朱 静,赵静欣

(南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 211100)

1 引言

作为最有前景的绿色能量转化装置,将氢能通过电化学反应转换为电能的质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)被广泛应用于航天飞行器、潜艇动力源、汽车和电站[1].然而,PEMFC由传感器、压缩机等复杂零器件构成,这些设备会带来一定的非线性和不确定性[2],因此PEMFC往往容易出现降低系统性能甚至缩短电池寿命的故障.这些可能发生的故障分为传感器故障、组成成分故障和执行器故障[3].作为PEMFC系统中重要的执行机构,空气供应子系统易发生的故障主要有压缩机喘振、压缩机停转、空气管道泄漏,而这些故障对燃料电池的稳定运行影响甚大.电堆作为燃料电池中核心部件,承担着能量转换的重要任务,然而膜干和水淹等故障会直接影响能量转换效率甚至造成燃料电池的永久性损伤.因此,对上述故障进行故障诊断是保证系统稳定、高效运行的关键.

作为系统运行中监控程序的故障诊断包含了两个子任务:故障检测和故障隔离.前者是对有无故障的检测,后者则是对故障类型的识别[4].在过去的几十年内,故障诊断方法已在燃料电池系统中广泛地应用和发展[5].基于等价空间法,文献[6]通过解析冗余关系(analytical redundancy relation,ARR)将燃料电池的数学模型线性化为8个状态表达式,进而利用故障敏感度矩阵完成了对燃料电池膜干、水淹和空压机过电压这3种故障的诊断.通过线性变参数(linear parameter varying,LPV)观测器的方法,文献[7]首……