[發(fā)明專利]一種非侵入式的燃料電池故障診斷方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810025477.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108344947A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雪霞;王興娣;陳維榮;孫騰飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/36
• 分類號(hào): G01R31/36
• 代理公司: 成都帝鵬知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本發(fā)明公開(kāi)一種非侵入式的燃料電池故障診斷方法，包括故障診斷分類器的建立和故障診斷測(cè)試，所述故障診斷分類器的建立包括步驟：將燃料電池實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)集提取診斷變量；對(duì)診斷變量做預(yù)處理；將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)ELM學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練，并篩選出與實(shí)際故障標(biāo)簽相同的聚類結(jié)果作為故障樣本集；通過(guò)ELM模型對(duì)所述故障樣本集進(jìn)行學(xué)習(xí)，輸出ELM分類模型構(gòu)成故障診斷分類器；故障診斷測(cè)試包括步驟：檢測(cè)燃料電池的待診斷數(shù)據(jù)；通過(guò)所述待診斷數(shù)據(jù)建立測(cè)試樣本；將測(cè)試樣本送入所述ELM分類模型中進(jìn)行測(cè)試，輸出測(cè)試結(jié)果。本發(fā)明能夠以非入侵的方式進(jìn)行燃料電池的故障診斷，有效提高了燃料電池故障診斷的時(shí)效性、可靠性和準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種非侵入式的燃料電池故障診斷方法。

背景技術(shù)

燃料電池(FC)被認(rèn)為是在將來(lái)最有希望的發(fā)電系統(tǒng)之一。由于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有常溫下快速啟動(dòng)、工作溫度低、發(fā)電效率高、無(wú)污染、噪音小、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電源、車輛動(dòng)力電源、家用電源等方面已經(jīng)得到了廣泛研究。盡管PEMFC具有理想的性能，但現(xiàn)在商業(yè)化的主要障礙是可靠性和耐久性。對(duì)于PEMFC系統(tǒng)，通過(guò)有效的診斷，可以實(shí)現(xiàn)早期故障報(bào)警，從而避免更嚴(yán)重的故障。基于診斷結(jié)果，可以調(diào)節(jié)操作條件以使燃料電池高效且安全地操作。此外，精確的診斷信息可以加快新技術(shù)的發(fā)展，并減少停機(jī)時(shí)間(修復(fù)時(shí)間)。在過(guò)去十年中，PEMFC的故障診斷一直受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的越來(lái)越多的關(guān)注。因此，故障診斷在加強(qiáng)PEMFC的可靠性和提高耐久性方面是非常必要的。

PEMFC可能出現(xiàn)的故障主要有兩種：永久(不可逆)故障和瞬態(tài)(可逆)故障。另外，可影響燃料電池系統(tǒng)性能的第三種故障是電堆外部輔助系統(tǒng)故障，即與供氣系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電源調(diào)節(jié)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等相關(guān)的故障。更確切地說(shuō)，這些故障被認(rèn)為是功率衰減的主要原因，因此在過(guò)去幾十年中受到相當(dāng)大的關(guān)注。因此，基于可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性考慮，PEMFC故障診斷技術(shù)應(yīng)獲得越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。

雖然多種用于PEMFC故障診斷方法被提出，但是，一方面，由于燃料電池的復(fù)雜性，燃料電池性能及其故障并沒(méi)有一個(gè)規(guī)范統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，這些方法基本都處在實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)存在局限性，未形成系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)庫(kù)，僅針對(duì)各自的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，缺乏通用性。并且各自存在不同的缺陷，如侵入式診斷無(wú)法大范圍商業(yè)化應(yīng)用，EIS診斷需要附加外部診斷設(shè)備且費(fèi)用目前較高。現(xiàn)有方法時(shí)間成本高、診斷過(guò)程較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種非侵入式的燃料電池故障診斷方法，能夠以非入侵的方式進(jìn)行燃料電池的故障診斷，有效提高了燃料電池故障診斷的時(shí)效性、可靠性和準(zhǔn)確度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種非侵入式的燃料電池故障診斷方法，包括故障診斷分類器的建立和故障診斷測(cè)試，

所述故障診斷分類器的建立，包括步驟：

S101將燃料電池實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)集，在所述原始數(shù)據(jù)集中提取診斷變量；

S102對(duì)診斷變量做預(yù)處理，所述預(yù)處理過(guò)程包括歸一化處理和故障特征數(shù)據(jù)提取；

S103將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)ELM學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練，并篩選出與實(shí)際故障標(biāo)簽相同的聚類結(jié)果作為故障樣本集；

S104通過(guò)ELM模型對(duì)所述故障樣本集進(jìn)行學(xué)習(xí)，輸出ELM分類模型構(gòu)成故障診斷分類器；

所述故障診斷測(cè)試，包括步驟：

S201檢測(cè)燃料電池的待診斷數(shù)據(jù)；

S202通過(guò)所述待診斷數(shù)據(jù)建立測(cè)試樣本；

S203將測(cè)試樣本送入所述ELM分類模型中進(jìn)行測(cè)試，輸出測(cè)試結(jié)果。