【技术实现步骤摘要】
燃料电池水含量的估算方法
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池水含量的估算方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池具有高效率、零排放等优点，是电动汽车理想的动力源。质子交换膜燃料电池工作过程中，内部水含量对于性能和耐久性均有较大的影响。内部水含量过低时，质子交换膜的质子传导率下降，由质子传输导致的电压降增大，则系统的输出电压下降，效率变低。内部水含量过低还可能影响燃料电池内部质子交换膜、催化剂层和气体扩散层等各层之间的接触，导致耐久性降低问题。内部水含量过高时，则会出现“水淹”现象，即燃料电池内部出现液态水，阻碍了反应气体的传输导致缺气，电池性能下降。可见，水含量过高和过低都会影响燃料电池的性能，因此水管理成为了燃料电池研究中的一个关键问题。质子交换膜燃料电池的水管理问题中，水含量的估计是关键问题。由于燃料电池结构精细，内部结构均为几十到几百微米厚的薄层，在实验室当中可以采用中子成像、透明燃料电池等方法测量内部水含量，但难以实现精确地定量测量，并且无法应用时实际系统当中。实际应用中难以直接测量内部水含量，只能通过其他测量对水含量进行间接估计。...
【技术保护点】
1.一种燃料电池水含量的估算方法，其特征在于，包括：构建阴极两腔模型，并定义所述阴极两腔模型的状态变量、估算系统的输入量和估算系统的输出量，其中所述阴极两腔模型包括阴极进口腔和阴极出口腔，所述状态变量包括阴极进口腔压力、阴极进口腔氧气分压、阴极出口腔压力、阴极出口腔氧气分压、进出口两腔电流密度差异和阴极水含量，所述输入量包括平均电流密度、阴极空气供给流量和阴极背压，所述输出量包括平均电压和阴极进出口电压差；基于所述阴极两腔模型构建无迹卡尔曼滤波器；获取所述燃料电池的所述平均电流密度、所述平均电压、所述阴极空气供给流量、所述阴极进出口电压差和所述阴极背压；根据所述平均电流密度...
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池水含量的估算方法，其特征在于，包括：构建阴极两腔模型，并定义所述阴极两腔模型的状态变量、估算系统的输入量和估算系统的输出量，其中所述阴极两腔模型包括阴极进口腔和阴极出口腔，所述状态变量包括阴极进口腔压力、阴极进口腔氧气分压、阴极出口腔压力、阴极出口腔氧气分压、进出口两腔电流密度差异和阴极水含量，所述输入量包括平均电流密度、阴极空气供给流量和阴极背压，所述输出量包括平均电压和阴极进出口电压差；基于所述阴极两腔模型构建无迹卡尔曼滤波器；获取所述燃料电池的所述平均电流密度、所述平均电压、所述阴极空气供给流量、所述阴极进出口电压差和所述阴极背压；根据所述平均电流密度、所述平均电压、所述阴极空气供给流量、所述阴极进出口电压差和所述阴极背压，利用所述无迹卡尔曼滤波器计算所述阴极两腔模型的状态变量的估计值；根据所述状态变量的估计值确定所述燃料电池的水含量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态变量为：其中，所述pca,in为所述阴极进口腔压力，所述为所述阴极进口腔氧气分压，所述pca,out为所述阴极出口腔压力，所述为所述阴极出口腔氧气分压，所述sc和Δi为未知扰动。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述输入量为：其中，所述为所述平均电流密度，所述Wair为所述阴极空气供给流量，所述prm为所述阴极背压；所述输出量为：[y1y2]T＝[ΔVfcVfc]T其中，所述ΔVfc为所述阴极进出口电压差，所述Vfc为所述平均电压。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阴极两腔模型的状态空间描述为：其中，所述所述R为理想气体常数，所述Tfc为燃料电池温度，所述Vca为阴极容腔体积，所述Kca为阴极进出口容腔的流动阻力系数，所述所述Afc为单片面积，所述Nst为单片数量，所述F为法拉第常数，所述Psat为饱和蒸气压；所述输出量为：其中，Lgdl为气体扩散层厚度，为气体扩散层氧气等效扩散系数，为氧气对流传质系数，v1为第一测量误差，sstop为停止反应的液态水饱和度，αc为电化学反应阴极传递系数，为参考氧气分压，a为活性比表面积，为参考交换电流密度，Rdc燃料电池直流电阻值，v2第二测量误差。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述无迹卡尔曼滤波器计算所述阴极两腔模型的状态变量的估计值，包括：根据估算出的上一时刻的状态变量，计算所述无迹卡尔曼滤波器的Sigma点的状态量；根据上一时刻的输入量，对所述Sigma点的状态量进行更新，并根据更新后的Sigma点的状态量计算得到所述状态变量的计算值；利用更新后的Sigm...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建秋，江宏亮，徐梁飞，胡骏明，欧阳明高，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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