基于人工智能的质子交换膜燃料电池状态估计及故障诊断

郑如意, 杨博, 周率, 蒋林, 李鸿彪, 郜登科

State Estimation and Fault Diagnosis of Proton Exchange Membrane Fuel Cells Based on Artificial Intelligence

Ruyi ZHENG, Bo YANG, Shuai ZHOU, Lin JIANG, Hongbiao LI, Dengke GAO

表1 PEMFC主要故障类型

Tab. 1 Main fault types of PEMFC

故障类型 原因 影响 位置 可恢复性 严重程度 经济影响程度 膜脱水[14] 湿度过低，温度过高，高电流密度运行，进气湿化不足，流道设计不合理，频繁变载 增加欧姆损失，降低电池效率，局部过热，机械应力开裂，化学降解 质子交换膜 部分可恢复(需重新湿化) 中 中 水淹[21] 液态水过度积聚 电压波动或阶跃式下降，内阻增加，局部缺氧，氢氧直接反应产热 阴极侧气体扩散层或流道 可恢复(需排水) 中 中 阳极氢气饥饿[13] 氢气供应不足，流道堵塞 电压反转、碳腐蚀、氢氧混合爆炸风险 阳极催化层 可恢复(需调整氢气供应或清理流道) 高 高 阴极氧气饥饿[15] 空气压缩机故障，膜电极水淹 电压反转、碳腐蚀 阴极催化层 可恢复(需修复空气压缩机或排水) 高 高 催化剂中毒[33] 一氧化碳、硫化物、金属离子污染 催化剂活性降低，活化极化升高，输出性能下降，加速性能衰减 催化层 部分可恢复(需更换或再生催化剂) 中 中 膜降解[34] 化学、机械、热等多因素共同作用 氢气渗透率增加，开路电压降低，膜穿孔，气体交叉，效率骤降，短路 质子交换膜 不可恢复(需更换膜) 极高 极高