[发明专利]质子交换膜燃料电池运行状态的检测方法及装置

说明书

一种质子交换膜燃料电池运行状态的检测方法及装置，该检测方法包括：将磁通门传感器设置在质子交换膜燃料电池的阴极面一侧，且与所述阴极面上待测点相对的位置；在所述质子交换膜燃料电池运行时，利用所述磁通门传感器连续测量所述待测点的磁场随时间变化的磁场变化信息；根据所述磁场变化信息与质子交换膜燃料电池运行状态的对应关系确定所述质子交换膜燃料电池运行状态。本发明可对质子交换膜燃料电池运行状态进行实时、精确识别，并对质子交换膜燃料电池状态变化过程及对应机制进行分析，以对质子交换膜燃料电池(PEMFC)故障进行实时、精确地预测，便于商业化推广。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池状态识别技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池运行状态的检测方法及装置。

背景技术

随着化石燃料的消耗以及长久以来因为使用化石燃料引起的环境恶化问题，使得清洁能源研究受到越来越多的关注。质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其零污染、能源利用率高、工作温度低、噪声小等优点，使燃料电池在汽车、航空、分布式电站、便携式设备等领域得到了应用。

典型燃料电池主要由双极板4、膜电极组体(MEA)和密封元件等组成，MEA主要由质子交换膜1、阳极3和阴极2组成。当燃料电池工作时，氢气和氧气(空气)分别注入阳极和阴极侧。在催化剂的作用下，阳极的氢气分子被分解为氢离子和电子，氢离子通过质子交换膜到达阴极并与氧气分子反应生成水，电子通过外电路形成完整的回路(如图1a所示)。

虽然质子交换膜燃料电池已具有很多成功应用案例，但其耐久性和可靠性是限制其得到广泛应用主要壁垒。目前主流的可靠性维护措施是采用故障诊断技术实时评估燃料电池的运行状态，进而采取控制维护措施保障其运行可靠性和耐久性。

目前，大部分诊断技术都是基于燃料电池电压信号，对PEMFC的运行状态进行评估。但是仅通过电压变化无法对燃料电池内部材料/结构的改变进行评估，从而无法有效区分不同的燃料电池故障类型，进而给后续的控制和维护策略带来极大挑战。因此，采用可表征PEMFC内部状态变化的数据信息，如磁场信号，可对燃料电池状态的变化及对应机理进行实时识别。

现有的通过电磁场数据对燃料电池进行故障诊断的方法主要分为两类：

一种是利用嵌入式微型电流采集卡，通过采集的燃料电池MEA中电流密度分布来对电池的状态进行评估。但是此方法需要将硬件嵌入燃料电池内部，这一定程度上会影响PEMFC的状态和工况，进而对分析结果产生影响。

另一种是围绕燃料电池MEA一周布置磁通门(如图4a所示)，通过采集的磁场分布数据，或者利用磁场数据反推电流密度来对燃料电池的状态进行评估。该方法虽然是非侵入型的，但是该方法采集的为燃料电池MEA周围磁场数据，需要通过数学模型推导MEA表面磁场分布，不仅增加的状态识别过程的复杂性，而且会带来额外误差，导致识别结果的不精确。

综上所述，目前利用电磁数据来对PEMFC进行故障诊断的方法中都存在相应的不足，从而影响燃料电池状态识别的实时性和精确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种质子交换膜燃料电池运行状态的检测方法及装置，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少一种。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种质子交换膜燃料电池运行状态的检测方法，包括：将磁通门传感器设置在质子交换膜燃料电池的阴极面一侧，且与所述阴极面上待测点相对的位置；在所述质子交换膜燃料电池运行时，利用所述磁通门传感器连续测量所述待测点的磁场随时间变化的磁场变化信息；根据所述磁场变化信息与质子交换膜燃料电池运行状态的对应关系确定所述质子交换膜燃料电池运行状态。