CN116632294A - 燃料电池系统的健康状态诊断方法、装置、设备及介质 - Google Patents

燃料电池系统的健康状态诊断方法、装置、设备及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统的健康状态诊断方法，该燃料电池系统的健康状态诊断方法包括：建立燃料电池系统健康运行的诊断模型；获取燃料电池系统实际运行过程中的工作参数；将所获取的燃料电池系统的工作参数与诊断模型进行比较，以判断燃料电池系统的健康状态。本发明的燃料电池系统健康状态诊断方法，通过燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与诊断模型进行比较，可以实现燃料电池系统的健康诊断，如此，可方便进一步根据燃料电池系统健康状态控制操作条件以延缓燃料电池系统的性能衰减。

Description

燃料电池系统的健康状态诊断方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统的健康状态诊断方法、装置、设备及介质。
背景技术
商用车是氢能的一个重要发展应用领域方向，其对寿命、可靠性具有非常高的要求，燃料电池系统以及各核心零部件的状态判断，尤其是寿命状态的预估，成为影响燃料电池系统竞争力的关键。
燃料电池系统在运行过程中，当运行条件发生变化时，可能会导致燃料电池健康状态发生变化，长时间以非健康状态运行会导致燃料电池性能持续衰减，最终导致燃料电池系统受损，影响燃料电池使用寿命，目前通常通过检测电堆额定电流下的输出电压来判定燃料电池电堆性能是否退化，这样的方式不能准确的检测出燃料电池系统以及各核心零部件的健康状态。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种燃料电池系统的健康状态诊断方法，旨在解决目前通过检测电堆额定电流下的输出电压不能准确判定燃料电池系统的健康状态的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种燃料电池系统的健康状态诊断方法，该燃料电池系统的健康状态诊断方法包括：
建立所述燃料电池系统健康运行的诊断模型；
获取所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数；
将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态。
在一些实施例中，所述建立所述燃料电池系统健康运行的诊断模型的步骤中包括：
采集所述燃料电池系统健康运行时的工作参数；
根据所采集的所述燃料电池系统健康运行时的工作参数设定判定区间以建立所述诊断模型。
在一些实施例中，所述将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态的步骤中包括：
判断所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与所述诊断模型中所述燃料电池系统健康运行时的工作参数之间是否存在差值；
若是，则将所述差值与所述判定区间进行比对；
若所述差值未超过所述判定区间，则判定所述燃料电池系统不存在潜在故障；
若所述差值处于所述判定区间内，则判定所述燃料电池系统存在潜在故障；
若所述差值超过所述判定区间，则判定所述燃料电池系统发生故障。
在一些实施例中，所述燃料电池系统包括燃料电池电堆、控制单元、氢气供给单元、空气供给单元和水循环单元，所述控制单元分别与所述氢气供给单元、所述空气供给单元和所述水循环单元电性连接，所述将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态的步骤之后，所述燃料电池系统的健康状态诊断方法还包括：
当判定所述燃料电池系统存在潜在故障时，则根据所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数以实时调节所述氢气供给单元、所述空气供给单元和所述水循环单元的供给状态。
在一些实施例中，所述燃料电池系统还包括与所述控制单元电性连接的报警单元，所述将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态的步骤之后，所述燃料电池系统的健康状态诊断方法还包括：
当判定所述燃料电池系统存在潜在故障时，则控制所述报警单元进行第一报警提示；
当判定所述燃料电池系统发生故障时，则控制所述报警单元进行第二报警提示。
本发明还提出一种燃料电池系统的健康状态诊断装置，该燃料电池系统的健康状态诊断装置包括：
建立模块，用于建立所述燃料电池系统健康运行的诊断模型；
获取模块，用于获取所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数；
诊断模块，用于将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态。
在一些实施例中，所述建立模块包括：
采集单元，用于采集所述燃料电池系统健康运行时的工作参数；
建立单元，用于根据所采集的所述燃料电池系统健康运行时的工作参数设定判定区间以建立所述诊断模型。
在一些实施例中，所述诊断模块包括：
第一诊断单元，用于判断所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与所述诊断模型中所述燃料电池系统健康运行时的工作参数之间是否存在差值，若是，则将所述差值与所述判定区间进行比对；
第二诊断单元，用于若所述差值未超过所述判定区间，则判定所述燃料电池系统不存在潜在故障；
第三诊断单元，用于若所述差值处于所述判定区间内，则判定所述燃料电池系统存在潜在故障；
第四诊断单元，用于若所述差值超过所述判定区间，则判定所述燃料电池系统发生故障。
本发明还提出一种燃料电池系统的健康状态诊断设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时，实现前述所记载的燃料电池系统健康状态诊断方法。
本发明还提出一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现前述所记载的燃料电池系统的健康状态诊断方法。
本发明的燃料电池系统健康状态诊断方法，首先建立燃料电池系统健康运行的诊断模型，再获取燃料电池系统实际运行过程中的工作参数，然后将所获取的燃料电池系统的工作参数与诊断模型进行比较，以判断燃料电池系统的健康状态，通过燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与诊断模型进行比较，可以实现燃料电池系统的健康诊断，如此，可方便进一步根据燃料电池系统健康状态控制操作条件以延缓燃料电池系统的性能衰减。
附图说明
图1为本发明燃料电池系统健康状态诊断方法一实施例的流程图；
图2为本发明燃料电池系统健康状态诊断方法又一实施例的流程图；
图3为本发明燃料电池系统健康状态诊断方法又一实施例的流程图；
图4为本发明燃料电池系统健康状态诊断方法又一实施例的流程图；
图5为本发明燃料电池系统健康状态诊断方法又一实施例的流程图；
图6为本发明燃料电池系统健康状态诊断装置一实施例的模块图；
图7为本发明燃料电池系统健康状态诊断设备的结构示意图。
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方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，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，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)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。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，在本发明中涉及“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，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。
本发明提出一种燃料电池系统的健康状态诊断方法，参照图1，该燃料电池系统的健康状态诊断方法包括：
步骤S10：建立燃料电池系统健康运行的诊断模型；
步骤S20：获取燃料电池系统实际运行过程中的工作参数；
步骤S30：将所获取的燃料电池系统的工作参数与诊断模型进行比较，以判断燃料电池系统的健康状态。
本实施例中，燃料电池系统实际运行过程中的工作参数包括燃料电池电堆的电压、电流和温度等，将燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与燃料电池健康运行的诊断模型进行比较，通过燃料电池电堆的电压、电流和温度等表现出的数据对比，判断燃料电池系统的电堆和关键零部件等的健康状态。
本发明的燃料电池系统健康状态诊断方法，首先建立燃料电池健康运行的诊断模型，再获取燃料电池系统实际运行过程中的工作参数，然后将所获取的燃料电池系统的工作参数与诊断模型进行比较，以判断燃料电池系统的健康状态，通过燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与诊断模型进行比较，可以实现燃料电池系统的健康诊断，如此，可方便进一步根据燃料电池系统健康状态控制操作条件以延缓燃料电池系统的性能衰减。
在一些实施例中，参照图2，步骤S10中包括：
步骤S11：采集燃料电池系统健康运行时的工作参数；
步骤S12：根据所采集的燃料电池系统健康运行时的工作参数设定判定区间以建立诊断模型。
本实施例中，在建立燃料电池健康运行的诊断模型时，首先采集燃料电池系统健康运行时的工作参数，再根据燃料电池系统健康运行时的工作参数设定判定区间，此判定区间可以判断燃料电池系统处于健康状态、存在潜在故障状态或非健康状态。
在一些实施例中，参照图3，步骤S30包括：
步骤S31：判断燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与诊断模型中燃料电池系统健康运行时的工作参数之间是否存在差值；
步骤S32：若是，则将差值与判定区间进行比对；
步骤S33：若差值未超过判定区间，则判定燃料电池系统不存在潜在故障；
步骤S34：若差值处于判定区间内，则判定燃料电池系统存在潜在故障；
步骤S35：若差值超过判定区间，则判定燃料电池系统发生故障。
本实施例中，在判断燃料电池系统的健康状态时，首先判断燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与诊断模型中燃料电池系统健康运行时的工作参数之间是否存在差值，如果不存在差值，则燃料电池系统处于健康状态，如果存在差值，就要将差值与判定区间进行比对，其中，判定区间为燃料电池系统存在潜在故障的区间，除了燃料电池系统存在潜在故障的区间，还有燃料电池系统健康区间和燃料电池系统故障区间，如果差值未超过判定区间，即差值处于燃料电池系统健康区间，则判定燃料电池系统不存在潜在故障；如果差值处于判定区间内，即差值处于燃料电池系统存在潜在故障的区间，则判定燃料电池系统存在潜在故障；如果差值超过判定区间，即差值处于燃料电池系统故障区间，则判定燃料电池系统发生故障。
在一些实施例中，燃料电池系统包括燃料电池电堆、控制单元、氢气供给单元、空气供给单元和水循环单元，控制单元分别与氢气供给单元、空气供给单元和水循环单元电性连接，步骤S30之后，参照图4，燃料电池系统的健康状态诊断方法还包括：
步骤S40：当判定燃料电池系统存在潜在故障时，则根据燃料电池系统实际运行过程中的工作参数以实时调节氢气供给单元、空气供给单元和水循环单元的供给状态。
本实施例中，在判定燃料电池系统存在潜在故障时，则根据燃料电池系统实际运行过程中的工作参数以调节氢气供给单元、空气供给单元和水循环单元的供给状态。在判定燃料电池系统存在潜在故障时，预下达控制指令至控制单元，控制单元控制氢气供给单元、空气供给单元和水循环单元中的各设备提前适配对应负载需求，具体地，氢气供给单元包括储氢罐，空气供给单元包括加湿器、风机、过滤器，水循环单元包括换热器、水箱和水泵。在运行阶段，控制单元控制储氢罐流向燃料电池系统的氢气量，空气经过滤器净化后由风机加压通入加湿器来向燃料电池供应湿润空气，高温循环水经过换热器降温后流经水箱后再通过水泵进入燃料电池系统，换热器联通外部水路以持续带走系统热量，控制单元不断调节氢气供给单元、空气供给单元和水循环单元的工作，以保障燃料电池系统安全稳定运行。
在一些实施例中，燃料电池系统还包括与控制单元电性连接的报警单元，步骤S30之后，参照图5，燃料电池系统的健康状态诊断方法还包括：
步骤S50：当判定燃料电池系统存在潜在故障时，则控制报警单元进行第一报警提示；
步骤S60：当判定燃料电池系统发生故障时，则控制报警单元进行第二报警提示。
本实施例中，在判定燃料电池系统存在潜在故障时，则控制报警单元进行第一报警提示；在判定燃料电池系统发生故障时，则控制报警单元进行第二报警提示。其中，第一报警提示为燃料电池系统存在潜在故障时的报警提示，第二报警提示为燃料电池系统发生故障时的报警提示，可选地，第一报警提示和第二报警提示的警示灯颜色和警报提示声音不同。
本发明还提出一种燃料电池系统的健康状态诊断装置100，参照图6，该燃料电池系统的健康状态诊断装置100包括：
建立模块110，用于建立燃料电池系统健康运行的诊断模型；
获取模块120，用于获取燃料电池系统实际运行过程中的工作参数；
诊断模块130，用于将所获取的燃料电池系统的工作参数与诊断模型进行比较，以判断燃料电池系统的健康状态。
在一些实施例中，参照图6，建立模块包括：
采集单元111，用于采集燃料电池系统健康运行时的工作参数；
建立单元112，用于根据所采集的燃料电池系统健康运行时的工作参数设定判定区间以建立诊断模型。
在一些实施例中，参照图6，诊断模块包括：
第一诊断单元131，用于判断燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与诊断模型中燃料电池系统健康运行时的工作参数之间是否存在差值，若是，则将差值与判定区间进行比对；
第二诊断单元132，用于若差值未超过判定区间，则判定燃料电池系统不存在潜在故障；
第三诊断单元133，用于若差值处于判定区间内，则判定燃料电池系统存在潜在故障；
第四诊断单元134，用于若差值超过判定区间，则判定燃料电池系统发生故障。
本发明还提出一种燃料电池系统的健康状态诊断设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时，实现前述所记载的燃料电池系统健康状态诊断方法。
本发明实施例所提出的燃料电池系统的健康状态诊断设备可以是机器人，也可以是PC。如图7所示，该燃料电池系统的健康状态诊断设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元，比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
如图7所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及机械臂校准程序。
在图7所示的燃料电池系统的健康状态诊断设备中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的机械臂校准程序。
本发明还提出一种存储介质，存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被执行时，实现前述所记载的燃料电池系统的健康状态诊断方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，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，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，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信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块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模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，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保护的范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统的健康状态诊断方法，其特征在于，包括：
建立所述燃料电池系统健康运行的诊断模型；
获取所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数；
将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的健康状态诊断方法，其特征在于，所述建立所述燃料电池系统健康运行的诊断模型的步骤中包括：
采集所述燃料电池系统健康运行时的工作参数；
根据所采集的所述燃料电池系统健康运行时的工作参数设定判定区间以建立所述诊断模型。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统的健康状态诊断方法，其特征在于，所述将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态的步骤中包括：
判断所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与所述诊断模型中所述燃料电池系统健康运行时的工作参数之间是否存在差值；
若是，则将所述差值与所述判定区间进行比对；
若所述差值未超过所述判定区间，则判定所述燃料电池系统不存在潜在故障；
若所述差值处于所述判定区间内，则判定所述燃料电池系统存在潜在故障；
若所述差值超过所述判定区间，则判定所述燃料电池系统发生故障。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统的健康状态诊断方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括燃料电池电堆、控制单元、氢气供给单元、空气供给单元和水循环单元，所述控制单元分别与所述氢气供给单元、所述空气供给单元和所述水循环单元电性连接，所述将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态的步骤之后，所述燃料电池系统的健康状态诊断方法还包括：
当判定所述燃料电池系统存在潜在故障时，则根据所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数以实时调节所述氢气供给单元、所述空气供给单元和所述水循环单元的供给状态。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统的健康状态诊断方法，其特征在于，所述燃料电池系统还包括与所述控制单元电性连接的报警单元，所述将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态的步骤之后，所述燃料电池系统的健康状态诊断方法还包括：
当判定所述燃料电池系统存在潜在故障时，则控制所述报警单元进行第一报警提示；
当判定所述燃料电池系统发生故障时，则控制所述报警单元进行第二报警提示。
6.一种燃料电池系统的健康状态诊断装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立所述燃料电池系统健康运行的诊断模型；
获取模块，用于获取所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数；
诊断模块，用于将所获取的所述燃料电池系统的工作参数与所述诊断模型进行比较，以判断所述燃料电池系统的健康状态。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统的健康状态诊断装置，其特征在于，所述建立模块包括：
采集单元，用于采集所述燃料电池系统健康运行时的工作参数；
建立单元，用于根据所采集的所述燃料电池系统健康运行时的工作参数设定判定区间以建立所述诊断模型。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统的健康状态诊断装置，其特征在于，所述诊断模块包括：
第一诊断单元，用于判断所述燃料电池系统实际运行过程中的工作参数与所述诊断模型中所述燃料电池系统健康运行时的工作参数之间是否存在差值，若是，则将所述差值与所述判定区间进行比对；
第二诊断单元，用于若所述差值未超过所述判定区间，则判定所述燃料电池系统不存在潜在故障；
第三诊断单元，用于若所述差值处于所述判定区间内，则判定所述燃料电池系统存在潜在故障；
第四诊断单元，用于若所述差值超过所述判定区间，则判定所述燃料电池系统发生故障。
9.一种燃料电池系统的健康状态诊断设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时，实现权利要求1-5任一项所述的燃料电池系统健康状态诊断方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现权利要求1-5任一项所述的燃料电池系统的健康状态诊断方法。
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