[发明专利]一种燃料电池系统的可靠性仿真分析方法及系统

权利要求书

1.一种燃料电池系统的可靠性仿真分析方法，其特征在于：包括以下步骤

步骤一，建立底层零部件数量为M的系统故障树，由零部件的故障规律确定每个零部件的失效概率函数F_i(t)和每个零部件的故障率变化范围[λ_iL，λ_iU](i＝1，2，3，…，M)，进而得到系统结构函数P，通过函数P可获知每个基本零部件失效后系统能否正常运行；所述的系统结构函数P＝x₁x₂+x₃x₄+x₅+x₆+x₇+…x₃₄+x₃₅，其中用x_i表示每个零部件工作状态：x_i＝0表示零部件正常，x_i＝1表示零部件故障；

步骤二，根据零部件故障率的概率分布特征确定地产生(2M+1)个sigma点作为无迹变换方法的采样点，每个sigma点对应一个故障率向量(λ₁，λ₂，…，λ_M)，并产生每个sigma点的相应权值W_i；

步骤三，对于每一个sigma点，将零部件的故障率向量作为蒙特卡洛仿真的已知输入，对系统可靠性指标进行N次仿真，将仿真总时间T_max指定为T小时，对T_max等分为n个时间段：{(0～T₁)，(T₁～T₂)，(T₂～T₃)，…，(T_n-1～T_n)}；

步骤四，每次仿真中，对M个零部件的失效概率进行随机抽样，计算出零部件失效时间t_i(i＝1，2，3，…，M)，结合系统结构函数P，计算出系统无故障运行时间t；

步骤五，得到N次仿真中每一次系统无故障运行时间t₁、t₂、t₃、…，t_N，根据概率论的中心极限定理和质量控制标准剔除t₁～t_N中超出偏差范围的数据，剩余V次仿真的数据；

步骤六，对于每一个时间段(0，T_d)(d＝1，2，3，…，n)，统计t_k(k＝1，2，3，…，V)中小于等于T_d的个数C_d，则系统失效概率函数为：

系统平均无故障运行时间MTBF为：

步骤七，将(2M+1)个sigma点分别代入，重复步骤三～步骤六，求得(2M+1)组可靠性指标；按照如下公式对指标值进行加权处理，估计出系统可靠性指标的期望值：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统的可靠性仿真分析方法，其特征在于，所述零部件数量M为35，由电堆单元、气体管理单元、水热管理单元和监控单元四部分组成；所述的电堆单元包括膜电极、双极板与密封件、集流板与绝缘板、端板与紧固件；所述的气体管理单元包括电磁阀1、电磁阀2、电磁阀3、电磁阀4、电磁阀5、电磁阀6、压力传感器1、压力传感器2、汽水分离器1、汽水分离器2；所述的水热管理单元包括温度传感器1、温度传感器2、压力传感器、流量传感器1、流量传感器2、电导率传感器1、电导率传感器2、水泵1、水泵2、水箱、去离子设备1、去离子设备2、换热器；所述的监控单元包括电流传感器、接触器1、接触器2、二极管及散热器、放电电阻、电压传感器、主控制器、单电压巡检板。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统的可靠性仿真分析方法，其特征在于，设定每个零部件的的故障规律均符合指数分布，则第i个零部件的失效概率函数F_i(t)为：