质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术的一种质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法、系统及存储介质，包括获取燃料电池系统各个运行状态并对其可能会发生的故障进行分门别类，按严重等级以及其相互关系构建故障层级网络；通过一个对故障诊断的网络层次结构的建立，进一步在此基础上建立一个以历史运行的燃料电池的故障诊断数据和专家经验做成样本数据集，通过数据驱动建模的方式实现快速故障识别诊断。本发明专利技术着眼于燃料电池系统运行的各个状态并对现有已知的故障状态分门别类，建立完整的故障自诊断闭环网络，本发明专利技术可以准确的对燃料电池系统进行故障诊断，并给出维修建议，避免燃料电池故障诊断不及时导致燃料电池系统出现问题甚至崩溃，产生不可预估的损失和灾难。损失和灾难。损失和灾难。

【技术实现步骤摘要】
质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及氢燃料电池
，具体涉及一种质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]随着环境污染和能源危机问题的日益严重，质子交换膜燃料电池作为一种高效环保的能源装置被寄予厚望，启动快、功率密度高、工作温度低、零排放等优点使其具有非常广阔的应用前景。然而燃料电池系统的故障种类繁多复杂，具有不确定性和随机性，若没有及时确定故障类型和位置并加以排除，将会严重影响燃料电池的稳定性、耐久性和安全性。因此对燃料电池进行故障诊断研究有着重要意义，也是当下研究热点之一。
[0003]现有技术中，对于燃料电池系统一般有两种故障诊断方法，其一是通过对燃料电池系统故障原始数据分门别类，形成故障诊断数据集，此方法过于依赖原始数据样本大小及可靠性也依赖实验设备；二是通过系统中的传感器的状态反馈进行故障诊断，但是现有专利大都停留于故障诊断流程中的局部，缺乏对燃料电池系统从启动到运行再到停机的完整故障诊断方法，也缺少基于燃料电池系统模型之下的数据整合作为故障诊断的参考。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的一种质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，可至少解决上述技术问题之一。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，包括首先分析燃料电池系统各个运行状态并对其可能会发生的故障进行分门别类，需按严重等级以及其相互关系构建故障层级网络，并附上相关故障代码及其相关维修操作建议。考虑燃料电池系统涉及多学科，且结构复杂，具有有耦合性、渐变性、随机性和不确定性，故障类型需按安全严重程度划分为三个层级，即警告、严重警告、危险这三个层级，一般来说三个层级之间有相互关联和转化。警告一类的故障一般多指通讯故障，其包括各个传感器与数据采集系统、控制器以及执行器等设备之间信息通讯故障，总结来说是CAN总线通讯故障，参考标准是不涉及电堆的不可逆损坏以及操作设备人员的安全；严重警告一类的故障一般多指燃料电池系统的一些参数安全阈值故障，考虑燃料电池系统的各种物理参数诸如电压、电流以及温度等等的异常都会影响到电堆的性能甚至安全性，都会对其系统输入输出设定安全阈值，一旦超限则会判定为严重警告故障，参考标准是不涉及操作设备人员的安全但会对电堆造成不可逆的损害；危险一类的故障一般指电堆的不正常运行，即检测不到电堆的运行状态，考虑燃料电池系统的从启动到拉载运行再到停止运行都会有一个时序，一般大致可分为启动状态、怠速状态、拉载状态、急停状态、运行状态以及停止状态，各个状态有相互跳转逻辑，若检测不到状态则会可能涉及电堆损害和操作人员的安全性。
[0007]其中，本专利技术通过一个对故障诊断的网络层次结构的建立，进一步在此基础上建
立一个以历史运行的燃料电池的故障诊断数据和专家经验做成样本数据集，通过数据驱动建模的方式实现快速故障识别诊断，从信号真实性校验、故障诊断、故障识别、故障定位、信号重构和容错控制这几个方面实现完整的故障诊断闭环。
[0008]本专利技术所述的历史运行数据通过各个子系统的传感器获得，燃料电池系统各个子系统包括但不限于燃料电池电堆、燃料供给系统、空气供给系统、传感单元、处理单元、冷却散热系统、电子负载等，以此获得各类故障特征参数。物理量包括电流、电压、温度、阴阳极气体压力、湿度、各个电磁阀的开关状态等。
[0009]本专利技术通过数据驱动建模方式实现故障诊断，只能对可能存在的故障进行一个预处理判断，还需要进行一个状态检测反馈，进一步实现故障识别与定位。状态检测反馈依赖于传感器工作。传感器信号类型大致分为模拟信号和数字信号，分别用于不同的场景，通过信号采集系统对其提取变换和分析并加以处理，以此提高故障诊断的准确性和可靠性。通过两者的双重判定，减少误差，实现容错控制。关于状态检测反馈的故障诊断，依托于基于机理和经验所建的数学模型，作为故障诊断的辅助参考。同时，每次的故障诊断数据会上传大数据云平台，反馈于之前的数据驱动模型，使之后的故障诊断数据样本集更为可靠和准确，达到一个完整的闭环故障诊断回路。
[0010]另一方面，本专利技术还公开一种质子交换膜燃料电池系统故障诊断系统，包括以下单元，
[0011]数据采集单元，用于获取燃料电池系统各个运行状态；
[0012]故障分类单元，用于基于各个运行状态对其可能会发生的故障进行分门别类；
[0013]故障层级网络构建单元，用于按故障严重等级以及其相互关系构建故障层级网络；
[0014]故障识别诊断单元，用于通过一个对故障诊断的网络层次结构的建立，进一步在此基础上建立一个以历史运行的燃料电池的故障诊断数据和专家经验做成样本数据集，通过数据驱动建模的方式实现快速故障识别诊断。
[0015]再一方面，本专利技术还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。
[0016]由上述技术方案可知，本专利技术的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，通过电池原始运行数据进行数据整合得到故障诊断的数据样本集，着眼于燃料电池系统运行的各个状态并对现有已知的故障状态分门别类，建立完整的故障自诊断闭环网络。
[0017]总的来说，本专利技术提出了一种燃料电池系统故障诊断方法和装置，可以准确的对燃料电池系统进行故障诊断，并给出维修建议，避免燃料电池故障诊断不及时导致燃料电池系统出现问题甚至崩溃，产生不可预估的损失和灾难。
附图说明
[0018]图1为本专利技术燃料电池系统故障诊断流程结构示意图；
[0019]图2为本专利技术基于燃料电池模型诊断方案原理图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例
中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0021]如图1所示，本实施例所述的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，整个流程从故障诊断层级网络构建开始，针对燃料电池系统各个运行状态可能会发生的故障进行分门别类，按严重等级以及其相互关系构建层级网络，并附上相关故障代码及其相关维修操作建议。
[0022]具体的说，包括首先分析燃料电池系统各个运行状态并对其可能会发生的故障进行分门别类，需按严重等级以及其相互关系构建故障层级网络，并附上相关故障代码及其相关维修操作建议。考虑燃料电池系统涉及多学科，且结构复杂，具有有耦合性、渐变性、随机性和不确定性，故障类型需按安全严重程度划分为三个层级，即警告、严重警告、危险这三个层级，一般来说三个层级之间有相互关联和转化。警告一类的故障一般多指通讯故障，其包括各个传感器与数据采集系统、控制器以及执行器等设备之间信息通讯故障，总结来说是CAN总线通讯故障，参考标准是不涉及电堆的不可逆损坏以及操作设备人员的安全；严重警告一类的故障一般多指燃料电池系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤，获取燃料电池系统各个运行状态并对其可能会发生的故障进行分门别类，按严重等级以及其相互关系构建故障层级网络；通过一个对故障诊断的网络层次结构的建立，进一步在此基础上建立一个以历史运行的燃料电池的故障诊断数据和专家经验做成样本数据集，通过数据驱动建模的方式实现快速故障识别诊断。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于：所述的历史运行数据通过各个子系统的传感器获得。3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于：所述燃料电池系统各个子系统包括燃料电池电堆、燃料供给系统、空气供给系统、传感单元、处理单元、冷却散热系统、电子负载，以此获得各类故障特征参数；物理量包括电流、电压、温度、阴阳极气体压力、湿度、各个电磁阀的开关状态。4.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于：所述故障诊断依托于基于机理和经验所建的数学模型，作为故障诊断的辅助参考；故障诊断数据会上传大数据云平台，反馈于之前的数据驱动模型，从信号真实性校验、故障诊断、故障识别、故障定位、信号重构和容错控制这几个方面实现完整的故障诊断闭环。5.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于：所述对其可能会发生的故障进行分门别类具体包括分析燃料电池系统各个运行状态并对其可能会发生的故障进行分门别类，需按严重等级以及其相互关系构建故障层级网络，并附上相关故障代码及其相关维修操作建议；故障类型需按安全严重程度划分为三个层级，即警告、严重警告、危险这三个层级，这三个层级之间有相互关联和转化。6.根据权利要求5所述的质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法，其特征在于：警告一类的故障指通讯故障，其包括各个传感器与数据采集系统、控制器以及执行器这些设备之间信息通讯故障，即CAN总线通讯故障，参考标准是不涉及电堆的不可逆损坏以及操作设备人员的安全；严重警告一类的故障指燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈睿杨，张国卿，石延赟，孙震东，王健，桂旺胜，
申请(专利权)人：安徽理安极科技有限公司，
类型：发明
国别省市：