[发明专利]一种燃料电池系统故障诊断及容错控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池系统故障诊断及容错控制方法，该发明旨在克服车载燃料电池因结构复杂、运行条件恶劣，所带来的燃料电池系统的可靠性、安全性和耐久性差的问题，包括以下步骤：首先，从燃料电池系统的安全性角度和故障的恶劣程度对其各组成子系统的故障进行安全等级划分；其次，基于上述确定的故障等级和类别进行故障确定；然后，遵循校验结果和判定规则，进行故障等级确定，并对各对应故障等级进行容错控制；最后，按故障等级从高到低排列，并显示相应的故障DTC码与相应的维修建议。

技术领域

本发明属于燃料电池车辆控制领域，更确切地说，本发明涉及一种燃料电池系统故障诊断及容错控制方法。

背景技术

美国、日本和德国等国燃料电池汽车示范运行的相关故障统计数据表明，燃料电池汽车发生故障的主要单元大多集中在燃料电池系统。因此,可以毫不夸张的说，针对燃料电池汽车开展安全性和可靠性研究的重点和核心在于车用燃料电池系统的故障诊断与维护。

燃料电池系统的故障种类较多，发生故障的部位几乎遍及系统各个组成部分,故障原因也多种多样，通常具有一定的不确定性和随机性，在系统实际集成、台架测试和整车运行过程中发生故障时，通常的做法大多都是基于技术人员的经验和感觉结合监控数据进行逐一排查，有时为了对某些故障原因作一步的准确判断和定位，甚至需要对整个车用燃料电池系统进行拆卸，在找出最终故障原因并采取了相关整改措施后，对系统进行重新安装和调试直至系统整体功能的恢复。这种故障诊断方法往往具有一定的盲目性，通常消耗了大量的维修时间、研发人力和物力，给系统的日常维护和检修带来了诸多不便。车载燃料电池结构复杂、运行条件恶劣，所以保证燃料电池系统的可靠性、安全性和耐久性是十分必要的，对故障进行容错处理，如严重故障时，紧急停机保证驾乘安全，非严重故障状态下，维持系统的动力输出，保证车辆能够跛行至目的地或维修，也是车辆不可或缺的控制环节。

现有的技术中，如2019年09月10日公开的发明专利，公开号：CN110224160A，公开了一种燃料电池系统故障诊断方法，系统地介绍了信号真实性校验过程、故障定位和容错控制，并通过算法实现信号重构，维持故障状态下的动力输出，一定程度上保证了车用燃料电池系统的安全性和可靠性，且能够适用于不同的燃料电池系统。2020年01月17日公开的发明专利，公开号：CN 110705657A，公开了一种质子交换膜燃料电池系统的模式识别故障诊断方法，该控制方法不通过采集获取的正常状态和故障状态下的诊断变量，进行数据归一化处理，建立初始化样本集，通过采用PFCM-OABC-SVM组合模式识别算法进行质子交换膜燃料电池系统的故障诊断，确定质子交换膜燃料电池系统的状态，能够准确识别故障，能够有效保障系统的正常运行。

综上所述，现有技术中，一般有两种故障诊断方法，一是通过故障原始数据提取诊断，形成故障诊断分类器，此方法过于以来原始数据样本大小及可靠性；二是通过系统中的传感器的状态反馈进行故障诊断，但是现有专利大都聚焦于故障诊断流程中的局部，较少考虑信号真实性校验、故障诊断、故障识别、故障定位、信号重构和容错控制的完整流程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服车载燃料电池结构复杂、运行条件恶劣，所带来的燃料电池系统的可靠性、安全性和耐久性差的问题，提出了一种燃料电池系统故障诊断及容错控制方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种燃料电池系统故障诊断及容错控制方法，包括以下步骤：

步骤一、故障类型划分，本系统定义三种故障类型：

一是通讯故障，针对各个子控制器间的通信问题进行故障检测，包括空气压缩机控制器(ACP)、氢气管理系统控制器(HMS)、冷却水泵控制器(WCS)、DCF控制器以及整车VCU控制器进行故障检测，检测方法是捕捉上述各个控制器的心跳祯信号，检测心跳祯静止的帧数，若丢祯超过100，则初步判定为控制器通讯故障；