一种基于电堆单片一致性变化的预测性维护方法与流程

1.本发明涉及燃料电池发动机技术领域，特别是一种基于电堆单片一致性变化的预测性维护方法、控制系统及存储介质。


背景技术：

2.随着传统汽车的排放对环境污染问题的影响越来越受到关注，燃料电池发动机技术受到越来越多的车企重视，近年来发展迅速。
3.燃料电池发动机将化学能转化为电能，进而提供车辆动力，具有无污染的特点。燃料电池堆(电堆)是燃料电池系统的主电源。是利用氧化还原反应，使反应过程中化学能以电能形式输出的设备。
4.电堆内部通过多个双极板的叠加串联，在氢氧化学反应时产生电势差，即单片电压。多个单片电压的串联输出一个较高的输出电压。单片电压的一致性好，则电堆性能及稳定性较好。
5.随着运行时间的增加，电堆的损耗、老化等原因，电堆的单片一致性会逐渐变差，单片电压一致性差将会导致局部电流过高，容易出现热点，甚至出现反极现象，导致电堆失效。通过一定的人为干预措施进行恢复，能将电堆的单片一致性恢复到一个较好的水平，让电堆运行在一个预期的稳定状态，进而提高电堆的使用寿命。
6.如何预测电堆单片电压一致性差异，提前制定维护保养计划成为本领域技术人员的难题。
7.为了上述问题，本发明提出了一种基于电堆单片一致性变化的预测性维护方法。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电堆单片一致性变化的预测性维护方法，旨在帮助企业提前制定电堆维护保养计划，降低电堆失效的风险。
9.本发明公开了一种基于电堆单片一致性变化的预测性维护方法，包括如下步骤：
10.1)采集燃料电池电堆n个单片的单片电压v
1-vn,以及燃料电池电堆输出电流i；
11.2)将步骤1)中采集到的t1到tm时刻的燃料电池输出电流采用kmeans算法进行工况电流汇聚；
12.3)将步骤2)中汇聚的工况电流按照运行时间占比进行排序，选取占比最高的工况电流作为分析工况电流i
max
；
13.4)按照步骤3)中选取的工况电流i
max
对单片电压数据进行过滤，只保留在工况电流i
max
下运行的电堆单片电压；
14.5)将步骤4)中的t1到tm时刻的m组n个电压，分别计算每个时刻t
x
的单片电压标准差v_std
1-v_stdm；
15.6)将步骤5)中的单片电压标准差和运行时间t进行线性拟合，得到y＝ ax+b的拟合函数方程，方程中x为运行时间，y为单片电压标准差；
16.7)设定单片电压标准差为y
lim
时为电堆性能下降或电堆稳定性降低的门限值；
17.8)将步骤7)中的门限值y
lim
带入步骤6)中获得的拟合函数，求出到达门限值的运行时间为x
lim
＝(y
lim-b)/a；
18.9)用步骤8)中获取的x
lim-当前电堆运行时间即为距离下次维护保养的剩余运行时间，x
lim
为下次维护保养的运行总时间。
19.本发明的有益效果在于：
20.可根据电堆情况提前预测维护保养时间，有利于维护者提前安排保养策略，有利于延长电堆使用寿命。
附图说明
21.图1为本发明的逻辑图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
23.下面将结合附图对本发明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，本领域普通技术人员在没有做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。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.实施例1
27.如图1所示，一种一种基于电堆单片一致性变化的预测性维护方法，包括如下步骤：
28.1)采集燃料电池电堆n个单片的单片电压v
1-vn,以及燃料电池电堆输出电流i；
29.2)将步骤1)中采集到的t1到tm时刻的燃料电池输出电流采用kmeans算法进行工况电流汇聚；
30.3)将步骤2)中汇聚的工况电流按照运行时间占比进行排序，选取占比最高的工况电流作为分析工况电流i
max
；
31.4)按照步骤3)中选取的工况电流i
max
对单片电压数据进行过滤，只保留在工况电流i
max
下运行的电堆单片电压；
32.5)将步骤4)中的t1到tm时刻的m组n个电压，分别计算每个时刻t
x
的单片电压标准
差v_std
1-v_stdm；
33.6)将步骤5)中的单片电压标准差和运行时间t进行线性拟合，得到y＝ax+b的拟合函数方程，方程中x为运行时间，y为单片电压标准差；
34.7)设定单片电压标准差为y
lim
时为电堆性能下降或电堆稳定性降低的门限值；
35.8)将步骤7)中的门限值y
lim
带入步骤6)中获得的拟合函数，求出到达门限值的运行时间为x
lim
＝(y
lim-b)/a；
36.9)用步骤8)中获取的x
lim-当前电堆运行时间即为距离下次维护保养的剩余运行时间，x
lim
为下次维护保养的运行总时间。
37.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。


技术特征：
1.一种基于电堆单片一致性变化的预测性维护方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采集燃料电池电堆n个单片的单片电压v
1-v
n
,以及燃料电池电堆输出电流i；2)将步骤1)中采集到的t1到t
m
时刻的燃料电池输出电流采用kmeans算法进行工况电流汇聚；3)将步骤2)中汇聚的工况电流按照运行时间占比进行排序，选取占比最高的工况电流作为分析工况电流i
max
；4)按照步骤3)中选取的工况电流i
max
对单片电压数据进行过滤，只保留在工况电流i
max
下运行的电堆单片电压；5)将步骤4)中的t1到t
m
时刻的m组n个电压，分别计算每个时刻t
x
的单片电压标准差v_std
1-v_std
m
；6)将步骤5)中的单片电压标准差和运行时间t进行线性拟合，得到y＝ax+b的拟合函数方程，方程中x为运行时间，y为单片电压标准差；7)设定单片电压标准差为y
lim
时为电堆性能下降或电堆稳定性降低的门限值；8)将步骤7)中的门限值y
lim
带入步骤6)中获得的拟合函数，求出到达门限值的运行时间为x
lim
＝(y
lim-b)/a；9)用步骤8)中获取的x
lim-当前电堆运行时间即为距离下次维护保养的剩余运行时间，x
lim
为下次维护保养的运行总时间。

技术总结
本发明涉及燃料电池发动机技术领域，特别是一种基于电堆单片一致性变化的预测性维护方法。本发明的有益效果在于：可根据电堆情况提前预测维护保养时间，有利于维护者提前安排保养策略，有利于延长电堆使用寿命。有利于延长电堆使用寿命。有利于延长电堆使用寿命。


技术研发人员：郭克珩 张璞 郝磊 康彦君
受保护的技术使用者：北京顺亿达运力科技集团有限公司
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/3/7