Comparación entre modelos de espacio de estados y LSTM para la estimación virtual de temperatura en pilas de combustible PEM

Autores/as

  • Abiodun Abiola Centro de Investigación en Tecnología, Energía y Sostenibilidad (CITES), Universidad de Huelva, España
  • Antonio Javier Barragán Centro de Investigación en Tecnología, Energía y Sostenibilidad (CITES), Universidad de Huelva, España
  • José Manuel Andújar Centro de Investigación en Tecnología, Energía y Sostenibilidad (CITES), Universidad de Huelva, España
  • Francisca Segura Centro de Investigación en Tecnología, Energía y Sostenibilidad (CITES), Universidad de Huelva, España

DOI:

https://doi.org/10.17979/ja-cea.2026.47.13863

Palabras clave:

Pilas de Combustible PEM, Sensado Virtual de Temperatura, Modelado en Espacio de Estados, Long Short-Term Memory (LSTM), Identificación de Sistemas, Monitoreo Tolerante a Fallos

Resumen

Este estudio compara enfoques basados en modelos de espacio de estados y redes Long Short-Term Memory (LSTM) para el sensado virtual de la temperatura de salida en pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC). Se recopilaron datos experimentales de corriente de pila, temperatura de entrada del agua de refrigeración y temperatura de salida del agua de refrigeración bajo condiciones dinámicas de operación. El modelo de espacio de estados se desarrolló mediante técnicas de identificación de sistemas, mientras que el modelo LSTM se entrenó utilizando un enfoque basado en aprendizaje secuencial de datos. Se evaluaron diferentes combinaciones de entradas mediante el error cuadrático medio (RMSE) y análisis de correlación. Los resultados mostraron que ambos métodos pudieron seguir el comportamiento térmico, aunque su desempeño dependió significativamente de la selección de entradas y de la observabilidad térmica

Referencias

Abiola, A., Manzano, F.S., Andújar, J.M., 2023. A Novel Deep Reinforcement Learning (DRL) Algorithm to Apply Artificial Intelligence-Based Maintenance in Electrolysers. Algorithms https://doi.org/10.3390/a16120541 16, 541.

Ariza, E., Correcher, A., Vargas-Salgado, C., 2023. PEMFCs Model-Based Fault Diagnosis: A Proposal Based on Virtual and Real Sensors Data Fusion. Sensors 23, 7383. https://doi.org/10.3390/s23177383

Guffanti, D., Pavon, W., 2025. MultivariateSystem Identification of Differential Drive Robot: Comparison Between State-Space and LSTM-Based Models. Sensors 25, https://doi.org/10.3390/s25185821 5821.

Ignatenko, V., Yudintsev, A., Lyapunov, D., 2019. Application of State-Space Method for Control System Analysis, in: 2019 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). Presented at the 2019 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), IEEE, Tomsk, Russia, pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/SIBCON.2019.8729658

MathWorks, 2026. System Identification Toolbox User’s Guide. The MathWorks, Inc., Natick, Massachusetts, USA.

Vuong, V.-D., Nguyen, L.-H., Goulet, J.-A., 2025. Coupling LSTM neural networks and state-space models through analytically tractable inference. International Journal of Forecasting 41, 128–140. https://doi.org/10.1016/j.ijforecast.2024.04.002

Zheng, X., Zaheer, M., Ahmed, A., Wang, Y., Xing, E.P., Smola, A.J., 2017. State Space LSTM Models with Particle MCMC Inference. https://doi.org/https://doi.org/10.48550/arXiv.1711.11179

Descargas

Publicado

01-09-2026

Número

Sección

Modelado, Simulación y Optimización