NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVE氫燃料電池壽命預(yù)測(cè)西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系華志廣，教授/博導(dǎo)個(gè)人簡(jiǎn)歷口個(gè)人信息口個(gè)人信息華志廣，教授，博導(dǎo)，國(guó)家級(jí)青年人才；研究方向?yàn)槿剂想姵貕勖A(yù)測(cè)、新能源變換器、永磁同步電機(jī)等；主持國(guó)家級(jí)軍口縱向項(xiàng)目2項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)、其他省部級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)；累計(jì)發(fā)表論文35篇，以第一作者發(fā)表一區(qū)TOP期刊論文8篇，授權(quán)專利12項(xiàng)；參與研制太陽(yáng)翼展開(kāi)機(jī)構(gòu)電機(jī)，成功應(yīng)用于空間站“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙并收到總體單位感謝信?？诮逃尘芭c工作經(jīng)歷口教育背景與工作經(jīng)歷時(shí)間西安理工大學(xué)學(xué)士西北工業(yè)大學(xué)碩士博士博士后啟元實(shí)驗(yàn)室科研工作2023.11-至今西北工業(yè)大學(xué)教授/博導(dǎo)02氫燃料電池壽命預(yù)測(cè)03研究團(tuán)隊(duì)介紹西業(yè)工薰大學(xué)優(yōu)點(diǎn)低操作溫度、無(wú)需貴金屬催化劑、對(duì)CO不敏感、無(wú)需貴金屬催化劑、無(wú)需貴金屬催化劑、高功率重量比高效率缺點(diǎn)需貴金屬催化劑、不能低溫啟動(dòng)、需貴金屬催化劑不能低溫啟動(dòng)抗高溫問(wèn)題交通運(yùn)輸、便攜設(shè)備、備用電源載人航天、潛艇熱電聯(lián)供、分布式能源軍用電力、分布式發(fā)電輔助動(dòng)力裝置、陽(yáng)極和陰極化學(xué)反應(yīng)方程式OOxygenMolecule總反應(yīng)方程式三峽氫舟1號(hào)三峽氫舟1號(hào)飛躍一號(hào)飛躍一號(hào)口氫燃料電池應(yīng)用情況口氫燃料電池應(yīng)用情況按地區(qū)劃分的應(yīng)用兆瓦數(shù)(MW)燃料電池應(yīng)用區(qū)域：亞洲，歐洲，北美和其他按地區(qū)劃分的出貨量(1,000臺(tái))AFCNCFCAFCNCFC按各燃料電池類型的應(yīng)用兆瓦數(shù)(MW)按各燃料電池類型的出貨量(1,000臺(tái))按場(chǎng)景劃分的應(yīng)用兆瓦數(shù)(MW)按場(chǎng)景劃分的出貨量(1,000臺(tái))1.4當(dāng)前狀態(tài)與期望目標(biāo)1.4當(dāng)前狀態(tài)與期望目標(biāo)西業(yè)工黃大學(xué)口口氫燃料電池當(dāng)前應(yīng)用情況與期望目標(biāo)短壽命mngDem12006200r?mngDem12006200r?相關(guān)規(guī)定：與初始功率相比，功率下降10%作為壽命閾值；>負(fù)載電流是額定電流的55%-65%;測(cè)試過(guò)程中不包含嚴(yán)重的電堆事故。提02氫燃料電池壽命預(yù)測(cè)綱研究團(tuán)隊(duì)介紹研究團(tuán)隊(duì)介紹西業(yè)工薰大學(xué)西業(yè)工薰大學(xué)口定義與作用口定義與作用>壽命：當(dāng)前時(shí)刻與到達(dá)一定退化閾值的時(shí)間間隔>壽命預(yù)測(cè)：在壽命區(qū)間內(nèi)用不同的方法來(lái)預(yù)測(cè)退化趨勢(shì)>壽命預(yù)測(cè)的作用：①估計(jì)健康狀態(tài)；②及時(shí)更換燃料電池；③避免致命事故；④提供退化信息；⑤延長(zhǎng)壽命?；谀Ｐ偷姆椒▋?yōu)點(diǎn)：揭露物理機(jī)理缺點(diǎn)：依賴模型精度；非線性、多時(shí)間尺度的退化建模困難。等效電路(ECM)5時(shí)間基于數(shù)據(jù)的方法一個(gè)“黑箱”;無(wú)需理機(jī)理；依賴大量歷西業(yè)工黃大學(xué)氫燃料電池重卡汽車氫燃料電池汽車(MobyPost)0~20km環(huán)境模擬箱燃料電池半物理仿真平臺(tái)PEMFC小功率測(cè)試平臺(tái)PEMFC大功率測(cè)試平臺(tái)燃料電池電推進(jìn)系統(tǒng)燃料電池供氣系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間尺度-維護(hù)周期包括定期的檢查、清理和替換元件的時(shí)間表包括定期的檢查、清理和替換元件的時(shí)間表包括電池組件的降解機(jī)制、材料的耐久-堆積響應(yīng)(如積碳),可能-堆積響應(yīng)(如積碳),可能影響電極表面的活性，需要周期性的維護(hù)和清理通道的穩(wěn)定性等短時(shí)間尺度通道的穩(wěn)定性等瞬態(tài)響應(yīng)在啟動(dòng)、停止或負(fù)載變化時(shí)的瞬微觀時(shí)間尺度態(tài)響應(yīng)，影響電池的動(dòng)態(tài)性能和PEMFCstack[1]穩(wěn)定性-電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)-離子和電子傳輸-整個(gè)壽命周期分析包括制造、運(yùn)行、維護(hù)和處置，涉及多年的運(yùn)行和使用“數(shù)據(jù)來(lái)源：《C.Robinetal.IhnternationalJournalofHydrogenEnergy,2013口多時(shí)間尺度分解口多時(shí)間尺度分解>離散小波變換(DWT)是一種通過(guò)數(shù)據(jù)的伸縮與平移實(shí)現(xiàn)特征分析的數(shù)據(jù)變換技術(shù)1002003004100200300100200300高通濾波器高頻部分低通濾波器低頻部分002100高通濾波器高頻部分低通濾波器低頻部分機(jī)N~~/Mw機(jī)100200300:AD[0步驟1分解與重構(gòu)Multi-timescaledecomposedApproximationDetail…DPredictionofeachsub-waveformsbyESN步驟3集合預(yù)測(cè)結(jié)果步驟2不同時(shí)間尺度信號(hào)預(yù)測(cè)解決方案：處理不同時(shí)間尺度信息，提升預(yù)測(cè)精度?！猅nitiagsigal0西業(yè)工薰大學(xué)200400600訓(xùn)練長(zhǎng)度的結(jié)果對(duì)比圖單個(gè)ESN與集合ESN40%訓(xùn)練長(zhǎng)度的結(jié)果對(duì)比圖單個(gè)ESN與集合ESN50%訓(xùn)練長(zhǎng)度的結(jié)果對(duì)比圖口動(dòng)態(tài)案例1-案例3案例訓(xùn)練長(zhǎng)度案例1案例2森3口口多輸入實(shí)施步驟PouH?)單輸入與多輸入ESN的結(jié)構(gòu)框圖多輸入ESN(2inputsand1output)的預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu),predictedvoltageattime,and?2;represenyreprescntsU,attimctxre西業(yè)工薰大學(xué)西業(yè)工薰大學(xué)x0二200400600180基于1-inputESN的壽命預(yù)測(cè)波形基于2-inputESN的壽命預(yù)測(cè)波形0200400600—Targetsgnal基于1-inputESN的壽命預(yù)測(cè)波形基于2-inputESN的壽命預(yù)測(cè)波形不同案例準(zhǔn)動(dòng)態(tài)案例西業(yè)工黃大學(xué)口穩(wěn)態(tài)案例和準(zhǔn)動(dòng)態(tài)案例的2口穩(wěn)態(tài)案例和準(zhǔn)動(dòng)態(tài)案例的2-inputESN組合結(jié)果穩(wěn)態(tài)案例準(zhǔn)動(dòng)態(tài)案例穩(wěn)態(tài)案例準(zhǔn)動(dòng)態(tài)案例 U 三組動(dòng)態(tài)測(cè)試(μ-CHP應(yīng)用)中的影響。(特別是溫度和I)能夠提升預(yù)測(cè)精度≥10%。西業(yè)工薰大學(xué)口動(dòng)態(tài)案例1-案例3口動(dòng)態(tài)案例1-案例3動(dòng)態(tài)案例1西業(yè)工薰大學(xué)西業(yè)工薰大學(xué)口不確定性分析實(shí)施步驟口不確定性分析實(shí)施步驟KKo輸入層Nw中間層(儲(chǔ)備池)L_OO…○w泄露率：調(diào)整神經(jīng)元狀態(tài)的更新速度，改變動(dòng)態(tài)特性，影響網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入數(shù)據(jù)的響應(yīng)方式；譜半徑：決定ESN的記憶能力，不確定性來(lái)源于蓄水池內(nèi)部連接權(quán)值的隨機(jī)性；正則化因子：影響網(wǎng)絡(luò)的記憶能力和動(dòng)態(tài)性，控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不確定性。:ESN1-tParticleswarmoptimizaWimandWdistributionformsdatapreparationStep2:Degradationpredi…mm,y;representsU,attimet;predictedvoltageattimet,andt?22.5不確定性分析研究>當(dāng)前方法：?jiǎn)屋斎隕SN2.5不確定性分析研究存在問(wèn)題：ESN中隨機(jī)生成的輸入矩陣和內(nèi)部權(quán)重矩陣具有不確定性。>解決方案：從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度分析隨機(jī)矩陣的影響，建立集成ESN結(jié)構(gòu)，提供預(yù)測(cè)結(jié)果的平均值和95%置信區(qū)間。西業(yè)工薰大學(xué)西業(yè)工薰大學(xué)口穩(wěn)態(tài)案例口穩(wěn)態(tài)案例AA—TrainingM—Predictionsignal高斯分布下預(yù)測(cè)結(jié)果高斯分布下95%置信區(qū)間預(yù)測(cè)結(jié)—Predictionsignal隨機(jī)均勻分布下預(yù)測(cè)結(jié)果隨機(jī)均勻分布下95%置信區(qū)間預(yù)測(cè)結(jié)果口動(dòng)態(tài)案例口動(dòng)態(tài)案例高斯分布下預(yù)測(cè)結(jié)果高斯分布下95%置信區(qū)間預(yù)測(cè)結(jié)果口誤差分析口誤差分析XX均勻分布和高斯分布的概率密度函數(shù)穩(wěn)態(tài)工況下100組ESNs的RMSE隨機(jī)均勻分布下預(yù)測(cè)結(jié)果隨機(jī)均勻分布下95%置信區(qū)間預(yù)測(cè)結(jié)果21動(dòng)態(tài)工況下100組動(dòng)態(tài)工況下100組ESNs的RMSE準(zhǔn)動(dòng)態(tài)工況下100組ESNs的RMSE西業(yè)工黃大學(xué)方向一方向一>提升預(yù)測(cè)精度(傳感器噪聲、運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境因素、用戶操作);方向三>實(shí)現(xiàn)在線預(yù)測(cè)(構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、“黑箱”關(guān)系);Partunderstudy燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)*數(shù)據(jù)來(lái)源：《Huangfu,etal,2019.》劣勢(shì)劣勢(shì)優(yōu)勢(shì)>供氣時(shí)間短>污染小更大的有效載荷容量，便于攜帶設(shè)備(傳感器、攝像頭、通訊設(shè)備)02氫燃料電池壽命預(yù)測(cè)03研究團(tuán)隊(duì)介紹waIesnmoncIem3.1研究團(tuán)隊(duì)及平臺(tái)waIesnmoncIem智能驅(qū)動(dòng)研究團(tuán)隊(duì)從事航空航天特種電機(jī)研究，為平流層飛艇、載人空間站、運(yùn)20、風(fēng)云系列衛(wèi)星等提供特種電機(jī)。承擔(dān)973重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)，國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目4項(xiàng)，國(guó)家863項(xiàng)目6項(xiàng)，承擔(dān)型號(hào)任務(wù)十余項(xiàng)，獲國(guó)家發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)11項(xiàng)，立部級(jí)三等功1次，發(fā)表論文1