[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換燃料電池系統(tǒng)性能預(yù)測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011315427.2
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112507526B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海波;王傲;徐增師;潘建欣;彭冰蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F111/10;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 武漢凌達(dá)知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發(fā)明公開了一種燃料電池系統(tǒng)性能預(yù)測方法及系統(tǒng)，基于多水平正交分析設(shè)計(jì)與在線故障診斷方法相結(jié)合，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與使用環(huán)境實(shí)測相結(jié)合的方式進(jìn)行燃料電池系統(tǒng)性能預(yù)測，可有效避免常規(guī)計(jì)算分析與建模過程中因物理模型、數(shù)學(xué)方程和求解方法導(dǎo)致的誤差；同時(shí)隨著數(shù)據(jù)庫的不斷完善和補(bǔ)充，該方法的將不斷進(jìn)化，對各不同環(huán)境的預(yù)測能力和精度也將不斷提升。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)性能預(yù)測方法，結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊和顯示裝置可將燃料電池系統(tǒng)健康度直觀定量的展示給用戶。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過多因素標(biāo)定、可定量給出評分，且不斷進(jìn)化的燃料電池系統(tǒng)性能預(yù)測方法，以及預(yù)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來質(zhì)子交換膜燃料電池因其發(fā)電效率高、噪音小、燃料可再生、環(huán)保、且成本不斷降低等優(yōu)勢廣受關(guān)注，被譽(yù)為當(dāng)前最具發(fā)展價(jià)值的新能源技術(shù)之一。

隨著燃料電池技術(shù)的不斷成熟，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，對燃料電池系統(tǒng)可靠性、壽命和維修性的要求也越來越高。

傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜燃料電池性能預(yù)測方法對質(zhì)子交換膜燃料電池性能預(yù)測存在建模困難、無法適應(yīng)復(fù)雜模型仿真分析等缺陷，無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于多水平正交分析設(shè)計(jì)與環(huán)境適應(yīng)性測試相結(jié)合的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)性能預(yù)測方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種質(zhì)子交換燃料電池系統(tǒng)性能預(yù)測方法，包括如下步驟。

S1：試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集：按照燃料電池系統(tǒng)試驗(yàn)大綱設(shè)計(jì)，對燃料電池進(jìn)行不同條件下的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，針對包括溫度、濕度、進(jìn)出口壓差、進(jìn)口壓力在內(nèi)的影響燃料電池系統(tǒng)的k種因素，進(jìn)行2^k組試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可用不同的電堆性能指標(biāo)，如壽命、單片電壓一致性、系統(tǒng)效率、可靠性等，作為參考指標(biāo)；

S2：針對步驟S1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行3^k耶茨算法(Yates algorithm)設(shè)計(jì)，并建立方差分析表如下：

表中n表示針對每種情況進(jìn)行n次重復(fù)試驗(yàn)，平方和中各因子S_k根據(jù)3^k因子設(shè)計(jì)推導(dǎo)；

S3，將各影響因素根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、零部件操作指南、控制策略或數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行單一因素閾值標(biāo)定；

S4，將S2中得到的方差分析表中的單因素?cái)?shù)據(jù)通過F分布表(F分布為概率與統(tǒng)計(jì)種常用分布)查詢，并將通過分布表查詢到的數(shù)組{x}進(jìn)行歸一化處理：

假設(shè)k種影響因素中，第i種因素的輸入數(shù)據(jù)為x_i，標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)值為x_s，上下閾值為x_u，x_l，則x_i與標(biāo)準(zhǔn)值偏差為ε_s＝|x_i-x_s|，上限最大誤差為ε_u＝|x_s-x_u|，下限最大誤差為ε_l＝|x_s-x_l|；歸一化值為：

S5，利用歸一化值進(jìn)行權(quán)重計(jì)算：

權(quán)重

取各因素權(quán)重最大值ω_max＝max(ω₁,ω₂,...,ω_k)，權(quán)重基本概率的折扣率為則單因素作用下的各因素權(quán)重基本概率的折扣率集合為{α₁}，根據(jù)線性代數(shù)通用表達(dá)，加黑字符代表向量，下文同理；