[发明专利]一种基于阻抗判断燃料电池内部水状态的方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于阻抗判断燃料电池内部水状态的方法及系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术中不能快速准确的判断燃料电池内阻和不能有效识别燃料电池内部水状态的问题。一种基于阻抗判断燃料电池内部水状态的方法，包括以下步骤：产生电流扰动或电压扰动信号给燃料电池，采集燃料电池的电压响应和电流响应，计算所述电压响应和电流响应的比值，得到阻抗；根据所述阻抗的幅角，调整所述扰动信号的频率，使所述幅角在设定阈值范围内，判定此时的阻抗为燃料电池内阻；根据所述燃料电池内阻，判断燃料电池内部水状态。实现了燃料电池内阻的快速准确识别以及燃料电池内部水状态的有效识别。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种基于阻抗的判断燃料电池内部水状态的方法及系统。

背景技术

随着质子交换膜燃料电池的逐步商业化，其状态监测及与此相关的故障诊断越来越受到重视。其中，质子交换膜的润湿状态非常关键，它可以很好地反映膜电极内的含水量。膜电极含水多，电池浓差损失增大；膜电极含水少，特别是质子交换膜含水少，质子电导率减小，电池欧姆损失增大。

电化学交流阻抗谱可以反应燃料电池内部含水量，缺点是全频段测试(一般从20000Hz扫到0.1Hz，甚至更低)用时较长(一般在10min左右)，这一点限制了它的在线进行，另外，长时间的测试过程中电池水状态可能早已改变，由此带来阻抗谱测量不能实时反映水状态的问题；优点是可以得到质子交换膜电阻、阴极反应活化电阻、阳极反应活化电阻、阴极扩散电阻、阳极扩散电阻等综合信息；特别是利用质子交换膜电阻可以得到质子交换膜内部含水量，进而判断电极水状态。

既想获得质子交换膜电阻，又想规避电化学阻抗谱测试时间过长的弊端，工程上的实施方式是只进行高频区的测量，并近似认为该高频阻抗值即质子交换膜电阻。于是，有的利用商业化的毫欧表固定频率(例如1000Hz)进行在线阻抗测量；有的利用商业化的电化学工作站或交流阻抗分析仪只进行高频阻抗测试。现有技术中公开了一种低成本交流阻抗测试设备，在相关的学术论文中用此设备固定频率进行在线高频阻抗测量，还公开了利用等效电路及不同频段阻抗值判断阴极缺气、阳极缺气的方法，质子交换膜电阻的获取还是采用固定某个高频频率的采集方法。

质子交换膜电阻本应是虚部为0时的阻抗值，该值对应的交流扰动频率虽然确实处于高频区，但具体频率值随着燃料电池、以及工况参数的不同而不同；而几百赫兹频率值的差异往往导致0.01mΩ级别的内阻偏差，该偏差有可能反映轻度水淹，而传统则直接忽略该差异进而认为高频阻抗不能有效识别水多或水淹。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于阻抗的判断燃料电池内部水状态的方法，用以解决现有技术中不能快速准确的判断燃料电池内阻和不能有效识别燃料电池内部水状态的问题。

本发明一方面提供了一种基于阻抗的判断燃料电池内部水状态的方法，包括以下步骤：

产生电流扰动或电压扰动信号给燃料电池，采集燃料电池的电压响应和电流响应，计算所述电压响应和电流响应的比值，得到阻抗；

根据所述阻抗的幅角，调整所述扰动信号的频率，使所述幅角在设定阈值范围内，判定此时的阻抗为燃料电池内阻；

根据所述燃料电池内阻，判断燃料电池内部水状态。

上述技术方案的有益效果为：通过上述方案实现了燃料电池内阻的快速准确识别以及燃料电池内部水状态的有效识别。

进一步地，所述电流扰动或电压扰动信号的频率范围为500Hz-4000Hz。

上述进一步技术方案的有益效果为：将扰动信号的初始频率设置在500Hz-4000Hz，有助于减少调整扰动信号频率的次数，从而提高燃料电池内阻的识别速度。