燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Fault diagnosis method and device of air supply system in fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统中空气供给系统的故障诊断方法及装置
本专利技术涉及电池管理
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/nS1.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；/nS2.获取所述燃料电池系统的目标功率；/nS3.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；/nS4.获取所述空气供给系统中的实际空气数据；/n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；/n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；/nS5.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；/nS6.获取所述空气供给系统中的目标设备的运行状态数据；/nS7.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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴炎花，林业发，王志斌，徐吉林，陈建平，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31