Оценка возможности реализации распределенных систем диагностики водородных топливных элементов с использованием локальных и глобальных телекоммуникационных сетей

Евгений Сергеевич Денисов; Равиль Решатович Енилиев; Наил Радикович Гайсин; Илназ Данилович Шафигуллин

doi:10.22213/2410-9304-2024-1-4-10

Авторы

Е. С. Денисов Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ
Р. Р. Енилиев Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ
Н. Р. Гайсин Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ
И. Д. Шафигуллин Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2024-1-4-10

Ключевые слова:

встроенные системы, модуляция нагрузки, релаксационный процесс, распределенные системы, техническая диагностика

Аннотация

Разработка эффективных методов и средств диагностики водородных топливных элементов в процессе их эксплуатации является актуальной задачей, поскольку их внедрение позволит повысить энергетические характеристики и стабильность работы путем обнаружения некорректных режимов работы и неисправностей на ранних этапах развития. Данная задача может решаться путем использования различных подходов, основанных на исследовании импедансных, релаксационных или флуктуационно-шумовых характеристик. Все указанные методы требуют реализации достаточно сложных вычислительных процедур и накопления достаточно большого количества статистических данных, что делает затруднительным реализацию устройств диагностики на недорогих встраиваемых микропроцессорных средствах. Для преодоления этого недостатка в данной работе предложено использовать распределенные системы диагностики с высокопроизводительными серверными устройствами, связанными с локальными модулями посредством глобальных или локальных телекоммуникационных сетей. Такая реализация позволит существенно упростить требования к локальным диагностическим модулям и удешевить их, однако при этом возникает вопрос об оперативности принятия диагностических решений такими системами. В работе проведено исследование задержек принятия диагностических и управляющих решений при использовании удаленных серверных устройств для оборабокти сигналов. Показано, что применение подобных систем обеспечивает возможность обеспечения задержек менее одной секунды даже при использовании межконтинентальных линий связи. Следует отметить, что в приложениях, критичных к временных задержкам, следует уменьшать расстояние между клиентскими и серверными системами. Преимуществами предложенного варианта реализации системы диагностики электрохимических источников энергии является возможность упрощения локальных систем измерения, устанваливаемых на отдельные источники, возможность ускорения обработки сигналов посредством применения более производительных вычислительных средств и накопления статистических данных.

Биографии авторов

Е. С. Денисов, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ

кандидат технических наук

Р. Р. Енилиев, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ

магистрант

Н. Р. Гайсин, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ

.

И. Д. Шафигуллин, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ

аспирант

Библиографические ссылки

Никишина Г. В., Денисов Е. С. Диагностика электрохимических источников тока на основе анализа переходных процессов, вызванных изменениями нагрузки // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2021. Т. 77, № 2. С. 105-115.

AC impedance technique in PEM fuel cell diagnosis-A review / X. Yuan, H. Wang, J. Colin Sun, J. Zhang // International Journal of Hydrogen Energy. 2007. Vol. 32. No. 17. P. 4365-4380.

Особенности реализации метода контроля технического состояния литиевых источников тока на основе анализа релаксационных процессов, вызванных изменением нагрузки / Е. С. Денисов, Г. В. Никишина, Р. Р. Енилиев, Т. П. Никишин // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26, № 7(301). С. 36-43.

Кирсанов А. Ю., Салахова А. Ш. Экспериментальное исследование статистической динамики системы дистанционного управления экспериментом в многопользовательском режиме // Нелинейный мир. 2009. Т. 7, № 5. С. 405-409.

Салахова А. Ш., Шахтурин Д. В. Фрактальные свойства динамики обслуживания в телекоммуникационной системе дистанционного управления экспериментом // Нелинейный мир. 2010. Т. 8, № 6. С. 376-383.

Евдокимов Ю. К., Салахова А. Ш. Экспериментальное исследование и имитационная модель динамики системы дистанционного управления экспериментом в многопользовательском режиме // Нелинейный мир. 2011. Т. 9, № 8. С. 507-514.

Fast time domain identification of electrochemical systems at low frequencies using fractional modeling / A. Nasser-Eddine, B. Huard, J.-D.Gabano, T. Poinot, S. Martemianov, A. Thomas // Journal of Electroanalytical Chemistry.2020. Vol.862. P. 113957.

Failure mode diagnosis in proton exchange membrane fuel cells using local electrochemical noise / M.A.Rubio, D.G. Sanchez, P. Gazdzicki, K.A. Friedrich,A. Urquia // Journal of Power Sources. 2022. Vol. 541. P. 231-582.

Electrochemical noise of a hydrogen-air polymer electrolyte fuel cell operating at different loads / E. A. Astafev, A. E. Ukshe, E. V. Gerasimova, Yu.A. Dobrovolsky, R.A. Manzhos // Journal of Solid State Electrochemistry. 2018. Vol. 22. No. 6. P. 1839-1849.

Астафьев Е. А. Сравнение различных подходов в анализе электрохимических шумов на примере водородно-воздушного топливного элемента // Электрохимия. 2020. Т. 56, № 2. С. 167-174.

Statistical short-time analysis of electrochemical noise generated within a proton exchange membrane fuel cell / R. Maizia, A. Dib, A. Thomas, S. Martemianov // Journal of Solid State Electrochemistry.2018. Vol. 22. P. 1649-1660.

Proton exchange membrane fuel cell diagnosis by spectral characterization of the electrochemical noise/ R. Maizia, A. Dib, A. Thomas, S. Martemianov// Journal of Power Sources.2017. Vol. 342. P. 553-561.

Spectral method for PEMFC operation mode monitoring based on electrical fluctuation analysis / E. Denisov, Y.K. Evdokimov, R.R. Nigmatullin, S. Martemianov // Scientia Iranica. 2017. Vol. 24. No. 3. P. 1437-1447.

Fast measurement of proton exchange membrane fuel cell impedance based on pseudo-random binary sequence perturbation signals and continuous wavelet transform/ A. Debenjak, P. Boskoski, B. Musizza, J. Petrovcic // Journal of Power Sources. 2014. Vol. 254. P. 112-118.

Rubio M.A., UrquiaA., DormidoS.Diagnosis of performance degradation phenomena in PEM fuel cells // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35, No. 7. P. 2586-2590.

A review of online electrochemical diagnostic methods of on-board proton exchange membrane fuel cells / X. Zhang, T. Zhang, H. Chen, Y. Cao // Applied Energy. 2021. Vol. 286. P. 116481.