An LSTM and ANN Fusion Dynamic Model of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell

质子交换膜燃料电池 计算机科学 自相关 人工神经网络 人工智能 电压 均方误差 循环神经网络 融合 模式识别(心理学) 机器学习 燃料电池 工程类 数学 统计 语言学 哲学 电气工程 化学工程
作者
Wei Li,Xinli Wang,Lei Wang,Lei Jia,Rui Song,Zhichao Fu,Wenjie Xu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:19 (4): 5743-5751 被引量:27
标识
DOI:10.1109/tii.2022.3196621
摘要

A proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) has great application prospects due to its low emission and high efficiency. An accurate model to predict the dynamic output voltage is essential for the optimal control of the PEMFC for the applications on vehicles and power stations. In this article, a novel deep learning framework with the long short-term memory (LSTM) and artificial neural network (ANN) fusion is proposed to develop the PEMFC dynamic model by extracting both the historical and current information. The LSTM extracts the temporal information from the past PEMFC states with its order determined with autocorrelation and partial autocorrelation functions, while the influence of the system current inputs is learnt by the ANN. Then, the outputs of LSTM and ANN are concatenated with the multiple information fused to predict the PEMFC dynamic output voltage. After validated by the operating data from a laboratory-scale PEMFC system, the LSTM and ANN fusion model is compared with the existing models, such as support vector regression, ANN, and LSTM methods. The comparison results show that the proposed LSTM and ANN fusion model can provide the best prediction performance with the lowest mean square error of 1.303. The proposed LSTM and ANN fusion model can be helpful to develop the optimal control strategy of the PEMFC.
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