一种质子交换膜燃料电池的水淹故障诊断方法技术

一种质子交换膜燃料电池的水淹故障诊断方法。包括：本发明专利技术是基于模型和数据驱动(BP神经网络)相结合的故障诊断方法。首先通过分析质子交换膜燃料电池的内部机理，结合U

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池的水淹故障诊断方法

：
[0001]本专利技术属于质子交换膜燃料电池故障诊断领域，涉及一种质子交换膜燃料电池的水淹故障诊断方法。

技术介绍
：
[0002]PEMFC作为燃料电池中的佼佼者，拥有冷启动时间短和清洁无污染等优点，贴合新能源汽车所提出的需求。目前制约质子交换膜燃料电池进一步商业开发的两个关键问题是耐久性和可持续性。从PEMFC制作工艺入手来提高其耐久性和持续性是最为直接和有效的方法，但在后续使用过程中对PEMFC进行实时故障诊断与修复也是十分重要的一环。目前为止，关于燃料电池故障诊断的方法很多，最常见的就是基于模型的故障诊断方法，基于模型的故障诊断方法通过建立PEMFC仿真模型，计算模型输出与实际输出之间的参数偏差，通过分析残差来实现故障检测。此类诊断方法虽然能很好的从机理出发识别故障的类型以及采取相应的措施，但是由于系统内部数据获取困难，难以建立准确的电堆诊断模型。同时，残差总是受测量和计算不确定性的影响，所以故障诊断往往不是那么准确。因此，仅基于模型的故障诊断方法并不能满足实时、精确的故障诊断需求。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池的水淹故障诊断方法，基于模型和数据驱动(BP神经网络)相结合的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：燃料电池内部机理分析；质子交换膜燃料电池对外输出电流时，由于存在不可逆的动力学(不可逆电压损失)，电池实际的输出电压略低于理论电压；在燃料电池工作的不同反应阶段均会出现电压损失现象，根据其产生的原因及特点不同，可将电池电压损失概括为活化损失、欧姆损失、浓差损失；根据电压损失现象产生的原因及特点不同，可将电阻分为活化内阻R
f
、欧姆内阻R
m
、浓差内阻R
d
；根据燃料电池内部机理和电堆的U
‑
I特性曲线，建立燃料电池等效内阻模型，求解出活化内阻R
f
、欧姆内阻R
m
、浓差内阻R
d
的表达式；其中电堆总内阻R
stack
如式(1)所示：R
stack
＝R
f
+R
m
+R
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)利用二阶等效电路模型求出交流阻抗表达式，如式(2)所示：步骤二：利用EIS法测出电堆欧姆内阻R
m
和总内阻R
stack
；利用电化学阻抗谱法(EIS法)，给燃料电池系统施加一组频率不同、振幅偏小且交流正弦的电势波信号，在阻抗谱测试仪上可读出欧姆内阻R
m
和总内阻R
stack
；实际采用的阻抗仪的频率为0.1Hz
‑
20kHz，所以分别取0.1Hz测电堆总内阻R
stack
，20kHz测欧姆内阻R
m
；步骤三：计算出电堆的活化内阻R
f
和浓差内阻R
d
；为了分离出活化内阻R
f
和浓差内阻R
d
，还需要使用活化内阻模型，活化内阻模型中的变量数据可以通过实验设备测量得出：当电堆处于工作状态下时，其工作电流可以通过串联电流表测出，燃料电池的堆内温度T
stack
可由在双极板处安装的三个热电偶测出；活化内阻R
f
、欧姆内阻R
m
、总内阻R
stack
已知时，可通过公式(3)得到浓差内阻R
d
；R
d
＝R
stack
‑
R
f
‑
R
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)通过上述步骤，可得到总内阻R
stack
、活化内阻R
f
、欧姆内阻R
m
、浓差内阻R
d
；步骤四：确定诊断水淹故障的特征量；水淹是燃料电池内部水含量过高而引起的故障，常发生在中高电流密度下；当燃料电池处于水淹故态时，电堆内的水迁移系数D
eff
会显著降低，气体扩散层和流道的水淹使得气体反应物到达位点的传输受阻，催化剂的活性面积因为水的覆盖而降低，它将显著增加质子交换膜燃料电池的活化损耗和浓差损耗；随着时间的流逝，电堆输出性能持续降低；基于对水淹故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫东，严梦男，陈国泽，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：