基于时序卷积网络的电动汽车真实驾驶条件下电池温度异常预警研究

本文提出了一种基于模型动态控制的质子交换膜燃料电池（PEMFC）堆温度调控方法，通过实验验证了60 kW级PEMFC系统在变载工况下的水热管理优化。研究创新性地引入膜增湿器（humidifier）热容及电堆出口液态水的影响，建立了空气供应子系统动态模型，揭示了变载过程中气体温度与相对湿度（RH）的多阶段响应机制，并提出通过调节电堆温度避免低电流密度（87A）异常 flooding 的控制策略。实车测试表明该策略可将电压衰减率降至?2.18μV/h（2000小时）。

　　

Highlight

本研究通过整合膜增湿器热容与电堆出口液态水变量，构建了质子交换膜燃料电池（PEMFC）空气供应子系统的水热动态模型，为真实车载环境下的水管理异常预警提供了新思路。

Lumped model of air supply subsystem and cathode chamber

建立包含压缩机、中冷器、气-气膜增湿器（gas-gas humidifier）及阴极腔的集总动态模型，重点量化增湿器固体部件（SPH）热容与电堆出口气液两相水对入口温湿度的耦合影响。

Simulation result and analysis

仿真显示：变载时增湿器热惯性导致气体入口温度呈现四阶段上升，而出口液态水通过改变膜内外水汽传质速率，引发相对湿度（RH）的非最小相位动态响应。

Experimental validation

60 kW电堆实验验证了模型准确性，并发现87A工况下反常 flooding 现象——表现为高频阻抗下降与电压衰减加速，这与传统低电流干燥理论相悖。

Control strategy for water management and actual road test

开发基于电堆温度反馈的水管理策略：通过调节冷却液流量动态维持膜电极（MEA）最佳含水量。实车测试中，该策略使电压衰减率在冬-秋季节降至?2.18μV/h。

Discussion

反常 flooding 机制解析：低电流下较高氧过量系数（>2.0）加速阴极液态水排出，而低温环境导致增湿器热响应滞后，二者协同引发局部水积聚。

Conclusion

本研究为车载PEMFC系统提供了可适应变环境的水热协同控制方案，其动态建模方法对燃料电池汽车（FCEV）耐久性提升具有普适指导意义。