Avtomobillarda ishlatiladigan proton almashinish membranali yoqilg‘i elementlari tezlanish, sekinlashish va o‘zgaruvchan quvvat talabi sababli doimiy ravishda dinamik yuk sharoitlarida ishlaydi. Membrananing qurishi, hujayra ichida ortiqcha suv to‘planishi yoki katodga yetarli kislorod yetib bormasligi kabi nosozliklar dastlab yoqilg‘i elementi chiqish kuchlanishida faqat kichik o‘zgarishlar hosil qilishi mumkin. Bu zaif belgilar o‘lchash shovqini va normal ish tebranishlari ichida yo‘qolib ketishi mumkinligi sababli nosozlik ko‘pincha aniq kuchlanish pasayishi boshlanganidan keyingina seziladi.

Ushbu tadqiqotda tadqiqotchilar vaqt qatori ko‘rinishidagi kuchlanish o‘lchovlaridan yoqilg‘i elementining bevosita kuzatib bo‘lmaydigan ichki elektrokimyoviy holatini ifodalovchi past o‘lchamli “yashirin holat”ni o‘rganuvchi LS-PINN nomli fizika-ma’lumotli neyron tarmoqni ishlab chiqqan. Model kuchlanish ketma-ketliklarini qayta ishlovchi qoldiq ulanishli vaqtli konvolyutsion tarmoq, ko‘p boshli diqqat mexanizmi va ikki yo‘nalishli GRU qatlamini yoqilg‘i elementining polarizatsiya tenglamalari va ekvivalent zanjir impedans modeli bilan birlashtiradi.

Tajriba ishlari har biri 347 cm² faol maydonga ega 10 ta hujayradan iborat PEM yoqilg‘i elementi stekida bajarilgan. Normal ish, membrana qurishi, suv to‘planishi va kislorod yetishmovchiligi holatlari past, o‘rta va yuqori tok zichliklarida hosil qilingan. Kuchlanish 4 Hz namuna olish tezligi va 0,001 V aniqlikda qayd etilgan, impedans spektrlari esa 0,1 Hz dan 10 kHz gacha siyrak barqaror holat o‘lchovlari sifatida olingan.

Jami 10.785 ta vaqt oynasi yaratilgan va tajriba yugurishlari taxminan %70 o‘qitish, %30 test bo‘ladigan tarzda, oynalar yaratilishidan oldin ajratilgan. O‘qitish namunalarining faqat %20 qismidagi nosozlik yorlig‘i ishlatilgan; yorliqsiz namunalar fizik qayta tiklash va muvofiqlik yo‘qotishlariga hissa qo‘shgan.

To‘liq LS-PINN modeli asl test to‘plamida %98,67, sinflari muvozanatlangan test to‘plamida esa %98,62 aniqlikka erishgan. Eng yaxshi taqqoslash modeli V-ECM-Fusion ga nisbatan aniqlik o‘sishi mos ravishda 4,96 va 7,17 foiz punktini tashkil etgan. Fizik cheklovlarsiz vaqt qatori modelidan to‘liq modelga o‘tilganda aniqlik %85,91 dan %98,67 gacha ko‘tarilgan.

Model kuchlanishdan chiqargan umumiy polarizatsiya qarshiligi membrana qurishida tadqiqotda bildirilgan qiymatlarga ko‘ra 13,5–17 soniya, suv to‘planishida 29,5–38,5 soniya va kislorod yetishmovchiligida 1–1,5 soniya oldin anomaliya ko‘rsatkichini hosil qilgan. Biroq bu qarshilik uzluksiz o‘lchangan impedans qiymati emas; siyrak EIS o‘lchovlari bilan kalibrlangan neyron tarmoqning kuchlanishdan chiqargan fizik proksi ko‘rsatkichidir.

Tadqiqot umidli bo‘lsa-da, natijalar bitta laboratoriya steki, uchta yuk darajasi va nazorat ostida hosil qilingan uch xil nosozlik turi bilan cheklangan. Vaqt oynasi uzunligi, tarmoq qatlamlarining batafsil o‘lchamlari, chegara va silliqlash parametrlari hamda siyrak EIS mosliklarining soni to‘liq tushuntirilmagan. Uzoq muddatli transport vositasi sinovlari, qo‘shma nosozliklar, stek qarishi, sensor buzilishi va turli atrof-muhit sharoitlari hali baholanmagan.

PEM yoqilg‘i elementlarida erta nosozlikni aniqlash nega qiyin?

Proton almashinish membranali yoqilg‘i elementi elektrokimyoviy jarayonlar orqali elektr energiyasi ishlab chiqaradigan va avtomobil qo‘llanmalarida tez yuk o‘zgarishlariga javob berishi kerak bo‘lgan murakkab tizimdir. Hujayra kuchlanishini oson o‘lchash mumkin; biroq membrananing suv miqdori, elektrod yuzasidagi reaksiya faolligi, kislorod tashilishi va ichki qarshilik kabi jarayonlarni bevosita va uzluksiz o‘lchab bo‘lmaydi.

Boshlang‘ich bosqichdagi nosozliklar quyidagi sabablar tufayli tashqaridan sezilishi qiyin bo‘lgan belgilar hosil qilishi mumkin:

• Kuchlanish o‘zgarishining amplitudasi kichik bo‘lishi mumkin.
• Nosozlik belgisi yuk o‘zgarishlari keltirib chiqaradigan normal tebranishlarga o‘xshashi mumkin.
• O‘lchash shovqini kichik kuchlanish tendensiyalarini niqoblashi mumkin.
• Turli nosozliklar chiqish kuchlanishida bir-biriga o‘xshash pasayishlar hosil qilishi mumkin.
• Ichki elektrokimyoviy o‘zgarish bilan tashqi kuchlanish javobi o‘rtasida vaqt farqi bo‘lishi mumkin.

Shuning uchun faqat “kuchlanish ma’lum qiymatdan pastga tushganda signal ber” yondashuvi ichki jarayonda ancha oldin boshlangan buzilishni o‘tkazib yuborishi mumkin. Tadqiqotning asosiy maqsadi kuchlanish hali ochiq nosozlik belgisini ko‘rsatmasdan oldin ichki qarshilik va massa almashinuvi bilan bog‘liq o‘zgarishlarni model orqali yuzaga chiqarishdir.

Tadqiqotda qaysi nosozliklar o‘rganilgan?

Tadqiqotchilar normal ishlashga qo‘shimcha ravishda uchta asosiy nosozlik holatini hosil qilgan:

Membrana qurishi

Membrana va katalizator qatlamidagi suv miqdori kamayganda proton o‘tkazuvchanligi zaiflashishi mumkin. Tadqiqotda bu holat nisbiy namlikni %0 gacha tushirish va stek haroratini normal holatga nisbatan oshirish orqali hosil qilingan. Qurish nosozligi ichki qarshilik va reaksiya polarizatsiyasida sekinroq to‘planadigan o‘zgarish hosil qilishi kutiladi.

Suv to‘planishi

Yoqilg‘i elementi ichida suyuq suv to‘planishi kislorodning g‘ovak qatlamlardan katalizator yuzasiga tashilishini to‘sishi mumkin. Tadqiqotda suv to‘planishi pastroq stek harorati va %70 nisbiy namlik sharoiti bilan hosil qilingan. Bu nosozlik ayniqsa yuqori yukda kislorod massa almashinuvi qarshiligini tez oshirishi bildirilgan.

Kislorod yetishmovchiligi

Katodga yuboriladigan havo miqdorini kamaytirish kislorod konsentratsiyasi va cheklovchi tok quvvatini pasaytiradi. Tadqiqotda kislorod yetishmovchiligi havo stexiometrik nisbatini normal qiymatdan pastga tushirish orqali hosil qilingan. Bu nosozlik keskinroq rivojlangani sababli ichki mexanizm ko‘rsatkichi bilan tashqi kuchlanish javobi orasidagi vaqt farqi boshqa nosozliklarga qaraganda qisqaroq aniqlangan.

Tadqiqotning asosiy yondashuvi nima?

Modelning onlayn diagnostika kirishi yoqilg‘i elementi stekining kuchlanish vaqt qatoridir. Tadqiqotchilar kuchlanishdan ikki kanal hosil qilgan:

1. Xom kuchlanish ketma-ketligi,
2. Kuchlanishning birinchi tartibli farqi.

s-raqamli namunaning xom kuchlanish ketma-ketligi quyidagicha ifodalanadi:

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

Kuchlanish farqi ketma-ketligi quyidagicha:

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

Ikki kanal birlashtirilganda model kirishi hosil bo‘ladi:

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

• \(T\): Vaqt oynasidagi namuna soni.
• \(v_t\): t onidagi stek kuchlanishi.
• \(\Delta v_t\): Ketma-ket ikkita kuchlanish o‘lchovi orasidagi o‘zgarish.

Birinchi farq kanali kuchlanishning mutlaq qiymatidan oldinroq paydo bo‘lishi mumkin bo‘lgan mahalliy qiyalik o‘zgarishlari va keskin o‘tishlarni ushlashni maqsad qiladi.

“Faqat kuchlanish ishlatadigan model” iborasi qanday tushunilishi kerak?

Modelning transport vositasida ishlaydigan diagnostika va tasniflash tarmog‘i kuchlanishdan kelib chiqadi. Biroq modelni ishlab chiqish bosqichi butunlay kuchlanishdan iborat emas:

• Tok zichligi va zarur ish kattaliklari polarizatsiya tenglamalarining chegara shartlari sifatida ishlatilgan.
• Siyrak EIS o‘lchovlari impedansni qayta tiklash tarmog‘ini o‘qitish uchun ishlatilgan.
• Nosozlik yorliqlari o‘qitish namunalarining %20 qismida tasniflash nazoratini ta’minlagan.

Shuning uchun “kuchlanish yagona kirishdir” iborasi modelning onlayn diagnostika kuzatuvini ta’riflaydi. U modelning o‘rganish jarayonida ishlatilgan barcha axborot manbalarini ta’riflamaydi. EIS talabi inferensiya vaqtida yo‘qolsa-da, fizik impedans moslashtirishi oldindan o‘lchangan EIS ma’lumotlari bilan o‘rganiladi.

Xususiyat ajratish tarmog‘i qanday ishlaydi?

Tadqiqotning 8-sahifasidagi 1-shakl LS-PINN ish oqimini uch asosiy bo‘limda ko‘rsatadi: xususiyat ajratish, fizika-ma’lumotli cheklovlar va nosozlik diagnostikasi.

Qoldiq ulanishli vaqtli konvolyutsion tarmoq

ResTCN moduli kuchlanish ketma-ketligidagi qisqa va o‘rta miqyosli mahalliy naqshlarni ajratadi. Qoldiq ulanish tuzilmasi quyidagi munosabat bilan ko‘rsatiladi:

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

• \(H_{l-1}\): Oldingi qatlam xususiyatlari.
• \(\mathcal{F}_{TCN}\): Vaqtli konvolyutsiya bloki o‘rgangan transformatsiya.
• \(\mathcal{P}\): O‘lcham moslashtirish yoki identiklik ulanishi.
• \(\sigma\): Faollashtirish funksiyasi.

Tadqiqotda, shuningdek, konvolyutsion xususiyat ajratish jarayoniga Squeeze-and-Excitation kanal vaznlash moduli qo‘shilgani aytiladi. Biroq SE modulining qatlam o‘lchamlari va qisqartirish nisbati berilmagan.

Ko‘p boshli o‘z-o‘ziga diqqat

Ko‘p boshli o‘z-o‘ziga diqqat mexanizmi vaqt ketma-ketligining bir-biridan uzoq bo‘limlari orasidagi munosabatlarni o‘rganishga harakat qiladi. Shu tariqa ma’lum bir onda kuzatilgan kichik kuchlanish og‘ishi oldingi ish xatti-harakati bilan birga baholanishi mumkin.

Ikki yo‘nalishli GRU

BiGRU joriy kuzatuv oynasini ikki yo‘nalishda qayta ishlab, vaqt bo‘yicha kontekstni birlashtiradi:

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

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

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

Bu yerda orqaga yo‘nalgan qayta ishlash majburiy ravishda transport vositasining haqiqiy kelajak ma’lumotlaridan foydalanish degani emas. Model ayni vaqtda to‘liq mavjud bo‘lgan vaqt oynasini teskari yo‘nalishda ham qayta ishlaydi. Biroq tadqiqotda oynaning uzunligi va maqsad vaqtning oyna ichidagi aniq joylashuvi berilmagan.

Yashirin holat nimani ifodalaydi?

Xususiyat ajratish tarmog‘ining yuqori o‘lchamli chiqishi kichikroq vektorga siqiladi:

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

• \(r^{(s)}\): Vaqt ketma-ketligidan ajratilgan xususiyat ifodasi.
• \(z_{raw}^{(s)}\): Boshlang‘ich yashirin holat.
• \(d_z\): Yashirin fazoning o‘lchami.

Bu yashirin holat bevosita o‘lchangan fizik o‘zgaruvchi emas. Bu neyron tarmoqning kuchlanishdagi umumiy naqshlardan yaratgan past o‘lchamli ifodasidir. Tadqiqotchilar bu ifoda nafaqat sinflarni ajratishini, balki yoqilg‘i elementining fizik tenglamalariga mos parametrlar ishlab chiqarishini ham majburiy qilgan.

Vaqt sohasidagi fizik cheklov qanday qurilgan?

Yashirin holatdan uchta vaqt sohasi parametri chiqariladi:

• Almashinish tok zichligi \(i_0\),
• Polarizatsiya tarmog‘ining omik qarshiligi \(R_{\Omega,pol}\),
• Samarali massa almashinuvi parametri \(k_{mt}\).

Yoqilg‘i elementi kuchlanishi uch asosiy polarizatsiya yo‘qotishi orqali qayta tiklanadi:

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

• \(E_{rev}\): Qaytar nazariy kuchlanish.
• \(\eta_{act}\): Elektrod reaksiyalarining faollashuv yo‘qotishi.
• \(\eta_{ohm}\): Membrana, kontakt va o‘tkazuvchanlikdan kelib chiqadigan omik yo‘qotish.
• \(\eta_{conc}\): Reaktant tashilishidagi cheklovlardan kelib chiqadigan konsentratsiya yo‘qotishi.

Faollashuv ortiqcha potensiali Butler–Volmer yondashuvining simmetrik shakli bilan modellashtirilgan:

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

• \(R_g\): Gaz doimiysi.
• \(\Theta\): Mutlaq harorat.
• \(\alpha\): Zaryad almashinuvi koeffitsiyenti.
• \(F\): Faradey doimiysi.
• \(i\): Ish tok zichligi.

Omik yo‘qotish quyidagicha ifodalanadi:

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

Cheklovchi tok zichligi va konsentratsiya yo‘qotishi uchun ishlatilgan munosabatlar quyidagicha:

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

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

• \(n_e\): Elektron almashinuvi soni.
• \(c_{O_2}\): Kislorodning xarakterli konsentratsiyasi.
• \(i_L\): Cheklovchi tok zichligi.

Qayta tiklangan kuchlanish oynaning o‘rtacha xom kuchlanishi bilan taqqoslanadi. Shuningdek, \(i/i_L\) nisbatining fizik jihatdan noo‘rin chegaraga yaqinlashishini oldini oluvchi alohida yo‘qotish hadi ishlatiladi.

Chastota sohasidagi impedans cheklovi qanday qurilgan?

Yashirin holatdan ikkinchi fizik parametrlar guruhi chiqariladi:

• Ekvivalent zanjir omik qarshiligi \(R_{\Omega,ecm}\),
• Ikki polarizatsiya tarmog‘ining qarshiliklari \(R_1\) va \(R_2\),
• Doimiy faza elementi kattaliklari \(Q_1\) va \(Q_2\),
• Doimiy faza ko‘rsatkichlari \(\kappa_1\) va \(\kappa_2\).

Ikkinchi tartibli doimiy faza elementli ekvivalent zanjir modeli quyidagicha ifodalanadi:

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

• \(\widehat{Z}(\omega)\): Qayta tiklangan kompleks impedans.
• \(\omega\): Burchak chastotasi.
• \(j\): Mavhum birlik.
• \(R_b,Q_b,\kappa_b\): b-raqamli polarizatsiya tarmog‘ining parametrlari.

Ikki tarmoqning o‘rin almashishini oldini olish uchun xarakterli relaksatsiya vaqtları tartiblanadi:

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

Tadqiqotning DRT bilan qo‘llab-quvvatlangan talqiniga ko‘ra:

• \(R_1\): Qisqaroq vaqt masshtabidagi, asosan elektrod interfeysi va zaryad almashinuvi bilan bog‘liq samarali polarizatsiya qarshiligi.
• \(R_2\): Uzoqroq vaqt masshtabidagi, asosan kislorod massa almashinuvi bilan bog‘liq samarali polarizatsiya qarshiligi.

Tadqiqotchilar bu moslashtirish mutlaq emasligini alohida ta’kidlaydi. Ikki qarshilik bir nechta fizik jarayonlarni birgalikda o‘z ichiga oluvchi yig‘ma samarali parametrlar hisoblanadi.

Umumiy polarizatsiya qarshiligi qanday ta’riflangan?

Modelning erta anomaliya ko‘rsatkichi ikki polarizatsiya tarmog‘ining yig‘indisidir:

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

Omik qarshilik bu yig‘indiga qo‘shilmagan. Buning sababi omik qarshilik impedans egri chizig‘ining yuqori chastotali kesishishini belgilashi; polarizatsiya yoylarining diametrini ifodalamasligidir.

\(R_{total}\) interfeys reaksiya qarshiligi bilan kislorod tashish qarshiligining birgalikdagi o‘zgarishini ifodalovchi modelga asoslangan ko‘rsatkichdir. Bu real vaqt rejimida o‘lchanadigan sensor qiymati emas.

Vaqt va chastota sohalari qanday bog‘langan?

Vaqt sohasi va chastota sohasi tarmoqlari omik qarshilikni bir-biridan mustaqil ravishda taxmin qiladi. Ikki taxminning mutlaqo qarama-qarshi natija berishini oldini olish uchun normallashtirilgan muvofiqlik yo‘qotishi ishlatilgan:

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

Bu cheklov ikki fizik modelni aynan bir xil qarshilik qiymatini ishlab chiqarishga majbur qilmaydi; biroq umumiy yashirin holatdan fizik jihatdan zid natijalar chiqishini cheklaydi.

Fizik ma’lumotlar tasniflashga qanday uzatilgan?

Fizik parametrlar faqat o‘qitish yo‘qotishi sifatida ishlatilmagan, balki yashirin holatning yakuniy shakliga to‘g‘ridan-to‘g‘ri qo‘shilgan:

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

• \(P^{(s)}\): Model chiqargan vaqt va chastota sohasi parametrlari.
• \(g_{phy}\): Fizik parametrlardan mexanizm ifodasini ajratadi.
• \(\psi\): Xom yashirin holat bilan fizik ifodani birlashtiradi.
• \(z^{(s)}\): Fizik jihatdan tuzatilgan yakuniy yashirin holat.

Nosozlik sinfi shu yakuniy ifodadan hisoblanadi:

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

Umumiy o‘qitish yo‘qotishi qaysi tarkibiy qismlardan iborat?

Model quyidagi birlashgan maqsad funksiyasi bilan o‘qitilgan:

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

Tasniflash tarmog‘ida qiyin namunalarga ko‘proq og‘irlik beruvchi fokuslangan kross-entropiya yo‘qotishi va yorliq silliqlash ishlatilgan. Yo‘qotish og‘irliklari validatsiya to‘plami ko‘rsatkichlariga asoslangan Bayes optimallashtirishi bilan tanlangan.

Yarim nazoratli o‘qitish qanday qo‘llangan?

O‘qitish to‘plamidagi namunalarning faqat %20 qismida nosozlik yorlig‘i saqlangan. Qolgan namunalar tasniflash yo‘qotishiga bevosita qo‘shilmagan; biroq quyidagi fizik vazifalarda ishlatilishda davom etgan:

• Kuchlanishni qayta tiklash,
• Omik qarshilik muvofiqligi,
• Parametrlarni regulyarizatsiya qilish,
• Cheklovchi tok cheklovi.

Faqat haqiqiy EIS bilan moslashtirilgan siyrak kuchlanish oynalari impedansni qayta tiklash yo‘qotishiga hissa qo‘shgan. EIS mavjud bo‘lmagan oynalar uchun chastota sohasi yo‘qotishi hisoblanmagan.

O‘qitish EIS ma’lumotlariga %2 Gauss perturbatsiyasi qo‘llangan, test EIS o‘lchovlari o‘zgartirilmagan. Bu jarayon yangi fizik tajriba hosil qilmaydi; faqat mavjud spektrlarning kichik shovqinli hosilalarini o‘qitishda ishlatadi.

Tajriba steki qanday qurilgan?

Tadqiqotning 23-sahifasidagi 3-shakl PEM yoqilg‘i elementi stekini, vodorod va havo kirish-chiqishlarini, sovitish konturini, namlantirish tizimini, elektron yukni va monitoring kompyuterini ko‘rsatadi.

Nosozlik sharoitlari qanday hosil qilingan?

Har bir ish sharoiti uch marta takrorlangan. Tizim avval 1.800 soniya barqaror normal holatda ishlatilgan, keyin boshqaruv o‘zgaruvchilari o‘zgartirilib nosozlik bosqichma-bosqich hosil qilingan.

Namunalar qanday ajratilgan?

Tajriba yugurishlari siljiydigan oynalar yaratilishidan oldin taxminan 7:3 nisbatda o‘qitish va test to‘plamlariga ajratilgan. Ayni tajriba yugurishidan kelgan qo‘shni oynalar ayni quyi to‘plamda saqlangan. Bu yondashuv deyarli bir xil qo‘shni vaqt oynalarining ham o‘qitish, ham test to‘plamiga tushib qolishining oldini oladi.

Bu 10.785 ta oyna 10.785 ta mustaqil fizik tajriba degani emas. Ko‘plab oynalar ayni tajriba yugurishlarining ketma-ket va qisman ustma-ust tushuvchi bo‘limlaridan hosil qilingan. Mustaqil tajriba birligi vaqt oynasidan ko‘ra tajriba yugurishidir.

Kuchlanishni qayta tiklash nimani ko‘rsatgan?

Tadqiqotning 26 va 27-sahifalaridagi 4-shakl uchta yuk va uchta nosozlik sharoitida xom kuchlanish bilan fizik tenglamalardan qayta tiklangan kuchlanishni taqqoslaydi. Qayta tiklangan egri chiziqlar umumiy kuchlanish pasayishlarini yaqindan kuzatgan va shovqinni ko‘proq silliqlagan.

Qayta tiklangan kuchlanish anomaliyani xom kuchlanishga qaraganda o‘rtacha taxminan 1 soniya oldin aniqlagani bildirilgan. Past tok zichligidagi kislorod yetishmovchiligi tajribasida esa qayta tiklangan kuchlanish xom kuchlanishdan 0,5 soniya keyin chegaradan o‘tgan. Tadqiqotchilar buni past yukda kislorod talabi kamroq bo‘lishi va qayta tiklangan egri chiziqning silliqroq bo‘lishi bilan izohlaydi.

EIS ni qayta tiklash nimani ko‘rsatgan?

Tadqiqotning 28-sahifasidagi 5-shakl o‘lchangan va qayta tiklangan EIS egri chiziqlarini past, o‘rta va yuqori tok zichliklarida taqqoslaydi. Model to‘rtta holatning polarizatsiya yoylarining umumiy shakli va kattalik tartibini ushlagan.

O‘rta yukda past va o‘rta chastota hududlarining mosligi kuchliroq ko‘ringan, yuqori yukda esa ayrim mahalliy nomuvofiqliklar ortgan. Shunga qaramay, model qayta tiklagan impedans egri chiziqlari o‘lchangan egri chiziqlar bilan bir xil umumiy o‘zgarish yo‘nalishini saqlagan.

Bu taqqoslash faqat haqiqiy EIS bilan moslashtirilgan siyrak barqaror holat nuqtalarida bajarilgan. Nosozlik o‘tishining har soniyasida o‘lchangan impedans egri chizig‘i mavjud emas.

Umumiy polarizatsiya qarshiligi nosozliklarga qanday javob bergan?

Tadqiqotning 32-sahifasidagi 7-shakl modelning har bir kuchlanish oynasidan chiqargan \(R_{total}\) egri chizig‘ini uch yuk darajasida ko‘rsatadi.

• Membrana qurishida: Qarshilik sekinroq va uzluksiz tarzda oshgan.
• Suv to‘planishida: Kislorod tashish yo‘llarining suyuq suv bilan to‘silishiga bog‘langan tikroq ko‘tarilish kuzatilgan.
• Kislorod yetishmovchiligida: Boshlang‘ich og‘ishni kuzatgan uzluksiz o‘sish yuzaga kelgan.

Yuk oshgan sari nosozlik holatlari orasidagi qarshilik farqlari aniqroq bo‘lgan. Ayniqsa suv to‘planishi va kislorod yetishmovchiligi yuqori tok zichligida keskinroq impedans o‘zgarishlarini hosil qilgan.

Model qanchalik erta ogohlantirgan?

Past yukdagi membrana qurishi qatorida sonli nomuvofiqlik mavjud. Xom kuchlanishning 1830,5 soniyada, \(R_{total}\) ko‘rsatkichining esa 1805,5 soniyada chegaradan o‘tishi 25 soniya farq hosil qiladi; biroq jadvalda 15 soniya deb yozilgan. Shu sababli o‘sha qatordagi aniq erta ogohlantirish vaqtini tasdiqlab bo‘lmaydi.

Boshqa qatorlarda bildirilgan farqlar xom kuchlanish vaqti bilan \(R_{total}\) vaqti orasidagi arifmetik farqqa mos keladi.

38,5 soniyalik erta ogohlantirish nimani anglatadi?

Bu natija modelning yuqori tok zichligidagi nazoratli suv to‘planishi tajribasida chiqargan \(R_{total}\) egri chizig‘i xom kuchlanish uchun belgilangan anomaliya chegarasidan 38,5 soniya oldin o‘z chegarasidan o‘tganini anglatadi.

Natija quyidagilarni anglatmaydi:

• Yoqilg‘i elementidagi haqiqiy fizik nosozlik aynan 38,5 soniya oldin boshlanganini mustaqil sensor isbotlaganini anglatmaydi.
• Uzluksiz EIS o‘lchovi 38,5 soniya oldin signal berganini anglatmaydi.
• Barcha suv to‘planishi hodisalarida ayni vaqt olinadi degani emas.
• Transport vositasi haydovchisi yoki boshqaruv tizimiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri 38,5 soniyalik kafolatlangan aralashuv vaqti berilganini anglatmaydi.

Erta ogohlantirish vaqti normal davrdan hisoblangan chegara, egri chiziqni silliqlash va chegara ustida qolish shartiga bog‘liq. Tadqiqot silliqlash oynasi va ketma-ket chegaradan oshish soni kabi tafsilotlarni to‘liq bermagani uchun bu natijani ayni ma’lumotdan mustaqil ravishda qayta hisoblab bo‘lmaydi.

Yashirin holat tasniflashni qanchalik yaxshilagan?

Tadqiqotchilar past o‘lchamli yashirin holat olinadigan LS-PINN ni ayni xususiyat ajratuvchi va fizik tarmoqlarni ishlatib, yuqori o‘lchamli xususiyatlarni bevosita tasniflaydigan RV-PINN bilan taqqoslagan.

Tadqiqotning 35-sahifasidagi 8-shakl yashirin holat ishlatilmaganda, ayniqsa suv to‘planishi va kislorod yetishmovchiligi orasida ko‘proq chalkashlik bo‘lganini ko‘rsatadi.

Biroq bo‘lim matnidagi sinf bo‘yicha nisbatlar 8-shakldagi asl test matritsasi o‘rniga keyinroq berilgan muvozanatlangan test matritsasidagi qiymatlarga mos keladi. 8-shaklda LS-PINN sinf nisbatlari taxminan %98,6, %99,7, %98,1 va %98,4 bo‘lsa, matnda %98,7, %99,5, %97,9 va %98,4 deb yozilgan. Bu kichik farq ikki test to‘plamining sinf nisbatlari bayonda aralashtirilgan bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Ablatsiya tajribasi qaysi komponentlar samarali ekanini ko‘rsatgan?

Har bir model o‘nta turli tasodifiy boshlanish bilan takrorlangan. Tadqiqotning 37-sahifasidagi quti grafiklari komponentlar qo‘shilgani sari aniqlik muntazam oshganini ko‘rsatadi.

Faqat vaqt qatori tarmog‘i M3 dan to‘liq fizika-ma’lumotli M6 ga o‘tish 12,76 foiz punktlik o‘sish bergan. Impedans cheklovi yakka holda polarizatsiya cheklovidan 1,70 foiz punkt yuqori aniqlik hosil qilgan. Ikki cheklov birgalikda ishlatilganda ularning alohida qo‘llanishlaridan yuqori natija olingan.

Boshqa modellar bilan taqqoslash

LS-PINN eng kuchli taqqoslash modeli V-ECM-Fusion dan asl testda 4,96, muvozanatlangan testda 7,17 foiz punkt yuqori aniqlik bergan.

LS-PINN ning asl va muvozanatlangan test orasidagi farqi atigi 0,05 foiz punkt. Bu natija model normal sinfning ortiqcha bo‘lishidan boshqa usullarga qaraganda kamroq foydalanganini ko‘rsatadi. Biroq muvozanatlangan test to‘plami tasodifiy quyi namunalash orqali yaratilgan; turli quyi namuna tanlovlaridagi o‘zgaruvchanlik alohida berilmagan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari nimalar?

• Haqiqiy PEM yoqilg‘i elementi stekida nazoratli tajriba bajarilgan.
• Uch xil yuk darajasi va uchta tipik nosozlik sinovdan o‘tkazilgan.
• Tajriba yugurishlari oynalashdan oldin o‘qitish va test sifatida ajratilgan.
• Model faqat nosozlik sinfini chiqarmagan; kuchlanish va EIS qayta tiklashlarini ham bajargan.
• EIS o‘lchovlari test tasniflashiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri kirish sifatida berilmagan.
• Faqat %20 yorliq bilan yarim nazoratli o‘qitish qo‘llangan.
• Ablatsiya modellari o‘nta tasodifiy boshlanish bilan takrorlangan.
• Asl va sinf muvozanatlangan test to‘plamlari alohida baholangan.
• Umumiy polarizatsiya qarshiligining fizik talqini DRT tahlili bilan qo‘llab-quvvatlangan.
• Tadqiqot uzluksiz qarshilik ko‘rsatkichi o‘lchangan EIS emas, modelga asoslangan proksi ekanini ochiq tan oladi.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari nimalar?

• Natijalar bitta 10 hujayrali laboratoriya stekiga tegishli.
• Nosozliklar nazorat qilinadigan harorat, namlik va havo stexiometriyasi o‘zgarishlari bilan hosil qilingan.
• Haqiqiy transport vositasidagi tebranish, atrof-muhit harorati, yo‘l sharoiti va boshqaruv tizimi o‘zaro ta’sirlari sinovdan o‘tkazilmagan.
• Qo‘shma yoki bir vaqtdagi nosozliklar baholanmagan.
• Stek qarishi va uzoq muddatli material degradatsiyasi modelga kiritilmagan.
• EIS nosozlik o‘tishi vaqtida uzluksiz o‘lchanmagan; faqat barqaror holatlarda siyrak olingan.
• \(R_{total}\) egri chizig‘i bevosita o‘lchov emas, kuchlanishdan chiqarilgan model taxminidir.
• Siyrak EIS bilan moslashtirilgan jami oyna soni bildirilmagan.
• Vaqt oynasi uzunligi va ustma-ust tushish nisbati ko‘rsatilmagan.
• ResTCN qatlamlari, filtrlar soni, diqqat boshlari, BiGRU birliklari va yashirin holat o‘lchami tushuntirilmagan.
• Optimizator, o‘rganish tezligi, batch hajmi va o‘qitish epoch soni aniq hisobot qilinmagan.
• Erta anomaliya chegarasining to‘liq formulasi, silliqlash oynasi va uzluksizlik sharti berilmagan.
• 4-jadvalning past yukdagi membrana qurishi qatorida arifmetik nomuvofiqlik mavjud.
• Ikki xil bo‘limda berilgan sinf bo‘yicha LS-PINN nisbatlari kichik farqlar ko‘rsatadi.
• Manba kodi, model og‘irliklari va xom eksperimental ma’lumotlar uchun ochiq kirish havolasi berilmagan.
• Inferensiya vaqti, xotira ishlatilishi va avtomobil boshqaruv blokida ishlash xarajati o‘lchanmagan.
• Signalning yolg‘on musbat va yolg‘on manfiy darajasi alohida erta ogohlantirish tajribasi bilan hisobot qilinmagan.

Tadqiqot nimani qo‘llab-quvvatlaydi?

• Kuchlanishga qo‘llangan fizika-ma’lumotli yashirin holat o‘rganishi nazoratli nosozlik tasniflashida kuchli natija bera olishini,
• Siyrak EIS nazoratidan kuchlanishdan fizik impedans parametrlarini chiqaruvchi modelni o‘qitishda foydalanish mumkinligini,
• Polarizatsiya va impedans cheklovlari faqat vaqt qatori xususiyatlariga nisbatan sinflarni ajratishni yaxshilashi mumkinligini,
• Umumiy polarizatsiya qarshiligi ayrim bosqichma-bosqich suv boshqaruvi nosozliklarida tashqi kuchlanishdan oldinroq o‘zgarishi mumkinligiga doir eksperimental-model asosidagi dalil mavjudligini,
• Yorliqsiz kuchlanish namunalaridan fizik yo‘qotishlar orqali o‘qitishda foydalanish mumkinligini qo‘llab-quvvatlaydi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• Barcha avtomobil PEM yoqilg‘i elementlarida %98,67 aniqlikka erishilishini isbotlamaydi.
• Har bir suv to‘planishi nosozligi 38,5 soniya oldin aniqlanishini ko‘rsatmaydi.
• \(R_{total}\) egri chizig‘i real vaqt rejimida o‘lchangan fizik qarshilik bilan har onda bir xil ekanini isbotlamaydi.
• Model qo‘shma nosozliklarni ajrata olishini ko‘rsatmaydi.
• Qarigan steklarda yoki turli membrana va katalizator tuzilmalarida ayni natijani kafolatlamaydi.
• Yolg‘on signal darajasi haqiqiy transport vositasidan foydalanish uchun maqbul ekanini isbotlamaydi.
• Model avtomobil darajasidagi o‘rnatilgan apparatda real vaqt rejimida ishlay olishini ko‘rsatmaydi.
• Tadqiqotda aniqlangan chegaralar boshqa stekka to‘g‘ridan-to‘g‘ri ko‘chirilishi mumkinligini ko‘rsatmaydi.

Turkiya nuqtai nazaridan qanday baholanishi kerak?

Tadqiqot muayyan mamlakatga xos ijtimoiy yoki hududiy ma’lumot bermaydi; yoqilg‘i elementli transport vositalari va vodorodga asoslangan energiya tizimlari uchun umumiy muhandislik usulini ishlab chiqadi. Shu sababli natijalar Turkiyadagi tadqiqot markazlari, avtomobil ishlab chiqaruvchilari va energiya texnologiyasi ishlab chiquvchilari uchun sinab ko‘rish mumkin bo‘lgan usul taklifi xususiyatiga ega.

Turkiyada o‘xshash tizimni baholash uchun quyidagi bosqichlar zarur:

• Turli quvvat va hujayra soniga ega mahalliy yoki tijoriy PEM steklarida ma’lumot to‘plash,
• Issiq va sovuq iqlim sharoitlarining ta’sirini sinash,
• Uzoq muddatli qarish va dinamik transport vositasi sikllarini qo‘shish,
• Qo‘shma suv, havo va harorat nosozliklarini hosil qilish,
• Chegaralarni mustaqil test yugurishlarida belgilab qo‘yish,
• Modelning haqiqiy transport vositasi boshqaruv apparatidagi kechikish va resurs sarfini o‘lchash,
• Yolg‘on signal xarajatini xavfsizlik strategiyalari bilan birgalikda baholash,
• Onlayn yoki tez EIS bilan modelga asoslangan \(R_{total}\) ko‘rsatkichini tasdiqlash.

Tadqiqotdagi sonli aniqlik va erta ogohlantirish muddatlarini yangi steklar ustida mustaqil validatsiya qilmasdan to‘g‘ridan-to‘g‘ri dizayn yoki xavfsizlik chegarasi sifatida ishlatib bo‘lmaydi.

Tadqiqot usuli va natijalari

Texnik usul xulosasi

Asosiy miqdoriy topilmalar

Natijalar ishonchliligini oshiradigan qo‘shimcha tadqiqotlar

• Eksperimental ma’lumotlar va manba kodini nashr qilish,
• Vaqt oynasi va barcha tarmoq giperparametrlarini tushuntirish,
• Siyrak EIS mosliklarining soni va taqsimotini berish,
• Chegara va silliqlash algoritmini to‘liq hisobot qilish,
• Erta ogohlantirish ko‘rsatkichini yolg‘on signal darajasi bilan birga baholash,
• Turli yoqilg‘i elementi steklarida tashqi validatsiya qilish,
• Real vaqt yoki tez-tez EIS o‘lchovlari bilan \(R_{total}\) egri chizig‘ini sinash,
• Qo‘shma nosozliklar va o‘zgaruvchi nosozlik og‘irliklarini o‘rganish,
• Qarish, sensor siljishi va atrof-muhit buzuvchi ta’sirlarini qo‘shish,
• O‘rnatilgan apparatda inferensiya vaqti va energiya sarfini o‘lchash,
• Mustaqil tajriba yugurishlari bo‘yicha ishonch oraliqlarini hisoblash,
• 4-jadvaldagi erta ogohlantirish arifmetikasini tuzatish.

Manba va usul bo‘yicha izoh

• Tadqiqotning asl nomi: Physics-Informed Latent State Learning with Polarization and Impedance Constraints for Early Anomaly Identification and Fault Diagnosis of Automotive PEM Fuel Cells
• Mualliflar: Jiaming Zhang; Changqing Du; Fuwu Yan; Zhe Li; Mingyang Nie; Jing Zhu; Liangdong Li; Wenchao Zhu
• Mualliflar tartibi: Mualliflar yuqorida tadqiqot matnidagi tartibda berilgan.
• Teng hissa yoki teng birinchi mualliflik: Bayonot mavjud emas.
• Mas’ul muallif: Fuwu Yan
• Mas’ul muallif elektron pochtasi: yanfw@whut.edu.cn
• Birinchi muassasa: Hubei Key Laboratory of Advanced Technology for Automotive Components, Wuhan University of Technology, Wuhan, Xitoy
• Ikkinchi muassasa: Foshan Xianhu Laboratory, Foshan, Xitoy
• Uchinchi muassasa: Nanyang Technological University, School of Mechanical and Aerospace Engineering, Singapur
• Tadqiqot yili: 2026
• Aniq nashr sanasi: Sarlavha sahifasida sana mavjud emas.
• Manba turi: Peer-reviewdan o‘tmagan preprint tadqiqot matni
• Nashr platformasi: SSRN
• Preprint DOI: 10.2139/ssrn.7195879
• Rasmiy yozuv:SSRN rasmiy tadqiqot sahifasi
• Doimiy DOI havolasi:10.2139/ssrn.7195879
• Jurnal: Peer-reviewli jurnalda nashr qilingani tasdiqlanmagan.
• Peer-review holati: Tadqiqotning har bir sahifasida peer-reviewdan o‘tmagani ko‘rsatilgan.
• Moliyalashtirish: National Key R&D Program of China, 2022YFB4003703; Foshan Xianhu Laboratory of the Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory, XHRD2024-11233100-01
• Manfaatlar to‘qnashuvi: Ko‘rib chiqilgan matnda alohida manfaatlar to‘qnashuvi bayonoti mavjud emas.
• Ma’lumotlarga kirish: Xom eksperimental ma’lumotlar uchun ochiq kirish havolasi berilmagan.
• Kod va model og‘irliklari: Ochiq manba havolasi berilmagan.

Ushbu Verianla maqolasining ilmiy mazmuni faqat yuklangan tadqiqot matni, tenglamalari, jadvallari, eksperimental sharoitlari, arxitektura sxemalari, impedans grafiklari, erta ogohlantirish tahlillari, ablatsiya natijalari va taqqoslash tajribalari asosida tayyorlangan. Tashqi manbalar faqat muallif identifikatsiyasi, muassasa, DOI, platforma va nashr holatini bibliografik tasdiqlash maqsadida ishlatilgan; tashqi manbalardan ilmiy topilma qo‘shilmagan.

Tadqiqotning “kuchlanishni yagona diagnostika kirishi sifatida ishlatish” iborasi onlayn inferensiya bosqichi uchun amal qiladi. O‘qitish vaqtida tok zichligi va boshqa ish kattaliklari fizik tenglamalarda chegara sharti, siyrak EIS o‘lchovlari esa chastota sohasi nazorati sifatida ishlatilgan.

Uzluksiz \(R_{total}\) egri chizig‘i real vaqt rejimida o‘lchangan impedans emas. U har bir kuchlanish oynasining yashirin holatidan siyrak EIS o‘lchovlari bilan o‘qitilgan ekvivalent zanjir parametrlarini moslashtirish tarmog‘i tomonidan chiqarilgan modelga asoslangan fizik proksidir. Tadqiqotning natijalar bo‘limi ham bu cheklovni tan oladi.

4-jadvalda past tok zichligidagi membrana qurishi uchun berilgan vaqtlar bilan “15 soniya” erta ogohlantirish qiymati arifmetik jihatdan mos kelmaydi. Shuningdek, yashirin holat taqqoslanishining bayon matnidagi sinf nisbatlari ayni bo‘limdagi asl test matritsasidan ko‘ra muvozanatlangan test matritsasiga mos keladi. Bu nuqtalar yashirincha tuzatilmagan.

Tadqiqot peer-reviewdan o‘tmagan. Topilmalar bitta laboratoriya steki va nazoratli nosozlik ssenariylari bilan cheklanganligi sababli haqiqiy avtomobil qo‘llanmasi uchun mustaqil steklar, uzoq muddatli transport vositasidan foydalanish, atrof-muhit buzuvchilari, qarish va qo‘shma nosozliklar ostida qo‘shimcha validatsiya talab etiladi.