[发明专利]一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统及方法

权利要求书

1.一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统，其特征在于，包括PEMFC物理实体、PEMFC虚拟实体、孪生数据库、服务层及连接；

所述PEMFC物理实体包括温度调节系统、燃料处理系统及质子交换膜燃料电池电堆；所述质子交换膜燃料电池电堆上连接有传感器；

所述PEMFC虚拟实体用于映射PEMFC物理实体的运行状态，并与孪生数据库间动态互联；

所述孪生数据库用于存储来自PEMFC物理实体与PEMFC虚拟实体的数据；

所述服务层用于根据孪生数据库中PEMFC物理实体与PEMFC虚拟实体的数据进行PEMFC物理实体运行状态的判断和故障预测，并进行相应输入的调控；

所述连接包括外部连接与内部连接；所述外部连接用于通过传感器采集与感知PEMFC物理实体的参数，并将参数上传至孪生数据库以及作为PEMFC虚拟实体的输入；内部连接则用于反馈PEMFC虚拟实体的参数至孪生数据库。

2.根据权利要求1所述的一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统，其特征在于，所述燃料处理系统包括氢气罐，氢气循环泵，压力调节器，排氢阀，滤清器，空气压缩机以及增湿器；所述氢气罐，氢气循环泵，压力调节器依次相连；所述压力调节器的输出端一端连接质子交换膜燃料电池电堆，一端连接排氢阀；所述滤清器，空气压缩机，增湿器以及质子交换膜燃料电池电堆依次相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统，其特征在于，所述传感器用于采集质子交换膜燃料电池的阴极/阳极入口相对湿度、气体组分及含量、气体流量、压强以及质子交换膜燃料电池电堆温度。

4.根据权利要求1所述的一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统，其特征在于，所述PEMFC虚拟实体还用于在给定参数的情况下模拟PEMFC物理实体的运行状态。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统，其特征在于，所述PEMFC虚拟实体为降阶的多物理场耦合模型，并能进行可视化反馈以及数字化反馈。

6.根据权利要求1所述的一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统，其特征在于，所述内部连接采用数据总线/局域网进行数据传送。

7.根据权利要求1所述的一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统，其特征在于，所述运行状态的判断包括故障判定，所述故障判定包括水淹和膜干。

8.基于权利要求1-7任一所述一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统的一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理方法，其特征在于，包括：

传感器采集PEMFC物理实体的参数，并传入PEMFC虚拟实体和孪生数据库中，完成PEMFC虚拟实体的初始化；

PEMFC物理实体和PEMFC虚拟实体保持实时互联；

孪生数据库同时接收来自于PEMFC物理实体的数据以及来自于PEMFC虚拟实体的数据，并将实时的数据传输至服务层；

服务层利用故障诊断的方法对PEMFC物理实体的工作状态进行评估；

服务层通过孪生数据库实时反馈的PEMFC物理实体的数据预测下一时刻的输入数据，并将可能出现的输入数据传输到PEMFC虚拟实体中进行计算与迭代；然后，服务层再根据孪生数据库中PEMFC虚拟实体的反馈数据进行故障的预测，根据预测的结果，对PEMFC物理实体的温度调节系统以及燃料处理系统进行调节，从而将故障隐患提前进行消除。

9.根据权利要求8所述的一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理方法，其特征在于，故障的预测方法包括人工神经网络，深度学习算法。