CN110600773A - 燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法及装置,所述故障诊断方法包括:获取历史空气数据;获取燃料电池系统的目标功率;获取目标空气数据;获取空气供给系统中的实际空气数据;获取目标空气数据与实际空气数据之间的差值,并在差值超过设定阈值时,确定空气供给系统发生故障;获取空气供给系统中的目标设备的运行状态数据进而确定空气供给系统对应的故障类型。本发明能够及时判断出空气供给系统中发生故障的每个部件,避免因部件性能衰减、损坏等情况影响燃料电池系统的性能,有效地避免了燃料电池系统发生严重损坏的情况发生;同时,全面地检测空气供给系统的故障诊断类型,提高了空气供给系统的故障诊断的准确度与效率。
Description
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域,特别涉及一种燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法及装置。
背景技术
随着燃料电池系统的广泛使用,对其安全性和可靠性也随之提出了更高。燃料电池系统通过氢气氧气发生电化学反应进行发电,其中燃料电池电堆中的空气供给系统的空气流量、空气压力都对燃料电池系统的性能有直接影响。空气供给系统的零部件较多,控制参数也较多,所以空气供给系统的故障诊断对于燃料电池系统的运行也尤为重要。
现有技术中,主要通过如下两种方法对燃料电池进行故障诊断:1)通过原始数据提取诊断并做预处理的方法,形成故障诊断分类器,从而达到故障诊断的作用;该故障诊断方法虽然解决了故障诊断并分类的问题,但是研发周期长,且故障诊断是基于一定的原始数据,若原始数据不充分,故障分类则不能够完全充分;2)对燃料电池进行故障诊断主要是对空气供给系统中的压力传感器进行诊断,并没有考虑到其他部件的故障诊断及处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对燃料电池故障诊断效果不理想的缺陷,提供一种燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法及装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
本发明提供一种燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,所述故障诊断方法包括:
S1.获取所述燃料电池系统在不同的历史功率下工作时所述空气供给系统中对应的历史空气数据;
S2.获取所述燃料电池系统的目标功率;
S3.根据所述历史功率与所述历史空气数据获取所述目标功率对应的目标空气数据;
S4.获取所述空气供给系统中的实际空气数据;
其中,当所述历史空气数据包括历史空气流量时,所述目标空气数据包括目标空气流量,所述实际空气数据包括实际空气流量;
当所述历史空气数据包括历史空气压力时,所述目标空气数据包括目标空气压力,所述实际空气数据包括实际空气压力;
S5.获取所述目标空气数据与所述实际空气数据之间的差值,并在所述差值超过设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障;
S6.获取所述空气供给系统中的目标设备的运行状态数据;
S7.根据所述目标设备的运行状态数据确定所述空气供给系统对应的故障类型。
较佳地,所述空气供给系统包括流量传感器,所述流量传感器设于所述燃料电池系统的燃料电池电堆的入口空气管路上;
步骤S4包括:
获取所述流量传感器采集的所述入口空气管路中的所述实际空气流量;
步骤S5包括:
获取所述目标空气流量与所述实际空气流量之间的第一差值,并在所述第一差值超过第一设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障;
所述空气供给系统还包括压力传感器,所述压力传感器设于所述入口空气管路上;
步骤S4包括:
获取所述压力传感器采集的所述入口空气管路中的所述实际空气压力;
步骤S5包括:
获取所述目标空气压力与所述实际空气压力之间的第二差值,并在所述第二差值超过第二设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障。
较佳地,所述空气供给系统还包括空气压缩机和流量闭环控制模块;
所述空气压缩机与所述入口空气管路贯通连接;
其中,所述流量闭环控制模块以所述流量传感器获取的所述实际空气流量作为反馈信号,所述第一差值作为输入信号,所述空气压缩机的转速作为输出信号;
当目标设备包括所述空气压缩机、所述流量传感器和所述流量闭环控制模块时,步骤S7包括:
判断所述空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足所述第一预设条件,则确定所述空气压缩机发生故障并控制所述燃料电池系统关机;
若不满足所述第一预设条件,则判断所述流量传感器是否满足第二预设条件,若满足所述第二预设条件,则确定所述流量传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足所述第二预设条件,则确定所述流量闭环控制模块发生故障,并控制所述流量闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
较佳地,所述判断所述空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足所述第一预设条件,则确定所述空气压缩机发生故障并控制所述燃料电池系统关机的步骤之前还包括:
根据所述目标流量对应的所述空气压缩机的目标转速;
获取所述空气压缩机的实际转速;
所述判断所述空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足所述第一预设条件,则确定所述空气压缩机发生故障并控制所述燃料电池系统关机的步骤包括:
判断所述空气压缩机是否发生通讯故障,若发生通讯故障,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机通讯故障,并控制所述燃料电池系统关机;
若未发生通讯故障,则继续判断所述空气压缩机的所述目标转速与所述实际转速的第二差值是否超过第三设定阈值,若超过所述第三设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制故障,并控制所述燃料电池系统关机;
若未超过所述第三设定阈值,则继续判断所述空气压缩机的控制器是否反馈发生严重故障的信息,若有反馈,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器严重故障并控制所述燃料电池系统关机;若没有反馈,则继续判断所述空气压缩机的控制器是否反馈发生轻微故障的信息,若有反馈,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器报警故障并控制所述燃料电池系统关机;若没有反馈,则确定空气压缩机中未发生故障;和/或,
所述判断所述流量传感器是否满足第二预设条件,若满足所述第二预设条件,则确定所述流量传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态的步骤包括:
获取所述流量传感器的工作电压,并判断所述流量传感器的工作电压是否满足第一设定范围,若不满足,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为流量传感器故障,并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若满足,则确定所述流量传感器未发生故障。
较佳地,所述空气供给系统还包括空气过滤器;
所述空气过滤器与所述入口空气管路贯通相连;
在所述流量传感器未发生故障时,所述故障诊断方法还包括:
根据所述实际转速和所述实际空气压力获取所述空气过滤器对应的第一空气流量;
计算所述第一空气流量与所述实际空气流量的第三差值,并判断所述第三差值是否超过第四设定阈值,若超过第四设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气过滤器堵塞故障,并生成更换所述空气过滤器的提醒信息。
较佳地,所述空气供给系统还包括背压阀和压力闭环控制模块;
所述背压阀设置在所述燃料电池的燃料电池电堆的出口空气管路上;
其中,所述压力闭环控制模块以所述流量传感器获取的所述实际空气压力作为反馈信号,所述第二差值作为输入信号,所述背压阀的开度作为输出信号;
当所述目标设备包括所述背压阀、所述压力传感器和所述压力闭环控制模块时,步骤S7包括:
判断所述背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足所述第三预设条件,则确定所述背压阀发生故障并控制所述燃料电池系统关机;
若不满足所述第三预设条件,则判断所述压力传感器是否满足第四预设条件,若满足所述第四预设条件,则确定所述压力传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足所述第四预设条件,则确定所述压力闭环控制模块发生故障,并控制所述压力闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
较佳地,所述判断所述背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足所述第三预设条件,则确定所述背压阀发生故障并控制所述燃料电池系统关机的步骤之前还包括:
根据与所述目标空气压力相对应的所述背压阀的目标开度;
获取所述背压阀的实际开度;
所述判断所述背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足所述第三预设条件,则确定所述背压阀发生故障并控制所述燃料电池系统关机的步骤包括:
判断所述背压阀的所述目标开度和所述实际开度的第四差值,并判断所述第四差值是否超过第五设定阈值,若超过所述第五设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为背压阀严重故障并控制所述燃料电池系统关机;
若未超过所述第五设定阈值,则判断所述压力传感器的工作电压是否超过第二设定范围,若超过所述第二设定范围,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为压力传感器故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若未超过所述第二设定范围,则确定所述压力闭环控制模块发生故障,并控制所述压力闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
较佳地,所述故障诊断方法还包括:
在所述第一差值大于第六设定阈值且所述第一差值小于或者等于所述第一设定阈值时,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为流量控制警告故障;若所述第一差值小于或者等于所述第六设定阈值时,则确定所述空气供给系统中未发生的故障;和/或,
在所述第二差值大于第七设定阈值且所述第二差值小于或者等于所述第二设定阈值时,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为压力控制警告故障;若所述第二差值小于或者等于所述第七设定阈值时,则确定所述空气供给系统中未发生的故障。
较佳地,所述空气供给系统还包括入口电磁阀;
所述入口电磁阀设于所述入口空气管路上;
所述故障诊断方法还包括:
获取所述入口电磁阀的工作电压,并在所述入口电磁阀的工作电压为高电平时,确定所述空气供给系统对应的故障类型为入口电磁阀故障;在所述入口电磁阀的工作电压为低电平时,确定所述入口电磁阀未发生故障。
较佳地,步骤S3包括:
采用线性插值法根据所述历史功率与所述历史空气数据计算得到所述目标功率对应的目标空气数据。
本发明还提供一种燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,所述故障诊断装置包括历史数据获取模块、目标功率获取模块、目标数据获取模块、实际数据获取模块、计算模块、运行状态获取模块和故障类型确定模块;
所述历史数据获取模块用于获取所述燃料电池系统在不同的历史功率下工作时所述空气供给系统中对应的历史空气数据;
所述目标功率获取模块用于获取所述燃料电池系统的目标功率;
所述目标数据获取模块用于根据所述历史功率与所述历史空气数据获取所述目标功率对应的目标空气数据;
所述实际数据获取模块用于获取所述空气供给系统中的实际空气数据;
其中,当所述历史空气数据包括历史空气流量时,所述目标空气数据包括目标空气流量,所述实际空气数据包括实际空气流量;
当所述历史空气数据包括历史空气压力时,所述目标空气数据包括目标空气压力,所述实际空气数据包括实际空气压力;
所述计算模块用于获取所述目标空气数据与所述实际空气数据之间的差值,并在所述差值超过设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障;
所述运行状态获取模块用于获取所述空气供给系统中的目标设备的运行状态数据;
所述故障类型确定模块用于根据所述目标设备的运行状态数据确定所述空气供给系统对应的故障类型。
较佳地,所述空气供给系统包括流量传感器,所述流量传感器设于所述燃料电池系统的燃料电池电堆的入口空气管路上;
所述实际数据获取模块用于获取所述流量传感器采集的所述入口空气管路中的所述实际空气流量;
所述计算模块用于获取所述目标空气流量与所述实际空气流量之间的第一差值,并在所述第一差值超过第一设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障;
所述空气供给系统还包括压力传感器,所述压力传感器设于所述入口空气管路上;
所述实际数据获取模块用于获取所述压力传感器采集的所述入口空气管路中的所述实际空气压力;
所述计算模块用于获取所述目标空气压力与所述实际空气压力之间的第二差值,并在所述第二差值超过第二设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障。
较佳地,所述空气供给系统还包括空气压缩机和流量闭环控制模块;
所述空气压缩机与所述入口空气管路贯通连接;
其中,所述流量闭环控制模块以所述流量传感器获取的所述实际空气流量作为反馈信号,所述第一差值作为输入信号,所述空气压缩机的转速作为输出信号;
当目标设备包括所述空气压缩机、所述流量传感器和所述流量闭环控制模块时,所述故障类型确定模块用于判断所述空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足所述第一预设条件,则确定所述空气压缩机发生故障并控制所述燃料电池系统关机;
若不满足所述第一预设条件,则判断所述流量传感器是否满足第二预设条件,若满足所述第二预设条件,则确定所述流量传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足所述第二预设条件,则确定所述流量闭环控制模块发生故障,并控制所述流量闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
较佳地,所述故障诊断装置还包括目标转速获取模块和实际转速获取模块;
所述目标转速获取模块用于根据所述目标流量对应的所述空气压缩机的目标转速;
所述实际转速获取模块用于获取所述空气压缩机的实际转速;
所述故障类型确定模块用于判断所述空气压缩机是否发生通讯故障,若发生通讯故障,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机通讯故障,并控制所述燃料电池系统关机;
若未发生通讯故障,则继续判断所述空气压缩机的所述目标转速与所述实际转速的第二差值是否超过第三设定阈值,若超过所述第三设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制故障,并控制所述燃料电池系统关机;
若未超过所述第三设定阈值,则继续判断所述空气压缩机的控制器是否反馈发生严重故障的信息,若有反馈,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器严重故障并控制所述燃料电池系统关机;若没有反馈,则继续判断所述空气压缩机的控制器是否反馈发生轻微故障的信息,若有反馈,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器报警故障并控制所述燃料电池系统关机;若没有反馈,则确定空气压缩机中未发生故障;和/或,
所述故障类型确定模块用于获取所述流量传感器的工作电压,并判断所述流量传感器的工作电压是否满足第一设定范围,若不满足,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为流量传感器故障,并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若满足,则确定所述流量传感器未发生故障。
较佳地,所述空气供给系统还包括空气过滤器;
所述空气过滤器与所述入口空气管路贯通相连;
在所述流量传感器未发生故障时,所述故障诊断装置还包括第一空气流量获取模块和消息生成模块;
所述第一空气流量获取模块用于根据所述实际转速和所述实际空气压力获取所述空气过滤器对应的第一空气流量;
所述计算模块还用于计算所述第一空气流量与所述实际空气流量的第三差值,并判断所述第三差值是否超过第四设定阈值,若超过第四设定阈值,则调用所述故障类型确定模块确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气过滤器堵塞故障,并调用所述消息生成模块生成更换所述空气过滤器的提醒信息。
较佳地,所述空气供给系统还包括背压阀和压力闭环控制模块;
所述背压阀设置在所述燃料电池的燃料电池电堆的出口空气管路上;
其中,所述压力闭环控制模块以所述流量传感器获取的所述实际空气压力作为反馈信号,所述第二差值作为输入信号,所述背压阀的开度作为输出信号;
当所述目标设备包括所述背压阀、所述压力传感器和所述压力闭环控制模块时,所述故障类型确定模块用于判断所述背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足所述第三预设条件,则确定所述背压阀发生故障并控制所述燃料电池系统关机;
若不满足所述第三预设条件,则判断所述压力传感器是否满足第四预设条件,若满足所述第四预设条件,则确定所述压力传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足所述第四预设条件,则确定所述压力闭环控制模块发生故障,并控制所述压力闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
较佳地,所述故障诊断装置还包括目标开度获取模块和实际开度获取模块;
所述目标开度获取模块用于根据与所述目标空气压力相对应的所述背压阀的目标开度;
所述实际开度获取模块用于获取所述背压阀的实际开度;
所述故障类型确定模块用于判断所述背压阀的所述目标开度和所述实际开度的第四差值,并判断所述第四差值是否超过第五设定阈值,若超过所述第五设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为背压阀严重故障并控制所述燃料电池系统关机;
若未超过所述第五设定阈值,则判断所述压力传感器的工作电压是否超过第二设定范围,若超过所述第二设定范围,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为压力传感器故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若未超过所述第二设定范围,则确定所述压力闭环控制模块发生故障,并控制所述压力闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
较佳地,所述故障类型确定模块还用于在所述第一差值大于第六设定阈值且所述第一差值小于或者等于所述第一设定阈值时,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为流量控制警告故障;若所述第一差值小于或者等于所述第六设定阈值时,则确定所述空气供给系统中未发生的故障;和/或,
所述故障类型确定模块还用于在所述第二差值大于第七设定阈值且所述第二差值小于或者等于所述第二设定阈值时,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为压力控制警告故障;若所述第二差值小于或者等于所述第七设定阈值时,则确定所述空气供给系统中未发生的故障。
较佳地,所述空气供给系统还包括入口电磁阀;
所述入口电磁阀设于所述入口空气管路上;
所述故障类型确定模块还用于获取所述入口电磁阀的工作电压,并在所述入口电磁阀的工作电压为高电平时,确定所述空气供给系统对应的故障类型为入口电磁阀故障;在所述入口电磁阀的工作电压为低电平时,确定所述入口电磁阀未发生故障。
较佳地,所述目标数据获取模块用于采用线性插值法根据所述历史功率与所述历史空气数据计算得到所述目标功率对应的目标空气数据。
本发明的积极进步效果在于:
本发明中,能够及时判断出空气供给系统中发生故障的每个部件,避免因部件性能衰减、损坏等情况影响燃料电池系统的性能,有效地避免了燃料电池系统发生严重损坏的情况发生;同时,能够全面地检测空气供给系统的故障诊断类型,提高了空气供给系统的故障诊断的准确度与效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法的流程图。
图2为本发明实施例3的燃料电池系统中空气供给系统的结构示意图。
图3为本发明实施例3的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断装置的结构示意图。
图4为本发明实施例4的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示,本实施例的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法包括:
S101、获取燃料电池系统在不同的历史功率下工作时空气供给系统中对应的历史空气数据;
S102、获取燃料电池系统的目标功率;
S103、根据历史功率与历史空气数据获取目标功率对应的目标空气数据;
具体地,采用线性插值法根据历史功率与历史空气数据计算得到目标功率对应的目标空气数据,具体可以将每个历史功率与对应的历史空气数据进行拟合得到数据表,然后根据该数据表采用线性插值计算得到目标功率对应的目标空气数据。
其中,对已有的历史数据进行线性插值计算得到目标功率对应的目标空气数据属于本领域成熟的技术,因此此处就不再赘述。
S104、获取空气供给系统中的实际空气数据;
其中,当历史空气数据包括历史空气流量时,目标空气数据包括目标空气流量,实际空气数据包括实际空气流量;
当历史空气数据包括历史空气压力时,目标空气数据包括目标空气压力,实际空气数据包括实际空气压力;
S105、获取目标空气数据与实际空气数据之间的差值,并在差值超过设定阈值时,确定空气供给系统发生故障;
S106、获取空气供给系统中的目标设备的运行状态数据;
S107、根据目标设备的运行状态数据确定空气供给系统对应的故障类型。
其中,空气供给系统中不同的故障类型对应不同的故障等级,故障等级主要分为四级:1)一级故障,属于急停故障,是指出现极其危险的故障,会危害系统、燃料电池电堆的安全,需要立即停止;2)二级故障,属于关机故障,是指出现系统运行异常且无法恢复,需要进入正常关机流程;3)三级故障,属于限制功率故障,是指燃料电池系统运行出现故障,但是故障不影响系统正常运行,此时需要降低功率运行;4)四级故障,属于警报故障,此时需要对潜在风险进行提醒。
本实施例中,能够及时有效地判断出发生故障的各个设备及其对应故障类型,保证了空气供给系统的运行可靠性,避免因零部件性能衰减、损坏等情况影响燃料电池系统的性能,有效地避免了燃料电池系统发生严重损坏的情况发生;同时,能够全面地检测空气供给系统的故障诊断类型,提高了空气供给系统的故障诊断的准确度与效率。
实施例2
本实施例的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法是对实施例1的进一步改进,具体地:
本实施例的空气供给系统包括流量传感器,流量传感器设于燃料电池系统的燃料电池电堆的入口空气管路上,用于获取入口空气管路中的空气流量。
步骤S104包括:
获取流量传感器采集的入口空气管路中的实际空气流量;
步骤S105包括:
获取目标空气流量与实际空气流量之间的第一差值,并在第一差值超过第一设定阈值时,确定空气供给系统发生故障;
空气供给系统还包括压力传感器,压力传感器设于入口空气管路上;
步骤S104包括:
获取压力传感器采集的入口空气管路中的实际空气压力;
步骤S105包括:
获取目标空气压力与实际空气压力之间的第二差值,并在第二差值超过第二设定阈值时,确定空气供给系统发生故障。
空气供给系统还包括空气压缩机和流量闭环控制模块;
空气压缩机与入口空气管路贯通连接;
其中,流量闭环控制模块以流量传感器获取的实际空气流量作为反馈信号,第一差值作为输入信号,空气压缩机的转速作为输出信号;
通过闭环PID控制(一种闭环自动控制技术)实现对空气压缩机的转速的动态准确控制,进而实现对空气供给系统中的空气流量的控制。
当目标设备包括空气压缩机、流量传感器和流量闭环控制模块时,步骤S107包括:
判断空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足第一预设条件,则确定空气压缩机发生故障并控制燃料电池系统关机;
若不满足第一预设条件,则判断流量传感器是否满足第二预设条件,若满足第二预设条件,则确定流量传感器发生故障并控制燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足第二预设条件,则确定流量闭环控制模块发生故障,并控制流量闭环控制模块停止工作,同时控制燃料电池系统进入低功率工作状态。
在流量传感器发生故障和流量闭环控制模块发生故障时,均停止流量闭环控制模块,通过查询数据表(功率-空气流量-空压机转速)的方式获取空气压缩机的转速,并通知空气压缩机在该转速下工作,使得燃料电池系统进入限制功率状态(低功率),避免燃料电池系统进入很高的功率运行,防止燃料电池系统的流量不足引起的燃料电池电压过低。
本实施的故障诊断方法还包括:
根据目标流量对应的空气压缩机的目标转速;
获取空气压缩机的实际转速;
具体地,步骤S107还包括:
判断空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足第一预设条件,则确定空气压缩机发生故障并控制燃料电池系统关机的步骤包括:
判断空气压缩机是否发生通讯故障,若发生通讯故障,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机通讯故障,并控制燃料电池系统关机;
若未发生通讯故障,则继续判断空气压缩机的目标转速与实际转速的第二差值是否超过第三设定阈值,若超过第三设定阈值,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制故障,并控制燃料电池系统关机;
若未超过第三设定阈值,则继续判断空气压缩机的控制器是否反馈发生严重故障的信息,若有反馈,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器严重故障并控制燃料电池系统关机;若没有反馈,则继续判断空气压缩机的控制器是否反馈发生轻微故障的信息,若有反馈,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器报警故障并控制燃料电池系统关机;若没有反馈,则确定空气压缩机中未发生故障。
判断流量传感器是否满足第二预设条件,若满足第二预设条件,则确定流量传感器发生故障并控制燃料电池系统进入低功率工作状态的步骤包括:
获取流量传感器的工作电压,并判断流量传感器的工作电压是否满足第一设定范围,若不满足,则确定空气供给系统对应的故障类型为流量传感器故障,并控制燃料电池系统进入低功率工作状态;若满足,则确定流量传感器未发生故障。
其中,第一设定范围一般为0.5-4.5V。
在第一差值大于第六设定阈值且第一差值小于或者等于第一设定阈值时,则确定空气供给系统对应的故障类型为流量控制警告故障;若第一差值小于或者等于第六设定阈值时,则确定空气供给系统中未发生的故障;
即当空气流量发生异常时,按照优先级依次判断空气压缩机、流量传感器和流量闭环控制模块是否发生故障,并确定对应的故障类型,其中,空气压缩机通讯故障、空气压缩机控制故障、空气压缩机控制器严重故障均属于二级故障,空气压缩机控制器报警故障属于四级故障。
本实施例的空气供给系统还包括背压阀和压力闭环控制模块;
背压阀设置在燃料电池的燃料电池电堆的出口空气管路上;
其中,压力闭环控制模块以流量传感器获取的实际空气压力作为反馈信号,第二差值作为输入信号,背压阀的开度作为输出信号;
通过闭环PID控制实现对背压阀的开度的动态准确控制,进而实现对空气供给系统中的空气压力的控制。
当目标设备包括背压阀、压力传感器和压力闭环控制模块时,步骤S107包括:
判断背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足第三预设条件,则确定背压阀发生故障并控制燃料电池系统关机;
若不满足第三预设条件,则判断压力传感器是否满足第四预设条件,若满足第四预设条件,则确定压力传感器发生故障并控制燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足第四预设条件,则确定压力闭环控制模块发生故障,并控制压力闭环控制模块停止工作,同时控制燃料电池系统进入低功率工作状态。
在压力传感器发生故障和压力闭环控制模块发生故障时,均停止压力闭环控制模块,通过查询数据表(功率-空气压力-背压阀开度)的方式获取背压阀的开度,并通知背压阀在该开度下工作,使得燃料电池系统进入限制功率状态(低功率),避免燃料电池系统进入很高的功率运行,防止燃料电池系统的流量不足引起的燃料电池电压过低。
本实施的故障诊断方法还包括:
根据与目标空气压力相对应的背压阀的目标开度;
获取背压阀的实际开度;
具体地,步骤S107还包括:
判断背压阀的目标开度和实际开度的第四差值,并判断第四差值是否超过第五设定阈值,若超过第五设定阈值,则确定空气供给系统对应的故障类型为背压阀严重故障并控制燃料电池系统关机;
若未超过第五设定阈值,则判断压力传感器的工作电压是否超过第二设定范围,若超过第二设定范围,则确定空气供给系统对应的故障类型为压力传感器故障并控制燃料电池系统进入低功率工作状态;若未超过第二设定范围,则确定压力闭环控制模块发生故障,并控制压力闭环控制模块停止工作,同时控制燃料电池系统进入低功率工作状态。
其中,第二设定范围一般为0.5-4.5V。
在第二差值大于第七设定阈值且第二差值小于或者等于第二设定阈值时,则确定空气供给系统对应的故障类型为压力控制警告故障;若第二差值小于或者等于第七设定阈值时,则确定空气供给系统中未发生的故障。
即当空气压力发生异常时,按照优先级依次判断背压阀、压力传感器和压力闭环控制模块是否发生故障,并确定对应的故障类型,其中,背压阀严重故障属于二级故障,压力传感器发生故障、压力闭环控制模块发生故障属于三级故障,压力控制警告故障属于四级故障。
另外,空气供给系统还包括空气过滤器;
空气过滤器与空气压缩机的入口处的入口空气管路贯通相连;
在流量传感器未发生故障时,故障诊断方法还包括:
根据实际转速和实际空气压力获取空气过滤器对应的第一空气流量;
计算第一空气流量与实际空气流量的第三差值,并判断第三差值是否超过第四设定阈值,若超过第四设定阈值,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气过滤器堵塞故障,并生成更换空气过滤器的提醒信息。
空气供给系统还包括入口电磁阀;
入口电磁阀设于入口空气管路上;
故障诊断方法还包括:
获取入口电磁阀的工作电压,并在入口电磁阀的工作电压为高电平时,确定空气供给系统对应的故障类型为入口电磁阀故障;在入口电磁阀的工作电压为低电平时,确定入口电磁阀未发生故障。
下面结合实例具体说明:
以燃料电池系统的目标功率20kW为例,根据目标功率结合实验标定的电流表得到燃料电池电堆的电流,进而根据实验标定的流量表和压力表得到燃料电池系统中空气供给系统的目标空气流量和目标空气压力;
根据目标空气流量PID控制空气压缩机的转速,其中设置KP=200,Ki=10,KD=0.1;
根据目标空气压力PID控制背压阀的开度,其中,设置KP=1,Ki=0.1,KD=0.01;
控制空气压缩机的转速为8000,背压阀的开度为60;
当目标空气流量和实际空气流量的差值大于最高故障限值,且空气压缩机出现故障时,则确定空气供给系统的故障类型为空气压缩机故障,需要控制关机,停止燃料电池功率输出;
当目标空气流量和实际空气流量的差值大于最高故障限值,空气压缩机未发生故障且流量传感器发生故障,则确定空气供给系统的故障类型为流量传感器,此时空气压缩机的转速不再基于PID控制,而是通过查表输出。
当目标空气压力和实际空气压力的差值大于最高故障限值,且背压阀出现故障则确定空气供给系统的故障类型为背压阀故障,需要控制关机,停止燃料电池功率输出;
当目标空气压力和实际空气压力的差值大于最高故障限值,背压阀未发生故障且压力传感器发生故障,则确定空气供给系统的故障类型为压力传感器,此时背压阀的开度不再基于PID控制,而是通过查表输出。
本实施例中,能够及时有效地判断出发生故障的各个设备及其对应故障类型,保证了空气供给系统的运行可靠性,避免因零部件性能衰减、损坏等情况影响燃料电池系统的性能,有效地避免了燃料电池系统发生严重损坏的情况发生;同时,全面地检测空气供给系统的故障诊断类型,提高了空气供给系统的故障诊断的准确度与效率。
实施例3
如图2所示,本实施例的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置包括历史数据获取模块1、目标功率获取模块2、目标数据获取模块3、实际数据获取模块4、计算模块5、运行状态获取模块6和故障类型确定模块7。
历史数据获取模块1用于获取燃料电池系统在不同的历史功率下工作时空气供给系统中对应的历史空气数据;
目标功率获取模块2用于获取燃料电池系统的目标功率;
目标数据获取模块3用于根据历史功率与历史空气数据获取目标功率对应的目标空气数据,具体可以将每个历史功率与对应的历史空气数据进行拟合得到数据表,然后根据该数据表采用线性插值计算得到目标功率对应的目标空气数据。
其中,对已有的历史数据进行线性插值计算得到目标功率对应的目标空气数据属于本领域成熟的技术,因此此处就不再赘述。
其中,目标数据获取模块用于采用线性插值法根据历史功率与历史空气数据计算得到目标功率对应的目标空气数据。
实际数据获取模块4用于获取空气供给系统中的实际空气数据;
其中,当历史空气数据包括历史空气流量时,目标空气数据包括目标空气流量,实际空气数据包括实际空气流量;
当历史空气数据包括历史空气压力时,目标空气数据包括目标空气压力,实际空气数据包括实际空气压力;
计算模块5用于获取目标空气数据与实际空气数据之间的差值,并在差值超过设定阈值时,确定空气供给系统发生故障;
运行状态获取模块6用于获取空气供给系统中的目标设备的运行状态数据;
故障类型确定模块7用于根据目标设备的运行状态数据确定空气供给系统对应的故障类型。
其中,空气供给系统中不同的故障类型对应不同的故障等级,故障等级主要分为四级:1)一级故障,属于急停故障,是指出现极其危险的故障,会危害系统、燃料电池电堆的安全,需要立即停止;2)二级故障,属于关机故障,是指出现系统运行异常且无法恢复,需要进入正常关机流程;3)三级故障,属于限制功率故障,是指燃料电池系统运行出现故障,但是故障不影响系统正常运行,此时需要降低功率运行;4)四级故障,属于警报故障,此时需要对潜在风险进行提醒。
本实施例中,能够及时有效地判断出发生故障的各个设备及其对应故障类型,保证了空气供给系统的运行可靠性,避免因零部件性能衰减、损坏等情况影响燃料电池系统的性能,有效地避免了燃料电池系统发生严重损坏的情况发生;同时,全面地检测空气供给系统的故障诊断类型,提高了空气供给系统的故障诊断的准确度与效率。
实施例4
如图3所示,本实施例的燃料电池的空气供给系统包括空气过滤器8、流量传感器9、空气压缩器10、空气增湿器11、背压阀12、入口电磁阀13、温度传感器14、压力传感器15;图中还包括燃料电池的燃料电池电堆16和单节电压巡检模块17。
其中,空气过滤器8、流量传感器9、空气压缩器10、空气增湿器11、入口电磁阀13、温度传感器14、压力传感器15依次设置在入口空气管路上。
空气过滤器8用于过滤空气中的杂质,给燃料电池系统纯净的空气;流量传感器9用于获取入口空气管路中的空气流量;空气压缩器10用于压缩空气给燃料电池提供高压空气;空气增湿器11用于给尾排空气给入口空气增湿;背压阀12用于通过调节不同的开度来增加管路的留阻,从而增加燃料电池的空气压力;入口电磁阀13用于控制空气进入燃料电池电堆;温度传感器14用于获取入口空气管路中的空气温度;压力传感器15用于获取入口空气管路中的空气压力。
单节电压巡检模块17用于获取电堆运行过程中每一节单体的电压,当每一节单体的电压出现电压过低的情况是则需要停止燃料电池的运行。
如图4所示,本实施例的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置是对实施例3的进一步改进,具体地:
实际数据获取模块4用于获取流量传感器采集的入口空气管路中的实际空气流量;
计算模块5用于获取目标空气流量与实际空气流量之间的第一差值,并在第一差值超过第一设定阈值时,确定空气供给系统发生故障;
实际数据获取模块4还用于获取压力传感器采集的入口空气管路中的实际空气压力;
计算模块5还用于获取目标空气压力与实际空气压力之间的第二差值,并在第二差值超过第二设定阈值时,确定空气供给系统发生故障。
空气供给系统还包括流量闭环控制模块,流量闭环控制模块以流量传感器获取的实际空气流量作为反馈信号,第一差值作为输入信号,空气压缩机的转速作为输出信号。
通过闭环PID控制实现对空气压缩机的转速的动态准确控制,进而实现对空气供给系统中的空气流量的控制。
当目标设备包括空气压缩机、流量传感器和流量闭环控制模块时,故障类型确定模块7用于判断空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足第一预设条件,则确定空气压缩机发生故障并控制燃料电池系统关机;
若不满足第一预设条件,则判断流量传感器是否满足第二预设条件,若满足第二预设条件,则确定流量传感器发生故障并控制燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足第二预设条件,则确定流量闭环控制模块发生故障,并控制流量闭环控制模块停止工作,同时控制燃料电池系统进入低功率工作状态。
具体地,故障诊断装置还包括目标转速获取模块18和实际转速获取模块18;
目标转速获取模块18用于根据目标流量对应的空气压缩机的目标转速;
实际转速获取模块19用于获取空气压缩机的实际转速;
故障类型确定模块7用于判断空气压缩机是否发生通讯故障,若发生通讯故障,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机通讯故障,并控制燃料电池系统关机;
若未发生通讯故障,则继续判断空气压缩机的目标转速与实际转速的第二差值是否超过第三设定阈值,若超过第三设定阈值,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制故障,并控制燃料电池系统关机;
若未超过第三设定阈值,则继续判断空气压缩机的控制器是否反馈发生严重故障的信息,若有反馈,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器严重故障并控制燃料电池系统关机;若没有反馈,则继续判断空气压缩机的控制器是否反馈发生轻微故障的信息,若有反馈,则确定空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器报警故障并控制燃料电池系统关机;若没有反馈,则确定空气压缩机中未发生故障;
故障类型确定模块7用于获取流量传感器的工作电压,并判断流量传感器的工作电压是否满足第一设定范围,若不满足,则确定空气供给系统对应的故障类型为流量传感器故障,并控制燃料电池系统进入低功率工作状态;若满足,则确定流量传感器未发生故障。
其中,在第一差值大于第六设定阈值且第一差值小于或者等于第一设定阈值时,则确定空气供给系统对应的故障类型为流量控制警告故障;若第一差值小于或者等于第六设定阈值时,则确定空气供给系统中未发生的故障;
即当空气流量发生异常时,按照优先级依次判断空气压缩机、流量传感器和流量闭环控制模块是否发生故障,并确定对应的故障类型,其中,空气压缩机通讯故障、空气压缩机控制故障、空气压缩机控制器严重故障均属于二级故障,空气压缩机控制器报警故障属于四级故障。
空气供给系统还包括压力闭环控制模块;
压力闭环控制模块以流量传感器获取的实际空气压力作为反馈信号,第二差值作为输入信号背压阀的开度作为输出信号;
通过闭环PID控制实现对背压阀的开度的动态准确控制,进而实现对空气供给系统中的空气压力的控制。
当目标设备包括背压阀、压力传感器和压力闭环控制模块时,故障类型确定模块7用于判断背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足第三预设条件,则确定背压阀发生故障并控制燃料电池系统关机;
若不满足第三预设条件,则判断压力传感器是否满足第四预设条件,若满足第四预设条件,则确定压力传感器发生故障并控制燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足第四预设条件,则确定压力闭环控制模块发生故障,并控制压力闭环控制模块停止工作,同时控制燃料电池系统进入低功率工作状态。
故障诊断装置还包括目标开度获取模块20和实际开度获取模块21;
目标开度获取模块20用于根据与目标空气压力相对应的背压阀的目标开度;
实际开度获取模块21用于获取背压阀的实际开度;
故障类型确定模块7用于判断背压阀的目标开度和实际开度的第四差值,并判断第四差值是否超过第五设定阈值,若超过第五设定阈值,则确定空气供给系统对应的故障类型为背压阀严重故障并控制燃料电池系统关机;
若未超过第五设定阈值,则判断压力传感器的工作电压是否超过第二设定范围,若超过第二设定范围,则确定空气供给系统对应的故障类型为压力传感器故障并控制燃料电池系统进入低功率工作状态;若未超过第二设定范围,则确定压力闭环控制模块发生故障,并控制压力闭环控制模块停止工作,同时控制燃料电池系统进入低功率工作状态。
其中,故障类型确定模块还用于在第二差值大于第七设定阈值且第二差值小于或者等于第二设定阈值时,则确定空气供给系统对应的故障类型为压力控制警告故障;若第二差值小于或者等于第七设定阈值时,则确定空气供给系统中未发生的故障。
即当空气压力发生异常时,按照优先级依次判断背压阀、压力传感器和压力闭环控制模块是否发生故障,并确定对应的故障类型,其中,背压阀严重故障属于二级故障,压力传感器发生故障、压力闭环控制模块发生故障属于三级故障,压力控制警告故障属于四级故障。另外,在流量传感器未发生故障时,故障诊断装置还包括第一空气流量获取模块22和消息生成模块23;
第一空气流量获取模块22用于根据实际转速和实际空气压力获取空气过滤器对应的第一空气流量;
计算模块5还用于计算第一空气流量与实际空气流量的第三差值,并判断第三差值是否超过第四设定阈值,若超过第四设定阈值,则调用故障类型确定模块7确定空气供给系统对应的故障类型为空气过滤器堵塞故障,并调用消息生成模块23生成更换空气过滤器的提醒信息。
故障类型确定模块7还用于获取入口电磁阀的工作电压,并在入口电磁阀的工作电压为高电平时,确定空气供给系统对应的故障类型为入口电磁阀故障;在入口电磁阀的工作电压为低电平时,确定入口电磁阀未发生故障。
下面结合实例具体说明:
以燃料电池系统的目标功率20kW为例,根据目标功率结合实验标定的电流表得到燃料电池电堆的电流,进而根据实验标定的流量表和压力表得到燃料电池系统中空气供给系统的目标空气流量和目标空气压力;
根据目标空气流量PID控制空气压缩机的转速,其中设置KP=200,Ki=10,KD=0.1;
根据目标空气压力PID控制背压阀的开度,其中,设置KP=1,Ki=0.1,KD=0.01;
控制空气压缩机的转速为8000,背压阀的开度为60;
当目标空气流量和实际空气流量的差值大于最高故障限值,且空气压缩机出现故障时,则确定空气供给系统的故障类型为空气压缩机故障,需要控制关机,停止燃料电池功率输出;
当目标空气流量和实际空气流量的差值大于最高故障限值,空气压缩机未发生故障且流量传感器发生故障,则确定空气供给系统的故障类型为流量传感器,此时空气压缩机的转速不再基于PID控制,而是通过查表输出。
当目标空气压力和实际空气压力的差值大于最高故障限值,且背压阀出现故障则确定空气供给系统的故障类型为背压阀故障,需要控制关机,停止燃料电池功率输出;
当目标空气压力和实际空气压力的差值大于最高故障限值,背压阀未发生故障且压力传感器发生故障,则确定空气供给系统的故障类型为压力传感器,此时背压阀的开度不再基于PID控制,而是通过查表输出。
本实施例中,能够及时有效地判断出发生故障的各个设备及其对应故障类型,保证了空气供给系统的运行可靠性,避免因零部件性能衰减、损坏等情况影响燃料电池系统的性能,有效地避免了燃料电池系统发生严重损坏的情况发生;同时,全面地检测空气供给系统的故障诊断类型,提高了空气供给系统的故障诊断的准确度与效率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述故障诊断方法包括:
S1.获取所述燃料电池系统在不同的历史功率下工作时所述空气供给系统中对应的历史空气数据;
S2.获取所述燃料电池系统的目标功率;
S3.根据所述历史功率与所述历史空气数据获取所述目标功率对应的目标空气数据;
S4.获取所述空气供给系统中的实际空气数据;
其中,当所述历史空气数据包括历史空气流量时,所述目标空气数据包括目标空气流量,所述实际空气数据包括实际空气流量;
当所述历史空气数据包括历史空气压力时,所述目标空气数据包括目标空气压力,所述实际空气数据包括实际空气压力;
S5.获取所述目标空气数据与所述实际空气数据之间的差值,并在所述差值超过设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障;
S6.获取所述空气供给系统中的目标设备的运行状态数据;
S7.根据所述目标设备的运行状态数据确定所述空气供给系统对应的故障类型。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述空气供给系统包括流量传感器,所述流量传感器设于所述燃料电池系统的燃料电池电堆的入口空气管路上;
步骤S4包括:
获取所述流量传感器采集的所述入口空气管路中的所述实际空气流量;
步骤S5包括:
获取所述目标空气流量与所述实际空气流量之间的第一差值,并在所述第一差值超过第一设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障;
所述空气供给系统还包括压力传感器,所述压力传感器设于所述入口空气管路上;
步骤S4包括:
获取所述压力传感器采集的所述入口空气管路中的所述实际空气压力;
步骤S5包括:
获取所述目标空气压力与所述实际空气压力之间的第二差值,并在所述第二差值超过第二设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述空气供给系统还包括空气压缩机和流量闭环控制模块;
所述空气压缩机与所述入口空气管路贯通连接;
其中,所述流量闭环控制模块以所述流量传感器获取的所述实际空气流量作为反馈信号,所述第一差值作为输入信号,所述空气压缩机的转速作为输出信号;
当目标设备包括所述空气压缩机、所述流量传感器和所述流量闭环控制模块时,步骤S7包括:
判断所述空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足所述第一预设条件,则确定所述空气压缩机发生故障并控制所述燃料电池系统关机;
若不满足所述第一预设条件,则判断所述流量传感器是否满足第二预设条件,若满足所述第二预设条件,则确定所述流量传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足所述第二预设条件,则确定所述流量闭环控制模块发生故障,并控制所述流量闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述判断所述空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足所述第一预设条件,则确定所述空气压缩机发生故障并控制所述燃料电池系统关机的步骤之前还包括:
根据所述目标流量对应的所述空气压缩机的目标转速;
获取所述空气压缩机的实际转速;
所述判断所述空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足所述第一预设条件,则确定所述空气压缩机发生故障并控制所述燃料电池系统关机的步骤包括:
判断所述空气压缩机是否发生通讯故障,若发生通讯故障,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机通讯故障,并控制所述燃料电池系统关机;
若未发生通讯故障,则继续判断所述空气压缩机的所述目标转速与所述实际转速的第二差值是否超过第三设定阈值,若超过所述第三设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制故障,并控制所述燃料电池系统关机;
若未超过所述第三设定阈值,则继续判断所述空气压缩机的控制器是否反馈发生严重故障的信息,若有反馈,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器严重故障并控制所述燃料电池系统关机;若没有反馈,则继续判断所述空气压缩机的控制器是否反馈发生轻微故障的信息,若有反馈,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器报警故障并控制所述燃料电池系统关机;若没有反馈,则确定空气压缩机中未发生故障;和/或,
所述判断所述流量传感器是否满足第二预设条件,若满足所述第二预设条件,则确定所述流量传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态的步骤包括:
获取所述流量传感器的工作电压,并判断所述流量传感器的工作电压是否满足第一设定范围,若不满足,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为流量传感器故障,并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若满足,则确定所述流量传感器未发生故障。
5.如权利要求4所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述空气供给系统还包括空气过滤器;
所述空气过滤器与所述入口空气管路贯通相连;
在所述流量传感器未发生故障时,所述故障诊断方法还包括:
根据所述实际转速和所述实际空气压力获取所述空气过滤器对应的第一空气流量;
计算所述第一空气流量与所述实际空气流量的第三差值,并判断所述第三差值是否超过第四设定阈值,若超过第四设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气过滤器堵塞故障,并生成更换所述空气过滤器的提醒信息。
6.如权利要求3所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述空气供给系统还包括背压阀和压力闭环控制模块;
所述背压阀设置在所述燃料电池的燃料电池电堆的出口空气管路上;
其中,所述压力闭环控制模块以所述流量传感器获取的所述实际空气压力作为反馈信号,所述第二差值作为输入信号,所述背压阀的开度作为输出信号;
当所述目标设备包括所述背压阀、所述压力传感器和所述压力闭环控制模块时,步骤S7包括:
判断所述背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足所述第三预设条件,则确定所述背压阀发生故障并控制所述燃料电池系统关机;
若不满足所述第三预设条件,则判断所述压力传感器是否满足第四预设条件,若满足所述第四预设条件,则确定所述压力传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足所述第四预设条件,则确定所述压力闭环控制模块发生故障,并控制所述压力闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
7.如权利要求6所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述判断所述背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足所述第三预设条件,则确定所述背压阀发生故障并控制所述燃料电池系统关机的步骤之前还包括:
根据与所述目标空气压力相对应的所述背压阀的目标开度;
获取所述背压阀的实际开度;
所述判断所述背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足所述第三预设条件,则确定所述背压阀发生故障并控制所述燃料电池系统关机的步骤包括:
判断所述背压阀的所述目标开度和所述实际开度的第四差值,并判断所述第四差值是否超过第五设定阈值,若超过所述第五设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为背压阀严重故障并控制所述燃料电池系统关机;
若未超过所述第五设定阈值,则判断所述压力传感器的工作电压是否超过第二设定范围,若超过所述第二设定范围,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为压力传感器故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若未超过所述第二设定范围,则确定所述压力闭环控制模块发生故障,并控制所述压力闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
8.如权利要求2所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述故障诊断方法还包括:
在所述第一差值大于第六设定阈值且所述第一差值小于或者等于所述第一设定阈值时,确定所述空气供给系统对应的故障类型为流量控制警告故障;在所述第一差值小于或者等于所述第六设定阈值时,确定所述空气供给系统中未发生的故障;和/或,
在所述第二差值大于第七设定阈值且所述第二差值小于或者等于所述第二设定阈值时,确定所述空气供给系统对应的故障类型为压力控制警告故障;在所述第二差值小于或者等于所述第七设定阈值时,确定所述空气供给系统中未发生的故障。
9.如权利要求1所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,所述空气供给系统还包括入口电磁阀;
所述入口电磁阀设于所述入口空气管路上;
所述故障诊断方法还包括:
获取所述入口电磁阀的工作电压,并在所述入口电磁阀的工作电压为高电平时,确定所述空气供给系统对应的故障类型为入口电磁阀故障;在所述入口电磁阀的工作电压为低电平时,确定所述入口电磁阀未发生故障。
10.如权利要求1所述的燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法,其特征在于,步骤S3包括:
采用线性插值法根据所述历史功率与所述历史空气数据计算得到所述目标功率对应的目标空气数据。
11.一种燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述故障诊断装置包括历史数据获取模块、目标功率获取模块、目标数据获取模块、实际数据获取模块、计算模块、运行状态获取模块和故障类型确定模块;
所述历史数据获取模块用于获取所述燃料电池系统在不同的历史功率下工作时所述空气供给系统中对应的历史空气数据;
所述目标功率获取模块用于获取所述燃料电池系统的目标功率;
所述目标数据获取模块用于根据所述历史功率与所述历史空气数据获取所述目标功率对应的目标空气数据;
所述实际数据获取模块用于获取所述空气供给系统中的实际空气数据;
其中,当所述历史空气数据包括历史空气流量时,所述目标空气数据包括目标空气流量,所述实际空气数据包括实际空气流量;
当所述历史空气数据包括历史空气压力时,所述目标空气数据包括目标空气压力,所述实际空气数据包括实际空气压力;
所述计算模块用于获取所述目标空气数据与所述实际空气数据之间的差值,并在所述差值超过设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障;
所述运行状态获取模块用于获取所述空气供给系统中的目标设备的运行状态数据;
所述故障类型确定模块用于根据所述目标设备的运行状态数据确定所述空气供给系统对应的故障类型。
12.如权利要求11所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述空气供给系统包括流量传感器,所述流量传感器设于所述燃料电池系统的燃料电池电堆的入口空气管路上;
所述实际数据获取模块用于获取所述流量传感器采集的所述入口空气管路中的所述实际空气流量;
所述计算模块用于获取所述目标空气流量与所述实际空气流量之间的第一差值,并在所述第一差值超过第一设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障;
所述空气供给系统还包括压力传感器,所述压力传感器设于所述入口空气管路上;
所述实际数据获取模块用于获取所述压力传感器采集的所述入口空气管路中的所述实际空气压力;
所述计算模块用于获取所述目标空气压力与所述实际空气压力之间的第二差值,并在所述第二差值超过第二设定阈值时,确定所述空气供给系统发生故障。
13.如权利要求12所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述空气供给系统还包括空气压缩机和流量闭环控制模块;
所述空气压缩机与所述入口空气管路贯通连接;
其中,所述流量闭环控制模块以所述流量传感器获取的所述实际空气流量作为反馈信号,所述第一差值作为输入信号,所述空气压缩机的转速作为输出信号;
当目标设备包括所述空气压缩机、所述流量传感器和所述流量闭环控制模块时,所述故障类型确定模块用于判断所述空气压缩机的运行状态数据是否满足第一预设条件,若满足所述第一预设条件,则确定所述空气压缩机发生故障并控制所述燃料电池系统关机;
若不满足所述第一预设条件,则判断所述流量传感器是否满足第二预设条件,若满足所述第二预设条件,则确定所述流量传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足所述第二预设条件,则确定所述流量闭环控制模块发生故障,并控制所述流量闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
14.如权利要求13所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述故障诊断装置还包括目标转速获取模块和实际转速获取模块;
所述目标转速获取模块用于根据所述目标流量对应的所述空气压缩机的目标转速;
所述实际转速获取模块用于获取所述空气压缩机的实际转速;
所述故障类型确定模块用于判断所述空气压缩机是否发生通讯故障,若发生通讯故障,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机通讯故障,并控制所述燃料电池系统关机;
若未发生通讯故障,则继续判断所述空气压缩机的所述目标转速与所述实际转速的第二差值是否超过第三设定阈值,若超过所述第三设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制故障,并控制所述燃料电池系统关机;
若未超过所述第三设定阈值,则继续判断所述空气压缩机的控制器是否反馈发生严重故障的信息,若有反馈,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器严重故障并控制所述燃料电池系统关机;若没有反馈,则继续判断所述空气压缩机的控制器是否反馈发生轻微故障的信息,若有反馈,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气压缩机控制器报警故障并控制所述燃料电池系统关机;若没有反馈,则确定空气压缩机中未发生故障;和/或,
所述故障类型确定模块用于获取所述流量传感器的工作电压,并判断所述流量传感器的工作电压是否满足第一设定范围,若不满足,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为流量传感器故障,并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若满足,则确定所述流量传感器未发生故障。
15.如权利要求14所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述空气供给系统还包括空气过滤器;
所述空气过滤器与所述入口空气管路贯通相连;
在所述流量传感器未发生故障时,所述故障诊断装置还包括第一空气流量获取模块和消息生成模块;
所述第一空气流量获取模块用于根据所述实际转速和所述实际空气压力获取所述空气过滤器对应的第一空气流量;
所述计算模块还用于计算所述第一空气流量与所述实际空气流量的第三差值,并判断所述第三差值是否超过第四设定阈值,若超过第四设定阈值,则调用所述故障类型确定模块确定所述空气供给系统对应的故障类型为空气过滤器堵塞故障,并调用所述消息生成模块生成更换所述空气过滤器的提醒信息。
16.如权利要求13所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述空气供给系统还包括背压阀和压力闭环控制模块;
所述背压阀设置在所述燃料电池的燃料电池电堆的出口空气管路上;
其中,所述压力闭环控制模块以所述流量传感器获取的所述实际空气压力作为反馈信号,所述第二差值作为输入信号,所述背压阀的开度作为输出信号;
当所述目标设备包括所述背压阀、所述压力传感器和所述压力闭环控制模块时,所述故障类型确定模块用于判断所述背压阀的运行状态数据是否满足第三预设条件,若满足所述第三预设条件,则确定所述背压阀发生故障并控制所述燃料电池系统关机;
若不满足所述第三预设条件,则判断所述压力传感器是否满足第四预设条件,若满足所述第四预设条件,则确定所述压力传感器发生故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若不满足所述第四预设条件,则确定所述压力闭环控制模块发生故障,并控制所述压力闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
17.如权利要求16所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述故障诊断装置还包括目标开度获取模块和实际开度获取模块;
所述目标开度获取模块用于根据与所述目标空气压力相对应的所述背压阀的目标开度;
所述实际开度获取模块用于获取所述背压阀的实际开度;
所述故障类型确定模块用于判断所述背压阀的所述目标开度和所述实际开度的第四差值,并判断所述第四差值是否超过第五设定阈值,若超过所述第五设定阈值,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为背压阀严重故障并控制所述燃料电池系统关机;
若未超过所述第五设定阈值,则判断所述压力传感器的工作电压是否超过第二设定范围,若超过所述第二设定范围,则确定所述空气供给系统对应的故障类型为压力传感器故障并控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态;若未超过所述第二设定范围,则确定所述压力闭环控制模块发生故障,并控制所述压力闭环控制模块停止工作,同时控制所述燃料电池系统进入低功率工作状态。
18.如权利要求12所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述故障类型确定模块还用于在所述第一差值大于第六设定阈值且所述第一差值小于或者等于所述第一设定阈值时,确定所述空气供给系统对应的故障类型为流量控制警告故障;在所述第一差值小于或者等于所述第六设定阈值时,确定所述空气供给系统中未发生的故障;和/或,
所述故障类型确定模块还用于在所述第二差值大于第七设定阈值且所述第二差值小于或者等于所述第二设定阈值时,确定所述空气供给系统对应的故障类型为压力控制警告故障;在所述第二差值小于或者等于所述第七设定阈值时,确定所述空气供给系统中未发生的故障。
19.如权利要求11所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述空气供给系统还包括入口电磁阀;
所述入口电磁阀设于所述入口空气管路上;
所述故障类型确定模块还用于获取所述入口电磁阀的工作电压,并在所述入口电磁阀的工作电压为高电平时,确定所述空气供给系统对应的故障类型为入口电磁阀故障;在所述入口电磁阀的工作电压为低电平时,确定所述入口电磁阀未发生故障。
20.如权利要求11所述的燃料电池的空气供给系统的故障诊断装置,其特征在于,所述目标数据获取模块用于采用线性插值法根据所述历史功率与所述历史空气数据计算得到所述目标功率对应的目标空气数据。
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