【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池能量管理控制，具体为一种燃料电池混合动力能量管理控制系统。
技术介绍
1、随着全球对环境保护的重视和对气候变化的担忧加剧，传统的内燃机车辆排放的污染物成为人们关注的焦点，燃料电池混合动力技术可以减少或消除有害气体和颗粒物的排放，因此受到环保压力的推动，各国纷纷制定节能减排政策，鼓励采用清洁能源驱动车辆，燃料电池混合动力技术作为一种清洁能源技术，符合政策导向，得到了政府和产业界的支持和推动，燃料电池混合动力技术利用氢能源作为燃料，而氢能源相对于传统石油等化石能源具有更好的可再生性和环保性，有助于改善能源结构，增强能源安全，同时随着材料科学、电化学、动力系统等多个领域的技术不断进步，燃料电池技术和动力电池技术逐渐成熟，为燃料电池混合动力技术的发展提供了坚实的技术基础，但是燃料电池混合动力技术利用氢能源作为燃料需要时刻观测燃料电池堆的性能，以防对系统产生影响，所以，在此提出了一种燃料电池混合动力能量管理控制系统。
2、燃料电池混合动力能量管理控制系统在数据收集方面存在多余的高频噪声或低频干扰，这些因素会使得信号特征提取变得困难，从而降低了故障诊断的准确性，并且在燃料电池堆混合动力能量性能发生了下降的趋势时会导致动力能量的输出受到很大影响，有效检燃料电池混合动力能量性能是否存在性能衰减趋势也是需要注意的问题，所以,在此提出了一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，通过使用巴特沃斯滤波器去除模拟信号中的高频噪声，减少原始数据中的噪声和干扰，提高数据的准确性和稳定性，并且通过支持向量机svm结合传感器采集数据
技术实现思路
1、针对现有技术中数据收集方面存在多余的高频噪声或低频干扰以及不能有效预测混合动力能量下降的不足，本专利技术提供了一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，具备使传感器使原始数据更加平滑以及有利于分析预测燃料电池性能的优点
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，管理控制模块包括：
3、用于监测燃料电池系统中的电压、电流、温度、湿度参数并将数据传输到系统其他模块进行处理的传感器检测模块；
4、用于对传感器检测模块检测得到的原始数据进行滤波处理，去除噪声和干扰的滤波器模块；
5、用于设置和配置数据采集卡的参数，包括采样率、分辨率的采集卡参数设定模块；
6、用于对滤波器模块滤波处理的数据进行特征提取，提取出反映燃料电池堆状态和性能的特征的电池堆特征提取模块；
7、用于根据电池堆特征提取模块提取得到的数据，对燃料电池堆的状态进行分析和诊断，识别出存在性能衰减情况的电池堆故障诊断模块；
8、用于根据故障诊断结果进行预警提醒操作人员的预警模块；
9、所述滤波器模块中设置有数字滤波算法引入模块，所述数字滤波算法引入模块引入数字滤波算法对原始数据进行数字滤波处理，所述采集卡参数设定模块中设置有采样率设定模块和分辨率设定模块，所述电池堆特征提取模块中设置有识别算法模块，所述识别算法模块使用了支持向量机模型，所述识别算法模块基于电池堆特征提取模块提取得到的数据使用支持向量机模型进行分类和识别。
10、所述传感器检测模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、压力传感器，所述传感器检测模块使用ic、spi接口连接传感器进行数据采集，输出的模拟信号经过模数转换器adc转换为数字信号，使用位或位精度的adc进行数据采集，设定对于温度传感器输出的模拟电压信号v，可以使用线性化公式将其转换为温度值t：[t＝av+b]。
11、所述数字滤波算法引入模块引入了数字滤波算法的巴特沃斯滤波器，巴特沃斯滤波器通过具有陡峭的衰减特性，抑制传感器检测模块获取的不需要的频率成分，提高滤波器对目标频率范围内信号的抑制能力，基于数字滤波算法公式去除模拟信号中的高频噪声，其中，x(z)为输入信号的z变换，y(z)为输出信号的z变换，a_i和b_i为滤波器的系数。
12、所述采样率设定模块负责设定数据采集的采样率，每秒钟采集数据的次数表示数据，采集卡每秒对信号进行采样的次数，单位为赫兹hz，所述分辨率设定模块责设定数据采集的分辨率，数据采集设备能够分辨的最小变化量，分辨率设定模块用于分辨最小电压以及电流变化量，以位bits表示，分辨率设定模块根据位分辨率将电压区间分为^个离散值。
13、电池堆特征提取模块通过采集电池组的实时电压、电流和温度等数据，进行特征提取和状态评估，利用数学建模的方法，对电池堆进行特征提取和状态评估，使用基于等效电路模型的bms方法，电池组的容量：c＝q/δv，其中c表示电池组的容量，q表示电池组的电荷量，δv表示电池组的电压变化量，电池组的内阻：r＝δv/i，其中r表示电池组的内阻，δv表示电池组的电压变化量，i表示电池组的电流，基于机器学习的方法，对电池组状态数据的训练和分类，对电池堆状态进行评估。
14、所述识别算法模块引用支持向量机模型进行电池堆性能衰减识别，设定假设有m个训练样本，每个样本有n个特征，训练数据可以表示为一个m×n的矩阵x，对应的标签为一个m维的列向量y，基于其中，(αi)为训练样本的权重，(y_i)为训练样本的类别标签，(k(x_i,x))为核函数，b为偏置项，进行电池堆性能衰减识别。
15、所述电池堆故障诊断模块基于燃料电池堆输出的电压、燃料电池堆输出的电流、燃料电池堆内部或外部的温度和燃料电池堆内部或外部的湿度进行功率以及效率计算，通过构建分类模型，将燃料电池堆的运行数据映射到不同类别，判断性能衰减的情况，基于燃料电池堆输出的电压、燃料电池堆输出的电流计算功率，通过[p＝v·i]得到燃料电池堆内部功率，通过功率和进气氢气流量可以计算得到燃料电池堆内部效率，基于，其中表示进气氢气流量，得到燃料电池堆内部功率。
16、所述预警模块基于支持向量机模型svm的异常检测方法，将异常数据识别为离群点并触发预警，设定核函数类型和参数，svm算法中的核函数类型，线性核、多项式核、高斯核和对应的参数，然后设定惩罚因子参数c，制分类间隔的大小，最后设定异常检测阈值，用于判断svm输出结果的异常检测阈值，超过该阈值触发预警。
17、有益效果：
18、1、该燃料电池混合动力能量管理控制系统，通过使用支持向量机模型判断燃料电池堆是否存在性能衰减，燃料电池堆的性能参数进行实时监测和诊断，能够及时发现性能衰减的迹象，及时预防故障的发生，提升系统的安全性。
19、2、该燃料电池混合动力能量管理控制系统，通过使用巴特沃斯滤波器进行去噪处理，使传感器使原始数据更加平滑，去除噪声有利于提取信号的特征和趋势，更好的对燃料电池混合动力能量性能进行分析预测，并消除数据中的随机误差和波动，从而提高数据的精度和稳定性，有利于准确分析和预测燃料电池混合动力系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：管理控制模块包括：
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：所述传感器检测模块(1)包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、压力传感器，所述传感器检测模块(1)使用I2C、SPI接口连接传感器进行数据采集，输出的模拟信号经过模数转换器ADC转换为数字信号，使用12位或16位精度的ADC进行数据采集，设定对于温度传感器输出的模拟电压信号V，可以使用线性化公式将其转换为温度值T：[T＝aV+b]。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：所述数字滤波算法引入模块(7)引入了数字滤波算法的巴特沃斯滤波器，巴特沃斯滤波器通过具有陡峭的衰减特性，抑制传感器检测模块(1)获取的不需要的频率成分，提高滤波器对目标频率范围内信号的抑制能力，基于数字滤波算法公式去除模拟信号中的高频噪声，其中，(X(z))为输入信号的Z变换，(Y(z))为输出信号的Z变换，(a_i)和(b_i)为滤波器的系数。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：电池堆特征提取模块(4)通过采集电池组的实时电压、电流和温度等数据，进行特征提取和状态评估，利用数学建模的方法，对电池堆进行特征提取和状态评估，使用基于等效电路模型的BMS方法，电池组的容量：C＝Q/ΔV，其中C表示电池组的容量，Q表示电池组的电荷量，ΔV表示电池组的电压变化量，电池组的内阻：R＝ΔV/I，其中R表示电池组的内阻，ΔV表示电池组的电压变化量，I表示电池组的电流，基于机器学习的方法，对电池组状态数据的训练和分类，对电池堆状态进行评估。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：所述识别算法模块(11)引用支持向量机模型(10)进行电池堆性能衰减识别，设定假设有m个训练样本，每个样本有n个特征，训练数据可以表示为一个m×n的矩阵X，对应的标签为一个m维的列向量Y，基于其中，(αi)为训练样本的权重，(y_i)为训练样本的类别标签，(K(x_i,x))为核函数，b为偏置项，进行电池堆性能衰减识别。
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：所述电池堆故障诊断模块(5)基于燃料电池堆输出的电压、燃料电池堆输出的电流、燃料电池堆内部或外部的温度和燃料电池堆内部或外部的湿度进行功率以及效率计算，通过构建分类模型，将燃料电池堆的运行数据映射到不同类别，判断性能衰减的情况，基于燃料电池堆输出的电压、燃料电池堆输出的电流计算功率，通过[P＝V·I]得到燃料电池堆内部功率，通过功率和进气氢气流量可以计算得到燃料电池堆内部效率，基于，其中表示进气氢气流量，得到燃料电池堆内部功率。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：所述预警模块(6)基于支持向量机模型(10)SVM的异常检测方法，将异常数据识别为离群点并触发预警，设定核函数类型和参数，SVM算法中的核函数类型，线性核、多项式核、高斯核和对应的参数，然后设定惩罚因子参数C，制分类间隔的大小，最后设定异常检测阈值，用于判断SVM输出结果的异常检测阈值，超过该阈值触发预警。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：管理控制模块包括：
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：所述传感器检测模块(1)包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、压力传感器，所述传感器检测模块(1)使用i2c、spi接口连接传感器进行数据采集，输出的模拟信号经过模数转换器adc转换为数字信号，使用12位或16位精度的adc进行数据采集，设定对于温度传感器输出的模拟电压信号v，可以使用线性化公式将其转换为温度值t：[t＝av+b]。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：所述数字滤波算法引入模块(7)引入了数字滤波算法的巴特沃斯滤波器，巴特沃斯滤波器通过具有陡峭的衰减特性，抑制传感器检测模块(1)获取的不需要的频率成分，提高滤波器对目标频率范围内信号的抑制能力，基于数字滤波算法公式去除模拟信号中的高频噪声，其中，(x(z))为输入信号的z变换，(y(z))为输出信号的z变换，(a_i)和(b_i)为滤波器的系数。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：所述采样率设定模块(8)负责设定数据采集的采样率，每秒钟采集数据的次数表示数据，采集卡每秒对信号进行采样的次数，单位为赫兹hz，所述分辨率设定模块(9)责设定数据采集的分辨率，数据采集设备能够分辨的最小变化量，分辨率设定模块(9)用于分辨最小电压以及电流变化量，以位bits表示，分辨率设定模块(9)根据12位分辨率将电压区间分为2^12个离散值。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池混合动力能量管理控制系统，其特征在于：电池堆特征提取模块(4)通过采集电池组的实时电压、电流和温度等数据，进行特征提取和状态评估，利用数学建模的方法，对电池堆进行特征提取和状态评估，使用基于等效电路模...
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