Ҳуҷайраҳои сӯзишвории мембранаи мубодилаи протонӣ, ки дар автомобилҳо истифода мешаванд, аз сабаби тезшавӣ, сустшавӣ ва тағйирёбии талаботи қувва пайваста дар шароити бори динамикӣ кор мекунанд. Носозиҳое чун хушкшавии мембрана, ҷамъшавии зиёди об дар дохили ҳуҷайра ё нарасидани оксигени кофӣ ба катод метавонанд дар аввал танҳо тағйироти хурд дар шиддати баромади ҳуҷайраи сӯзишворӣ ба вуҷуд оранд. Азбаски ин нишонаҳои заиф метавонанд дар дохили садои ченкунӣ ва тағйирёбии муқаррарии кор гум шаванд, носозӣ аксаран танҳо баъд аз оғози пастшавии равшани шиддат ошкор мешавад.

Дар ин таҳқиқот муҳаққиқон шабакаи нейронии дорои иттилои физикӣ бо номи LS-PINN таҳия кардаанд, ки аз ченкуниҳои шиддат дар шакли силсилаи вақт як “ҳолати ниҳон”-и камандозаеро меомӯзад, ки ҳолати дохилии электрохимиявии мустақиман мушоҳиданашавандаи ҳуҷайраи сӯзишвориро ифода мекунад. Модел шабакаи конволютсионии замонии дорои пайвастҳои боқимонда, механизми диққати бисёрсар ва қабати дуҷонибаи GRU-ро, ки силсилаҳои шиддатро коркард мекунанд, бо муодилаҳои поляризатсияи ҳуҷайраи сӯзишворӣ ва модели импеданси занҷири эквивалентӣ муттаҳид мекунад.

Озмоишҳо дар стеки ҳуҷайраи сӯзишвории PEM, ки ҳар ҳуҷайраи он 347 cm² масоҳати фаъол дошта ва дар маҷмӯъ аз 10 ҳуҷайра иборат аст, анҷом дода шуданд. Шароити кори муқаррарӣ, хушкшавии мембрана, ҷамъшавии об ва норасоии оксиген дар зичиҳои паст, миёна ва баланди ҷараён ба вуҷуд оварда шуданд. Шиддат бо суръати намунагирии 4 Hz ва ҳалнокии 0,001 V сабт шуда, спектрҳои импеданс ҳамчун ченкуниҳои камшумори ҳолати устувор дар доираи 0,1 Hz то 10 kHz гирифта шуданд.

Дар маҷмӯъ 10.785 равзанаи вақт сохта шуд ва даврҳои таҷрибавӣ тақрибан ба шакли %70 омӯзиш ва %30 санҷиш, пеш аз сохтани равзанаҳо, ҷудо карда шуданд. Танҳо тамғаи носозии %20-и намунаҳои омӯзишӣ истифода шуд; намунаҳои бетамға ба талафоти бозсозии физикӣ ва мутобиқат саҳм гузоштанд.

Модели пурраи LS-PINN дар маҷмӯи аслии санҷишӣ %98,67 ва дар маҷмӯи санҷишии синфҳояш мувозинатшуда %98,62 дақиқӣ ба даст овард. Дар муқоиса бо беҳтарин модели муқоисавӣ V-ECM-Fusion, афзоиши дақиқӣ мутаносибан 4,96 ва 7,17 банди фоизиро ташкил дод. Ҳангоми гузаштан аз модели силсилаи вақт бе маҳдудиятҳои физикӣ ба модели пурра, дақиқӣ аз %85,91 ба %98,67 расид.

Муқовимати умумии поляризатсия, ки модел аз шиддат баровардааст, тибқи арзишҳои дар таҳқиқот гузоришшуда дар хушкшавии мембрана 13,5–17 сония, дар ҷамъшавии об 29,5–38,5 сония ва дар норасоии оксиген 1–1,5 сония пештар нишондиҳандаи аномалия додааст. Аммо ин муқовимат арзиши импеданси пайваста ченшуда нест; он нишондиҳандаи физикии ивазкунандаест, ки шабакаи нейронӣ, калибршуда бо ченкуниҳои камшумори EIS, аз шиддат баровардааст.

Гарчанде таҳқиқот умедбахш аст, натиҷаҳо бо як стеки лабораторӣ, се сатҳи бор ва се навъи носозии ба таври назоратшаванда эҷодшуда маҳдуданд. Дарозии равзанаи вақт, андозаҳои муфассали қабатҳои шабака, параметрҳои ҳад ва ҳамворкунӣ ва шумораи мувофиқатҳои камшумори EIS пурра шарҳ дода нашудаанд. Озмоишҳои дарозмуддати автомобил, носозиҳои якҷоя, пиршавии стек, вайроншавии сенсор ва шароити гуногуни муҳити зист ҳанӯз арзёбӣ нашудаанд.

Чаро муайян кардани барвақти носозӣ дар ҳуҷайраҳои сӯзишвории PEM душвор аст?

Ҳуҷайраи сӯзишвории мембранаи мубодилаи протонӣ системаи мураккабест, ки тавассути равандҳои электрохимиявӣ барқ истеҳсол мекунад ва бояд дар татбиқи автомобилӣ ба тағйироти босуръати бор ҷавоб диҳад. Шиддати ҳуҷайраро ба осонӣ чен кардан мумкин аст; аммо равандҳое чун миқдори оби мембрана, фаъолияти реаксия дар сатҳи электрод, интиқоли оксиген ва муқовимати дохилиро бевосита ва пайваста чен кардан мумкин нест.

Носозиҳои марҳилаи ибтидоӣ метавонанд бо сабабҳои зерин нишонаҳое ба вуҷуд оранд, ки аз берун душвор мушоҳида мешаванд:

• Амплитудаи тағйироти шиддат метавонад хурд бошад.
• Нишонаи носозӣ метавонад ба тағйирёбии муқаррарии аз тағйири бор ба вуҷудомада монанд бошад.
• Садои ченкунӣ метавонад тамоюлҳои хурди шиддатро пинҳон кунад.
• Носозиҳои гуногун метавонанд дар шиддати баромад пастшавиҳои ба ҳам монанд эҷод кунанд.
• Байни тағйироти дохилии электрохимиявӣ ва ҷавоби берунии шиддат метавонад фарқи вақт вуҷуд дошта бошад.

Аз ин рӯ, танҳо равиши “вақте шиддат аз арзиши муайян паст шуд, ҳушдор деҳ” метавонад вайроншавиеро, ки дар раванди дохилӣ пештар оғоз шудааст, аз даст диҳад. Ҳадафи асосии таҳқиқот ошкор кардани тағйироти вобаста ба муқовимати дохилӣ ва интиқоли масса тавассути модел пеш аз он аст, ки шиддат ҳанӯз нишонаи равшани носозиро нишон диҳад.

Дар таҳқиқот кадом носозиҳо омӯхта шудаанд?

Муҳаққиқон илова бар кори муқаррарӣ се ҳолати асосии носозиро ба вуҷуд оварданд:

Хушкшавии мембрана

Вақте миқдори об дар мембрана ва қабати катализатор кам мешавад, ноқилияти протонӣ метавонад суст шавад. Дар таҳқиқот ин ҳолат бо ба %0 расондани намии нисбӣ ва баланд кардани ҳарорати стек нисбат ба шароити муқаррарӣ эҷод шудааст. Интизор меравад, ки носозии хушкшавӣ дар муқовимати дохилӣ ва поляризатсияи реаксия тағйироти сусттар ва ҷамъшаванда ба вуҷуд орад.

Ҷамъшавии об

Ҷамъ шудани оби моеъ дар дохили ҳуҷайраи сӯзишворӣ метавонад интиқоли оксигенро аз қабатҳои сӯрохдор ба сатҳи катализатор боздорад. Дар таҳқиқот ҷамъшавии об бо ҳарорати пасттари стек ва шароити намии нисбии %70 ба вуҷуд оварда шудааст. Гузориш шудааст, ки ин носозӣ махсусан дар бори баланд муқовимати интиқоли массаи оксигенро зуд афзоиш медиҳад.

Норасоии оксиген

Кам кардани миқдори ҳавои ба катод фиристодашаванда консентратсияи оксиген ва иқтидори ҷараёни маҳдудкунандаро кам мекунад. Дар таҳқиқот норасоии оксиген бо паст кардани таносуби стехиометрии ҳаво аз арзиши муқаррарӣ ба вуҷуд оварда шудааст. Азбаски ин носозӣ ногаҳонтар инкишоф меёбад, фарқи вақт байни нишондиҳандаи механизми дохилӣ ва ҷавоби берунии шиддат нисбат ба дигар носозиҳо кӯтоҳтар ёфт шудааст.

Равиши асосии таҳқиқот чист?

Вуруди ташхиси онлайнии модел силсилаи вақти шиддати стеки ҳуҷайраи сӯзишворӣ мебошад. Муҳаққиқон аз шиддат ду канал сохтаанд:

1. Силсилаи хоми шиддат,
2. Фарқи дараҷаи якуми шиддат.

Силсилаи хоми шиддати намунаи рақами s чунин ифода мешавад:

\[ V^{(s)}=[v_1^{(s)},v_2^{(s)},\ldots,v_T^{(s)}] \]

Силсилаи фарқи шиддат чунин аст:

\[ \Delta v_t^{(s)}= \begin{cases} 0, & t=1 \\ v_t^{(s)}-v_{t-1}^{(s)}, & t=2,\ldots,T \end{cases} \]

Ҳангоми якҷоя кардани ду канал вуруди модел ҳосил мешавад:

\[ X^{(s)}=[V^{(s)},\Delta V^{(s)}]\in\mathbb{R}^{T\times2} \]

• \(T\): Шумораи намунаҳо дар равзанаи вақт аст.
• \(v_t\): Шиддати стек дар лаҳзаи t аст.
• \(\Delta v_t\): Тағйирот байни ду ченкунии пайдарпайи шиддат аст.

Канали фарқи якум барои гирифтани тағйироти маҳаллии нишебӣ ва гузаришҳои ногаҳонӣ пешбинӣ шудааст, ки метавонанд пеш аз тағйироти равшани арзиши мутлақи шиддат пайдо шаванд.

Ибораи “моделе, ки танҳо шиддатро истифода мебарад” чӣ гуна фаҳмида шавад?

Шохаи ташхис ва таснифоти модел, ки дар автомобил кор мекунад, аз шиддат оғоз мешавад. Аммо марҳилаи таҳияи модел пурра танҳо аз шиддат иборат нест:

• Зичии ҷараён ва бузургиҳои зарурии корӣ ҳамчун шартҳои сарҳадии муодилаҳои поляризатсия истифода шудаанд.
• Ченкуниҳои камшумори EIS барои омӯзонидани шохаи бозсозии импеданс истифода шудаанд.
• Тамғаҳои носозӣ дар %20-и намунаҳои омӯзишӣ назорати таснифотро таъмин кардаанд.

Аз ин рӯ, ибораи “шиддат ягона вуруд аст” мушоҳидаи онлайнии ташхисии моделро тавсиф мекунад. Он ҳамаи манбаъҳои иттилоотеро, ки дар раванди омӯзиши модел истифода шудаанд, тавсиф намекунад. Гарчанде талаботи EIS ҳангоми хулосабарорӣ аз байн меравад, харитасозии физикии импеданс бо додаҳои EIS-и қаблан ченшуда омӯхта мешавад.

Шабакаи истихроҷи хусусиятҳо чӣ гуна кор мекунад?

Дар саҳифаи 8-и таҳқиқот Шакли 1 ҷараёни кори LS-PINN-ро дар се бахши асосӣ нишон медиҳад: истихроҷи хусусият, маҳдудиятҳои дорои иттилои физикӣ ва ташхиси носозӣ.

Шабакаи конволютсионии замонии дорои пайвастҳои боқимонда

Модули ResTCN қолабҳои маҳаллии кӯтоҳ ва миёнамуддати силсилаи шиддатро истихроҷ мекунад. Сохтори пайвасти боқимонда бо муносибати зерин нишон дода мешавад:

\[ H_l^{(s)}= \sigma\left( \mathcal{F}_{TCN}^{(l)}(H_{l-1}^{(s)}) +\mathcal{P}^{(l)}(H_{l-1}^{(s)}) \right) \]

• \(H_{l-1}\): Хусусиятҳои қабати пешина мебошанд.
• \(\mathcal{F}_{TCN}\): Табдилест, ки блоки конволютсионии замонӣ меомӯзад.
• \(\mathcal{P}\): Пайвасти мутобиқсозии андоза ё айният мебошад.
• \(\sigma\): Функсияи фаъолсозӣ мебошад.

Дар таҳқиқот ҳамчунин гуфта мешавад, ки ба раванди истихроҷи хусусияти конволютсионӣ вазндиҳии канали Squeeze-and-Excitation илова шудааст. Аммо андозаҳои қабатҳои модули SE ва таносуби коҳиш дода нашудаанд.

Диққати бисёрсари худӣ

Механизми диққати бисёрсари худӣ мекӯшад робитаҳои байни бахшҳои аз ҳам дури силсилаи вақтро омӯзад. Ҳамин тавр, каҷравии хурди шиддат, ки дар як лаҳза дида мешавад, метавонад ҳамроҳ бо рафтори кории қаблӣ арзёбӣ шавад.

GRU-и дуҷониба

BiGRU равзанаи ҷории мушоҳидаро дар ду самт коркард карда, контексти вақтро муттаҳид мекунад:

\[ \overrightarrow{h_t}= GRU_f(a_t,\overrightarrow{h_{t-1}}) \]

\[ \overleftarrow{h_t}= GRU_b(a_t,\overleftarrow{h_{t+1}}) \]

\[ h_t=[\overrightarrow{h_t};\overleftarrow{h_t}] \]

Коркарди самти қафо дар ин ҷо ҳатман маънои истифодаи додаҳои воқеии ояндаи автомобилро надорад. Модел равзанаи вақтро, ки дар он лаҳза пурра дастрас аст, дар самти баръакс низ коркард мекунад. Бо вуҷуди ин, дар таҳқиқот дарозии равзана ва ҷойгиршавии дақиқи вақти ҳадаф дар дохили равзана дода нашудааст.

Ҳолати ниҳон чиро ифода мекунад?

Баромади баландандозаи шабакаи истихроҷи хусусиятҳо ба вектори хурдтар фишурда мешавад:

\[ z_{raw}^{(s)}= f_{lat}(r^{(s)};\theta_z) \in\mathbb{R}^{d_z} \]

• \(r^{(s)}\): Намоиши хусусиятест, ки аз силсилаи вақт гирифта шудааст.
• \(z_{raw}^{(s)}\): Ҳолати ниҳони ибтидоӣ мебошад.
• \(d_z\): Андозаи фазои ниҳон мебошад.

Ин ҳолати ниҳон тағйирёбандаи физикии мустақим ченшуда нест. Он намоиши камандозаест, ки шабакаи нейронӣ аз қолабҳои муштараки шиддат месозад. Муҳаққиқон маҷбур кардаанд, ки ин намоиш на танҳо синфҳоро ҷудо кунад, балки параметрҳои бо муодилаҳои физикии ҳуҷайраи сӯзишворӣ мувофиқро низ ҳосил кунад.

Маҳдудияти физикии соҳаи вақт чӣ гуна сохта шудааст?

Аз ҳолати ниҳон се параметри соҳаи вақт гирифта мешавад:

• Зичии ҷараёни мубодила \(i_0\),
• Муқовимати омии шохаи поляризатсия \(R_{\Omega,pol}\),
• Параметри самараноки интиқоли масса \(k_{mt}\).

Шиддати ҳуҷайраи сӯзишворӣ аз рӯи се талафоти асосии поляризатсия бозсозӣ мешавад:

\[ \widehat{V} =E_{rev} -\eta_{act} -\eta_{ohm} -\eta_{conc} \]

• \(E_{rev}\): Шиддати назариявии баргарданда аст.
• \(\eta_{act}\): Талафоти фаъолсозии реаксияҳои электрод аст.
• \(\eta_{ohm}\): Талафоти омӣ аз мембрана, тамос ва ноқилият аст.
• \(\eta_{conc}\): Талафоти консентратсионӣ аз маҳдудиятҳои интиқоли реактивҳо аст.

Изофапотенсиали фаъолсозӣ бо шакли симметрии равиши Butler–Volmer моделсозӣ шудааст:

\[ \eta_{act} =\frac{R_g\Theta}{\alpha F} \sinh^{-1}\left(\frac{i}{2i_0}\right) \]

• \(R_g\): Собити газ аст.
• \(\Theta\): Ҳарорати мутлақ аст.
• \(\alpha\): Коэффисиенти интиқоли заряд аст.
• \(F\): Собити Faraday аст.
• \(i\): Зичии ҷараёни корӣ аст.

Талафоти омӣ чунин ифода мешавад:

\[ \eta_{ohm}=iR_{\Omega,pol} \]

Муносибатҳои истифодашуда барои зичии ҷараёни маҳдудкунанда ва талафоти консентратсионӣ чунинанд:

\[ i_L=n_eFc_{O_2}k_{mt} \]

\[ \eta_{conc} =-\frac{R_g\Theta}{n_eF} \ln\left(1-\frac{i}{i_L}\right) \]

• \(n_e\): Шумораи интиқоли электрон аст.
• \(c_{O_2}\): Консентратсияи хоси оксиген аст.
• \(i_L\): Зичии ҷараёни маҳдудкунанда аст.

Шиддати бозсозишуда бо миёнаи шиддати хоми равзана муқоиса мешавад. Ҳамчунин як ҳади ҷудогонаи талафот истифода мешавад, ки аз наздик шудани таносуби \(i/i_L\) ба ҳади аз ҷиҳати физикӣ номуносиб пешгирӣ мекунад.

Маҳдудияти импеданс дар соҳаи басомад чӣ гуна сохта шудааст?

Аз ҳолати ниҳон гурӯҳи дуюми параметрҳои физикӣ гирифта мешавад:

• Муқовимати омии занҷири эквивалентӣ \(R_{\Omega,ecm}\),
• Муқовиматҳои ду шохаи поляризатсия \(R_1\) ва \(R_2\),
• Бузургиҳои унсури фазаи доимӣ \(Q_1\) ва \(Q_2\),
• Нишондиҳандаҳои фазаи доимӣ \(\kappa_1\) ва \(\kappa_2\).

Модели занҷири эквивалентии дорои унсури фазаи доимии дараҷаи дуюм чунин ифода мешавад:

\[ \widehat{Z}(\omega) =R_{\Omega,ecm} +\sum_{b=1}^{2} \left[ \frac{1}{R_b} +Q_b(j\omega)^{\kappa_b} \right]^{-1} \]

• \(\widehat{Z}(\omega)\): Импеданси мураккаби бозсозишуда аст.
• \(\omega\): Басомади кунҷӣ аст.
• \(j\): Воҳиди мавҳум аст.
• \(R_b,Q_b,\kappa_b\): Параметрҳои шохаи поляризатсияи рақами b мебошанд.

Барои пешгирӣ аз ҷойивазкунии ду шоха, вақтҳои хоси релаксатсия тартиб дода мешаванд:

\[ \tau_b=(R_bQ_b)^{1/\kappa_b}, \qquad \tau_1<\tau_2 \]

Тибқи тафсири дастгиришуда бо DRT дар таҳқиқот:

• \(R_1\): Муқовимати самараноки поляризатсия дар миқёси вақти кӯтоҳтар аст, ки асосан бо сатҳи байнифазавии электрод ва интиқоли заряд алоқаманд аст.
• \(R_2\): Муқовимати самараноки поляризатсия дар миқёси вақти дарозтар аст, ки асосан бо интиқоли массаи оксиген алоқаманд аст.

Муҳаққиқон махсус таъкид мекунанд, ки ин мувофиқсозӣ мутлақ нест. Ду муқовимат параметрҳои ҷамъбастии самараноке мебошанд, ки якчанд раванди физикиро якҷоя дар бар мегиранд.

Муқовимати умумии поляризатсия чӣ гуна таъриф шудааст?

Нишондиҳандаи аномалияи барвақти модел ҷамъбасти ду шохаи поляризатсия мебошад:

\[ R_{total}=R_1+R_2 \]

Муқовимати омӣ ба ин ҷамъ илова нашудааст. Сабаб ин аст, ки муқовимати омӣ буриши басомади баланди каҷи импедансро муайян мекунад; диаметри камонҳои поляризатсияро ифода намекунад.

\(R_{total}\) нишондиҳандаи моделӣ мебошад, ки тағйироти якҷояи муқовимати реаксияи сатҳи байнифазавӣ ва муқовимати интиқоли оксигенро ифода мекунад. Он арзиши сенсории дар вақти воқеӣ ченшуда нест.

Соҳаҳои вақт ва басомад чӣ гуна бо ҳам пайваст шудаанд?

Шохаҳои соҳаи вақт ва соҳаи басомад муқовимати омиро мустақилона аз ҳам тахмин мекунанд. Барои пешгирӣ аз он ки ду тахмин натиҷаҳои комилан муқобил диҳанд, талафоти мутобиқати нормализатсияшуда истифода шудааст:

\[ \mathcal{L}_{\Omega} =\frac{1}{N} \sum_{s=1}^{N} \left[ \frac{ R_{\Omega,pol}^{(s)}-R_{\Omega,ecm}^{(s)} }{ 0.5\left( R_{\Omega,pol}^{(s)}+R_{\Omega,ecm}^{(s)} \right)+\varepsilon } \right]^2 \]

Ин маҳдудият ду модели физикиро маҷбур намекунад, ки арзиши комилан якхелаи муқовимат диҳанд; аммо баромадани натиҷаҳои аз ҷиҳати физикӣ зид аз ҳолати ниҳони муштаракро маҳдуд мекунад.

Маълумоти физикӣ чӣ гуна ба таснифот интиқол дода шудааст?

Параметрҳои физикӣ танҳо ҳамчун талафоти омӯзиш истифода нашудаанд, балки бевосита ба шакли ниҳоии ҳолати ниҳон илова шудаанд:

\[ z^{(s)} =z_{raw}^{(s)} +\psi\left( [z_{raw}^{(s)};g_{phy}(P^{(s)})] \right) \]

• \(P^{(s)}\): Параметрҳои соҳаи вақт ва басомад мебошанд, ки модел баровардааст.
• \(g_{phy}\): Аз параметрҳои физикӣ намоиши механизмро истихроҷ мекунад.
• \(\psi\): Ҳолати ниҳони хом ва намоиши физикиро муттаҳид мекунад.
• \(z^{(s)}\): Ҳолати ниҳони ниҳоии аз ҷиҳати физикӣ ислоҳшуда аст.

Синфи носозӣ аз ин намоиши ниҳоӣ ҳисоб мешавад:

\[ \widehat{y}^{(s)} =\operatorname{softmax}(h_{cls}(z^{(s)})) \]

Талафоти умумии омӯзиш аз кадом ҷузъҳо иборат аст?

Модел бо функсияи ҳадафи якҷояи зерин омӯзонида шудааст:

\[ \mathcal{L} =\lambda_{cls}\mathcal{L}_{cls} +\lambda_V\mathcal{L}_V +\lambda_{lim}\mathcal{L}_{lim} +\lambda_Z\mathcal{L}_Z +\lambda_{param}\mathcal{L}_{param} +\lambda_{\Omega}\mathcal{L}_{\Omega} \]

Дар шохаи таснифот талафоти кросс-энтропияи фокусшуда, ки ба намунаҳои душвор вазни бештар медиҳад, ва ҳамворкунии тамға истифода шудаанд. Вазнҳои талафот бо оптимизатсияи Bayesian бар асоси кори маҷмӯи тасдиқ интихоб шудаанд.

Омӯзиши нимназоратӣ чӣ гуна татбиқ шудааст?

Танҳо дар %20-и намунаҳои маҷмӯи омӯзишӣ тамғаи носозӣ нигоҳ дошта шудааст. Намунаҳои боқимонда мустақиман ба талафоти таснифот дохил нашудаанд; аммо дар вазифаҳои физикии зерин истифода шуданро идома додаанд:

• Бозсозии шиддат,
• Мутобиқати муқовимати омӣ,
• Регуляризатсияи параметрҳо,
• Маҳдудияти ҷараёни маҳдудкунанда.

Танҳо равзанаҳои камшумори шиддат, ки бо EIS-и воқеӣ мувофиқ карда шудаанд, ба талафоти бозсозии импеданс саҳм гузоштаанд. Барои равзанаҳое, ки EIS надоштанд, талафоти соҳаи басомад ҳисоб нашудааст.

Ба додаҳои EIS-и омӯзишӣ %2 perturbation-и Gaussian татбиқ шудааст, ченкуниҳои EIS-и санҷишӣ тағйир дода нашудаанд. Ин раванд озмоиши нави физикӣ ба вуҷуд намеорад; танҳо ҳосилаҳои каме садодори спектрҳои мавҷударо дар омӯзиш истифода мебарад.

Стеки таҷрибавӣ чӣ гуна сохта шудааст?

Дар саҳифаи 23-и таҳқиқот Шакли 3 стеки ҳуҷайраи сӯзишвории PEM, даромад ва баромади гидроген ва ҳаво, даври сардкунӣ, системаи намноккунӣ, бори электронӣ ва компютери назоратиро нишон медиҳад.

Шароити носозӣ чӣ гуна эҷод шудааст?

Ҳар як шароити кор се маротиба такрор шудааст. Система аввал 1.800 сония дар ҳолати устувори муқаррарӣ кор карда, баъдан бо тағйир додани тағйирёбандаҳои идоракунӣ носозӣ тадриҷан ба вуҷуд оварда шудааст.

Намунаҳо чӣ гуна ҷудо карда шудаанд?

Даврҳои таҷрибавӣ пеш аз сохтани равзанаҳои лағжанда тақрибан бо таносуби 7:3 ба маҷмӯи омӯзиш ва санҷиш ҷудо шудаанд. Равзанаҳои ҳамсояе, ки аз як даври таҷрибавӣ меоянд, дар ҳамон зермаҷмӯъ нигоҳ дошта шудаанд. Ин равиш пешгирӣ мекунад, ки равзанаҳои замонии қариб якхелаи ҳамсоя ҳам ба маҷмӯи омӯзиш ва ҳам ба маҷмӯи санҷиш ворид шаванд.

Ин 10.785 равзана маънои 10.785 озмоиши мустақили физикиро надорад. Бисёр равзанаҳо аз бахшҳои пайдарпай ва қисман рӯйпӯшкунандаи ҳамон даврҳои таҷрибавӣ ҳосил шудаанд. Воҳиди мустақили таҷриба бештар даври таҷрибавӣ аст, на равзанаи вақт.

Бозсозии шиддат чиро нишон дод?

Дар саҳифаҳои 26 ва 27-и таҳқиқот Шакли 4 шиддати хомро бо шиддати аз муодилаҳои физикӣ бозсозишуда дар се бор ва се шароити носозӣ муқоиса мекунад. Каҷҳои бозсозишуда пастшавии умумии шиддатро аз наздик пайгирӣ карда, садоро бештар ҳамвор намудаанд.

Гузориш шудааст, ки шиддати бозсозишуда аномалияро ба ҳисоби миёна тақрибан 1 сония пештар аз шиддати хом муайян кардааст. Аммо дар озмоиши норасоии оксиген дар зичии пасти ҷараён, шиддати бозсозишуда аз шиддати хом 0,5 сония дертар аз ҳад гузаштааст. Муҳаққиқон инро бо камтар будани талаботи оксиген дар бори паст ва ҳамвортар будани каҷи бозсозишуда шарҳ медиҳанд.

Бозсозии EIS чиро нишон дод?

Дар саҳифаи 28-и таҳқиқот Шакли 5 каҷҳои ченшуда ва бозсозишудаи EIS-ро дар зичиҳои паст, миёна ва баланди ҷараён муқоиса мекунад. Модел шакли умумӣ ва тартиби бузургии камонҳои поляризатсияи чор ҳолатро гирифтааст.

Дар бори миёна мутобиқати минтақаҳои басомади паст ва миёна қавитар менамуд, дар ҳоле ки дар бори баланд баъзе номувофиқатҳои маҳаллӣ бештар шуданд. Бо вуҷуди ин, каҷҳои импеданси бозсозишудаи модел ҳамон самти умумии тағйирро бо каҷҳои ченшуда нигоҳ доштаанд.

Ин муқоиса танҳо дар нуқтаҳои камшумори ҳолати устувор, ки бо EIS-и воқеӣ мувофиқ шудаанд, анҷом дода шудааст. Барои ҳар сонияи гузариши носозӣ каҷи импеданси ченшуда вуҷуд надорад.

Муқовимати умумии поляризатсия ба носозиҳо чӣ гуна ҷавоб дод?

Дар саҳифаи 32-и таҳқиқот Шакли 7 каҷи \(R_{total}\)-ро, ки модел аз ҳар равзанаи шиддат баровардааст, дар се сатҳи бор нишон медиҳад.

• Дар хушкшавии мембрана: Муқовимат сусттар ва пайваста боло рафтааст.
• Дар ҷамъшавии об: Баландшавии нишебтаре дида шудааст, ки ба баста шудани роҳҳои интиқоли оксиген бо оби моеъ нисбат дода шудааст.
• Дар норасоии оксиген: Пас аз каҷравии ибтидоӣ афзоиши пайваста ба вуҷуд омадааст.

Бо зиёд шудани бор фарқҳои муқовимат байни ҳолатҳои носозӣ равшантар шудаанд. Хусусан ҷамъшавии об ва норасоии оксиген дар зичии баланди ҷараён тағйироти шадидтари импеданс ба вуҷуд овардаанд.

Модел чӣ қадар барвақт ҳушдор дод?

Дар сатри хушкшавии мембрана дар бори паст номувофиқии ададӣ мавҷуд аст. Аз ҳад гузаштани шиддати хом дар 1830,5 сония ва нишондиҳандаи \(R_{total}\) дар 1805,5 сония фарқи 25 сония ба вуҷуд меорад; аммо дар ҷадвал 15 сония навишта шудааст. Аз ин рӯ, вақти дақиқи ҳушдори барвақт дар он сатр тасдиқ карда намешавад.

Дар сатрҳои дигар фарқҳои гузоришшуда бо фарқи арифметикии байни вақти шиддати хом ва вақти \(R_{total}\) мувофиқанд.

Ҳушдори барвақти 38,5 сония чӣ маъно дорад?

Ин натиҷа маънои онро дорад, ки дар озмоиши назоратшавандаи ҷамъшавии об дар зичии баланди ҷараён каҷи \(R_{total}\)-и аз ҷониби модел баровардашуда аз ҳади худ 38,5 сония пеш аз ҳади аномалияе, ки барои шиддати хом муайян шудааст, гузаштааст.

Натиҷа маънои зеринро надорад:

• Маънои онро надорад, ки сенсори мустақил исбот кардааст, ки носозии воқеии физикии ҳуҷайраи сӯзишворӣ маҳз 38,5 сония пеш оғоз шудааст.
• Маънои онро надорад, ки ченкунии пайвастаи EIS 38,5 сония пеш ҳушдор додааст.
• Маънои онро надорад, ки дар ҳамаи ҳодисаҳои ҷамъшавии об ҳамон вақт ба даст меояд.
• Маънои онро надорад, ки ба ронанда ё системаи идоракунии автомобил мустақиман 38,5 сония вақти кафолатноки дахолат дода шудааст.

Вақти ҳушдори барвақт ба ҳаде, ки аз давраи муқаррарӣ ҳисоб шудааст, ҳамворкунии каҷ ва шарти дар болои ҳад мондан вобаста аст. Азбаски таҳқиқот ҷузъиёте чун равзанаи ҳамворкунӣ ва шумораи пайдарпайи убур аз ҳадро пурра надодааст, ин натиҷаро аз ҳамон додаҳо мустақилона дубора ҳисоб кардан мумкин нест.

Ҳолати ниҳон таснифотро чӣ қадар беҳтар кардааст?

Муҳаққиқон LS-PINN-ро, ки аз он ҳолати ниҳони камандоза бароварда мешавад, бо RV-PINN муқоиса кардаанд, ки ҳамон истихроҷкунандаи хусусият ва шохаҳои физикиро истифода мебарад, вале хусусиятҳои баландандозаро мустақим тасниф мекунад.

Дар саҳифаи 35-и таҳқиқот Шакли 8 нишон медиҳад, ки ҳангоми истифода нашудани ҳолати ниҳон махсусан байни ҷамъшавии об ва норасоии оксиген иштибоҳи бештар вуҷуд дорад.

Аммо таносубҳои синфӣ дар матни бахш ба арзишҳои матритсаи санҷишии мувозинатшудаи баъдтар додашуда мувофиқат мекунанд, на ба матритсаи аслии санҷишии Шакли 8. Дар Шакли 8 таносубҳои синфии LS-PINN тақрибан %98,6, %99,7, %98,1 ва %98,4 мебошанд, дар ҳоле ки дар матн %98,7, %99,5, %97,9 ва %98,4 навишта шудааст. Ин фарқи хурд нишон медиҳад, ки таносубҳои синфии ду маҷмӯи санҷишӣ шояд дар баён омехта шудаанд.

Озмоиши аблатсия кадом ҷузъҳоро муассир нишон дод?

Ҳар як модел бо даҳ оғози тасодуфии гуногун такрор шудааст. Графикҳои қуттии саҳифаи 37-и таҳқиқот нишон медиҳанд, ки бо илова шудани ҷузъҳо дақиқӣ пайваста боло рафтааст.

Гузариш аз шабакаи танҳо силсилаи вақт M3 ба M6-и пурраи дорои иттилои физикӣ 12,76 банди фоизӣ афзоиш додааст. Маҳдудияти импеданс танҳо нисбат ба маҳдудияти поляризатсия 1,70 банди фоизӣ дақиқии баландтар ҳосил кардааст. Вақте ду маҳдудият якҷоя истифода шуданд, натиҷа аз истифодаи ҷудогонаи ҳар яке баландтар буд.

Муқоиса бо моделҳои дигар

LS-PINN нисбат ба қавитарин модели муқоисавӣ V-ECM-Fusion дар санҷиши аслӣ 4,96 ва дар санҷиши мувозинатшуда 7,17 банди фоизӣ дақиқии бештар додааст.

Фарқи LS-PINN байни санҷиши аслӣ ва мувозинатшуда танҳо 0,05 банди фоизӣ аст. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки модел нисбат ба усулҳои дигар аз зиёд будани синфи муқаррарӣ камтар манфиат гирифтааст. Бо вуҷуди ин, маҷмӯи санҷишии мувозинатшуда тавассути зернамунагирии тасодуфӣ сохта шудааст; тағйирёбӣ байни интихоби гуногуни зернамунаҳо ҷудогона дода нашудааст.

Нуқтаҳои қавии таҳқиқот кадомҳоянд?

• Дар стеки воқеии ҳуҷайраи сӯзишвории PEM озмоиши назоратшаванда анҷом дода шудааст.
• Се сатҳи гуногуни бор ва се носозии маъмул санҷида шудаанд.
• Даврҳои таҷрибавӣ пеш аз равзанабандӣ ба омӯзиш ва санҷиш ҷудо шудаанд.
• Модел танҳо синфи носозиро ҳосил накардааст; бозсозии шиддат ва EIS-ро низ анҷом додааст.
• Ченкуниҳои EIS ҳамчун вуруди мустақими таснифоти санҷишӣ дода нашудаанд.
• Омӯзиши нимназоратӣ танҳо бо %20 тамға татбиқ шудааст.
• Моделҳои аблатсия бо даҳ оғози тасодуфӣ такрор шудаанд.
• Маҷмӯи санҷишии аслӣ ва синфҳояш мувозинатшуда ҷудогона арзёбӣ шудаанд.
• Тафсири физикии муқовимати умумии поляризатсия бо таҳлили DRT дастгирӣ шудааст.
• Таҳқиқот ошкоро эътироф мекунад, ки нишондиҳандаи пайвастаи муқовимат EIS-и ченшуда нест, балки ивазкунандаи моделӣ аст.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот кадомҳоянд?

• Натиҷаҳо ба як стеки лаборатории 10-ҳуҷайрагӣ тааллуқ доранд.
• Носозиҳо бо тағйироти назоратшавандаи ҳарорат, намӣ ва стехиометрияи ҳаво ба вуҷуд оварда шудаанд.
• Ларзиш, ҳарорати муҳит, шароити роҳ ва таъсири мутақобилаи системаи идоракунӣ дар автомобили воқеӣ санҷида нашудаанд.
• Носозиҳои якҷоя ё ҳамзамон арзёбӣ нашудаанд.
• Пиршавии стек ва таназзули дарозмуддати мавод ба модел дохил карда нашудаанд.
• EIS ҳангоми гузариши носозӣ пайваста чен нашудааст; танҳо дар ҳолатҳои устувор камшумор гирифта шудааст.
• Каҷи \(R_{total}\) ченкунии мустақим нест, балки тахмини моделӣ аз шиддат аст.
• Шумораи умумии равзанаҳои бо EIS-и камшумор мувофиқшуда гузориш нашудааст.
• Дарозии равзанаи вақт ва таносуби рӯйпӯшшавӣ нишон дода нашудааст.
• Қабатҳои ResTCN, шумораи филтрҳо, сарҳои диққат, воҳидҳои BiGRU ва андозаи ҳолати ниҳон шарҳ дода нашудаанд.
• Оптимизатор, суръати омӯзиш, андозаи batch ва шумораи epoch-ҳои омӯзиш ошкоро гузориш нашудаанд.
• Формулаи дақиқи ҳади аномалияи барвақт, равзанаи ҳамворкунӣ ва шарти пайвастагӣ дода нашудаанд.
• Дар сатри хушкшавии мембранаи бори пасти Ҷадвали 4 номувофиқии арифметикӣ мавҷуд аст.
• Таносубҳои синфии LS-PINN, ки дар ду бахши гуногун дода шудаанд, фарқҳои хурд нишон медиҳанд.
• Барои коди манбаъ, вазнҳои модел ва додаҳои хоми таҷрибавӣ пайванди дастрасии кушода дода нашудааст.
• Вақти хулосабарорӣ, истифодаи хотира ва арзиши кор дар воҳиди идоракунии автомобил чен нашудаанд.
• Сатҳи мусбати бардурӯғ ва манфии бардурӯғи ҳушдор дар озмоиши ҷудогонаи ҳушдори барвақт гузориш нашудааст.

Таҳқиқот чиро дастгирӣ мекунад?

• Онро дастгирӣ мекунад, ки омӯзиши ҳолати ниҳони дорои иттилои физикӣ, ки ба шиддат татбиқ мешавад, метавонад дар таснифоти носозии назоратшаванда натиҷаи қавӣ диҳад,
• Онро дастгирӣ мекунад, ки назорати камшумори EIS метавонад дар омӯзиши модели аз шиддат параметрҳои физикии импедансро бароранда истифода шавад,
• Онро дастгирӣ мекунад, ки маҳдудиятҳои поляризатсия ва импеданс метавонанд ҷудокунии синфҳоро нисбат ба хусусиятҳои танҳо силсилаи вақт беҳтар кунанд,
• Онро дастгирӣ мекунад, ки далели таҷрибавӣ-моделӣ вуҷуд дорад, ки муқовимати умумии поляризатсия дар баъзе носозиҳои тадриҷии идоракунии об метавонад пештар аз шиддати берунӣ тағйир ёбад,
• Онро дастгирӣ мекунад, ки намунаҳои бетамғаи шиддат метавонанд тавассути талафоти физикӣ дар омӯзиш истифода шаванд.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

• Исбот намекунад, ки дар ҳамаи ҳуҷайраҳои сӯзишвории PEM-и автомобилӣ %98,67 дақиқӣ ба даст меояд.
• Нишон намедиҳад, ки ҳар носозии ҷамъшавии об 38,5 сония пеш муайян карда мешавад.
• Исбот намекунад, ки каҷи \(R_{total}\) дар ҳар лаҳза бо муқовимати физикии дар вақти воқеӣ ченшуда яксон аст.
• Нишон намедиҳад, ки модел носозиҳои таркибиро ҷудо карда метавонад.
• Ҳамон натиҷаро дар стекҳои пиршуда ё сохторҳои гуногуни мембрана ва катализатор кафолат намедиҳад.
• Исбот намекунад, ки сатҳи ҳушдори бардурӯғ барои истифодаи воқеии автомобил қобили қабул аст.
• Нишон намедиҳад, ки модел метавонад дар сахтафзори дарунсохти дараҷаи автомобилӣ дар вақти воқеӣ кор кунад.
• Нишон намедиҳад, ки ҳадҳои дар таҳқиқот муайяншуда метавонанд мустақим ба стеки дигар интиқол дода шаванд.

Аз нуқтаи назари Туркия чӣ гуна арзёбӣ шавад?

Таҳқиқот додаҳои иҷтимоӣ ё минтақавии хоси як кишварро пешниҳод намекунад; он барои воситаҳои нақлиёти ҳуҷайраи сӯзишворӣ ва системаҳои энергетикии асосёфта ба гидроген усули умумии муҳандисӣ таҳия мекунад. Аз ин рӯ, натиҷаҳо барои марказҳои таҳқиқотӣ, истеҳсолкунандагони автомобил ва таҳиягарони технологияҳои энергетикии Туркия ҳамчун пешниҳоди усуле мебошанд, ки бояд санҷида шавад.

Барои арзёбии системаи монанд дар Туркия марҳилаҳои зерин заруранд:

• Ҷамъоварии додаҳо дар стекҳои маҳаллӣ ё тиҷоратии PEM бо қувва ва шумораи ҳуҷайраҳои гуногун,
• Санҷиши таъсири шароити иқлими гарм ва сард,
• Илова кардани пиршавии дарозмуддат ва даврҳои динамикии автомобил,
• Эҷоди носозиҳои якҷояи об, ҳаво ва ҳарорат,
• Собит кардани ҳадҳо дар даврҳои мустақили санҷишӣ,
• Чен кардани таъхир ва истифодаи захираҳои модел дар сахтафзори воқеии идоракунии автомобил,
• Арзёбии арзиши ҳушдори бардурӯғ ҳамроҳ бо стратегияҳои бехатарӣ,
• Тасдиқи нишондиҳандаи моделии \(R_{total}\) бо EIS-и онлайн ё зуд.

Дақиқии ададӣ ва вақтҳои ҳушдори барвақти таҳқиқот бе тасдиқи мустақил дар стекҳои нав набояд бевосита ҳамчун ҳади тарҳ ё бехатарӣ истифода шаванд.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии усул

Бозёфтҳои асосии миқдорӣ

Таҳқиқоти иловагӣ барои баланд бардоштани эътимоднокии натиҷаҳо

• Нашри додаҳои таҷрибавӣ ва коди манбаъ,
• Шарҳи равзанаи вақт ва ҳамаи гиперпараметрҳои шабака,
• Додани шумора ва тақсимоти мувофиқатҳои камшумори EIS,
• Гузориши пурраи алгоритми ҳад ва ҳамворкунӣ,
• Арзёбии кори ҳушдори барвақт ҳамроҳ бо сатҳи ҳушдори бардурӯғ,
• Анҷом додани тасдиқи берунӣ дар стекҳои гуногуни ҳуҷайраи сӯзишворӣ,
• Санҷиши каҷи \(R_{total}\) бо ченкуниҳои вақти воқеӣ ё зудтари EIS,
• Омӯзиши носозиҳои якҷоя ва шиддатҳои тағйирёбандаи носозӣ,
• Илова кардани пиршавӣ, лағжиши сенсор ва таъсирҳои халалрасони муҳити зист,
• Чен кардани вақти хулосабарорӣ ва истеъмоли энергия дар сахтафзори дарунсохт,
• Ҳисоб кардани фосилаҳои эътимод аз рӯи даврҳои мустақили таҷрибавӣ,
• Ислоҳ кардани арифметикаи ҳушдори барвақт дар Ҷадвали 4.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

• Номи аслии таҳқиқот: Physics-Informed Latent State Learning with Polarization and Impedance Constraints for Early Anomaly Identification and Fault Diagnosis of Automotive PEM Fuel Cells
• Муаллифон: Jiaming Zhang; Changqing Du; Fuwu Yan; Zhe Li; Mingyang Nie; Jing Zhu; Liangdong Li; Wenchao Zhu
• Тартиби муаллифон: Муаллифон дар боло бо тартиби матни таҳқиқот дода шудаанд.
• Саҳми баробар ё муаллифии якуми баробар: Изҳорот мавҷуд нест.
• Муаллифи масъул: Fuwu Yan
• Почтаи электронии муаллифи масъул: yanfw@whut.edu.cn
• Муассисаи якум: Hubei Key Laboratory of Advanced Technology for Automotive Components, Wuhan University of Technology, Wuhan, Чин
• Муассисаи дуюм: Foshan Xianhu Laboratory, Foshan, Чин
• Муассисаи сеюм: Nanyang Technological University, School of Mechanical and Aerospace Engineering, Сингапур
• Соли таҳқиқот: 2026
• Санаи дақиқи нашр: Дар саҳифаи унвон сана мавҷуд нест.
• Навъи манбаъ: Матни таҳқиқоти preprint, ки аз тақризи ҳамсолон нагузаштааст
• Платформаи нашр: SSRN
• DOI-и preprint: 10.2139/ssrn.7195879
• Сабти расмӣ:Саҳифаи расмии таҳқиқот дар SSRN
• Пайванди доимии DOI:10.2139/ssrn.7195879
• Маҷалла: Нашр шудан дар маҷаллаи тақризшуда тасдиқ нашудааст.
• Ҳолати тақриз: Дар ҳар саҳифаи таҳқиқот гуфта мешавад, ки он аз тақризи ҳамсолон нагузаштааст.
• Маблағгузорӣ: National Key R&D Program of China, 2022YFB4003703; Foshan Xianhu Laboratory of the Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory, XHRD2024-11233100-01
• Бархӯрди манфиатҳо: Дар матни баррасишуда изҳороти ҷудогонаи бархӯрди манфиатҳо мавҷуд нест.
• Дастрасии додаҳо: Барои додаҳои хоми таҷрибавӣ пайванди дастрасии кушода дода нашудааст.
• Код ва вазнҳои модел: Пайванди манбаи кушода дода нашудааст.

Мундариҷаи илмии ин мақолаи Verianla танҳо бар асоси матни таҳқиқоти боршуда, муодилаҳо, ҷадвалҳо, шароити таҷрибавӣ, схемаҳои меъморӣ, графикҳои импеданс, таҳлилҳои ҳушдори барвақт, натиҷаҳои аблатсия ва озмоишҳои муқоисавӣ омода шудааст. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии ҳувияти муаллифон, муассиса, DOI, платформа ва ҳолати нашр истифода шуда, аз манбаъҳои беруна бозёфти илмӣ илова нашудааст.

Ибораи таҳқиқот дар бораи “истифодаи шиддат ҳамчун ягона вуруди ташхис” барои марҳилаи хулосабарории онлайн дуруст аст. Ҳангоми омӯзиш зичии ҷараён ва дигар бузургиҳои корӣ ҳамчун шартҳои сарҳадӣ дар муодилаҳои физикӣ, ченкуниҳои камшумори EIS бошад ҳамчун назорати соҳаи басомад истифода шудаанд.

Каҷи пайвастаи \(R_{total}\) импеданси дар вақти воқеӣ ченшуда нест. Он ивазкунандаи физикии моделӣ мебошад, ки аз ҳолати ниҳони ҳар равзанаи шиддат тавассути шохаи харитасозии параметрҳои занҷири эквивалентӣ, ки бо ченкуниҳои камшумори EIS омӯзонида шудааст, бароварда мешавад. Бахши натиҷаҳои таҳқиқот низ ин маҳдудиятро эътироф мекунад.

Дар Ҷадвали 4 вақтҳои барои хушкшавии мембрана дар зичии пасти ҷараён додашуда бо арзиши ҳушдори барвақти “15 сония” аз ҷиҳати арифметикӣ мувофиқат намекунанд. Ҳамчунин, таносубҳои синфӣ дар матни баёни муқоисаи ҳолати ниҳон бештар ба матритсаи санҷишии мувозинатшуда мувофиқат мекунанд, на ба матритсаи аслии санҷишӣ дар ҳамон бахш. Ин нуқтаҳо бесадо ислоҳ нашудаанд.

Таҳқиқот аз тақризи ҳамсолон нагузаштааст. Азбаски бозёфтҳо бо як стеки лабораторӣ ва сенарияҳои назоратшавандаи носозӣ маҳдуданд, барои татбиқи воқеии автомобилӣ тасдиқи иловагӣ дар стекҳои мустақил, истифодаи дарозмуддати автомобил, халалҳои муҳити зист, пиршавӣ ва носозиҳои якҷоя зарур аст.