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Data-driven Fault Diagnosis for PEM Fuel Cell System Using Sensor Pre-Selection Method and Artificial Neural Network Model

人工神经网络 支持向量机 计算机科学 断层(地质) 质子交换膜燃料电池 灵敏度(控制系统) 可靠性(半导体) 共轭梯度法 过程(计算) 人工智能 工程类 算法 功率(物理) 电子工程 燃料电池 物理 量子力学 化学工程 地震学 操作系统 地质学
作者
Yanqiu Xing,Bowen Wang,Zhichao Gong,Zhongjun Hou,Fuqiang Xi,Guodong Mou,Qing Du,Fei Gao,Kui Jiao
出处
期刊:IEEE Transactions on Energy Conversion [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-1 被引量:28
标识
DOI:10.1109/tec.2022.3143163
摘要

Fault diagnosis is a critical process for the reliability and durability of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Due to the complexity of internal transport processes inside the PEMFCs, developing an accurate model considering various failure mechanisms is extremely difficult. In this paper, a novel data-driven approach based on sensor pre-selection and artificial neural network (ANN) are proposed. Firstly, the features of sensor data in time-domain and frequency-domain are extracted for sensitivity analysis. The sensors with poor response to the changes of system states are filtered out. Then experimental data monitored by the remaining sensors are utilized to establish the fault diagnosis model by using the ANN model. Levenberg-Marquardt (LM) algorithm, resilient propagation (RP) algorithm, and scaled conjugate gradient (SCG) algorithm are utilized in the neural network training, respectively. The diagnostic results demonstrate that the diagnostic accuracy rate reaches 99.2% and the recall rate reaches 98.3% by the proposed methods. The effectiveness of the proposed method is verified by comparing the diagnostic results in this work and that by support vector machine (SVM) and logistic regression (LR). Besides, the high computational efficiency of the proposed method supports the possibility of online diagnosis. Meanwhile, detecting the faults in the early stage can provide effective guidance for fault tolerant control of the PEMFCs system.

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