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          钱柜法國燃料電池實驗室(FCLAB)交流心得體會——劉浩
          時間:2018-08-31 來源:钱柜游戏平台 編輯:yjsszcse 訪問次數:1450

          我這次進行短期交流的單位法國燃料電池實驗室Fuel Cell Laboratory),簡稱FCLAB,坐落在法國阿爾薩斯地區美麗城市貝爾福(Belfort 。FCLAB全歐洲最先進和權威的燃料電池學術研究機構,實驗室共擁有200教職工和科研人員 ,是全歐洲最的燃料電池學術研究羣體 ,每年培養超過30的博士和碩士研究生 。FCLAB旗下的五個研究所組成,分別是:Franche-Comté Electronics Mechanics Thermal Science and Optics – Sciences and Technologies (FEMTO-ST)、 The French Institute of Science and technology for transport, development, and network (LTE-IFSTTAR) 、Laboratory of Systems & Applications of Information & Energy Technologies(SATIE)、IRTES Lab 和 Ampere Lab 。FCLAB研究領域包括:氫燃料電池和固體氧化物燃料電池的建模、測試和仿真;燃料電池系統和輔助系統 ;燃料電池健康管理和維護;燃料電池系統優化  ;中高溫固體氧化物燃料電池設計和測試;儲氫的質子交換膜電解槽研究;與燃料電池相關的公共政策和社會經濟效益研究等。

          FCLAB的領導人是我國外導師Daniel Hissel教授 。Daniel教授是世界著名的燃料電池專家 ,他已經從事燃料電池研究超過20 ,發表了燃料電池相關研究論文超過300。Daniel教授於19941998分別在Ecole Nationale Superieure d’Ing′enieurs Electriciens de Grenoble和圖盧茲國立理工學院(Institut National Polytechnique de Toulouse)獲得電氣工程師學位和博士學位。在1999-2000年期間 ,工作於阿爾斯通公司ALSTOM在法國塔布Tarbes交通部門,擔任歐洲燃料電池公交車項目的系統工程 。2000-2006年期間,成爲了貝爾福技術大學(University of Technology Belfort)副教授。2006-2008年期間 ,Daniel教授成爲了弗朗什-孔泰大學(University of Franche-Comte)的全職教授,同時也是電氣工程和系統實驗室燃料電池研究組的帶頭人 。2008  ,Daniel教授加入了FEMTO-ST研究所,並擔任了能量系統建模研究組的帶頭人。2012年至今,Daniel教授開始擔任混合燃料電池系統研究組的帶頭人 ,並整合燃料電池研究團體 ,成立了FCLAB研究聯合會 FCLAB Research Federation) ,致力於燃料電池系統和技術研究,擔任FCLAB的帶頭人。目前,FCLAB已經成爲了全歐洲最具影響力的燃料電池研究機構之一。Daniel教授的研究領域包括用於固定式和交通運輸的燃料電池系統設計、建模、非線性控制能量優化,同時也是燃料電池系統健康管理和維護研究領域的世界頂級專家。Daniel教授同時也是電氣領域頂級期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics的副主編和IEEE VTS French Chapter的主席等 。Daniel教授本人和藹可親,樂於與學生溝通  。在我留學期間 ,教授每週都會我交流討論一次 ,向我推薦相關的前沿優秀研究成果,促進我科研進展的同時幫助我瞭解實驗室並介紹與實驗室其他同學和老師溝通,讓我得以在短短的四個月時間取得了兩篇頂級期刊的研究成果 。

          本次留學期間我的主要工作包括以下三方面:

          1)瞭解了先進燃料電池測試平臺 ,並學會了如何使用測試平臺進行燃料電池性能測試。爲後續回國後實驗平臺的改進和優化積累了豐富的經驗。

          2)實現了基於自動機器學習算法的燃料電池短期性能衰減預測。首先比較了不同結構的神經網絡(多層前饋神經網絡、反饋神經網絡和模糊神經網絡)在燃料電池短期性能衰減預測上的效果,測試結果表明,模糊神經網絡具有最好的短期預測性能 。在測試過程中 ,我們發現使用神經網絡最大的困難之處在於參數調節 。目前已有的燃料電池性能衰減預測方法的參數都是手動調節的。但手動調節存在兩個不可避免的缺陷,一是參數調節很大程度上依賴研究者的個人經驗;二是很難找到最優的參數組合 。考慮到目前出現的很多可以進行參數自動調節的自動機器學習算法  。因此 ,在前面比較結果的基礎上 ,引入了進化算法—粒子羣優化算法來實現模糊神經網絡的參數自動調節  。我們使用模糊神經網絡在訓練階段得到的預測結果的最小二乘均方根作爲粒子羣優化算法的適應度 ,將模糊神經網絡的隸屬度函數參數作爲粒子羣優化算法的變量 。測試結果表明,該算法能夠有效的實現參數調節並取得理想的預測精度 ,唯一的代價就是運行時間的增加。但相比於按小時來計算的燃料電池衰減而言 ,這一點的時間增加可以忽略不計。最後我們在實驗平臺上對該算法進行了測試,結果表明 ,該算法能夠實現實時精確的燃料電池電壓預測。

          3)實現了基於混合方法的燃料電池性能長期衰減預測和剩餘使用壽命估計。首先  ,在前面提出的自動機器學習基礎上,我們實現了基於該自動機器學習算法的燃料電池長期性能衰減預測。該方法可以歸類爲基於數據的方法。然後 ,基於所得的長期衰減預測結果和燃料電池半經驗衰減模型,我們採用自適應無跡卡爾曼濾波算法實現了燃料電池電阻和限制電流兩個參數的精確估計 。最後,基於所得到的電阻和限制電流參數變化,實現了對燃料電池剩餘使用壽命的精確估計。該方法可以歸類爲基於模型的方法。所以,在最後,我們實現了結合基於數據方法和基於模型方法的混合方法 ,對燃料電池進行精確的衰減預測和剩餘使用壽命估計。


          同時,在留學期間,我還積極參加各類的燃料電池論壇和研討會 ,瞭解到了很多燃料電池公共政策和社會效益方面的研究進展,這些研究恰恰是我們國內燃料電池研究人員忽略的。除了科研上的工作 ,我在週末還督促自己學習在線課程,掌握人工智能領域的最新進展,完成了吳恩達老師的在線深度學習課程,併成功拿到了結業證書  。

          本次短期交流我個人感覺最大的收穫首先是瞭解了國外頂尖燃料電池研究機構的實驗平臺和設備 ,爲回國以後進行實驗平臺的搭建和改造積累了豐富經驗。同時 ,通過跟國外導師的深度合作 ,完成了第一作者的頂級期刊論文兩篇 ,可以說是收穫滿滿 。在國外交流的這段時間裏,自己每天跟國外的學生、老師和研究者接觸 ,瞭解到了他們做研究的方法和習慣 。以前印象中感覺國外的研究生和博士平時工作學習會比較輕鬆自由 ,但經過這次的交流發現其實國外的研究生和博士工作也非常刻苦,工作時間也並不比我們短,所以自己回國以後需要更加的努力和刻苦 。另外,國外研究生和博士的校園生活並沒有我們舒適,比如我們學校有着各種風味的食堂和餐廳可供我們選擇,但在國外大學只有一個食堂,而且每天只供應午餐,早餐和晚餐都需要學生自己解決,相比而言國外學生的校園生活很不便利,因此我們要更加珍惜在國內大學的時間和資源 ,努力做出更多的研究成果和貢獻。當然,國外的大學也有很多值得我們學習的地方 ,比如國外研究生和博士的心態普遍要比我們平和 ,能更加專心的靜下心來搞科研和創新,所以整體的學術氛圍非常好。相比而言我們國內的研究生和博士心態都普遍比較浮躁,自己以後也需要多注意這點 ,逐步改進 。此外 ,在交流的這段時間裏,見識了很多燃料電池領域的著名學者 ,通過跟他們的交流  ,瞭解了很多未來燃料電池發展的方向 ,給自己的研究工作增加了很多靈感 。同時 ,也跟他們互換了聯繫方式,歡迎他們以後來我們實驗室參觀交流 ,爲未來實驗室的國際合作和研究發展錦上添花。

          除了學習和工作上的收穫 ,生活上的收穫也非常多。比如,學會了做飯 ,瞭解了很多法國阿爾薩斯地區的習俗和文化 ,學了很多法語句子,認識了很多來自不同國家的同學和朋友等等。同時  ,值得一提的是留學期間剛好趕上法國世界盃奪冠 ,真正感受到了整個法國足球的狂熱喜愛 。法國學校對足球的培養非常重視 ,幼兒園開始踢球 ,小學生的課間活動就是踢足球 ,幾乎每個學校都配備標準的足球場 ,法國的每一次球賽貝爾福城市都是萬人空巷  ,熱愛加上大力培養最終成就了法國足球的強大 。


          ——劉浩