CN116736184A - 一种电堆单电池短路检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种电堆单电池短路检测方法及装置，短路检测方法包括如下步骤：比对正常电堆与待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对正常电堆与待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸；并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，则确定该单电池为短路单电池。本技术方案通过结合检测温度、检测电压，以及检测图像变化的多维度判断方式，从而使得电堆单电池的短路识别更精准。

Description

一种电堆单电池短路检测方法及装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种电堆单电池短路检测方法及装置。

背景技术

质子交换膜燃料单电池是一种通过电化学方法将化学能直接转化成电能的机构装置，已经在工业、家用电器以及新能源汽车进行了广泛的应用。

在目前燃料电池的实际应用过程中，电堆作为电气高压件，其单电池短路不仅会对电堆本身造成严重的损坏，同时也对人员造成极大的安全威胁。因此对于电堆单电池短路问题需要进行诊断检测，并且能够快速识别出具体发生短路的单电池，以便后续进行快速的电堆问题排查和返修。

目前常用的电堆单电池短路的检测方法，有的需要将整堆装配到电堆测试台架上，通过通入反应介质，然后探测电堆单电池的电压进行诊断，这样的方法需要占用宝贵的台架资源，而且也可能存在一定安全风险；有的通过外部电源给电堆两端的导电集流板输入微小电流，通过检测单电池的电阻的变化判定是否有短路，这样的方法只能定性识别单电池是否短路，无法识别具体短路的单电池，从而无法给出准确的返修方案。

发明内容

本发明的目的是提出一种电堆单电池短路检测方法及装置，旨在解决现有的电堆检测无法识别具体的短路单电池的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种电堆单电池短路检测方法，包括如下步骤：

对正常电堆单电池施加额定电压；

通过热成像仪获取所述正常电堆每一单电池的温度，同时获取所述正常电堆每一单电池的电压，分别作为所述正常电堆每一单电池的基准温度以及基准电压；

对与所述正常电堆为同一种类的待测电堆单电池施加相同的额定电压；

将热成像仪设置于所述待测电堆一侧，获取包含所述待测电堆每一单电池侧面的热图像，以及热图像中的发热点；同时通过热成像仪获取所述待测电堆每一单电池的温度，获取所述待测电堆每一单电池的电压，分别作为所述待测电堆每一单电池的检测温度以及检测电压；

比对所述正常电堆与所述待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对所述正常电堆与所述待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压；

若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，

或，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围；

则确定该单电池为短路单电池。

作为本发明的进一步改进：通过电压巡检仪获得所述正常电堆每一单电池以及所述待测电堆每一单电池的基准电压、检测电压；通过分析模块分别收集所述热成像仪与所述电压巡检仪的检测温度以及检测电压，输出短路单电池的序号以及对应的电压信息。

作为本发明的进一步改进：将所述正常电堆导电集流板与单电池连接，将外部电源与所述正常电堆导电集流板连接，使正常电堆每一单电池获得用于探测的额定电压；

以及，将所述待测电堆导电集流板与单电池连接，将外部电源与所述待测电堆导电集流板连接，使待测电堆每一单电池获得用于探测且与所述正常电堆相同的额定电压。

本发明还提出一种电堆单电池短路检测装置，包括：

电源组件，用于分别连接正常电堆、待测电堆，并且为所述正常电堆、所述待测电堆提供相同的稳定电压；

热成像仪，用于监测正常电堆每一单电池的温度以及监测待测电堆每一单电池的温度；以及用于获取包含待测电堆每一单电池侧面的热图像、热图像中的发热点；

电压巡检仪，用于监测正常电堆每一单电池的电压以及监测待测电堆每一单电池的电压；

分析模块，用于比对单电池的检测温度与基准温度，以及判断热图像中该单电池的发热点的热量是否朝向单电池两端相反的长度方向延伸；

其中，所述电堆单电池短路检测装置执行时实现上述的电堆单电池短路检测方法的步骤。

本发明还提出一种多个电堆单电池短路检测方法，包括如下步骤：

将多个正常电堆与外部电源并联连接，对所述多个正常电堆单电池施加额定电压；

通过热成像仪获取所述多个正常电堆每一单电池的温度，同时获取所述多个正常电堆每一单电池的电压，分别作为所述多个正常电堆每一单电池的基准温度以及基准电压；

对与所述多个正常电堆为同一种类的多个待测电堆单电池施加相同的额定电压；

将热成像仪设置于所述多个待测电堆一侧，获取包含所述多个待测电堆每一单电池侧面的热图像，以及热图像中的发热点；同时通过热成像仪获取所述多个待测电堆每一单电池的温度，获取所述多个待测电堆每一单电池的电压，分别作为所述多个待测电堆每一单电池的检测温度以及检测电压；

比对所述多个正常电堆与所述多个待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对所述多个正常电堆与所述多个待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压；

若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，

或，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围；

则确定该单电池为短路单电池。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本技术方案通过比对正常电堆与待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对正常电堆与待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，或，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围，则确定该单电池为短路单电池；该方案通过结合检测温度、检测电压，以及检测图像变化的多维度判断方式，从而使得电堆单电池的短路识别更精准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1 为本发明电堆单电池短路检测装置一实施例的结构示意图；

图2 为本发明批量电堆短路检测装置一实施例的结构示意图；

图3为本发明单电池的热图像热量变化示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1，本技术方案提供一种电堆单电池短路检测装置，在某一实施例中，电堆单电池短路检测装置用于检测电堆的短路单电池。被测电堆包括多个堆叠的单电池1以及设置于单电池1两侧的导电集流板2。所述电堆单电池短路检测装置包括：

电源组件3，用于分别连接正常电堆、待测电堆，并且为所述正常电堆、所述待测电堆提供相同的稳定电压；

热成像仪6，用于监测正常电堆每一单电池的温度以及监测待测电堆每一单电池的温度；以及用于获取包含待测电堆每一单电池侧面的热图像、热图像中的发热点；

电压巡检仪4，用于监测正常电堆每一单电池的电压以及监测待测电堆每一单电池的电压；

分析模块5，用于比对单电池的检测温度与基准温度，以及判断热图像中该单电池的发热点的热量是否朝向单电池两端相反的长度方向延伸，以及用于比对单电池的检测电压与基准电压，以及判断发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值是否超出预设范围。

请参阅图2，本技术方案提供还一种批量电堆单电池短路检测装置，在某一实施例中，批量电堆单电池短路检测装置用于在多个电堆中检测内部的短路单电池。被测电堆包括多个并联的电堆7，所述批量电堆单电池短路检测装置包括与多个电堆7并联的电源组件3。

请参阅图3，本技术方案还提供一种电堆单电池短路检测方法，该电堆单电池短路检测方法基于上述实施例的电堆单电池短路检测装置。在某一实施例中，检测方法包括如下步骤：

S1：对正常电堆单电池施加额定电压；

S2：通过热成像仪获取所述正常电堆每一单电池的温度，同时获取所述正常电堆每一单电池的电压，分别作为所述正常电堆每一单电池的基准温度以及基准电压；

S3：对与所述正常电堆为同一种类的待测电堆单电池施加相同的额定电压；

S4：将热成像仪设置于所述待测电堆一侧，获取包含所述待测电堆每一单电池侧面的热图像，以及热图像中的发热点；同时通过热成像仪获取所述待测电堆每一单电池的温度，获取所述待测电堆每一单电池的电压，分别作为所述待测电堆每一单电池的检测温度以及检测电压；

S5：比对所述正常电堆与所述待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对所述正常电堆与所述待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压；

S6：若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，则确定该单电池为短路单电池。

具体而言，正常电堆具体指已做检测且判定为无短路单电池的电堆，待测电堆为未做检测且可能含有短路单电池的电堆。待测电堆与正常电堆为同一种类电堆，即两者的单电池数量、单电池的形状、单电池的型号均相同。另外，基准温度的预设范围指的是基准温度的波动范围，例如基准温度为60℃，波动值为±5℃，基准温度的预设范围则表示55℃-65℃；同理，基准电压的预设范围指的是基准电压的波动范围。

上述电堆单电池短路检测方法利用了热成像仪判断局部产生大量的热量引起温度上升的单电池从而确定短路单电池所在位置，但由于单电池的结构较薄，单电池的热量会扩散，多个单电池贴合在一起，仅通过一张热图像以不同颜色的温度分布，是无法准确地在多个堆叠的单电池中识别短路单电池，并且可能会将相邻的单电池误判为短路单电池（例如通过热图像判断单电池序号1、单电池序号2、单电池序号3的检测温度均高于基准温度的预设范围，但实际上只有一个单电池序号1发生短路，该短路电池的热量传递至相邻的单电池，导致相邻两个单电池的检测温度均高于基准温度的预设范围）。另外，检测电压也会出现误判，如果仅仅通过检测温度、检测电压两种方式结合，实际检测的准确性仍无法得到保证，而本实施例的电堆单电池短路检测方法不仅利用检测温度、检测电压两种方式，在此基础上还增加了检测图像变化来进一步提高检测准确性。

具体而言，请参阅图3，将热成像仪的拍摄角度朝向电堆可呈现每一单电池厚度的一侧（非单电池板面一侧），由于正常电堆的电池通电后，单电池上所有的位置将会出现均匀升温的现象。因此，当短路电池开始升温，热成像仪捕获发热点，发热点为短路单电池首先升温的位置，发热点的热量会朝向单电池两端相反的长度方向延伸。短路电池上的其他位置与发热点相比，发热点发热更快温度更高，并且相对于热量传递至相邻的单电池，发生短路的单电池在自身结构上的热传递效率更高。因此本实施例的检测方法，在确定了某些单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，检测电压超出基准电压的预设范围后，再通过判断发热点的热量是否朝向单电池两端相反的长度方向延伸，最终确定短路电池（例如通过热图像判断单电池序号1、单电池序号2、单电池序号3的检测温度均高于基准温度的预设范围，通过检测电压判断电池序号1、单电池序号2的检测电压均高于基准电压的预设范围，通过热图像仅捕获了单电池序号2存在发热点并且该发热点朝向单电池两端相反的长度方向延伸，由此确定只有单电池序号2为短路电池）。

在另一实施例，电堆单电池短路检测方法的步骤S6包括：

若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围，则确定该单电池为短路单电池。

具体而言，由于发生短路的单电池在自身结构上的热传递效率相对于热量传递至相邻的单电池的效率，自身结构上的热传递效率更高，因此，在短路单电池的升温期间，若检测短路单电池的温度数值与相邻单电池的温度数值不连续（例如短路的单电池的温度数值为85℃，与其相邻单电池的温度数值并非84℃），并且出现温度断层现象（例如短路的单电池的温度数值为85℃，与其相邻单电池的温度数值为70℃，两者温差大），则确定为发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围。因此本实施例的检测方法在比对正常电堆与待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对正常电堆与待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压之后，通过判断单电池的检测温度是否超出基准温度的预设范围，单电池的检测电压是否低于基准电压的预设范围，判断发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值是否超出预设范围，通过多维度的条件来精准确定单电池是否为短路单电池。

在另一实施例，电堆单电池短路检测方法的步骤S6包括：

若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围，则确定该单电池为短路单电池。

本实施例的检测方法结合检测温度、检测电压、检测发热点的热量延伸方向、检测发热点对应的单电池与相邻单电池是否出现温度断层现象，通过多维度的条件来精准确定单电池是否为短路单电池。

本技术方案通过比对正常电堆与待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对正常电堆与待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，或，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围，或，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围，则确定该单电池为短路单电池。该方案通过结合检测温度、检测电压，以及检测图像变化的多维度判断方式，从而使得电堆单电池的短路识别更精准。

此外，电堆外接的外部电源仅仅施加电堆的微小的电压即可实现检测，不会对电堆单电池造成损伤，安全方便；电堆不需要装配到测试台架上，不占用测资源，不使用反应介质，操作更加便捷快速，可提高生产效率。

进一步地，电堆单电池短路检测方法中，通过电压巡检仪获得所述正常电堆每一单电池以及所述待测电堆每一单电池的基准电压、检测电压，通过分析模块分别收集所述热成像仪与所述电压巡检仪的检测温度以及检测电压，输出短路单电池的序号以及对应的电压信息。

进一步地，电堆单电池短路检测方法还包括如下步骤：

将所述正常电堆导电集流板与单电池连接，将外部电源与所述正常电堆导电集流板连接，使正常电堆每一单电池获得用于探测的额定电压；

以及，将所述待测电堆导电集流板与单电池连接，将外部电源与所述待测电堆导电集流板连接，使待测电堆每一单电池获得用于探测且与所述正常电堆相同的额定电压。

上述实施例仅能一次对一个电堆进行检测，无法批量检测电堆的短路情况，因此检测效率低下。为了批量快速地排查电堆的短路情况，本技术方案还提供一种多个电堆单电池短路检测方法，该多个电堆单电池短路检测方法基于上述的批量电堆单电池短路检测装置。在某一实施例中，多个电堆单电池短路检测方法包括如下步骤：

S100：将多个正常电堆与外部电源并联连接，对多个正常电堆单电池施加额定电压；

S200：通过热成像仪获取所述多个正常电堆每一单电池的温度，同时获取所述多个正常电堆每一单电池的电压，分别作为所述多个正常电堆每一单电池的基准温度以及基准电压；

S300：对与所述多个正常电堆为同一种类的多个待测电堆单电池施加相同的额定电压；

S400：将热成像仪设置于所述多个待测电堆一侧，获取包含所述多个待测电堆每一单电池侧面的热图像，以及热图像中的发热点；同时通过热成像仪获取所述多个待测电堆每一单电池的温度，获取所述多个待测电堆每一单电池的电压，分别作为所述多个待测电堆每一单电池的检测温度以及检测电压；

S500：比对所述多个正常电堆与所述多个待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对所述多个正常电堆与所述多个待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压；

若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，

或，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围；

则确定该单电池为短路单电池。

本实施例将多个正常电堆与外部电源并联连接，给多个正常电堆单电池提供额定电压，通过比对多个正常电堆与多个待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对多个正常电堆与多个待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压，以及判断单电池的发热点的热量是否朝向单电池两端相反的长度方向延伸或发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值是否超出预设范围，从而可批量确定具体发生短路的单电池。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种电堆单电池短路检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

对正常电堆单电池施加额定电压；

通过热成像仪获取所述正常电堆每一单电池的温度，同时获取所述正常电堆每一单电池的电压，分别作为所述正常电堆每一单电池的基准温度以及基准电压；

对与所述正常电堆为同一种类的待测电堆单电池施加相同的额定电压；

将热成像仪设置于所述待测电堆一侧，获取包含所述待测电堆每一单电池侧面的热图像，以及热图像中的发热点；同时通过热成像仪获取所述待测电堆每一单电池的温度，获取所述待测电堆每一单电池的电压，分别作为所述待测电堆每一单电池的检测温度以及检测电压；

比对所述正常电堆与所述待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对所述正常电堆与所述待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压；

若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，

或，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围；

则确定该单电池为短路单电池。

2.根据权利要求1所述的电堆单电池短路检测方法，其特征在于，通过电压巡检仪获得所述正常电堆每一单电池以及所述待测电堆每一单电池的基准电压、检测电压；通过分析模块分别收集所述热成像仪与所述电压巡检仪的检测温度以及检测电压，输出短路单电池的序号以及对应的电压信息。

3.根据权利要求1所述的电堆单电池短路检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

将所述正常电堆导电集流板与单电池连接，将外部电源与所述正常电堆导电集流板连接，使正常电堆每一单电池获得用于探测的额定电压；

以及，将所述待测电堆导电集流板与单电池连接，将外部电源与所述待测电堆导电集流板连接，使待测电堆每一单电池获得用于探测且与所述正常电堆相同的额定电压。

4.一种电堆单电池短路检测装置，其特征在于，包括：

电源组件，用于分别连接正常电堆、待测电堆，并且为所述正常电堆、所述待测电堆提供相同的稳定电压；

热成像仪，用于监测正常电堆每一单电池的温度以及监测待测电堆每一单电池的温度；以及用于获取包含待测电堆每一单电池侧面的热图像、热图像中的发热点；

电压巡检仪，用于监测正常电堆每一单电池的电压以及监测待测电堆每一单电池的电压；

分析模块，用于比对单电池的检测温度与基准温度，以及判断热图像中该单电池的发热点的热量是否朝向单电池两端相反的长度方向延伸；

其中，所述电堆单电池短路检测装置执行时实现如权利要求1-3任一项所述的电堆单电池短路检测方法的步骤。

5.一种多个电堆单电池短路检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

将多个正常电堆与外部电源并联连接，对所述多个正常电堆单电池施加额定电压；

通过热成像仪获取所述多个正常电堆每一单电池的温度，同时获取所述多个正常电堆每一单电池的电压，分别作为所述多个正常电堆每一单电池的基准温度以及基准电压；

对与所述多个正常电堆为同一种类的多个待测电堆单电池施加相同的额定电压；

将热成像仪设置于所述多个待测电堆一侧，获取包含所述多个待测电堆每一单电池侧面的热图像，以及热图像中的发热点；同时通过热成像仪获取所述多个待测电堆每一单电池的温度，获取所述多个待测电堆每一单电池的电压，分别作为所述多个待测电堆每一单电池的检测温度以及检测电压；

比对所述多个正常电堆与所述多个待测电堆对应每一单电池的检测温度与基准温度，以及比对所述多个正常电堆与所述多个待测电堆对应每一单电池的检测电压与基准电压；

若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且在热图像中该单电池的发热点的热量朝向单电池两端相反的长度方向延伸，

或，若某一单电池的检测温度超出基准温度的预设范围，并且该单电池的检测电压低于基准电压的预设范围，并且发热点对应的单电池与相邻单电池的温度差值超出预设范围；

则确定该单电池为短路单电池。