CN114142069A - 一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置及方法 - Google Patents

一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置及方法，该装置包括：多种传感器、无线通信装置、监控终端；多种传感器通过无线通信装置与监控终端连接；多种传感器用于检测燃料电池的运行数据，并通过无线通信装置将运行数据发送至监控终端；监控终端用于根据运行数据，确定燃料电池的故障类型；根据故障类型和运行数据确定燃料电池的健康状态。通过根据传感器采集的数据分析故障的类型，然后在根据故障类型和传感器的数据进一步分析燃料电池的健康状态，能够使用户快速确定燃料电池的运行情况，及时对故障进行处理。

Description

一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置及方法
技术领域
本申请属于新能源技术领域，尤其涉及一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置及方法。
背景技术
燃料电池发电技术是一种新能源技术，其具有能量密度大、污染小等优点。随着燃料电池的广泛应用，其在应用中存在的问题也越来越多。为了使燃料电池稳定供电，因此需要快速的对其故障进行处理。
现有技术通常通过需要用户手动进行故障的排查并判断故障，但是燃料电池的手动故障排查较为复杂，并且需要耗费较长时间同时浪费人力，并且此技术方案在给用户的数据都是传感器直接采集的原始数据，数据种类过多且过于复杂不利于人工判断燃料电池状态，对燃料电池的监测效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置及方法，旨在解决常规的预测方法难以准确的预测所需输出的负荷，使燃料电池的供电不稳定的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，包括：无线通信装置、监控终端；所述多种传感器通过所述无线通信装置与所述监控终端连接；
所述多种传感器用于检测燃料电池的运行数据，并通过所述无线通信装置将所述运行数据发送至监控终端；
所述监控终端用于根据所述运行数据，确定所述燃料电池的故障类型；根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态。
在一种可能的实现方式中，所述监控终端具体用于根据所述运行数据判断燃料电池中的故障组件，将该故障组件对应的传感器检测的数据输入至该故障组件对应的神经网络模型中，得到该故障组件的故障类型，并根据该故障组件的故障类型和该故障组件对应的传感器检测的数据确定所述燃料电池的健康状态。
在一种可能的实现方式中，所述监控终端具体用于针对每种故障类型，根据该故障类型对应的传感器检测的数据，确定该故障类型的故障程度；根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度和故障组件上设置的传感器检测的数据，确定所述燃料电池的健康状态。
在一种可能的实现方式中，所述监控终端具体用于根据所述燃料电池的上一使用周期的运行数据确定中各组件之间的影响关系；根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度、各故障组件之间的影响关系和故障组件上设置的传感器检测的数据，确定所述燃料电池的健康状态。
在一种可能的实现方式中，所述监控终端还用于根据所述燃料电池的健康状态调整所述燃料电池的发电功率或停用所述燃料电池，以防止故障恶化。
在一种可能的实现方式中，所述监控终端还用于根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度确定故障组件的故障是否为可修复故障；
若故障组件的故障为可修复故障，则控制相应设备进行修复操作；
若故障组件的故障不可修复故障，则声光报警，分析该故障组件的剩余可使用时间以及故障恶化速度并上报给所述用户终端。
在一种可能的实现方式中，所述传感器包括下述至少一项温度传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器、液位传感器、气体传感器、湿度传感器。
本发明实施例的第一方面提供了一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控方法，应用于如上第一方面所述的监控终端，其特征在于，包括：
根据所述无线通信装置上报的燃料电池的运行数据，确定所述燃料电池的故障类型；
根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述无线通信装置上报的燃料电池的运行数据，确定所述燃料电池的故障类型，包括：
根据所述运行数据判断燃料电池中的故障组件；
将所述故障组件对应的传感器检测的数据输入至该故障组件对应的神经网络模型中，得到该故障组件的故障类型；
所述根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态，包括：
根据该故障组件的故障类型和该故障组件对应的传感器检测的数据确定所述燃料电池的健康状态。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述无线通信装置上报的燃料电池的运行数据，确定所述燃料电池的故障类型，包括：
针对每种故障类型，根据该故障类型对应的传感器检测的数据，确定该故障类型的故障程度；
所述根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态，包括：
根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度和故障组件上设置的传感器检测的数据，确定所述燃料电池的健康状态。
本发明实施例的第二方面提供了一种燃料电池系统，包括：基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置以及燃料电池；每个基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置与一个燃料电池连接。
本发明实施例提供的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置及方法，包括：多种传感器、无线通信装置、监控终端；多种传感器通过无线通信装置与监控终端连接；多种传感器用于检测燃料电池的运行数据，并通过无线通信将运行数据发送至监控终端；监控终端用于根据运行数据，确定燃料电池的故障类型；根据故障类型和运行数据确定燃料电池的健康状态。通过根据传感器采集的数据分析故障的类型，然后在根据故障类型和传感器的数据进一步分析燃料电池的健康状态，能够使用户快速确定燃料电池的运行情况，及时对故障进行处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的基于燃料电池健康状态评估的在线监控方法的实现流程图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
图1是本发明实施例提供的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置的结构示意图。如图1所示，在一些实施例中，基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，包括：多种传感器11、无线通信装置12、监控终端13；所述多种传感器11通过所述无线通信装置12与所述监控终端13连接；
所述多种传感器11用于检测燃料电池的运行数据，并通过所述无线通信装置12将所述运行数据发送至监控终端13；
所述监控终端13用于根据所述运行数据，确定所述燃料电池的故障类型；根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态。
本实施例中，传感器11可以包括但不限于下述至少一项：温度传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器、液位传感器、气体传感器、湿度传感器。
温度传感器可以用于检测电堆温度、重整室温度、燃烧室温度、水汽化温度等，在此不作限定。流量传感器用于检测各处管道的气流量或水流量。电流传感器、电压传感器分别用于检测燃料电池的发电电流以及发电电压。液位传感器用于检测燃料电池内的液体位置。气体传感器用于检测可燃气体浓度。湿度传感器用于检测燃料电池内的湿度。上述传感器具体的安装位置根据实际需求确定，在此不作限定。
本实施例中，故障类型可以为：电堆短路、电堆堵塞、尾气阀损坏、压力过低、压力过高、温度过高、温度过低、燃气泄漏等，具体由燃料电池的燃料种类和应用场景确定，在此不作限定。
本实施例中，燃料电池的健康状态可以包括但不限于下述至少一项：健康、轻微故障、严重故障、危险。
本实施例中，基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置包括：多种传感器11、无线通信装置12、监控终端13；多种传感器11通过无线通信装置12与监控终端13连接；多种传感器11用于检测燃料电池的运行数据，并通过无线通信装置12将运行数据发送至监控终端13；监控终端13用于根据运行数据，确定燃料电池的故障类型；根据故障类型和运行数据确定燃料电池的健康状态。通过根据传感器11采集的数据分析故障的类型，然后在根据故障类型和传感器11的数据进一步分析燃料电池的健康状态，能够使用户快速确定燃料电池的运行情况，及时对故障进行处理。
在一些实施例中，监控终端13具体用于根据运行数据判断燃料电池中的故障组件，将该故障组件对应的传感器检测的数据输入至该故障组件对应的神经网络模型中，得到该故障组件的故障类型，并根据该故障组件的故障类型和该故障组件对应的传感器11检测的数据确定燃料电池的健康状态。
本实施例中，神经网络模型可以是BP神经网络、残差神经网络等，在此不作限定。根据历史时段的各传感器11采集的数据以及巡检人员巡检后给出的健康状态组成训练样本，根据神经网络算法和训练样本进行训练，即可得到神经网络模型。
本实施例中，组件可以包括但不限于下述至少一项：电堆、重整室、燃烧室、换热器、气体供给设备。
传统的分析方式是对大量传感器采集的数据进行综合分析，其计算量大并且各组件之间的数据可能存在互相干扰的情况，导致分析结果不准确。本实施例中，通过对每个组件分别配置神经网络，然后通过监控终端13判断需要启用的神经网络，不但能够降低运算量，还能精确分析各组件的故障情况。
在一些实施例中，监控终端13具体用于针对每种故障类型，根据该故障类型对应的传感器11检测的数据，确定该故障类型的故障程度；根据故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度和故障组件上设置的传感器11检测的数据，确定燃料电池的健康状态。
由于燃料电池的复杂性，即使找出了其故障类型，往往也难以判断该故障类型的故障程度。TS模糊模型往往难以对故障进行定位，但对于具体的某一个故障，通过数据拟合的方式可以轻易的得到其故障程度的具体数值。因此，本实施例中，监控终端13中可以设置TS(Takagi-Sugeno)模糊模型。
在一些实施例中，监控终端13具体用于根据燃料电池的上一使用周期的运行数据确定中各组件之间的影响关系；根据故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度、各故障组件之间的影响关系和故障组件上设置的传感器11检测的数据，确定燃料电池的健康状态。
由于燃料电池的各组件之间并非是相互独立的，因此当某个组件故障时必然会影响到其他组件。本实施例中，通过燃料电池的上一使用周期的运行数据确定中各组件之间的影响关系，然后通过影响关系确定哪些故障为主要故障，哪些故障是由于主要故障造成的从属故障，以便于分析燃料电池的健康状态。
在一些实施例中，监控终端13还用于根据燃料电池的健康状态调整燃料电池的发电功率或停用燃料电池，以防止故障恶化。
在一些实施例中，监控终端13还用于根据故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度确定故障组件的故障是否为可修复故障；
若故障组件的故障为可修复故障，则控制相应设备进行修复操作；
若故障组件的故障不可修复故障，则通过声光报警，分析该故障组件的剩余可使用时间以及故障恶化速度并上报给用户终端。
本实施例中，在燃料电池配备有温湿度调节设备时，则温度过高、湿度过高等故障即可被判定为可修复故障，即在出现这些故障时无需上报，监控终端13可以自行处理。
图2是本发明实施例提供的基于燃料电池健康状态评估的在线监控方法的实现流程图。如图2所示，在该实施例中，基于燃料电池健康状态评估的在线监控方法，包括：
S201，根据所述无线通信装置上报的燃料电池的运行数据，确定所述燃料电池的故障类型。
S202，根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态。
燃料电池52可以是氢氧燃料电池、甲醇燃料电池等，在此不作限定。
在一些实施例中，S201，包括：根据所述运行数据判断燃料电池中的故障组件；
将所述故障组件对应的传感器检测的数据输入至该故障组件对应的神经网络模型中，得到该故障组件的故障类型.
S202，包括：根据该故障组件的故障类型和该故障组件对应的传感器检测的数据确定所述燃料电池的健康状态。
在一些实施例中，S201，包括：针对每种故障类型，根据该故障类型对应的传感器检测的数据，确定该故障类型的故障程度。
S202，包括：根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度和故障组件上设置的传感器检测的数据，确定所述燃料电池的健康状态。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，其特征在于，包括：多种传感器、无线通信装置、监控终端；所述多种传感器通过所述无线通信装置与所述监控终端连接；
所述多种传感器用于检测燃料电池的运行数据，并通过所述无线通信装置将所述运行数据发送至监控终端；
所述监控终端用于根据所述运行数据，确定所述燃料电池的故障类型；根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态。
2.根据权利要求1所述的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，其特征在于，所述监控终端具体用于根据所述运行数据判断燃料电池中的故障组件，将该故障组件对应的传感器检测的数据输入至该故障组件对应的神经网络模型中，得到该故障组件的故障类型，并根据该故障组件的故障类型和该故障组件对应的传感器检测的数据确定所述燃料电池的健康状态。
3.根据权利要求2所述的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，其特征在于，每种故障类型对应至少一个传感器；所述监控终端具体用于针对每种故障类型，根据该故障类型对应的传感器检测的数据，确定该故障类型的故障程度；根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度和故障组件上设置的传感器检测的数据，确定所述燃料电池的健康状态。
4.根据权利要求3所述的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，其特征在于，所述监控终端具体用于根据所述燃料电池的上一使用周期的运行数据确定中各组件之间的影响关系；根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度、各故障组件之间的影响关系和故障组件上设置的传感器检测的数据，确定所述燃料电池的健康状态。
5.根据权利要求4所述的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，其特征在于，所述监控终端还用于根据所述燃料电池的健康状态调整所述燃料电池的发电功率或停用所述燃料电池，以防止故障恶化。
6.根据权利要求5所述的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，其特征在于，所述监控终端还用于根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度确定故障组件的故障是否为可修复故障；
若故障组件的故障为可修复故障，则控制相应设备进行修复操作；
若故障组件的故障不可修复故障，则声光报警，分析该故障组件的剩余可使用时间以及故障恶化速度并上报给所述用户终端。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于燃料电池健康状态评估的在线监控装置，其特征在于，所述传感器包括下述至少一项：
温度传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器、液位传感器、气体传感器、湿度传感器。
8.一种基于燃料电池健康状态评估的在线监控方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的监控终端，其特征在于，包括：
根据所述无线通信装置上报的燃料电池的运行数据，确定所述燃料电池的故障类型；
根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态。
9.根据权利要求8所述的基于燃料电池健康状态评估的在线监控方法，其特征在于，所述根据所述无线通信装置上报的燃料电池的运行数据，确定所述燃料电池的故障类型，包括：
根据所述运行数据判断燃料电池中的故障组件；
将所述故障组件对应的传感器检测的数据输入至该故障组件对应的神经网络模型中，得到该故障组件的故障类型；
所述根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态，包括：
根据该故障组件的故障类型和该故障组件对应的传感器检测的数据确定所述燃料电池的健康状态。
10.根据权利要求9所述的基于燃料电池健康状态评估的在线监控方法，其特征在于，所述根据所述无线通信装置上报的燃料电池的运行数据，确定所述燃料电池的故障类型，包括：
针对每种故障类型，根据该故障类型对应的传感器检测的数据，确定该故障类型的故障程度；
所述根据所述故障类型和所述运行数据确定所述燃料电池的健康状态，包括：
根据所述故障组件的故障类型、每种故障类型对应的故障程度和故障组件上设置的传感器检测的数据，确定所述燃料电池的健康状态。
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