本發明涉及一種用于訓練軟傳感器的方法、燃料電池系統、計算機程序產品、計算機可讀介質以及數據載體信號。
背景技術：
1、軟傳感器（也稱為虛擬傳感器）基于與目標值相關的、借助于傳感器檢測到的測量值以及相關模型來計算目標值。用于檢測相應測量值的傳感器可以具有容差和/或系統的至少一個系統單元（例如燃料電池系統的流體輸送裝置）可以具有容差，因此由軟傳感器計算的目標值可能存在一定的不準確性。
技術實現思路
1、本發明的任務是至少部分地消除上述缺點。尤其是本發明的任務是提供一種用于訓練軟傳感器的方法或具有這種軟傳感器的燃料電池系統，在其中使存儲在控制裝置上的（用于確定目標測量值的軟傳感器的）模型特別有利地至少針對用于檢測測量值的相應傳感器進行協調、尤其是進行校準以便通過該模型確定目標測量值和/或針對系統單元進行協調、尤其是進行校準。
2、上述任務通過具有權利要求1的特征的方法和具有權利要求5的特征的燃料電池系統以及具有權利要求11或12或13的特征的計算機程序產品、計算機可讀介質以及數據載體信號來解決。從屬權利要求、說明書和附圖中得出本發明的其它特征和細節。在此，與根據本發明的方法相關聯描述的特征和細節當然也與根據本發明的燃料電池系統和/或計算機程序產品和/或計算機可讀介質和/或數據載體信號相關聯，反之亦然，使得關于各個發明方面的公開總是相互參照或可以相互參照。
3、根據第一方面，本發明示出一種用于訓練軟傳感器以確定燃料電池系統的目標測量值的方法，其中，所述燃料電池系統包括用于檢測第一測量值的第一傳感器、用于檢測第二測量值的第二傳感器以及控制裝置，所述控制裝置構造用于基于存儲在控制裝置上的模型、尤其是數學模型至少根據第一測量值和第二測量值確定目標測量值。此外，所述燃料電池系統包括用于確定、尤其是用于測量目標測量值的目標值傳感器。此外，所述方法作為一個步驟包括：使燃料電池系統的至少一個影響目標值的系統單元在至少一個第一工作點中運行。此外，所述方法作為一個步驟包括：這樣調整存儲在控制裝置上的模型的至少一個模型參數，尤其是特性曲線的模型參數的值，使得至少在系統單元的第一工作點中在由軟傳感器確定的目標值與由目標值傳感器確定的目標值之間的偏差至少得以減小、尤其是得以消除或基本上消除。
4、上文及下文所述的方法步驟，只要在技術上有意義，可以單獨、共同、一次、多次、時間上并行和/或按任意順序依次執行。
5、尤其是軟傳感器至少由用于檢測第一測量值的第一傳感器、用于檢測第二測量值的第二傳感器以及為此構造的控制裝置構成，所述控制裝置基于存儲在控制裝置上的模型至少根據第一測量值和第二測量值確定目標測量值。可以想到，軟傳感器還可以包括用于檢測其它測量值的其它傳感器，例如用于檢測第三測量值的第三傳感器。
6、這樣調整存儲在控制裝置上的模型的至少一個模型參數，使得至少在系統單元的第一工作點中在由軟傳感器確定的目標值與由目標值傳感器確定的目標值之間的偏差至少得以減小，這尤其是以如下方式實現：通過調整或改變模型的所述至少一個模型參數來消除在由軟傳感器確定的目標值與由目標值傳感器確定的目標值之間的偏差或誤差，這優選借助調節器進行，當在由軟傳感器確定的目標值與由目標值傳感器確定的目標值之間的偏差（趨近于零）時，該調節器的調節器輸出相應于用于系統單元第一工作點的正確或經調整的模型參數。經調整的模型參數可以作為結果存儲在控制裝置中，即作為經調整的特性曲線上的一個點。調整模型參數也可以理解為調整模型參數的（相應）值。
7、燃料電池系統的所述至少一個系統單元的“工作點”這一概念也可以理解為“運行狀態”，例如閥（作為系統單元）的運行狀態。
8、尤其是目標測量值在燃料電池系統系統單元的第一工作點中具有第一目標測量值狀態。當系統單元具有多個工作點時，目標測量值在系統單元的所述多個工作點的相應工作點中分別具有不同的目標測量值狀態。
9、尤其是所述方法作為另一個步驟還可以包括：為了訓練軟傳感器，將燃料電池系統轉換為校準模式。
10、通過調整所述至少一個模型參數，可以使存儲在控制裝置上的（用于確定目標測量值的軟傳感器的）模型特別有利地至少針對用于檢測測量值的相應傳感器進行協調、尤其是進行校準以便通過該模型確定目標測量值和/或針對系統單元進行協調、尤其是進行校準。
11、在根據本發明的方法中可以有利的是，至少使所述燃料電池系統的所述至少一個影響目標值的系統單元在多個、尤其是許多個工作點中運行，這樣調整存儲在控制裝置上的模型的所述至少一個模型參數、尤其是所述至少一個模型參數的相應值，使得在系統單元的所述多個、尤其是許多個工作點的相應工作點中在由軟傳感器確定的目標值與由目標值傳感器確定的目標值之間的相應偏差分別至少得以減小，尤其是分別得以消除或基本上消除。通過在多個、尤其是許多個工作點中運行系統單元，可以產生目標測量值的不同目標測量值狀態。換言之，可以使具有所述至少一個系統單元的燃料電池系統在不同的狀態下運行，目標測量值在燃料電池系統的不同狀態下具有不同的目標測量值狀態。因此，可以將相應經調整的模型參數作為經調整特性曲線的一個相應點存儲在控制裝置中并且訓練軟傳感器。在調整所述至少一個模型參數之后，可以將新的或經調整的模型參數持續存儲在控制裝置、例如控制器中，或者說存儲在非易失性存儲器中，以便從下次運行開始可以使用該參數。
12、在根據本發明的方法中可以有利的是，為了訓練燃料電池系統的軟傳感器，使燃料電池系統至少暫時地在穩態下運行。為了訓練軟傳感器，尤其是使燃料電池系統在所述至少一個系統單元的所述多個、尤其是許多個工作點的相應工作點中分別在穩態下運行，尤其是（分別）運行至少一段規定的時間。因此可以特別有利地訓練燃料電池系統的軟傳感器。
13、在根據本發明的方法中可以有利的是，所述軟傳感器的訓練分別以時間間隔進行，為了軟傳感器的相應訓練，將目標值傳感器設置、尤其是安裝在燃料電池系統上以確定目標測量值，并且在時間上在軟傳感器的相應訓練之后，將目標值傳感器從燃料電池系統上分離、尤其是拆卸下來。因此，目標值傳感器可以僅在需要時安裝到燃料電池系統上。尤其是燃料電池系統的軟傳感器的訓練例如可以在配備這種燃料電池系統的車輛進廠維修時進行。例如為了校準空氣質量流量軟傳感器，還可以將空氣質量流量傳感器設置、尤其是安裝在燃料電池系統流體路徑的進氣管的可封閉開口上，或者可以用一個已裝有空氣質量流量傳感器、如熱膜式空氣質量流量計的經修改的校準用進氣管來替代或更換燃料電池系統的進氣管，例如在進廠維修時。在訓練空氣質量流量傳感器之后，可以再次拆卸該空氣質量流量傳感器或裝有空氣質量流量傳感器的經修改的校準用進氣管并且使燃料電池系統恢復到其原始狀態。
14、根據第二方面，本發明示出一種燃料電池系統，其中，所述燃料電池系統包括用于檢測第一測量值的第一傳感器、用于檢測第二測量值的第二傳感器以及控制裝置，該控制裝置至少構造用于基于存儲在控制裝置上的模型至少根據第一測量值和第二測量值確定目標測量值。此外，燃料電池系統包括用于確定目標測量值的目標值傳感器以及調整單元，該調整單元用于這樣調整存儲在控制裝置上的模型的至少一個模型參數，使得在系統單元的第一工作點中在由軟傳感器確定的目標值與由目標值傳感器確定的目標值之間的至少一個偏差至少得以減小、尤其是得以消除或基本上消除。尤其是燃料電池系統構造用于執行根據本發明的方法。
15、尤其是調整單元可以構成控制裝置的一部分。尤其是控制裝置可以構造用于這樣調整存儲在控制裝置上的模型的所述至少一個模型參數，使得至少在系統單元的第一工作點中或多個工作點中在由軟傳感器確定的目標值與由目標值傳感器確定的目標值之間的偏差（分別）至少得以減小。
16、尤其是燃料電池系統可以用于車輛中、優選機動車如乘用車、卡車或摩托車中。優選燃料電池系統在正常運行中不具有用于確定目標測量值的目標值傳感器。換言之，燃料電池系統或配備這種燃料電池系統的車輛在正常運行中不具有目標值傳感器，如空氣質量流量傳感器。車輛燃料電池系統的正常運行例如是當車輛在道路上行駛時燃料電池系統的運行。
17、在根據本發明的燃料電池系統中可以有利的是，所述燃料電池系統包括：作為系統單元的流體輸送裝置，用于輸送陰極氣體；作為第一傳感器的壓力傳感器，用于檢測燃料電池系統的燃料電池堆的陰極氣體的壓力作為所述第一測量值；作為第二傳感器的溫度傳感器，用于檢測陰極氣體的溫度作為第二測量值；作為燃料電池系統的第三傳感器的轉速傳感器，用于檢測流體輸送裝置的轉速；作為目標值傳感器的空氣質量流量傳感器，用于確定空氣質量流量作為目標測量值；以及作為存儲在控制裝置上的模型的空氣質量流量模型。換言之，燃料電池系統可以包括空氣質量流量軟傳感器，所述空氣質量流量軟傳感器或空氣質量流量模型的所述至少一個模型參數通過空氣質量流量傳感器（例如通過熱膜式空氣質量流量計）進行調整、優選進行校準。作為燃料電池系統系統單元的流體輸送裝置尤其是壓縮機，其用于壓縮燃料電池系統的陰極氣體路徑的陰極氣體如空氣以便向燃料電池堆供應陰極氣體。例如為了訓練空氣質量流量軟傳感器，可以在流體輸送裝置的轉速范圍內、優選在整個轉速范圍內作為階梯分布遍歷轉速。在每個轉速級中并且因此在流體輸送裝置的不同壓力比下，可以（尤其是穩態地）通過（例如借助于調節器）相應調整或改變所述至少一個模型參數、尤其是模型參數的（相應）值來減小、尤其是消除空氣質量流量傳感器與目標值傳感器之間的相應偏差或相應誤差。在此還可以通過低通濾波器對作為空氣質量流量傳感器的熱膜式空氣質量流量計的傳感器值進行平滑處理，以濾除疊加的噪聲。該噪聲可能由熱膜式空氣質量流量計與最佳安裝位置的基于幾何條件的偏差引起。尤其是在完全遍歷階梯分布之后，用相應的（必要時）經調整的模型參數填充特性曲線。因此，空氣質量流量軟傳感器的有效范圍在流體輸送裝置的整個轉速范圍上（即使在低轉速下）也是特別有利的。此外，通過插值、尤其是線性插值，可以確定或計算出中間值，從而可以特別快速地訓練軟傳感器。
18、在根據本發明的燃料電池系統中可以有利的是，為了確定目標測量值，所述目標值傳感器可分離地、尤其是可無損分離地設置在燃料電池系統上。因此目標值傳感器可以在需要時進行（無損）安裝或（無損）拆卸。
19、在根據本發明的燃料電池系統中可以有利的是，為了運行目標值傳感器，所述目標值傳感器與至少獨立于燃料電池系統的能量源在能量技術上連接。例如目標值傳感器可以具有自己的能量源來運行目標值傳感器。因此，例如空氣質量流量傳感器可以特別簡單地或以極低的成本安裝在燃料電池系統陰極氣體路徑的進氣管的、用于設置空氣質量流量傳感器的可封閉開口上，以便訓練軟傳感器。
20、在根據本發明的燃料電池系統中可以有利的是，所述目標值傳感器構造用于通過無線電技術傳輸有關目標值傳感器所確定的目標測量值的數據，例如傳輸給燃料電池系統的調整單元或控制裝置。因此，軟傳感器的訓練可以特別簡單且以特別低的成本進行。
21、因此，根據本發明第二方面的燃料電池系統具有與已經針對根據本發明第一方面的方法描述的優點相同的優點。
22、根據其它方面，本發明示出一種計算機程序產品、一種計算機可讀介質以及一種數據載體信號，其中所述計算機程序產品、計算機可讀介質和數據載體信號具有與已經針對根據本發明第一方面的方法、根據本發明第二方面的燃料電池系統、根據本發明其它方面的計算機程序產品、計算機可讀介質或數據載體信號已經描述的優點相同的優點。
23、所述計算機程序產品包括命令、尤其是指令，所述命令、尤其是指令促使根據本發明的燃料電池系統執行根據本發明的方法。計算機程序產品可以作為計算機可讀指令代碼以任何適合的編程語言如java、c++等實現，尤其是計算機程序產品的指令代碼可以這樣對計算機或其它可編程設備、如根據本發明的燃料電池系統的控制裝置進行編程，使得執行期望的功能。
24、所述計算機程序產品可以通過指令代碼、即軟件（計算機程序）實現，也可以通過一個或多個專用電子電路、即硬件實現，或者以任意混合形式、即通過軟件組件和硬件組件實現。
25、計算機程序產品可以存儲在計算機可讀存儲介質上，例如易失性或非易失性存儲器和/或控制裝置的處理器上。
26、此外，計算機程序產品可以在網絡如互聯網中提供，用戶可以根據需要從所述網絡下載，尤其是在下載計算機程序產品時，數據載體信號傳輸根據本發明的計算機程序產品。
27、進一步的改進本發明的措施來自下文對本發明的一些實施例的描述，所述實施例在附圖中示意性地示出。所有由權利要求、說明書或附圖得出的特征和/或優點，包括結構細節、空間布置和方法步驟，不僅單獨而且在不同組合中都可以對本發明至關重要。在此要注意，附圖僅具有描述性的特征并非旨在以任何形式限制本發明。