基于粒子滤波算法的PEMFC膜电极寿命快速评估方法

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvy_yvl2009
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质子交换膜燃料电池是具有光明应用前景的新型能源动力装置,但耐久性、性能及成本仍影响其商业化应用。除了研发耐久性好、性能高、成本低的新型催化剂及其他部件,设计新的PEMFCs流场结构以改变气体分配均匀性之外,还可以通过预后和健康管理技术来监测FC的健康状况,根据SOH做出相应的维护,从而达到延长电池寿命并降低使用成本的目的。本文对1组膜电极(MEA1)进行寿命测试,其中1号膜电极进行恒负载工况实际测试,2号膜电极(MEA2)进行快速测试(其中基准电流工况下停留的时间为90秒),3号膜电极(MEA3)也进行快速测试(其中基准电流工况下停留的时间为240秒),同时利用粒子滤波方法,对2号和3号膜电极的测试数据进行滤波处理,消除系统误差及随机误差等因素的影响,获得寿命预测模型。本文可以得出以下结论:(1)在膜电极快速测试方法中,测试系统的动态响应难以满足负载的动态变化要求,容易引起系统误差,该误差与其他随机误差、人为误差等共同作用,可导致寿命预测产生较大的误差。例如以电压衰减10%计,实测值为6142h,预测值为1636h和3575h,相对误差为73.3%和41.8%。MEA2误差大是因为在基准电流下仅停留90s根本不足以使电池达到基本稳定,电压值与相同工况稳态下的电压值相差较远,此时的电压值完全无法反应电池的真实健康状况,这是导致最终预测结果误差很大的关键原因。MEA3将停留时间增加到了240s,这大大提高了预测的精度,降低了误差。(2)利用粒子滤波对快速测试的数据进行处理可有效消除或一定程度上减小各种误差的影响,使得寿命预测值和实测值接近,例如以电压衰减10%计,实测值为6142h,预测值为3385h和6776h,相对误差为44.9%和10.3%。其中对于MEA2而言,由于快速测试的数据误差过大,粒子滤波算法也无法完全消除其误差。(3)MEAs在其整个使用寿命期间的电压退化不是线性的,在接近终了时段,性能衰退速度显著加快。快速测试方法中以线性衰退率预测膜电极寿命,也必然产生一定的误差,因此,为了更有效、更准确地预测生态环境寿命,需要进一步研究改进膜电极寿命的快速评价方法。
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