一种质子交换膜燃料电池热管理系统及其方法

本发明涉及燃料电池热管理，具体为一种质子交换膜燃料电池热管理系统及其方法。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，简称pemfc)是一种常见的燃料电池类型，用于产生电能的同时生成水和热能。热管理系统在pemfc中起着重要的作用，确保燃料电池的正常运行和热平衡，热管理系统主要包括以下几个方面的功能：

2、热平衡控制：燃料电池工作时会产生热量，热管理系统通过控制冷却剂的循环和散热来维持燃料电池的温度在适宜的范围内，防止过热或过冷对燃料电池性能和寿命造成损害；

3、热管理控制策略：热管理系统需要根据实时的工作状态和温度变化进行智能控制，以实现最佳的热平衡和性能效果。控制策略可以通过传感器、温度控制器和算法实现，以确保系统的安全和稳定运行；

4、总之，质子交换膜燃料电池热管理系统是一个关键的组成部分，它能够使燃料电池在不同工况下保持适宜的温度。

5、但目前，在燃料电池热管理系统中，可能发生由于设备故障、传感器故障、传输中断或其他问题导致的数据缺失或异常，数据缺失可能会导致在判定和分析过程中缺乏完整的数据集，影响判定的准确性。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种质子交换膜燃料电池热管理系统及其方法，具备通过多个不同的传感单元采集燃料电池在工作过程中产生的各类数据，并根据不同的算法公式计算对应数据的波动数值，当得出波动数值后，数据分析处理模块将这些波动数值与对应的波动数值阈值进行对比，进而判定散热信号和功率异常信号或流量异常信号一和流量异常信号二，同时出现散热信号和功率异常信号时，判定为燃料电池需要散热，并向控制模块发出散热信号，同时出现流量异常信号一和流量异常信号二时，判定为冷却设备异常，并向预警模块发出冷却设备故障预警信息，利用只有同时出现散热信号和功率异常信号或流量异常信号一和流量异常信号二时，发出对应的指令，避免单个设备故障、传感器故障、传输中断或其他问题导致的数据缺失或异常，导致数据异常，作出错误判定，进而提高了数据的精确性等优点，解决了上述问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种质子交换膜燃料电池热管理系统，包括数据采集模块、数据分析处理模块、控制模块以及预警模块；

5、所述数据采集模块通过网络与数据分析模块连接，所述数据分析模块与控制模块通过网络连接，所述控制模块通过网络与预警模块连接；

6、所述数据采集模块由温度采集单元、流量采集单元、压力采集单元以及功率采集单元构成，所述温度采集单元用于采集燃料电池在工作过程中的实时温度数值wd，所述流量采集单元用于采集燃料电池在工作过程中冷却剂实时流量数值ll，所述压力采集单元用于采集燃料电池在工作过程中冷却剂管道的实时压力数值yl，所述功率采集单元用于采集燃料电池在工作过程中的实时功率数值gl，所述数据采集模块将采集到的实时温度数值wd、实时流量数值ll、实时压力数值yl以及实时功率数值gl发送至数据分析处理模块中；

7、所述数据分析处理模块根据算法计算温度数值波动值wdbd、流量数值波动值llbd、压力数值波动值ylbd以及功率数值波动值glbd；

8、所述数据分析处理模块内预设有温度波动数值阈值wdyz、流量数值波动阈值llyz、压力数值波动阈值ylyz和功率数值波动阈值glyz；

9、所述数据分析处理模块将温度数值波动值wdbd、流量数值波动值llbd、压力数值波动值ylbd以及功率数值波动glbd分别与对应的阈值进行对比，判断是否出现异常，当出现异常数值时，所述数据分析处理模块发出对应的异常信号，当同时出现温度和功率异常数值时，所述数据分析处理模块向控制模块发出散热指令，当出现流量异常数值时，所述数据分析处理模块向预警模块发出冷却故障信号；

10、所述控制模块接收到散热指令时，所述控制模块控制燃料电池冷却装置对燃料电池进行散热；

11、所述预警模块接收到冷却故障信号信号时，所述预警模块发出冷却设备故障预警信息。

12、优选的，所述温度数值波动值wdbd算法公式如下：

13、

14、公式中，表示采集区间的温度数值的平均值，5表示每5个实时温度数值为一组，wdn+4表示该采集区间的温度数值中的最后一次采集到的实时温度数值。

15、优选的，所述流量数值波动值llbd算法公式如下：

16、

17、公式中，lln+4表示采集区间内最后一次采集到的实时流量数值，表示采集区间的实时流量数值平均值，5表示每5个实时流量数值为一组。

18、优选的，所述压力数值波动值ylbd算法公式如下：

19、

20、公式中，表示采集区间的压力数值波动值均值，每5个压力数值波动值为一组，yln+4表示采集区间内最后一次采集到的实时实时压力数值。

21、优选的，所述功率数值波动值glbd算法公式如下：

22、glbd＝glmax-glmin

23、公式中，实时功率数值每5个数值为一组，glmax为当前采集组中的最大实时功率数值，glmin为当前采集组中端的最小实时功率数值，根据最大实时功率数值减去最小实时功率数值得出功率数值波动值。

24、优选的，所述数据分析处理模块将计算得出的温度数值波动值wdbd或流量数值波动值llbd或压力数值波动值ylbd或功率数值波动值glbd临时存储在其内部的存储介质中，且所述存储介质中还存储有预设的温度波动数值阈值wdyz、流量数值波动阈值llyz、压力数值波动阈值ylyz和功率数值波动阈值glyz。

25、优选的，所述数据分析处理模块将计算得出的温度数值波动值wdbd与温度波动数值阈值wdyz对比，当温度数值波动值wdbd大于温度波动数值阈值wdyz时，发出散热信号；

26、所述数据分析处理模块将计算得出的流量数值波动值llbd与流量数值波动阈值llyz对比，当流量数值波动值llbd大于流量数值波动阈值llyz时，发出流量异常信号一；

27、所述数据分析处理模块将计算得出的压力数值波动值ylbd与流量数值波动阈值llyz对比，当压力数值波动值ylbd大于流量数值波动阈值llyz时，发出流量异常信号二；

28、所述数据分析处理模块将计算得出的功率数值波动值glbd与功率数值波动阈值glyz对比，当功率数值波动值glbd大于功率数值波动阈值glyz，发出功率异常信号。

29、优选的，当同时出现散热信号和功率异常信号时，所述数据分析处理模块将散热信号和功率异常信号发送至控制模块，所述控制模块同时接收到散热信号和功率异常信号时，启动冷却设备对燃料电池冷却。

30、优选的，当同时出现流量异常信号一和流量异常信号二时，所述数据分析处理模块判定冷却设备异常，向预警模块发出冷却故障信号，所述预警模块接收到冷却故障信号时，发出冷却设备故障预警信息。

31、一种质子交换膜燃料电池热管理方法，包括以下步骤：

32、s1、数据采集模块采集燃料电池在使用过程中时的实时温度数值、实时流量数值、实时压力数值以及实时功率数值，并将采集到的这些数值通过网络发送至数据分析处理模块中；

33、s2、数据分析处理模块根据对应的算法公式分别计算温度数值波动值、流量数值波动值、压力数值波动值以及功率数值波动值；

34、s3、数据分析处理模块将计算得出的温度数值波动值、流量数值波动值、压力数值波动值以及功率数值波动值分别与对应的阈值进行对比，并做出判定并对应给出散热信号或异常信号一或异常信号二或功率异常信号；

35、s4、当同时出现散热信号和功率异常信号时，数据分析处理模块将散热信号和功率异常信号发送至控制模块发出散热信号，控制模块接收到散热信号，启动冷却设备对燃料电池冷却；

36、s5、当同时出现流量异常信号一和流量异常信号二时，数据分析处理模块判定冷却设备异常，向预警模块发出冷却故障信号，预警模块接收到冷却故障信号时，发出冷却设备故障预警信息，提醒用户燃料电池冷却设备故障需要维护。

37、与现有技术相比，本发明提供了一种质子交换膜燃料电池热管理系统及其方法，具备以下有益效果：

38、本发明通过多个不同的传感单元采集燃料电池在工作过程中产生的各类数据，并根据不同的算法公式计算对应数据的波动数值，当得出波动数值后，数据分析处理模块将这些波动数值与对应的波动数值阈值进行对比，进而判定散热信号和功率异常信号或流量异常信号一和流量异常信号二，同时出现散热信号和功率异常信号时，判定为燃料电池需要散热，并向控制模块发出散热信号，同时出现流量异常信号一和流量异常信号二时，判定为冷却设备异常，并向预警模块发出冷却设备故障预警信息，利用只有同时出现散热信号和功率异常信号或流量异常信号一和流量异常信号二时，发出对应的指令，避免单个设备故障、传感器故障、传输中断或其他问题导致的数据缺失或异常，导致数据异常，作出错误判定，进而提高了数据的精确性。