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申请/专利权人：华北水利水电大学

摘要：本发明公开一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统及方法，该系统包括PEMFC物理实体、PEMFC虚拟实体、孪生数据库、服务层及连接；PEMFC虚拟实体用于映射PEMFC物理实体的运行状态，并与孪生数据库间动态互联；孪生数据库用于存储来自PEMFC物理实体与PEMFC虚拟实体的数据；服务层用于根据孪生数据库中的数据进行PEMFC物理实体运行状态的判断和故障预测，并进行相应输入的调控；连接包括外部连接与内部连接；本发明利用五维数字孪生技术极大的改良了质子交换膜燃料电池的测试方法，能够对质子交换膜燃料电池的水淹以及膜干进行预测性的维护。

主权项：1.一种基于五维数字孪生技术的PEMFC故障预测及健康管理系统，其特征在于，包括PEMFC物理实体、PEMFC虚拟实体、孪生数据库、服务层及连接；所述PEMFC物理实体包括温度调节系统、燃料处理系统及质子交换膜燃料电池电堆；所述质子交换膜燃料电池电堆上连接有传感器；所述PEMFC虚拟实体用于映射PEMFC物理实体的运行状态，并与孪生数据库间动态互联；所述PEMFC虚拟实体为降阶的多物理场耦合模型，并能进行可视化反馈以及数字化反馈；所述多物理场耦合模型包括： 其中为标准态下吉布斯自由能的变化KJmol，n为每摩尔产物生成时的电子转移数量，F为标准法拉第常数，为标准浓度下的电流密度Acm2，中α为传输系数，和分别为速率有限物质的实际表面浓度，和分别为反应物生成物的浓度，j为电流密度Acm2，R为理想气体常数，T为反应温度K，z为厚度，ndrag为标准状态下的电拖拽系数，ρdry为膜的干态密度kgm3，Mn为膜的等效质量kgmol，D为测得膜中水的扩散率cm2mol，λ为水含量，中α为浓度修正系数，EC表示修正的燃料电池电动势，jL为极限电流密度Acm2；所述孪生数据库用于存储来自PEMFC物理实体与PEMFC虚拟实体的数据；所述服务层用于根据孪生数据库中PEMFC物理实体与PEMFC虚拟实体的数据进行PEMFC物理实体运行状态的判断和故障预测，并进行相应输入的调控；所述连接包括外部连接与内部连接；所述外部连接用于通过传感器采集与感知PEMFC物理实体的参数，并将参数上传至孪生数据库以及作为PEMFC虚拟实体的输入；内部连接则用于反馈PEMFC虚拟实体的参数至孪生数据库。

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