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Remaining Useful Life Prediction and Uncertainty Quantification of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Under Variable Load

Authors :
Mathieu Bressel
Daniel Hissel
Belkacem Ould Bouamama
Mickael Hilairet
Méthodes et Outils pour la Conception Intégrée de Systèmes (MOCIS)
Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - UMR 9189 (CRIStAL)
Université de Lille-Ecole Centrale de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Ecole Centrale de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) (FEMTO-ST)
Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)
Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM)-Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Commun de Belfort : Hydrogène et Pile à Combustible pour les applications au transport (FC LAB)
Université de Franche-Comté (UFC)
Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Laboratoire des Technologies Nouvelles (IFSTTAR/COSYS/LTN)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Laboratoire Transports et Environnement (IFSTTAR/AME/LTE)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université de Lyon-Université de Lyon
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Laboratoire Transports et Environnement (IFSTTAR/AME/LTE)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université de Lyon-Université de Lyon-Laboratoire des Technologies Nouvelles (IFSTTAR/COSYS/LTN)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC)
ANR-12-PRGE-0001,PROPICE,Prognostics et Health Management de systèmes Piles à Combustible de type PEMFC(2012)
ANR-11-LABX-0001,ACTION,Systèmes intelligents intégrés au cœur de la matière(2011)
Source :
IEEE Transactions on Industrial Electronics, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 3 (4), pp.2569-2577, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 63 (4), pp.2569-2577. ⟨10.1109/TIE.2016.2519328⟩, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 63 (4), pp.2569-2577. ⟨10.1109/TIE.2016.2519328⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; Although, Proton Exchange Membrane Fuel Cell is a promising clean and efficient energy converter that can be used to power an entire building in electricity and heat in a combined manner, it suffers from a limited lifespan due to degradation mechanisms. As a consequence, in the past years researches have been conducted to estimate the State of Health and now the Remaining Useful Life in order to extend the life of such devices. However, the developed methods are unable to perform prognostics with an online uncertainty quantification due to the computational cost. This paper aims at tackling this issue by proposing an observer-based prognostic algorithm. An Extended Kalman Filter estimates the actual State of Health and the dynamic of the degradation with the associated uncertainty. An Inverse First Order Reliability Method is used to extrapolate the State of Health until a threshold is reached, for which the Remaining Useful Life is given with a 90% confidence interval. The global method is validated using a simulation model built from degradation data. Finally, the algorithm is tested on a data set coming from a long term experimental test on a 8-cell fuel cell stack subjected to a variable power profile.

Details

Language :
English
ISSN :
02780046
Database :
OpenAIRE
Journal :
IEEE Transactions on Industrial Electronics, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 3 (4), pp.2569-2577, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, 63 (4), pp.2569-2577. ⟨10.1109/TIE.2016.2519328⟩, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 63 (4), pp.2569-2577. ⟨10.1109/TIE.2016.2519328⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....9410d778d89fe531eabf239617ec1597
Full Text :
https://doi.org/10.1109/TIE.2016.2519328⟩