一种燃料电池运行环境监测方法及设备与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种燃料电池运行环境监测方法及设备。


背景技术：

2.燃料电池是一种高效、环保和高功率魔都的发电方式，特别是在零排放的交通动力方面，具有很高的应用前景。正因为，燃料电池的可应用的领域很广，而且已经有大量技术研究分别在不同的类型的技术领域下，实现在不同类型环境下的燃料电池的使用。
3.但是，现有的技术多关注如何进行燃料电池的充电和放电的控制，而尚未存在具体的燃料电池的运行环境的监视方法。而由于燃料电池的运行环境复杂，而且不同的运行环境下对于燃料电池的性能也会产生很大影响。因此，亟需对于燃料电池的在线监视环境的研究。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本发明提出了一种燃料电池运行环境监测方法及设备，通过对于燃料电池的环境参数进行系统测量，并结合对于环境异常状态的评估算法，实现对于燃料电池的运行外部环境的健康指数，提升燃料电池的使用寿命。
5.根据本发明实施例第一方面，提供一种燃料电池运行环境监测方法。
6.在一个或多个实施例中，优选地，所述的一种燃料电池运行环境监测方法，具体包括：
7.根据gps时钟，提取当前的各个功能块的实际运行时间；
8.获得当前环境监视控制命令，并根据所述的环境监视控制命令提取环境监视分类数据；
9.对于燃料电池冷却系统提取具体的温湿度信号；
10.对于燃料电池电源系统提取运行状态数据；
11.进行预设故障步长的设置，并根据所述预设故障步长指数控制全部的数据状态步长；
12.根据燃料电池的测量数据生成监视环境信息表。
13.在一个或多个实施例中，优选地，所述根据gps时钟，提取当前的各个功能块的实际运行时间，具体包括：
14.提取当前时钟信号，保存为系统起始时间；
15.每次获取采样数据后，提取当前的gps时钟时间；
16.通过对所述gps时钟时间减去所述系统起始时间，获得各个模块的实际运行时钟。
17.在一个或多个实施例中，优选地，所述获得当前环境监视控制命令，并根据所述的环境监视控制命令提取环境监视分类数据，具体包括：
18.获得当前的所述环境监视控制命令；
19.提取所述环境监视控制命令中的文字命令；
20.对所述文字命令进行特征提取生成环境监视分类；
21.根据所述环境监视分类，将所述环境监视分类保存为温度信息、压力信息、湿度信息。
22.在一个或多个实施例中，优选地，所述对于燃料电池冷却系统提取具体的温湿度信号，具体包括：
23.获得当前冷却系统温度；
24.获得冷却阀压力；
25.获得当前冷却液泄漏检测装置信号。
26.在一个或多个实施例中，优选地，所述对于燃料电池电源系统提取运行状态数据，具体包括：
27.获得当前电源电压；
28.获得燃料电池当前最大压差；
29.获得燃料电池输送功率；
30.获得燃料电池输出极温度。
31.在一个或多个实施例中，优选地，所述进行预设故障步长的设置，并根据所述预设故障步长指数控制全部的数据状态步长，具体包括：
32.提取当前的所述预设故障步长指数；
33.根据所述预设故障步长指数乘以20生成氢气供给系统检测数据状态步长；
34.根据所述预设故障步长指数乘以1生成燃料电池包检测数据状态步长；
35.根据所述预设故障步长指数乘以100生成空气供给系统检测数据状态步长；
36.根据所述预设故障步长指数乘以100生成冷却系统检测数据状态步长。
37.在一个或多个实施例中，优选地，所述根据燃料电池的测量数据生成监视环境信息表，具体包括：
38.将全部的测量数据全部上传至燃料电池在线子系统，其中，所述测量数据包括燃料电池包检测数据、氢气供给系统数据、空气供给系统数据和冷却系统数据；
39.利用第一计算公式对所述测量数据进行在线的范数特征向量归一化；
40.获取所述测量数据中的第l个环境状态词率；
41.利用第二计算公式对测量数据的显示范围进行压缩；
42.利用第三计算公式将全部的子系统数据偏差删除；
43.利用第四计算公式获得所述燃料电池包检测数据的环境健康状态；
44.利用第五计算公式获得所述氢气供给系统数据的环境健康状态；
45.利用第六计算公式获得所述空气供给系统数据的环境健康状态；
46.利用第七计算公式获得所述冷却系统数据的环境健康状态；
47.所述第一计算公式为：
[0048][0049]
其中，x为监视数据，f
t,d
为第d个测量装置数据中的第t个测量数据，f
t,d
归一化后
的第d个测量装置数据中的第t个所述测量数据；
[0050]
所述第二计算公式为：
[0051]
g
t,d
＝log(f
t,d
1)
[0052]
其中，g
t,d
为指对数化后的第d个测量装置数据中的第t个测量数据；
[0053]
所述第三计算公式为：
[0054][0055]
其中，g
t,d
为数据偏差删除的第d个测量装置数据中的第t个测量数据，f
w,d
为第d个测量装置数据中的第w个测量数据；
[0056]
所述第四计算公式为：
[0057][0058]
g
t,d
(n)为在第n次采样中数据偏差删除的第d个测量装置数据中的第t个测量数据，g
t,d
(n
‑
1)为在第n
‑
1次采样中数据偏差删除的第d个测量装置数据中的第t个测量数据，θ1为燃料电池包检测数据状态波动数据，a1为燃料电池包检测数据状态步长；
[0059]
所述第五计算公式为：
[0060][0061]
其中，θ2为氢气供给系统检测数据状态波动数据，a2为氢气供给系统检测数据状态步长；
[0062]
所述第六计算公式为：
[0063][0064]
其中，θ3为空气供给系统检测数据状态波动数据，a3为空气供给系统检测数据状态步长。
[0065]
所述第七计算公式为：
[0066][0067]
其中，θ4为冷却系统检测数据状态波动数据，a4为冷却系统检测数据状态步长。
[0068]
根据本发明实施例第二方面，提供一种燃料电池运行环境监测设备。
[0069]
在一个或多个实施例中，优选地，所述一种燃料电池运行环境监测设备，具体包括：
[0070]
gps时钟生成模块，用于根据gps时钟，提取当前的各个功能块的实际运行时间；
[0071]
环境监视控制模块，用于获得当前环境监视控制命令，并根据所述的环境监视控制命令提取环境监视分类数据；
[0072]
冷却系统监视子模块，用于对于燃料电池冷却系统提取具体的温湿度信号；
[0073]
电源监视子模块，用于对于燃料电池电源系统提取运行状态数据；
[0074]
故障步长设置子模块，用于进行预设故障步长的设置，并根据所述预设故障步长指数控制全部的数据状态步长；
[0075]
监视环境信息表生成模块，用于根据燃料电池的测量数据生成监视环境信息表。
[0076]
在一个或多个实施例中，优选地，所述的一种燃料电池运行环境监测设备还包括：数字滤波子模块，用于对于所述温湿度信号和压力信号，根据预设的时间间隔，进行数据的滤波。
[0077]
根据本发明实施例第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面中任一项所述的方法。
[0078]
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0079]
1)本发明实施例提供了分为三个部分的燃料电池运行环境的监视系统，完成了全部的关键组部件的在线监视；
[0080]
2)本发明实施例中，重点针对于燃料电池的常见的环境信息生成标准化的环境信息表，实现对于燃料电池的运行环境状态监视，做到异常健康状态早发现，早隔离。
[0081]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0082]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0083]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0084]
图1是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法的流程图。
[0085]
图2是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的根据gps时钟，提取当前的各个功能块的实际运行时间的流程图。
[0086]
图3是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的获得当前环境监视控制命令，并根据所述的环境监视控制命令提取环境监视分类数据的流程图。
[0087]
图4是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的对于燃料电池冷却系统提取具体的温湿度信号的流程图。
[0088]
图5是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的对于燃料电池电源系统提取运行状态数据的流程图。
[0089]
图6是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的进行预设故障步长的设置，并根据所述预设故障步长指数控制全部的数据状态步长的流程图。
[0090]
图7是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的根据燃料电池的测量数据生成监视环境信息表的流程图。
[0091]
图8是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测系统的结构图。
具体实施方式
[0092]
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
[0093]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0094]
燃料电池是一种高效、环保和高功率魔都的发电方式，特别是在零排放的交通动力方面，具有很高的应用前景。正因为，燃料电池的可应用的领域很广，而且已经有大量技术研究分别在不同的类型的技术领域下，实现在不同类型环境下的燃料电池的使用。
[0095]
但是，现有的技术多关注如何进行燃料电池的充电和放电的控制，而尚未存在具体的燃料电池的运行环境的监视方法。而由于燃料电池的运行环境复杂，而且不同的运行环境下对于燃料电池的性能也会产生很大影响。因此，亟需对于燃料电池的在线监视环境的研究。
[0096]
本发明实施例中，提供了一种燃料电池运行环境监测方法及设备。该方案通过对于燃料电池的环境参数进行系统测量，并结合对于环境异常状态的评估算法，实现对于燃料电池的运行外部环境的健康指数，提升燃料电池的使用寿命。
[0097]
本发明实施例第一方面，提供一种燃料电池运行环境监测方法。
[0098]
图1是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法的流程图。
[0099]
如图1所示，在一个或多个实施例中，优选地，所述的一种燃料电池运行环境监测方法，具体包括：
[0100]
s101、根据gps时钟，提取当前的各个功能块的实际运行时间；
[0101]
s102、获得当前环境监视控制命令，并根据所述的环境监视控制命令提取环境监视分类数据；
[0102]
s103、对于燃料电池冷却系统提取具体的温湿度信号；
[0103]
s104、对于燃料电池电源系统提取运行状态数据；
[0104]
s105、进行预设故障步长的设置，并根据所述预设故障步长指数控制全部的数据状态步长；
[0105]
s106、根据燃料电池的测量数据生成监视环境信息表。
[0106]
在本发明实施例中，分别进行了三部分燃料电池的关键组成部分的具体的环境监测。分别是冷却系统的监视、电源系统的监视和供气系统的监视。而对应的供气系统具体的包括了空气的供给和氢气的供给。
[0107]
图2是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的根据gps时钟，提取当前的各个功能块的实际运行时间的流程图。
[0108]
如图2所示，在一个或多个实施例中，优选地，所述根据gps时钟，提取当前的各个
功能块的实际运行时间，具体包括：
[0109]
s201、提取当前时钟信号，保存为系统起始时间；
[0110]
s202、每次获取采样数据后，提取当前的gps时钟时间；
[0111]
s203、通过对所述gps时钟时间减去所述系统起始时间，获得各个模块的实际运行时钟。
[0112]
在本发明实施例中，为了进行的具体的环境信息的提取，首先将全部的模块进行实际运行状态中的时钟信息的提取。这些时钟信号全部采用统一的gps时钟时间获得，因此每一个模块上获得的时钟都将会在模块中产生统一的数据。
[0113]
图3是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的获得当前环境监视控制命令，并根据所述的环境监视控制命令提取环境监视分类数据的流程图。
[0114]
如图3所示，在一个或多个实施例中，优选地，所述获得当前环境监视控制命令，并根据所述的环境监视控制命令提取环境监视分类数据，具体包括：
[0115]
s301、获得当前的所述环境监视控制命令；
[0116]
s302、提取所述环境监视控制命令中的文字命令；
[0117]
s303、对所述文字命令进行特征提取生成环境监视分类；
[0118]
s304、根据所述环境监视分类，将所述环境监视分类保存为温度信息、压力信息、湿度信息。
[0119]
在本发明实施例中，为了进行的具体的环境信息的提取，首先将全部的模块进行实际运行状态中的时钟信息的提取。这些时钟信号全部采用统一的gps时钟时间获得，因此每一个模块上获得的时钟都将会在模块中产生统一的数据。
[0120]
图4是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的对于燃料电池冷却系统提取具体的温湿度信号的流程图。
[0121]
如图4所示，在一个或多个实施例中，优选地，所述对于燃料电池冷却系统提取具体的温湿度信号，具体包括：
[0122]
s401、获得当前冷却系统温度；
[0123]
s402、获得冷却阀压力；
[0124]
s403、获得当前冷却液泄漏检测装置信号。
[0125]
在本发明实施例中，获取当前的冷却系统的问题的，进而分别获知冷却阀的具体的压力，确认具体的冷却阀的压力是否能够提供足够的压力。
[0126]
图5是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的对于燃料电池电源系统提取运行状态数据的流程图。
[0127]
如图5所示，在一个或多个实施例中，优选地，所述对于燃料电池电源系统提取运行状态数据，具体包括：
[0128]
s501、获得当前电源电压；
[0129]
s502、获得燃料电池当前最大压差；
[0130]
s503、获得燃料电池输送功率；
[0131]
s504、获得燃料电池输出极温度。
[0132]
在本发明实施例中，根据当前的电源电压和当前的最大压差，进行燃料电池输送功率和能量的分析，进而利用具体的输送功率结合燃料电池的输出极温度为后续的进行环
境评估提供数据。
[0133]
图6是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的进行预设故障步长的设置，并根据所述预设故障步长指数控制全部的数据状态步长的流程图。
[0134]
如图6所示，在一个或多个实施例中，优选地，所述进行预设故障步长的设置，并根据所述预设故障步长指数控制全部的数据状态步长，具体包括：
[0135]
s601、提取当前的所述预设故障步长指数；
[0136]
s602、根据所述预设故障步长指数乘以20生成氢气供给系统检测数据状态步长；
[0137]
s603、根据所述预设故障步长指数乘以1生成燃料电池包检测数据状态步长；
[0138]
s604、根据所述预设故障步长指数乘以100生成空气供给系统检测数据状态步长；
[0139]
s605、根据所述预设故障步长指数乘以100生成冷却系统检测数据状态步长。
[0140]
在本发明实施例中，提取出当前书故障步长后，分别进行不同的系数生成，生成了不同类型的数据监视步长，由于在不同的步长下都是采用的相同gps时钟，因此可以产生能够配合的时钟序列进行了环境状态的评估。
[0141]
图7是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测方法中的根据燃料电池的测量数据生成监视环境信息表的流程图。
[0142]
如图7所示，在一个或多个实施例中，优选地，所述根据燃料电池的测量数据生成监视环境信息表，具体包括：
[0143]
s701、将全部的测量数据全部上传至燃料电池在线子系统，其中，所述测量数据包括燃料电池包检测数据、氢气供给系统数据、空气供给系统数据和冷却系统数据；
[0144]
s702、利用第一计算公式对所述测量数据进行在线的范数特征向量归一化；
[0145]
s703、获取所述测量数据中的第l个环境状态词率；
[0146]
s704、利用第二计算公式对测量数据的显示范围进行压缩；
[0147]
s705、利用第三计算公式将全部的子系统数据偏差删除；
[0148]
s706、利用第四计算公式获得所述燃料电池包检测数据的环境健康状态；
[0149]
s707、利用第五计算公式获得所述氢气供给系统数据的环境健康状态；
[0150]
s708、利用第六计算公式获得所述空气供给系统数据的环境健康状态；
[0151]
s709、利用第七计算公式获得所述冷却系统数据的环境健康状态；
[0152]
所述第一计算公式为：
[0153][0154]
其中，x为监视数据，f
t,d
为第d个测量装置数据中的第t个测量数据，f
t,d
归一化后的第d个测量装置数据中的第t个所述测量数据；
[0155]
所述第二计算公式为：
[0156]
g
t,d
＝log(f
t,d
1)
[0157]
其中，g
t,d
为指对数化后的第d个测量装置数据中的第t个测量数据；
[0158]
所述第三计算公式为：
[0159]
[0160]
其中，g
t,d
为数据偏差删除的第d个测量装置数据中的第t个测量数据，f
w,d
为第d个测量装置数据中的第w个测量数据；
[0161]
所述第四计算公式为：
[0162][0163]
g
t,d
(n)为在第n次采样中数据偏差删除的第d个测量装置数据中的第t个测量数据，g
t,d
(n
‑
1)为在第n
‑
1次采样中数据偏差删除的第d个测量装置数据中的第t个测量数据，θ1为燃料电池包检测数据状态波动数据，a1为燃料电池包检测数据状态步长；
[0164]
所述第五计算公式为：
[0165][0166]
其中，θ2为氢气供给系统检测数据状态波动数据，a2为氢气供给系统检测数据状态步长；
[0167]
所述第六计算公式为：
[0168][0169]
其中，θ3为空气供给系统检测数据状态波动数据，a3为空气供给系统检测数据状态步长。
[0170]
所述第七计算公式为：
[0171][0172]
其中，θ4为冷却系统检测数据状态波动数据，a4为冷却系统检测数据状态步长。
[0173]
在本发明实施例中，通过对于不同类型的系统数据变化规律的分析，利用最终生成的不同类型检测状态波动数据，进而将会实现对于全部的波动数据的状态监视。
[0174]
本发明实施例第二方面，提供一种燃料电池运行环境监测设备。
[0175]
图8是本发明一个实施例的一种燃料电池运行环境监测系统的结构图。
[0176]
如图8所示，在一个或多个实施例中，优选地，所述一种燃料电池运行环境监测设备，具体包括：
[0177]
gps时钟生成模块801，用于根据gps时钟，提取当前的各个功能块的实际运行时间；
[0178]
环境监视控制模块802，用于获得当前环境监视控制命令，并根据所述的环境监视控制命令提取环境监视分类数据；
[0179]
冷却系统监视子模块803，用于对于燃料电池冷却系统提取具体的温湿度信号；
[0180]
电源监视子模块804，用于对于燃料电池电源系统提取运行状态数据；
[0181]
故障步长设置子模块805，用于进行预设故障步长的设置，并根据所述预设故障步长指数控制全部的数据状态步长；
[0182]
监视环境信息表生成模块806，用于根据燃料电池的测量数据生成监视环境信息
表。
[0183]
在一个或多个实施例中，优选地，所述的一种燃料电池运行环境监测设备还包括：数字滤波子模块807，用于对于所述温湿度信号和压力信号，根据预设的时间间隔，进行数据的滤波。
[0184]
根据本发明实施例第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面中任一项所述的方法。
[0185]
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0186]
1)本发明实施例提供了分为三个部分的燃料电池运行环境的监视系统，完成了全部的关键组部件的在线监视；
[0187]
2)本发明实施例中，重点针对于燃料电池的常见的环境信息生成标准化的环境信息表，实现对于燃料电池的运行环境状态监视，做到异常健康状态早发现，早隔离。
[0188]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0189]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0190]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0191]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0192]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。