computer-readable recording medium on which is recorded a computer program comprising instructions for carrying out the steps of the probe method as described above.
D'une part, le support d'enregistrement peut être n'importe quel entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire ROM, par exemple un CD-ROM ou une mémoire ROM de type circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette de type « floppy disc » ou un disque dur. D'autre part, ce support d'enregistrement peut également être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, un tel signal pouvant être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio classique ou hertzienne ou par faisceau laser autodirigé ou par d'autres moyens. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. Alternativement, le support d'enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel le programme d'ordinateur est incorporé, le circuit intégré étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. L'objet de la présente porte également sur un système de sonde de défaut qui est configuré pour mettre en oeuvre les étapes du procédé décrit ci-dessus. Le système de sonde selon la présente invention comporte notamment les moyens informatiques suivants : - un module d'acquisition configuré pour acquérir une mesure d'un signal sur le dispositif électrochimique, - un calculateur informatique configuré pour : - appliquer une transformée en ondelettes sur le signal pour décomposer le signal en une pluralité de sous-signaux représentés chacun par des coefficients d'ondelettes, chaque sous-signal correspondant à un niveau de résolution dudit signal, - estimer la distribution de l'énergie de chaque sous-signal à partir des coefficients d'ondelettes pour quantifier le niveau d'information contenue dans chaque sous-signal, et - calculer au moins une grandeur physique pour des sous-signaux sélectionnés pour déterminer une signature du signal, les sous-signaux sélectionnés étant les sous-signaux contenant un niveau d'information significative prédéterminé, et - un circuit de traitement configure pour analyser la signature du signal afin de permettre la localisation d'un défaut dans ledit ensemble. Ainsi, l'objet de la présente invention, par ses différents aspects fonctionnels et structurels, permet une localisation ainsi qu'une identification précise des défauts dans un ensemble électrochimique tel qu'une pile à combustible.On the one hand, the recording medium can be any entity or device capable of storing the program. For example, the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD-ROM or a microelectronic circuit-type ROM, or a magnetic recording means, for example a diskette of the type " floppy disc "or a hard drive. On the other hand, this recording medium can also be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, such a signal can be conveyed via an electric or optical cable, by conventional radio or radio or by self-directed laser beam or by other ways. The computer program according to the invention can in particular be downloaded to an Internet type network. Alternatively, the recording medium may be an integrated circuit in which the computer program is incorporated, the integrated circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question. The subject of the present invention also relates to a fault probe system which is configured to carry out the steps of the method described above. The probe system according to the present invention comprises in particular the following computer means: an acquisition module configured to acquire a measurement of a signal on the electrochemical device; a computer calculator configured to: apply a wavelet transform on the signal for splitting the signal into a plurality of sub-signals each represented by wavelet coefficients, each sub-signal corresponding to a resolution level of said signal; - estimating the distribution of the energy of each sub-signal from the wavelet coefficients for quantizing the level of information contained in each sub-signal, and - calculating at least one physical quantity for selected sub-signals to determine a signature of the signal, the selected sub-signals being sub-signals containing a predetermined significant level of information, and - a processing circuit configured to analyze the signature signal to allow the location of a defect in said set. Thus, the object of the present invention, by its different functional and structural aspects, allows a location and a precise identification of defects in an electrochemical assembly such as a fuel cell.
Brève description des figures annexées D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous, en référence aux figures la à 8 annexées qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquelles : - la figure la représente un organigramme illustrant le procédé de sonde selon un exemple de réalisation avantageux; - la figure lb représente de façon schématique un système de sonde selon la présente invention avec un ensemble électrochimique ; - la figure 2 représente de façon schématique la décomposition d'un signal reçu d'un dispositif électrochimique en une pluralité de coefficients d'ondelettes selon un niveau de résolution déterminé ; - la figure 3a représente un histogramme relatif aux Pourcentages d'Energie des Coefficients d'Ondelettes de quatre détails associés à la dégradation d'une pile à combustible à oxyde solide selon un exemple de réalisation avantageux ; - la figure 3b représente un graphique représentant l'évolution de l'entropie relative du signal de tension mesuré aux bornes d'une pile à combustible à oxyde solide conforme à la figure 3a; - la figure 4 représente un histogramme relatif aux Pourcentages d'Energie des Coefficients d'Ondelettes de six détails associés à une pile à combustible à oxyde solide en bonne santé et en état de fonctionnement normal ; - la figure 5 représente dans l'exemple 1 la distribution d'énergie des signaux des six cellules d'une pile à combustible selon seize conditions d'opération différentes ; - la figure 6 représente dans l'exemple 1 l'évolution de la valeur d'entropie relative des signaux de tension de chaque cellule d'une pile à combustible selon la figure 5 en fonction des conditions d'opération ; - La figure 7 représente dans l'exemple 2 la valeur d'entropie relative du signal de tension de chaque cellule d'une pile à combustible pour une condition normale ; et - La figure 8 représente l'évolution des valeurs d'entropie relative des signaux de tension d'une cellule dégradée et d'une cellule en bonne santé aux conditions de fonctionnement différentes. Description détaillée d'un mode de réalisation avantageux Un procédé de sonde et le système informatique 100 qui lui est associé vont maintenant être décrits dans ce qui suit en faisant référence conjointement aux figures la à 8. Permettre la localisation d'un ou plusieurs défauts dans un ensemble électrochimique ENS tel qu'un ensemble « pile à combustible » est un des objectifs selon la présente invention. L'exemple décrit ici porte sur un ensemble « pile à combustible ». On comprend ici que cet exemple est purement illustratif, et ne serait en aucun cas présenter un caractère limitatif. Préalablement, le procédé de sonde selon la présente invention sélectionne un ou plusieurs signaux pertinents qui doivent être informatifs et représentatifs pour les comportements (normaux et anormaux) de l'ensemble ENS étudié, à savoir ici un ensemble « pile à combustible » composé d'un module de pile à combustible PAC composé de six piles cl à c6 et d'un système périphérique PER qui permet son bon fonctionnement (voir figure lb). Ces signaux permettent d'établir un signal de référence, ce signal représentant un signal brut relatif au fonctionnement nominal de l'ensemble ENS. Ce signal de référence est utilisé pour la localisation, comme on le comprend dans la suite du texte ci-après. Dans l'exemple décrit ici, et tel qu'illustré en figure la, le procédé de sonde selon la présente invention prévoit une mesure SO d'un ou plusieurs signaux f issus du module de pile à combustible PAC. Dans l'exemple décrit ici, le dispositif électrochimique PAC étant utilisé en tant que capteur de l'état de santé du système périphérique PER ainsi que de lui-même PAC, un signal f relatif à une tension ou un courant est un signal approprié capable de refléter l'état de santé de l'ensemble ENS. Comme évoqué précédemment, ces mesures peuvent être réalisées par un module d'acquisition classique 10 (représenté en figure lb).Brief description of the appended figures Other features and advantages of the present invention will emerge from the description below, with reference to Figures la to 8 attached which illustrate an embodiment having no limiting character and in which: - the figure 1a is a flowchart illustrating the probe method according to an advantageous embodiment; FIG. 1b schematically shows a probe system according to the present invention with an electrochemical assembly; FIG. 2 schematically represents the decomposition of a signal received from an electrochemical device into a plurality of wavelet coefficients according to a determined resolution level; FIG. 3a represents a histogram relating to the Energy Percentages of the Wavelength Coefficients of four details associated with the degradation of a solid oxide fuel cell according to an advantageous exemplary embodiment; FIG. 3b represents a graph showing the evolution of the relative entropy of the voltage signal measured at the terminals of a solid oxide fuel cell according to FIG. 3a; FIG. 4 represents a histogram relating to the Energy Percentages of Wavelength Coefficients of six details associated with a solid oxide fuel cell in good health and in normal operating condition; FIG. 5 represents in example 1 the energy distribution of the signals of the six cells of a fuel cell according to sixteen different operating conditions; FIG. 6 represents, in example 1, the evolution of the relative entropy value of the voltage signals of each cell of a fuel cell according to FIG. 5 as a function of the operating conditions; FIG. 7 represents in example 2 the relative entropy value of the voltage signal of each cell of a fuel cell for a normal condition; and FIG. 8 represents the evolution of the relative entropy values of the voltage signals of a degraded cell and of a healthy cell under different operating conditions. DETAILED DESCRIPTION OF AN ADVANCED EMBODIMENT A probe method and the computer system 100 associated therewith will now be described in the following with reference to Figures 1a-8. Allow the location of one or more defects in an electrochemical assembly ENS such as a "fuel cell" assembly is one of the objectives according to the present invention. The example described here relates to a "fuel cell" assembly. It is understood here that this example is purely illustrative, and would in no case be limiting in nature. Previously, the probe method according to the present invention selects one or more relevant signals which must be informative and representative for the behaviors (normal and abnormal) of the set ENS studied, namely here a set "fuel cell" composed of a fuel cell module PAC consisting of six cells C1 to C6 and PER peripheral system that allows its proper operation (see Figure lb). These signals make it possible to establish a reference signal, this signal representing a raw signal relative to the nominal operation of the set ENS. This reference signal is used for localization, as is understood in the rest of the text below. In the example described here, and as illustrated in FIG. 1a, the probe method according to the present invention provides a measurement SO of one or more signals f coming from the fuel cell module PAC. In the example described here, the electrochemical device PAC being used as a sensor of the state of health of the peripheral system PER as well as of itself PAC, a signal f relating to a voltage or a current is a suitable signal capable of to reflect the state of health of the ENS. As mentioned above, these measurements can be performed by a conventional acquisition module 10 (shown in FIG. 1b).
Ensuite, comme illustré en figure 2, le calculateur informatique 20 du système 100 décompose, lors d'une décomposition S 1, les signaux f mesurés selon plusieurs niveaux de résolution j, j étant compris ici entre 0 et 5. La demanderesse soumet que cette variable j est fonction notamment de la nature du signal f mesuré, la nature du dispositif électrochimique PAC, la durée d'enregistrement du signal, ou encore du type de décomposition réalisée. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, cette décomposition utilise une transformée en ondelettes 1P discrète. Le choix de l'ondelette 1P est également fonction notamment de la nature du signal f mesuré et de l'ensemble ENS étudié (l'ondelette 1P doit présenter de préférence le plus de similitudes possibles avec le signal f). Cette transformée en ondelettes 1P discrète permet donc de décomposer le signal f en une pluralité de sous-signaux qui peuvent être séparés en deux catégories : les approximations et les détails.Then, as illustrated in FIG. 2, the computer computer 20 of the system 100 decomposes, during a decomposition S 1, the signals f measured according to several levels of resolution j, j being included here between 0 and 5. The applicant submits that this variable j is a function, in particular, of the nature of the signal f measured, the nature of the electrochemical device PAC, the recording duration of the signal, or the type of decomposition performed. In the exemplary embodiment described here, this decomposition uses a discrete 1P wavelet transform. The choice of the wavelet 1P is also a function, in particular, of the nature of the signal f measured and the set of ENSs studied (the wavelet 1P should preferably have as many similarities as possible with the signal f). This discrete 1P wavelet transform therefore makes it possible to decompose the signal f into a plurality of sub-signals that can be separated into two categories: the approximations and the details.
La dernière catégorie des sous-signaux (c'est-à-dire les signaux relatifs aux détails) recouvre les aspects les plus dynamiques du signal f d'origine et contient donc des informations dites « significatives » qui sont représentatives de l'état de santé du dispositif électrochimique PAC et de son système périphérique PER.The last category of the sub-signals (ie the signals relating to the details) covers the most dynamic aspects of the original signal f and therefore contains so-called "significant" information which is representative of the state of the signal. health of the electrochemical device PAC and its peripheral system PER.
L'étude de ces détails est caractéristique de l'invention. La discrimination détails/approximations des sous-signaux à étudier est réalisée en fonction d'un critère de sélection prédéterminé, qui permet de séparer les sous-signaux relatifs à des approximations des sous-signaux relatifs à des détails (qui eux contiennent une information significative).The study of these details is characteristic of the invention. The discrimination details / approximations of the sub-signals to be studied is carried out according to a predetermined selection criterion, which makes it possible to separate the sub-signals relating to sub-signal approximations relating to details (which contain significant information ).
Tout comme pour l'approximation, chaque détail est représenté par un vecteur des coefficients d'ondelettes. Dans l'exemple illustré ici en figure 2, on distingue donc les coefficients d'ondelettes relatifs aux approximations, notés cA, sur la figure 2 (où j est compris entre 1 et 5) des coefficients d'ondelettes relatifs aux détails, noté cD sur la figure 2 (où j est compris entre 1 et 5).As with the approximation, each detail is represented by a vector of wavelet coefficients. In the example illustrated here in FIG. 2, the wavelet coefficients relative to the approximations, denoted cA, are thus distinguished in FIG. 2 (where j is between 1 and 5) of the wavelet coefficients relating to the details, denoted cD. in Figure 2 (where j is between 1 and 5).
Comme évoqué ci-dessus, les coefficients d'ondelettes qui vont être sélectionnés et traités sont ceux relatifs aux détails dans la mesure où ceux-ci contiennent l'information significative que l'on cherche à détecter et localiser. L'approche proposée dans le document WO 2010/149935 ne prévoit une analyse que sur les coefficients d'ondelettes de la bande de fréquence qui est significative pour le défaut. Ainsi, dans le cas où la fréquence d'échantillonnage du signal est faible (par exemple 1 Hertz), l'approche proposée dans WO 2010/149935 n'est plus applicable car l'information significative requise pour indiquer le défaut est indisponible dans le signal mesuré. De façon contraire, l'approche proposée ici prévoit une analyse des coefficients d'ondelettes sur toutes les bandes de fréquence. Ainsi, selon la présente invention et comme illustré en figure 2, pour chaque niveau de résolution j, les coefficients d'ondelettes cD, sont compris dans un vecteur se présentant sous la forme suivante : [c,,, ; c,,k]. Pour plus de clarté, les coefficients d'ondelettes relatifs aux détails sont notés dans la suite de la description comme suit c 1(k) , où c (k) = (f ItP . On comprend ici que k est un entier positif compris entre 1 et N, N étant fonction notamment du signal f et de sa durée d'enregistrement.As mentioned above, the wavelet coefficients that will be selected and processed are those relating to the details in that they contain the significant information that one seeks to detect and locate. The approach proposed in document WO 2010/149935 only provides an analysis of the wavelet coefficients of the frequency band that is significant for the defect. Thus, in the case where the sampling frequency of the signal is low (for example 1 Hertz), the approach proposed in WO 2010/149935 is no longer applicable because the significant information required to indicate the defect is unavailable in the measured signal. In contrast, the approach proposed here provides an analysis of wavelet coefficients on all frequency bands. Thus, according to the present invention and as illustrated in FIG. 2, for each level of resolution j, the wavelet coefficients cD are included in a vector in the following form: [c ,,,; c ,, k]. For the sake of clarity, the wavelet coefficients relating to the details are noted in the remainder of the description as follows c 1 (k), where c (k) = (f ItP) It is understood here that k is a positive integer between 1 and N, N being a function, in particular, of the signal f and of its recording duration.
Ensuite, dans l'exemple décrit ici, le calculateur 20 estime, lors d'une étape de quantification S2, la distribution de l'énergie Ej de chaque sous-signal à partir des coefficients d' ondelettes c (k) . Ce calcul est réalisé selon la formule suivante : = c1 (k)2 Le calculateur 20 réalise donc un calcul sur la somme des coefficients d'ondelette au carré (l'énergie) pour quantifier le niveau d'information contenue dans chaque détail. Dans ce calcul, les coefficients d'ondelette c (k) sont normalisés pour rendre plus claire la distribution de l'énergie Ej sur différentes bandes de fréquences. Chaque vecteur de coefficients c (k) se transforme en une quantité scalaire décrivant la fraction de l'énergie Ej du signal f contenue sur la bande de fréquence correspondante. L'ensemble des fractions d'énergie représente la distribution de l'énergie du signal sur toutes les bandes de fréquence. Cette distribution de l'énergie Ej s'est révélée avoir une relation étroite avec l'état de fonctionnement de l'ensemble électrochimique ENS. En effet, la figure 3a montre l'évolution de la dégradation d'une pile à combustible à oxyde solide (également connu sous l'anagramme « SOFC ») qui a pu se refléter par l'évolution du PECO (Pourcentage d'Energie des Coefficients d'Ondelettes) présent dans le signal tension. Dans cet exemple, on représente l'évolution dans le temps de la distribution d'énergie (PECO) pour quatre sous-signaux correspondant à quatre détails : dl, d2, d3 et d4.Then, in the example described here, the calculator 20 estimates, during a quantization step S2, the distribution of the energy Ej of each sub-signal from the wavelet coefficients c (k). This calculation is performed according to the following formula: = c1 (k) 2 The calculator 20 thus performs a calculation on the sum of the wavelet coefficients squared (energy) to quantify the level of information contained in each detail. In this calculation, the wavelet coefficients c (k) are normalized to make the distribution of the energy Ej more clear over different frequency bands. Each vector of coefficients c (k) is transformed into a scalar quantity describing the fraction of the energy Ej of the signal f contained on the corresponding frequency band. The set of energy fractions represents the distribution of the signal energy over all the frequency bands. This distribution of the energy Ej has proved to have a close relationship with the operating state of the electrochemical assembly ENS. Indeed, FIG. 3a shows the evolution of the degradation of a solid oxide fuel cell (also known as the "SOFC" anagram) which could be reflected by the evolution of the PECO (Percentage of Energy of the Wavelet Coefficients) present in the voltage signal. In this example, we represent the evolution over time of the energy distribution (PECO) for four sub-signals corresponding to four details: dl, d2, d3 and d4.
Sur cette figure 3a, on observe notamment une augmentation d'environ 20% du PECO pour le quatrième détail d4, ce qui en a entraîné une réduction de 20% pour le premier détail dl. Cette figure 3a montre ainsi la relation étroite existante entre les défauts (conditions anormale) et la distribution de l'énergie. Ensuite, le calculateur 20 permet de sélectionner lors d'une sélection S3 les sous-signaux (c'est-à-dire les détails) qui sont significatifs. Cette sélection prévoit une analyse de la distribution des énergies à l'aide d'approches statistiques permettant de déterminer les niveaux de détails qui sont significatifs. A titre d'illustration, la figure 4 montre un groupe d'histogrammes des PECOs présents dans les signaux de tension d'une pile à combustible SOFC aux différentes périodes de fonctionnement. Dans cet exemple, on représente l'évolution dans le temps de la distribution d'énergie (PECO) pour six sous-signaux correspondant à six détails : dl, d2, d3, d4, d5 et d6. On observe sur cette figure 4 que le sixième détail d6 dans les deux premiers périodes occupe une portion de l'énergie relativement grande par rapport à celui dans les autres périodes, ce qui conduit à une réduction de PECO du premier détail dl.In this figure 3a, there is notably an increase of about 20% of the PECO for the fourth detail d4, which resulted in a reduction of 20% for the first detail dl. This figure 3a thus shows the close relationship existing between the defects (abnormal conditions) and the distribution of the energy. Then, the computer 20 makes it possible to select, during a selection S3, the sub-signals (that is, the details) that are significant. This selection provides an analysis of the energy distribution using statistical approaches to determine levels of detail that are significant. By way of illustration, FIG. 4 shows a group of histograms of the CEECs present in the voltage signals of a SOFC fuel cell at the different periods of operation. In this example, we represent the evolution over time of the energy distribution (PECO) for six sub-signals corresponding to six details: dl, d2, d3, d4, d5 and d6. It can be observed in this FIG. 4 that the sixth detail d6 in the first two periods occupies a relatively large portion of the energy relative to that in the other periods, which leads to a reduction of PECO of the first detail d1.
Ceci est dû à la perturbation du détail d6 qui en fait ne s'associe pas avec l'état de santé de la pile à combustible. Par conséquent, le détail au sixième niveau ne devrait pas être pris en compte dans le calcul de PECO. Cette sélection S3 permet donc de filtrer les détails qui ne sont pas significatifs. La sélection S3 sur les sous-signaux étant réalisée, le calculateur 20 procède ensuite à une détermination S4 au cours de laquelle une grandeur physique est calculée pour ces sous-signaux. Cette grandeur physique est dans l'exemple décrit ici une entropie relative ER d'ondelettes qui se calcule selon la formule suivante : ER = -Epk* ln(/A ) qk OÙ pk est un pourcentage d'énergie des coefficients d'ondelettes égal à: Ek Pk= LE, et q est un vecteur des pourcentages d'énergie du signal de référence mentionné ci- dessus. Cette grandeur physique, ici l'entropie relative des coefficients d'ondelettes, permet ainsi de déterminer une signature du signal qui dans l'exemple décrit ici est une mesure de la différence entre les distributions d'énergie de deux signaux (le signal f et le signal de référence).This is due to the disruption of the detail d6 which in fact does not associate with the state of health of the fuel cell. Therefore, the detail at the sixth level should not be taken into account in the CEEC calculation. This selection S3 thus makes it possible to filter the details which are not significant. The selection S3 on the sub-signals being carried out, the computer 20 then proceeds to a determination S4 during which a physical quantity is calculated for these sub-signals. This physical quantity is in the example described here an ER relative entropy of wavelets which is calculated according to the following formula: ER = -Epk * ln (/ A) qk where pk is a percentage of energy of the coefficients of wavelets equal at: Ek Pk = LE, and q is a vector of the energy percentages of the reference signal mentioned above. This physical quantity, here the relative entropy of the wavelet coefficients, thus makes it possible to determine a signature of the signal which in the example described here is a measure of the difference between the energy distributions of two signals (the signal f and the reference signal).
L'entropie relative calculée ici permet d'obtenir des mesures comprise entre 0 et 1, ce qui est plus aisément comparable que les mesures réalisées directement entre le signal étudié et la référence. En reprenant l'exemple décrit ci-dessus pour un SOFC qui se dégrade (figure 3a), on constate sur la figure 3b que l'entropie relative du signal de tension augmente dans le temps avec la dégradation. Ensuite, le circuit de traitement 30 du système 100 permet une localisation S5 des défauts dans l'ensemble ENS. Au cours de cette localisation S5, la signature du signal est analysée de manière à permettre la localisation d'un défaut dans ledit ensemble ENS. Lors de cette étape, on détermine des seuils de discrimination à partir desquels un défaut peut être considéré comme présent. Si les valeurs d'entropie ER ne sont pas assez discriminatives pour différencier les situations normales des situations anormales, il faut retourner à l'étape de sélection S3 et refaire la sélection des détails significatifs en reprenant un critère de sélection moins sélectif Quand un défaut du dispositif électrochimique PAC s'est produit, la distribution d'énergie du signal f demeure plus désordonnée que celle avec un défaut du système périphérique PER. C'est cette différence qui nous permet de distinguer ces deux genres de défaut. En fait, la distribution d'énergie d'un signal f caractérise la forme de spectre de fréquence du signal. C'est cette analyse, dite par seuillage discriminatif, qui est réalisée pour déterminer cette localisation du défaut dans l'ensemble. Le document WO 2010/149935 ne propose que l'utilisation d'une transformation par paquets d'ondelettes, ce qui permet d'exploiter le contenue fréquentiel du signal plus profondément que la transformation discrète en ondelettes, sans pour autant permettre une location. De façon contraire, dans la présente invention, c'est la transformation discrète en ondelettes qui est utilisée et qui permet répartir le contenu fréquentiel d'un signal pour des bandes de fréquence de largeur différente. L'analyse de l'entropie pour les sous-signaux pertinents permet de réaliser la localisation des défauts. Dans la suite de cette description, différents exemples d'applications sont exposés en références aux figures correspondantes. Exemple 1 : Dans cet exemple, un ensemble composé de six piles à combustible à oxyde solide ou cellules (notées cl à c6) est étudié en condition nominale selon quatre répétitions (comme illustré en figure lb). Ces tests en condition nominale sont nommés respectivement C0-1, C0-2, C0-3 et CO-4. Ensuite, seize conditions d'opérations « déviantes » ont été étudiées ; ces tests en condition déviantes sont nommés respectivement de Cl à C16. Parmi ces seize opérations déviantes, C4 et C12 sont considérés en tant que « conditions de fonctionnement anormales à détecter » (utilisation de gaz est à niveau élevé et courant faible). À chaque condition, les signaux de tension des piles cl à c6 ont été étudiés conformément au processus décrit ci-dessus. Les PECO de chaque signal de ces piles cl à c6 sont calculés et présentés dans la figure 5.The relative entropy calculated here makes it possible to obtain measurements between 0 and 1, which is more easily comparable than measurements made directly between the signal studied and the reference. Taking again the example described above for a SOFC which is degraded (FIG. 3a), it can be seen in FIG. 3b that the relative entropy of the voltage signal increases in time with the degradation. Then, the processing circuit 30 of the system 100 allows a location S5 of the defects in the set ENS. During this location S5, the signature of the signal is analyzed so as to allow the location of a defect in said set ENS. In this step, discrimination thresholds are determined from which a defect can be considered as present. If the ER entropy values are not discriminative enough to differentiate the normal situations from the abnormal situations, it is necessary to return to the selection step S3 and redo the selection of the significant details by resuming a less selective selection criterion. PAC electrochemical device has occurred, the energy distribution of the signal f remains more disorderly than that with a defect of the peripheral system PER. It is this difference that allows us to distinguish these two kinds of defect. In fact, the energy distribution of a signal f characterizes the frequency spectrum shape of the signal. It is this analysis, called discriminative thresholding, which is carried out to determine this location of the defect in the assembly. The document WO 2010/149935 proposes only the use of a wavelet packet transformation, which makes it possible to exploit the frequency content of the signal more deeply than the discrete wavelet transformation, without allowing a lease. In contrast, in the present invention, it is the discrete wavelet transformation that is used which allows the frequency content of a signal to be distributed for frequency bands of different widths. The entropy analysis for the relevant sub-signals makes it possible to locate the defects. In the remainder of this description, various examples of applications are described with reference to the corresponding figures. Example 1: In this example, an assembly composed of six solid oxide fuel cells or cells (denoted c1 to c6) is studied in nominal condition according to four repetitions (as illustrated in FIG. 1b). These tests in nominal condition are named respectively C0-1, C0-2, C0-3 and CO-4. Then, sixteen "deviant" operating conditions were studied; these tests in deviant conditions are named respectively from C1 to C16. Of these sixteen deviant operations, C4 and C12 are considered as "abnormal operating conditions to be detected" (gas use is high level and low current). At each condition, the voltage signals from cells C1 through C6 were studied according to the process described above. The CEECs for each signal of these cells c6 to c6 are calculated and presented in Figure 5.
On peut constater sur cette figure 5 que les distributions de valeur des PECO pour les signaux de chaque pile cl à c6 aux conditions d'opération anormales (C4 et C12) sont différentes de celles aux autres conditions : les pourcentages d'énergie présents sur les détails (détail Dl, détail D2, détail D3, détail D4 et détail D5) ne sont pas dans l'ordre décroissant.It can be seen from this FIG. 5 that the value distributions of the CEECs for the signals of each stack C1 to C6 under the abnormal operating conditions (C4 and C12) are different from those at the other conditions: the energy percentages present on the details (detail D1, detail D2, detail D3, detail D4 and detail D5) are not in descending order.
L'entropie relative ER des PECO pour chaque signal étudié a ensuite été calculé en utilisant le signal de référence CO-1, ces calculs sont représentés en figure 6. Comme illustré sur cette figure 6, pour chaque pile, les entropies ER pour les conditions C4 et C12 présentent un pique par rapport aux autres entropies calculées. Ces calculs mettent en évidence que l'entropie relative ER permet de distinguer les conditions d'opération anormales (C4 et C12) de celles tolérantes/normales. Exemple 2: Dans cet exemple, l'essai s'est déroulé sur le même module pile à combustible que celui de l'exemple 1 ci-dessus. Par contre, dans cet exemple, la cellule c3 au milieu du module est gravement dégradée.The relative entropy ER of the CEECs for each signal studied was then calculated using the reference signal CO-1, these calculations are represented in FIG. 6. As illustrated in FIG. 6, for each stack, the ER entropies for the conditions C4 and C12 have a peak compared to the other computed entropies. These calculations show that the relative entropy ER makes it possible to distinguish abnormal operating conditions (C4 and C12) from tolerant / normal ones. Example 2: In this example, the test was conducted on the same fuel cell module as that of Example 1 above. On the other hand, in this example, the cell c3 in the middle of the module is seriously degraded.
La figure 7 qui représente l'entropie relative de chaque pile à la condition CO-3 montre que la pile c3 s'est fortement dégradée : l'entropie relative de cette pile c3 est beaucoup plus grande que celle des autres piles. En comparant la figure 7 à la figure 8, on observe que cette valeur (supérieure à 0,7) est aussi plus grande que les valeurs de l'entropie relative quand les piles cl et c3 (avant la dégradation) fonctionnent à des conditions anormales C4 et C12 (respectivement inférieure à 0,5 et supérieure à 0,15). En conséquence, il est possible ici de définir un seuil, noté ici Seuil 1, pour la valeur 0,5 afin de différentier le défaut du système PER de celui dans la pile PAC.FIG. 7, which represents the relative entropy of each stack with the condition CO-3, shows that the stack c3 has greatly deteriorated: the relative entropy of this stack c3 is much greater than that of the other stacks. Comparing FIG. 7 to FIG. 8, it is observed that this value (greater than 0.7) is also greater than the relative entropy values when the cl and c3 stacks (before the degradation) operate at abnormal conditions. C4 and C12 (respectively less than 0.5 and greater than 0.15). Consequently, it is possible here to define a threshold, noted here Threshold 1, for the value 0.5 in order to differentiate the fault of the system PER from that in the stack PAC.
En plus, un autre seuil, noté ici Seuil 2, peut également se mettre à la valeur 0,15 en vue de distinguer le mode d'opération avec un défaut de celui sans défaut. La figure 8 donne les valeurs de l'entropie relative ER de la pile c3 dégradée (à partir de la condition C6) et de la pile cl en bonne santé aux conditions de fonctionnement différentes. Avant la dégradation de cette pile c3, les valeurs d'entropie de ces signaux de tension aux C0-1 et C10 sont quasiment nulles. De façon contraire, après la dégradation de cette pile c3, la valeur de l'entropie relative ER à chaque condition de fonctionnement est supérieure à 0.5, c'est-à-dire, au dessus du seuil de différentiation (Seuil 1) entre des défauts du système de celui de la pile. Pour la pile cl en bonne santé, quand elle fonctionne aux conditions anormales C4 et C12, la valeur d'ER de son signal de tension se trouve donc entre les deux seuils Seuil 1 et Seuil 2, en indiquant l'occurrence de défaut du système. Ainsi, les différents exemples décrits ici permettent d'apprécier l'exploitation qui peut être réalisée de l'entropie pour déterminer la localisation précise des défauts dans un ensemble électrochimique, en utilisant une discrimination par seuillage. Il devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisation particulier de la présente invention, mais qu'en aucun cas cette description ne revêt un quelconque caractère limitatif à l'objet de l'invention ; bien au contraire, elle a pour objectif d'ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications qui suivent.In addition, another threshold, noted here Threshold 2, can also be set to the value 0.15 in order to distinguish the operation mode with a fault from the faultless one. FIG. 8 gives the values of the relative entropy ER of the degraded c3 stack (from condition C6) and of the healthy stack C1 under different operating conditions. Before the degradation of this stack c3, the entropy values of these voltage signals at C0-1 and C10 are almost zero. Conversely, after the degradation of this stack c3, the value of the relative entropy ER at each operating condition is greater than 0.5, that is to say, above the threshold of differentiation (Threshold 1) between system faults that of the battery. For the cell cl healthy, when it operates under abnormal conditions C4 and C12, the ER value of its voltage signal is therefore between the two thresholds Threshold 1 and Threshold 2, indicating the occurrence of system fault . Thus, the various examples described here make it possible to appreciate the operation that can be performed of the entropy to determine the precise location of the defects in an electrochemical assembly, by using thresholding discrimination. It should be observed that this detailed description relates to a particular embodiment of the present invention, but in no case this description is of any nature limiting to the subject of the invention; on the contrary, its purpose is to remove any imprecision or misinterpretation of the claims that follow.
Claims (14)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1262319A FR2999722B1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | LOCATION OF ONE OR MORE FAULTS IN AN ELECTROCHEMICAL ASSEMBLY. |
PCT/FR2013/053163 WO2014096702A1 (en) | 2012-12-19 | 2013-12-18 | Locating of one or more defects in an electrochemical assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1262319A FR2999722B1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | LOCATION OF ONE OR MORE FAULTS IN AN ELECTROCHEMICAL ASSEMBLY. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2999722A1 true FR2999722A1 (en) | 2014-06-20 |
FR2999722B1 FR2999722B1 (en) | 2022-01-07 |
Family
ID=48170608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR1262319A Active FR2999722B1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | LOCATION OF ONE OR MORE FAULTS IN AN ELECTROCHEMICAL ASSEMBLY. |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2999722B1 (en) |
WO (1) | WO2014096702A1 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105355945A (en) * | 2015-11-18 | 2016-02-24 | 沈阳化工大学 | Microbiological fuel cell fault diagnosis method based on wavelet-transformation |
CN105389475B (en) * | 2015-12-22 | 2018-04-20 | 中国石油大学(华东) | A kind of electric power factory equipment fault detection method based on WAVELET PACKET DECOMPOSITION |
CN107525671B (en) * | 2017-07-28 | 2020-12-18 | 中国科学院电工研究所 | A method for separation and identification of composite fault features of wind turbine drive chain |
CN110873832A (en) * | 2019-11-17 | 2020-03-10 | 云南电网有限责任公司临沧供电局 | Power distribution network line selection method and system based on wavelet energy entropy |
CN111397896B (en) * | 2020-03-08 | 2020-12-18 | 华中科技大学 | A kind of rotating machinery fault diagnosis method, system and storage medium |
CN111426955B (en) * | 2020-04-23 | 2021-06-08 | 华南理工大学 | A kind of fault diagnosis method of lithium ion battery |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010149935A1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-12-29 | Electricite De France | Detection of defects in an electrochemical device |
-
2012
- 2012-12-19 FR FR1262319A patent/FR2999722B1/en active Active
-
2013
- 2013-12-18 WO PCT/FR2013/053163 patent/WO2014096702A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010149935A1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-12-29 | Electricite De France | Detection of defects in an electrochemical device |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
CHITRADEEP SEN ET AL: "Design of a Novel Wavelet Based Transient Detection Unit for In-Vehicle Fault Determination and Hybrid Energy Storage Utilization", IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID, IEEE, USA, vol. 3, no. 1, 1 March 2012 (2012-03-01), pages 422 - 433, XP011422558, ISSN: 1949-3053, DOI: 10.1109/TSG.2011.2160296 * |
FENGLAI PEI ET AL: "A Study on PEMFC Faults Diagnosis Based on Wavelet Analysis", APPLIED MECHANICS AND MATERIALS, TRANS TECH PUBL, CH, vol. 217-219, 1 January 2012 (2012-01-01), pages 770 - 775, XP009172780, ISSN: 1660-9336, DOI: 10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMM.217-219.770 * |
NADIA YOUSFI STEINER ET AL: "Non intrusive diagnosis of polymer electrolyte fuel cells by wavelet packet transform", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS B.V., BARKING, GB, vol. 36, no. 1, 11 October 2010 (2010-10-11), pages 740 - 746, XP028131002, ISSN: 0360-3199, [retrieved on 20101019], DOI: 10.1016/J.IJHYDENE.2010.10.033 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014096702A1 (en) | 2014-06-26 |
FR2999722B1 (en) | 2022-01-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2434304B1 (en) | System and method of in situ battery diagnosis by electrochemical impedance spectroscopy | |
EP2575205B1 (en) | Method and system for diagnosing the internal state of a battery by acoustic emission | |
CA2746543C (en) | Identification of defects in an aircraft engine | |
FR2999722A1 (en) | LOCATION OF ONE OR MORE DEFECTS IN AN ELECTROCHEMICAL ASSEMBLY. | |
EP2368161B1 (en) | Detection of anomalies in an aircraft engine | |
EP2401624B1 (en) | Method of determining a state of health of an electrochemical device | |
EP2446370B1 (en) | Detection of defects in an electrochemical device | |
EP3503274B1 (en) | Method for determining the health of a fuel cell using measurements during real use | |
EP2410346A1 (en) | Method of determining a parameter of at least one accumulator of a battery | |
EP2362234A1 (en) | Non-intrusive method for determination of the electrical impedance of a battery | |
EP3839679B1 (en) | Method for checking level of screwing quality of a screwdriver, associated device and programme implementing the method | |
EP3654047B1 (en) | Diagnostic method for a fuel cell | |
FR3115607A1 (en) | METHOD FOR DETECTING A DEFECT IN A GROUP OF BATTERY MODULES | |
FR3067124B1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR REAL-TIME DIAGNOSIS OF THE OPERATING STATE OF AN ELECTROCHEMICAL SYSTEM, AND ELECTROCHEMICAL SYSTEM INTEGRATING THE DIAGNOSTIC SYSTEM | |
WO2014009634A1 (en) | Method for detecting deterioration in a turbomachine by monitoring the performance of said turbomachine | |
EP3682368B1 (en) | Method for determining the operating state of a system, method for configuring a classifier used to identify such a state, and device for determining such a state | |
EP4187266B1 (en) | Identifying an anomaly in an electrochemical system | |
EP4206710B1 (en) | Determining the state of health of an electrical accumulator by conversion | |
EP3883029A1 (en) | Method and system for determining a degradation indicator of a fuel cell | |
EP3559688B1 (en) | Improved characterisation of an electrochemical device in operation for a prognosis of the future operation of the device | |
EP3835800B1 (en) | Diagnosis of energy storage systems in operation | |
EP4073527B1 (en) | Method for determining a test signal, method for checking for and detecting a fault in an electrochemical system employing such a signal | |
WO2024194570A1 (en) | Method for detecting the presence of an electric arc, and associated device | |
FR3147005A1 (en) | Method for detecting the presence of electric arcs and associated device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 9 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 10 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 11 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 12 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |