CN114019891A - 一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，包括车载数据采集终端采集燃料电池叉车的实时状态信息并传输至云平台；云平台的智能决策模块根据车载数据采集终端的采集结果预估各个监测区域的燃料使用量，生成燃料供给方案并发送给燃料供给总站的数据管理终端，智能决策模块还根据采集结果评估叉车的电池健康情况，在检测出电池异常时预警，并生成故障维修方案发送至维修调度中心；维修调度中心确定故障车所在位置，并调度维修人员前往现场维修。该系统能集中化远程管理多个监控区域的燃料电池叉车的使用情况，降低人工投入，提高管理效率和水平。
Description
技术领域
本申请涉及燃料电池叉车技术领域，尤其涉及一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统。
背景技术
目前，燃料电池叉车在执行装卸任务时需要现场监测并人工记录氢燃料电池的工作状况，然后再分析和解决问题，难以实时检测氢燃料电池的各种工作数据，燃料电池叉车需要使用人员主动了解燃料电池电动车的燃料剩余情况，还需要对叉车进行周期的人工巡检，工作量大，叉车分布在不同区域且数量较多时，更是难以集中管理统一调配。因此有必要开发相关的管理服务系统以解决这些问题。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，以降低人工投入，提高管理效率和水平。
本申请提供了一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，包括：车载数据采集终端、云平台、燃料供给总站以及维修调度中心；
所述车载数据采集终端用于采集燃料电池叉车的实时状态信息并传输至所述云平台；多个燃料电池叉车分布在多个监测区域；
所述云平台设有智能决策模块，所述智能决策模块用于根据所述车载数据采集终端的采集结果预估各个所述监测区域的燃料使用量，根据预估结果生成燃料供给方案并发送给所述燃料供给总站设有的数据管理终端，以便于所述数据管理终端调度移动式加氢车为各个监控区域输送氢气；
所述智能决策模块还用于根据所述车载数据采集终端的采集结果评估各个叉车的电池健康情况，在检测出电池异常时预警，并生成故障维修方案发送至所述维修调度中心；
所述维修调度中心通过定位系统确定故障车所在位置，并调度维修人员前往现场及时维修。
可选的，还包括可编程控制器PLC、LoRa电台和LoRa基站；
各个监测区域均设有所述可编程控制器PLC和所述LoRa电台，同一监测区域的多个所述车载数据采集终端组成网格网络并各自连接至可编程控制器PLC；所述可编程控制器PLC连接至区域LoRa电台，所述LoRa电台连接至LoRa基站，所述LoRa基站连接至所述云平台。
可选的，所述实时状态信息包括当前时刻燃料电池的电池温度、电池氢气参数、电池空气参数以及电流值、燃料使用量、叉车的载货信息、叉车的行驶速度信息、叉车的位置信息、驾驶员状态信息和剩余燃料量。
可选的，所述智能决策模块用于根据所述车载数据采集终端的采集结果预估各个所述监测区域的燃料使用量，根据预估结果生成燃料供给方案并发送给所述燃料供给总站设有的数据管理终端，具体包括：
将各个监测区域的叉车的燃料使用量进行累加，得到燃料消耗数据；
获取监测区域内的历史货物总量和剩余库存，根据所述历史货物总量和所述货物库存，得到预估消耗燃料量；
根据所述预估消耗燃料量确定需要调度的移动式加氢车以得到燃料供给方案。
可选的，所述智能决策模块还用于根据所述车载数据采集终端的采集结果评估各个叉车的电池健康情况，具体包括：
根据当前时刻燃料电池的电池堆温度、氢气堆内压力、氧气堆内压力计算当前时刻的理想开路电动势，公式如下：
其中，Ek表示理想开路电动势，T表示电池堆温度，PH2表示氢气堆内压力、PO2表示氧气堆内压力，k表示采集时刻；
根据当前时刻燃料电池的实时电流值、实时电压值和理想开路电动势计算浓差损失电动势和极化损失电动势，计算公式为；
Us，k＝Ek-U1，k-1-U2，k-1-R0，k×Ik
其中，Us，k为燃料电池两端的实时电压值，Ik为燃料电池的实时电流值，R0，k为燃料电池当前时刻的理论直流内阻，A和B表示设定的参数矩阵，其中，A矩阵表达式为：
B矩阵表达式为：
式中，ΔT为采样时间间隔，R1为燃料电池的活化内阻的电阻分量，C1为燃料电池的活化内阻的电容分量，R2为燃料电池的浓差内阻的电阻分量，C2为浓差内阻的电容分量；
根据浓差损失电动势和极化损失电动势计算当前时刻燃料电池的实时直流内阻，计算公式为：
根据如下计算公式：
计算燃料电池的健康指数W，其中，Rs，k为燃料电池的实时直流内阻、R0，0为燃料电池的初始内阻，RN，N为燃料电池的末期内阻。
可选的，所述移动终端连接至所述云平台，所述云平台还用于将所述故障维修方案发送到维修人员的移动终端上。
可选的，所述定位系统包括设置在各个燃料电池叉车上的UWB定位标签以及设置各个所述监测区域的UWB基站。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：该系统通过车载数据采集终端实时采集各个监控区域各个叉车的燃料实时状态信息(比如当前时刻燃料电池的电池温度、电池氢气参数、电池空气参数以及电流值、燃料使用量、叉车的载货信息、叉车的行驶速度信息、叉车的位置信息、驾驶员状态信息和剩余燃料量)，并经LoRa电台和LoRa基站连接至云平台，云平台的智能决策模块能够根据多个车载数据采集终端的采集结果实时掌握各个监测区域内叉车的运作情况进而根据运作情况生成燃料供给方案和故障维修方案，燃料供给总站的数据管理终端能够通过和云平台通信，实现燃料供给的智能化自动化和精确化，从而实现管理人员可以通过数据管理终端集中化远程管理多个监控区域的燃料电池叉车的使用情况，降低人工投入，提高管理效率和水平。
另一方面，该系统的各个监测区域通过设置LoRa电台和LoRa基站网络互连，网络可扩展性好，可监控的区域面积较广，并在检测到叉车故障时能够及时调度维修人员赶往现场进行维修，方便快捷。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，下面对本申请实施例提供的一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统进行详细介绍，参见图1，本申请提供了一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，包括：车载数据采集终端、云平台、燃料供给总站以及维修调度中心；
所述车载数据采集终端用于采集燃料电池叉车的实时状态信息并传输至所述云平台；多个燃料电池叉车分布在多个监测区域；
所述云平台设有智能决策模块，所述智能决策模块用于根据所述车载数据采集终端的采集结果预估各个所述监测区域的燃料使用量，根据预估结果生成燃料供给方案并发送给所述燃料供给总站设有的数据管理终端，以便于所述数据管理终端调度移动式加氢车为各个监控区域输送氢气；
所述智能决策模块还用于根据所述车载数据采集终端的采集结果评估各个叉车的电池健康情况，在检测出电池异常时预警，并生成故障维修方案发送至所述维修调度中心；
所述维修调度中心通过定位系统确定故障车所在位置，并调度维修人员前往现场及时维修。
每个监测区域相当于一处叉车工作区域，各个监测区域能够分布式设置在不同位置，在本申请的一些具体实施例中，车载数据采集终端能够是指用来采集叉车信息的装置或者产品，实时状态信息包括当前时刻燃料电池的电池温度、电池氢气参数、电池空气参数以及电流值、燃料使用量、叉车的载货信息、叉车的行驶速度信息、叉车的位置信息、驾驶员状态信息、剩余燃料量。
作为一个示例，车载数据采集终端能够采集叉车是否在线工作(即叉车工作状态信息)、叉车的载货重量以及叉车的货叉状态等(即叉车的载货状态)、叉车的行驶速度数据、叉车的实时位置、驾驶叉车的驾驶员身份信息、生命体征信息(即驾驶员状态信息，比如血压和体温)、燃料使用量、剩余燃料量、采集时刻的电池温度、电池氢气参数(即氢气堆内压力)、电池空气参数(氧气堆内压力)以及燃料电池叉车储氢罐外部空气中的氢气浓度(即监测氢气是否泄露)；车载数据采集终端通过通信模块将采集结果传输至云平台，云平台设有智能决策模块。
在本申请的一些具体实施例中，所述智能决策模块用于根据所述车载数据采集终端的采集结果预估各个所述监测区域的燃料使用量，根据预估结果生成燃料供给方案并发送给所述燃料供给总站设有的数据管理终端，具体包括：
将各个监测区域的叉车的燃料使用量进行累加，得到燃料消耗数据；
获取监测区域内的历史货物总量和剩余库存，根据所述历史货物总量和所述货物库存，得到预估消耗燃料量；
根据所述预估消耗燃料量确定需要调度的移动式加氢车以得到燃料供给方案。
收集一段时间内，各个监测区域内的所有在线工作的叉车的燃料消耗总量(即燃料消耗数据)，历史货物总量和剩余库存的差值即这段时间内叉车工作完成的货物装卸量，燃料消耗数据除以货物装卸量乘以货物库存得到预估消耗燃料；预估消耗燃料量除以每一辆移动式加氢车的燃料装载量得到需要调度的移动式加氢车的数量，生成燃料供给方案。在本申请的一些具体实施例中，移动式加氢车用于为叉车补充燃料。
作为一个示例，数据管理终端还能够包括装卸作业模块，装卸作业模块用于供外界输入各个监测区域的待装卸货物的种类和重量(称为装卸作业)并发送至智能决策模块，智能决策模块基于上述装卸作业、在线工作的叉车数量、叉车的燃料电池的燃料使用量、燃料剩余量以及储氢罐的气压信息自动生成燃料供给方案。
在本申请的一些实施例中，所述智能决策模块还用于根据所述车载数据采集终端的采集结果评估各个叉车的电池健康情况，在检测出电池异常时预警，并生成故障维修方案发送至所述维修调度中心，评估各个叉车的电池健康情况包括以下步骤：
根据当前时刻燃料电池的电池堆温度、氢气堆内压力、氧气堆内压力计算当前时刻的理想开路电动势，公式如下：
其中，E表示理想开路电动势，T表示电池堆温度，PH2表示氢气堆内压力、PO2表示氧气堆内压力，k表示采集时刻；
根据当前时刻燃料电池的实时电流值、实时电压值和理想开路电动势计算浓差损失电动势和极化损失电动势，计算公式为；
Us，k＝Ek-U1，k-1-U2，k-1-R0，k×Ik
其中，Us，k为燃料电池两端的实时电压值，Ik为燃料电池的实时电流值，R0，k为燃料电池当前时刻的理论直流内阻，A和B表示设定的参数矩阵，其中，A矩阵表达式为：
B矩阵表达式为：
式中，ΔT为采样时间间隔，R1为燃料电池的活化内阻的电阻分量，C1为燃料电池的活化内阻的电容分量，R2为燃料电池的浓差内阻的电阻分量，C2为浓差内阻的电容分量；
根据浓差损失电动势和极化损失电动势计算当前时刻燃料电池的实时直流内阻，计算公式为：
根据如下计算公式：
计算燃料电池的健康指数W，其中，Rs，k为燃料电池的实时直流内阻、R0，0为燃料电池的初始内阻，RN，N为燃料电池的末期内阻。
通过现有的耐久测试试验及阻抗分析仪获取离散运行时间下燃料电池的当前时刻的理论直流内阻、活化内阻的电阻分量、活化内阻的电容分量、浓差内阻的电阻分量和浓差内阻的电容分量，建立燃料电池的二阶模型，用以获取A矩阵和B矩阵。建立二阶模型后还可以得到燃料电池的初始内阻和燃料电池的末期内阻。
随着时间推移及内部状态变化，燃料电池在运行过程中其内阻会不断增加变化，内阻的大小在一定程度上直接反映出了电池的健康状态。
在本申请的一些具体实施例中，还包括可编程控制器PLC、LoRa电台和LoRa基站；
各个监测区域均设有所述可编程控制器PLC和所述LoRa电台，同一监测区域的多个所述车载数据采集终端组成网格网络并各自连接至可编程控制器PLC；所述可编程控制器PLC连接至区域LoRa电台，所述LoRa电台连接至LoRa基站，所述LoRa基站连接至所述云平台。
各个监测区域均设有可编程控制器PLC和LoRa电台，同一监测区域的多个车载数据采集终端组成网格网络并各自连接至可编程控制器PLC；可编程控制器PLC连接至区域LoRa电台，LoRa电台连接至LoRa基站，LoRa基站连接至云平台。
在本申请的一些具体实施例中，同一个监测区域的不同叉车的车载数据采集终端能够组成网格网络，在某一个车载数据采集终端采集数据无法直接上传至对应的可编程控制器PLC时，可以通过其他与之互相连通的车载数据采集终端上传检测数据，避免数据丢失，提高数据采集的可靠性。车载数据采集终端采集的数据传输至可编程控制器PLC，可编程控制器PLC能够对采集数据进行处理(比如将可编程控制器PLC的编码标识和该采集数据打包，生成一一对应的关系，这里，每一个可编程控制器PLC对应一个唯一的编码标识)后通过LoRa电台经LoRa基站最终传输至云平台。
为了便于维修，在本申请的一些具体实施例中，所述移动终端连接至所述云平台，所述云平台还用于将所述故障维修方案发送到维修人员的移动终端上。
在本申请的一些具体实施例中，所述定位系统包括设置在各个燃料电池叉车上的UWB定位标签以及设置各个所述监测区域的UWB基站。
各个监测区域均设有至少设有四个UWB基站，UWB基站和UWB标签适配实现叉车的实时定位。
该系统通过车载数据采集终端实时采集各个监控区域各个叉车的燃料实时状态信息(比如叉车工作状态信息、叉车的载货状态信息、叉车的行驶速度信息、叉车的位置信息、驾驶员状态信息、燃料电池的剩余电量信息、燃料电池的温湿度信息、燃料电池的电压信息和氢气泄露信息)，并经LoRa电台和LoRa基站连接至云平台，云平台的智能决策模块能够根据多个车载数据采集终端的采集结果实时掌握各个监测区域内叉车的运作情况进而根据运作情况生成燃料供给方案和故障维修方案，燃料供给总站的数据管理终端能够通过和云平台通信，实现燃料供给的智能化自动化和精确化，从而实现管理人员可以通过数据管理终端集中化远程管理多个监控区域的燃料电池叉车的使用情况，降低人工投入，提高管理效率和水平。
另一方面，该系统的各个监测区域通过设置LoRa电台和LoRa基站网络互连，网络可扩展性好，可监控的区域面积较广，并在检测到叉车故障时能够及时调度维修人员赶往现场进行维修，方便快捷。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，其特征在于，包括：车载数据采集终端、云平台、燃料供给总站以及维修调度中心；
所述车载数据采集终端用于采集燃料电池叉车的实时状态信息并传输至所述云平台；多个燃料电池叉车分布在多个监测区域；
所述云平台设有智能决策模块，所述智能决策模块用于根据所述车载数据采集终端的采集结果预估各个所述监测区域的燃料使用量，根据预估结果生成燃料供给方案并发送给所述燃料供给总站设有的数据管理终端，以便于所述数据管理终端调度移动式加氢车为各个监控区域输送氢气；
所述智能决策模块还用于根据所述车载数据采集终端的采集结果评估各个叉车的电池健康情况，在检测出电池异常时预警，并生成故障维修方案发送至所述维修调度中心；
所述维修调度中心通过定位系统确定故障车所在位置，并调度维修人员前往现场及时维修。
2.根据权利要求1所述的基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，其特征在于，还包括可编程控制器PLC、LoRa电台和LoRa基站；
各个监测区域均设有所述可编程控制器PLC和所述LoRa电台，同一监测区域的多个所述车载数据采集终端组成网格网络并各自连接至可编程控制器PLC；所述可编程控制器PLC连接至区域LoRa电台，所述LoRa电台连接至LoRa基站，所述LoRa基站连接至所述云平台。
3.根据权利要求2所述的基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，其特征在于，所述实时状态信息包括当前时刻燃料电池的电池温度、电池氢气参数、电池空气参数以及电流值、燃料使用量、叉车的载货信息、叉车的行驶速度信息、叉车的位置信息、驾驶员状态信息和剩余燃料量。
4.根据权利要求3所述的基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，其特征在于，所述智能决策模块用于根据所述车载数据采集终端的采集结果预估各个所述监测区域的燃料使用量，根据预估结果生成燃料供给方案并发送给所述燃料供给总站设有的数据管理终端，具体包括：
将各个监测区域的叉车的燃料使用量进行累加，得到燃料消耗数据；
获取监测区域内的历史货物总量和剩余库存，根据所述历史货物总量和所述货物库存，得到预估消耗燃料量；
根据所述预估消耗燃料量确定需要调度的移动式加氢车以得到燃料供给方案。
5.根据权利要求3所述的基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，其特征在于，所述智能决策模块还用于根据所述车载数据采集终端的采集结果评估各个叉车的电池健康情况，具体包括：
根据当前时刻燃料电池的电池堆温度、氢气堆内压力、氧气堆内压力计算当前时刻的理想开路电动势，公式如下：
其中，Ek表示理想开路电动势，T表示电池堆温度，PH2表示氢气堆内压力、PO2表示氧气堆内压力，k表示采集时刻；
根据当前时刻燃料电池的实时电流值、实时电压值和理想开路电动势计算浓差损失电动势和极化损失电动势，计算公式为；
Us,k＝Ek-U1,k-1-U2,k-1-R0,k×Ik
其中，Us,k为燃料电池两端的实时电压值，Ik为燃料电池的实时电流值，R0,k为燃料电池当前时刻的理论直流内阻，A和B表示设定的参数矩阵，其中，A矩阵表达式为：
B矩阵表达式为：
式中，ΔT为采样时间间隔，R1为燃料电池的活化内阻的电阻分量，C1为燃料电池的活化内阻的电容分量，R2为燃料电池的浓差内阻的电阻分量，C2为浓差内阻的电容分量；
根据浓差损失电动势和极化损失电动势计算当前时刻燃料电池的实时直流内阻，计算公式为：
根据如下计算公式：
计算燃料电池的健康指数W，其中，Rs,k为燃料电池的实时直流内阻、R0,0为燃料电池的初始内阻，RN,N为燃料电池的末期内阻。
6.根据权利要求3所述的基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，其特征在于，所述移动终端连接至所述云平台，所述云平台还用于将所述故障维修方案发送到维修人员的移动终端上。
7.根据权利要求1至6任一所述的基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统，其特征在于，所述定位系统包括设置在各个燃料电池叉车上的UWB定位标签以及设置各个所述监测区域的UWB基站。
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| CN202111211332.0A CN114019891A (zh) | 2021-10-18 | 2021-10-18 | 一种基于智慧物联网的燃料电池叉车综合管理监控系统 |
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