【摘要】 揭秘Wu团队PEMFC容错控制系统：如何通过三重模块设计解决膜干燥/淹水故障？解析BP神经网络诊断与反馈线性化控制技术，附实证数据对比。

在交通运输领域，质子交换膜燃料电池（PEMFC）凭借更低污染排放和更高能源效率，正逐步替代传统燃油车。为保障系统稳定运行，需解决两大核心控制目标：

1.​动态负载跟踪：瞬态功率峰值易缩短PEMFC寿命

2.​阴阳极压差控制：压差过高可能导致质子交换膜永久损坏

 

创新解决方案

图1 建立的故障模型的验证

Wu等学者（2016）开发了行业领先的PEMFC容错控制系统，通过三重模块设计实现故障场景下的稳定运行：

  • ​故障诊断模块：实时识别膜干燥、淹水等异常状态
  • ​重构机制模块：自动切换备用控制器
  • ​可调控制器模块：基于反馈线性化技术，兼具强鲁棒性与低计算延迟

图2 PEMFC的容错控制方案

 

精准故障诊断机制

如图3所示，系统采用BP神经网络模型建立正常工况基准：

  • 训练数据源自PEMFC标准运行参数
  • 实时数据与模型偏差触发故障分类
  • 诊断响应速度＜0.1秒

图3 PEMFC的故障诊断策略

 

实证效果对比

通过150A-200A电流测试验证（图1）：

  • ​膜干燥故障：冷却液流量降至0.14kg/s时，电压下降12%
  • ​淹水故障：电压波动幅度超基准值25%
  • ​容错控制启用后：电压跟踪误差＜3%，压差稳定在设定值±5%以内

 

技术突破价值

该方案攻克了传统控制中故障导致的电压偏移难题，为新能源汽车燃料电池系统提供：

✅ 毫秒级故障响应能力

✅ 多场景自适应控制

✅ 延长30%以上膜寿命

 

参考文献：1.Wu, X.; Zhou, B., Fault tolerance control for proton exchange membrane fuel cell systems. J. Power Sources 2016, 324, 804-829.

 

科学指南针已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证，并荣获国家高新技术企业、国家“互联网+科研服务领军企业等多项荣誉。未来，科学指南针将继续朝着“世界级科研服务机构”的目标，在产品研发和用户服务等方面持续努力，为科学发展和技术创新做出更大贡献。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。