CN101393994B - 根据hfr测量值的燃料电池湿度在线系统确认和控制 - Google Patents

Abstract

根据HFR测量值的燃料电池湿度在线系统确认和控制：提供了一种燃料电池系统，其包括与燃料电池堆电连通HFR测量装置。HFR测量装置用于在线测量燃料电池堆的HFR，HFR适合于计算d(HFR)/d(RH)的比率。提供与燃料电池堆流体连通的湿度调节器。控制器周期性地改变堆操作状况以使燃料电池堆的RH扰动，处理HFR响应，并计算d(HFR)/d(RH)的比率。本发明还提供一种在线确定和控制燃料电池堆湿度的方法。d(HFR)/d(RH)的比率是用作水化控制反馈的膜水化的辅助测量值。

Description

根据HFR测量值的燃料电池湿度在线系统确认和控制 

技术领域

本公开内容涉及燃料电池系统，而且更具体地涉及一种燃料电池堆水化测量系统和用于测量燃料电池堆在操作时的水化的方法。 

背景技术

燃料电池已被认为是一种清洁、高效且无害于环境的能源，用于电力车辆和各种其他应用。特别地，燃料电池已被确认是一种用于当前车辆中的传统内燃机的潜在替代物。一种已知的燃料电池为质子交换膜(PEM)燃料电池。独立燃料电池可串联堆叠在一起以形成燃料电池堆。燃料电池堆能够供应足以为车辆供电的电量。 

在现有技术中公知的是，燃料电池堆内的膜必须具有特定的相对湿度(RH)以实现高效性能。经常采取措施将膜的水化保持在所希望的范围内以优化膜上的质子传导。例如，在美国专利No.6,376,111中，控制器利用反馈以控制燃料电池组件的湿度，在此以参见的方式引入其全部内容。加湿器或者水汽传送(WVT)装置常用于为提供到燃料电池堆的入口反应物气体加湿。基于通过冷却剂温度测量的RH与燃料电池温度之间联系的热控措施，也已经用于控制膜的水化。其他燃料电池参数，例如化学计量和压力，已知进一步影响燃料电池湿度。 

在现有技术中，燃料电池系统中的湿度水平已经响应于各种反馈指示物进行控制，所述指示物包括：入口RH、出口RH、温度、压力、流速和电流测量值。不过，用于测量这些指示物的典型传感器经常呈现出漂移并可能不可靠。特别是相对湿度传感器，由于传感器多次暴露于液态水所致的侵蚀和膨胀而在燃料电池应用中的用途有限。因此，传统传感器已经不适合在燃料电池系统中的湿度反馈控制中有效使用。 

高频电阻(HFR)以前已作为离线实验室诊断技术用于间接测量燃料电池中的MEA水化。典型的HFR传感器基于高频波纹电流(ripplecurrent)而测量燃料电池的AC电阻。HFR对于RH变化特别敏感。不过， HFR也对于其他燃料电池条件高度敏感，例如总体膜电阻、板电阻和接触电阻的个体差异。绝对HFR测量值对于接触电阻的变化特别敏感。由于在操作过程中部分由于膜的膨胀和收缩所致的压缩力变化使得燃料电池堆的接触电阻变化，因此，在此之前，在操作燃料电池堆的在线水化测量中不能采用绝对HFR测量值。 

[0006]仍然需要一种用于可靠测量燃料电池堆在操作中湿度的在线系统和方法。所希望的是，所述在线系统和方法采用HFR测量值，以监控和反馈控制燃料电池堆湿度。 

发明内容

相应地在本公开内容中，令人惊讶地发现了一种在线系统和方法，其采用HFR测量值以可靠监控和控制燃料电池堆在操作中的湿度。 

在一个实施例中，燃料电池系统包括：具有多个燃料电池的燃料电池堆。每一燃料电池具有设置在阳极与阴极之间的电解质膜。燃料电池系统进一步包括与燃料电池堆电连通的HFR测量装置。该HFR测量装置适于测量燃料电池堆的HFR，该HFR适合于计算d(HFR)/d(RH)比率。湿度调节器与燃料电池堆流体连通并适于将燃料电池堆的RH调节到所希望的范围内。控制器也与HFR测量装置和湿度调节器电连通。该控制器适于响应于d(HFR)/d(RH)比率而控制湿度调节器。 

在另一实施例中，一种在线确认燃料电池堆湿度水平的方法包括以下步骤：将反应物流供应到燃料电池堆，并在反应物流中引入扰动。所述扰动适于提供燃料电池堆的RH瞬时偏差。在扰动过程中测量燃料电池堆的HFR。根据测量到的HFR和燃料电池堆的RH瞬时偏差计算d(HFR)/d(RH)比率。将d(HFR)/d(RH)比率关联到数学模型中，以确认燃料电池堆的RH。 

在进一步的实施例中，所述方法包括以下步骤：响应于d(HFR)/d(RH)比率而控制燃料电池堆的湿度水平。燃料电池堆的RH由此保持在所希望的范围内。 

附图说明

本公开内容的以上以及其他优点，根据以下详细描述特别是结合以下描述的附图，对于本领域技术人员而言将变得显而易见。 

图1是现有技术的示例性燃料电池的侧截面图，此燃料电池组装 在与本公开内容的在线加湿确认系统和方法一起使用的燃料电池堆中； 

图2是根据本公开内容的实施例的在线加湿确认和控制系统的示意图； 

图3是图示出具有大致相同操作状况的不同燃料电池堆的示例性绝对HFR测量值的图线； 

图4是图示出在典型操作周期中的燃料电池堆的示例性绝对HFR测量值的图线； 

图5是图示出在典型操作温度范围内的燃料电池堆的示例性绝对HFR测量值的图线； 

图6是图示出在正常操作状况下燃料电池堆的示例性RH扰动和对绝对HFR测量值的影响；和 

图7是图示出在满溢操作状况下燃料电池堆的示例性RH扰动和对绝对HFR测量值的影响。 

具体实施方式

以下描述实际上仅为示例性的，而并非用于限制本公开内容、其应用或使用。还应理解的是，在各附图中对应的附图标记指示相同的或对应的部件和特征。对于所公开的方法，所描述的步骤实际上是示例性的，因而不一定是必要的或必须的。 

图1是现有技术中已知的燃料电池2的示例性图示。本领域技术人员应认识到的是，在本公开内容的范围内可使用其他燃料电池设计。燃料电池2包括具有聚合物电解质膜(PEM)6、阴极8和阳极10的膜电极组件(MEA)4。PEM6夹在阴极8与阳极10之间。阴极8和阳极10通常包括支撑在碳颗粒上并混合以离子交联聚合物的精细催化剂，例如铂。应理解的是，阴极8和阳极10可由所希望的其他适合材料形成。 

第一气体扩散介质(GDM)层12设置为与阴极8相邻并在与PEM6相反的一侧上。第二GDM层14设置为与阳极10相邻并在与PEM6相反的一侧上。GDM层12、14通常有助于将诸如空气(O₂)和氢气(H₂)之类的气态反应物传输到MEA4用以进行电化学燃料电池反应。电化学燃料电池反应产生电和水作为化学产物。燃料电池堆2进一步包括分别与第一和第二GDM层12、14相邻设置的第一板16和第二板18。第一和第二板16、18在其中形成有流动通道，用于将空气(O₂)分配到阴极8并将氢气(H₂)分配到阳极10，而且用于从燃料电池2中去除残余反应物和产物水。

如图2中所示，本公开内容的燃料电池系统200包括燃料电池堆202。燃料电池堆202例如由多个燃料电池2组装而成。燃料电池系统200可在需要时包括多于一个燃料电池堆202。燃料电池堆202与电负载204电连通。电负载204可例如为电力车辆的电动马达。 

燃料电池堆202与反应物源206流体连通。反应物源206将诸如阴极流和阳极流之一的反应物流207提供到燃料电池堆202用于电化学燃料电池反应。在特定的实施例中，反应物源206是适于将压缩空气从周边大气提供到燃料电池堆202阴极8的空气压缩机。同样地，反应物源206可以是适于将氢气提供到燃料电池堆202阳极10的储存容器。 

在一个实施例中，燃料电池系统200包括湿度调节器，例如热控单元208和水汽传送(WVT)单元210。作为非限制性示例，热控单元208与供应到燃料电池堆202的冷却剂流211进行热交换。冷却剂流可循环通过燃料电池堆202并调节燃料电池堆202的温度以及相对湿度(RH)。在此所使用的燃料电池堆202的RH是指燃料电池堆202中气体的RH，例如，是指排放残余气态反应物和产物的“出口RH”。现有技术中已知的是，热控单元212可用于将冷却剂流213的温度调节到所希望的设置点，此设置点被选择以将燃料电池堆202的RH保持在所希望的范围内。 

在进一步的实施例中，燃料电池系统200包括WVT单元210。WVT单元210适于根据需要调节被供应到燃料电池堆202的反应物流207的RH。WVT单元210可例如为从水源传送水汽的加湿器。作为进一步的非限制性实施例，WVT单元210从燃料电池系统202的载水流中吸水，例如，从阳极排放流、阴极排放流和重整流中的一种中吸水。WVT单元210可采用水传送膜。在另一非限制性示例中，WVT单元210从液态水储器中传送水汽。适合的WVT单元210在现有技术中是已知的，并可根据需要使用。本领域普通技术人员应认识到的是，燃料电池系统200可包括热控单元208和WVT单元210中的至少一个。 

燃料电池系统200还包括控制器212和高频电阻(HFR)测量装置214。燃料电池系统200的控制器212与HFR测量装置214电连通。燃料电池系统的控制器212还可与热控单元208和WVT单元210电连通。HFR测量装置214与燃料电池堆202电连通并适于测量燃料电池堆202的HFR，HFR适合于计算d(HFR)/d(RH)比率，这将在下文中进一步说明。 

如图3所示，具有大致相同操作状况的不同燃料电池堆202经常提供偏移绝对HFR值300和302。这通常是由于总体的板和接触电阻的个体差异所致。如图4中所示，燃料电池堆202的湿度增加和相应的PEM 6水化，导致绝对HFR测量值减小。不过，绝对HFR测量值还在不同操作温度之间显著变化。现在应认识到的是，绝对HFR测量值在RH水平范围内的斜度，或称d(高频电阻)/d(相对湿度)或d(HFR)/d(RH)比率，大致相同，无论总体的板和接触电阻的个体差异如何。所述斜度直接测量出由于水化所致的膜电阻变化，而板和接触电阻保持不变。 

采用d(HFR)/d(RH)比率作为燃料电池堆202在操作中的RH指示物特别有用。燃料电池堆202的RH与HFR测量值的动态关系可表示为以下传送函数： 

$\mathrm{Gp}\left(s\right)=\frac{\mathrm{HFR}\left(s\right)}{\mathrm{RH}\left(s\right)}=\frac{\mathrm{Kp}}{{\mathrm{\τ}}_{p}s+1}$

其中， 

τ_p是过程时段。 

如图4中所示，当燃料电池堆202中湿度饱和时，斜度Kp(即d(HFR)/d(RH)比率)减小，所示HFR斜度400、402、404、406减小至大约为零的最小值408。虽然d(HFR)/d(RH)比率名义上受温度影响，如图5中的d(HFR)/d(RH)斜度500、502、504、506所示，但d(HFR)/d(RH)比率基本上不受总体的膜电阻、板电阻和接触电阻的个体差异影响。因此，采用d(HFR)/d(RH)比率替代绝对HFR测量值以用于估算燃料电池堆202的RH，特别有利。 

再次参见图2，本公开内容的HFR测量装置214可以是适合用于测量燃料电池或燃料电池部件的任何已知装置。HFR测量装置适于测量燃料电池堆202至少一个PEM 6上的HFR。作为非限制性示例，HFR测量装置214与燃料电池堆202的一个或多个燃料电池2独立电连接。至少一个PEM6的HFR代表燃料电池堆202的整体湿度水平。HFR测量装置214适于测量整个燃料电池堆202的至少一部分上的HFR。例如，HFR测量装置214与燃料电池堆202的第一端子和第二端子电连接。本领域技术人员应认识到的是，可根据需要选择其他结构的HFR测量装置214来测量燃料电池堆202的HFR。 

控制器212设置为接收通过HFR测量装置214得到的HFR测量值和由此计算出的d(HFR)/d(RH)比率中的至少一个。例如，d(HFR)/d(RH)比率可根据由HFR测量装置214得到的一个或多个HFR测量值被预先计算出，并然后被提供到控制器212。在另一实施例中，控制器212可包括通过一个或多个HFR测量值计算出d(HFR)/d(RH)比率的功能。 

应认识的是，控制器212适于周期性地改变燃料电池堆202的操作状况。例如，控制器212可适于基于d(HFR)/d(RH)比率调节燃料电池堆202的湿度。PEM6的水化由此受控于所希望的范围内。作为进一步的示例，控制器212可适于响应于d(HFR)/d(RH)比率控制湿度调节器。控制器212采用至少一种算法或数学模型将d(HFR)/d(RH)比率关联到燃料电池堆202的RH的估算值，例如，出口RH的估算值。数学模型可例如为用于特定燃料电池堆202构造和操作温度的d(HFR)/d(RH)比率值和出口RH值的查询表。使用数学模型的计算实时进行，从而使燃料电池堆202水化的在线测量能够实现。作为非限制性示例，数学模型可包括在现有技术中已知的非指数(exponential forgetting)的标准回归最小二乘法估算器。应理解的是，也可采用其他适合的算法或数学模型用以将d(HFR)/d(RH)比率关联到相对湿度的估算值。 

燃料电池系统200可以进一步包括至少一个另外的传感器(未示出)。另外的传感器可与控制器212电连通。另外的传感器适于监控入口RH、出口RH、燃料电池堆压力和燃料电池堆温度中的至少一个。在特定实施例中，另外的传感器是适于将温度测量值提供到燃料电池系统200的控制器212的温度传感器。可以根据需要选择其他适合的传感器和结构用于测量燃料电池系统200。 

本公开内容进一步包括用于在线确定燃料电池堆202湿度的方法。所述方法包括以下步骤：提供在此描述的与HFR测量装置214电连通的燃料电池堆202。反应物流207，例如阴极供应流，被供应到燃料电池堆202。在将反应物流207供应到燃料电池堆202的步骤之后，在反应物流207中引入扰动。作为非限制性示例，扰动为反应物流的化学计量变化，例如阴极化学计量变化。化学计量变化可例如通过改变流向燃料电池堆202的反应物流207的流速而实现。可根据需要采用其他适合的方式用于改变反应物流化学计量。 

引入反应物流207中的扰动适于提供燃料电池堆202的RH瞬时偏差。根据所述扰动，产生系统HFR增益。根据系统HFR增益得到d(HFR)值。RH瞬时偏差也是大致已知的量，由此可得到d(RH)，进一步能够计算出d(HFR)/d(RH)比率。在特定的实施例中，在将反应物流207供应到燃料电池堆202的步骤中，扰动基本定期发生。扰动根据需要可为大致恒定的脉冲或不规律脉冲。例如，不规律扰动可以导致初始的RH减小和随后的RH增大，这些都与燃料电池堆202的稳态RH相关。

扰动所致的瞬时变化的量通常是燃料电池堆202的稳态RH的一部分。选择所述量以抵制由于扰动所致的堆燃料电池堆202性能的任何显著影响。示例性地，扰动所致的瞬时变化的量相对于燃料电池堆202稳态RH小于大约20％。在进一步的实施例中，瞬时变化的量相对于稳态RH小于大约10％。在特别的示例性实施例中，瞬时变化的量相对于稳态RH小于大约5％。本领域技术人员应理解的是，可根据需要而选择不显著偏离燃料电池堆202稳态RH的适合的量。 

RH瞬时变化还持续基本上不影响燃料电池堆202性能的所选择的时段。例如，RH瞬时变化可持续小于大约90秒的时段。在一个实施例中，RH瞬时变化持续小于大约10秒的时段。在特别的示例性实施例中，RH瞬时变化持续小于大约5秒的时段。应认识到的是，选择所述瞬时变化和时段，使其对于燃料电池堆202性能的影响最小化，而同时足以由此实现d(HFR)/d(RH)比率的偏差。例如，瞬时变化提供了允许可测量HFR响应的信噪比。 

在将扰动引入反应物流207后，通过HFR测量装置214测量燃料电池堆202的HFR。根据测量到的HFR变化和已知的扰动过程中燃料电池堆202的RH瞬时变化，计算出d(HFR)/d(RH)比率。作为非限制性示例，如果在固定的操作温度和时段中，HFR变化约为-0.035Ω-cm²而且RH瞬时变化约为40％，则计算出的d(HFR)/d(RH)比率约为-0.9mΩ-cm²/％。然后，d(HFR)/d(RH)比率可在数学模型中关联到RH，例如已知的燃料电池堆202的出口RH值。燃料电池堆202的出口RH由此被确认。 

应理解的是，基于燃料电池堆的d(HFR)/d(RH)比率和操作温度的系统度量(metrics)可用于控制器212以确定燃料电池堆202湿度水平。在一个实施例中，当d(HFR)/d(RH)比率在所希望的下限与所希望的上限之间时，可指示为燃料电池堆202的优化湿度。例如，当d(HFR)/d(RH)比率小于所希望的下限时，指示为湿度不足或称“干燥”的燃料电池堆。例如，当d(HFR)/d(RH)比率例如大于所希望的上限时，指示为湿度过度或称“满溢”(flooded)的燃料电池堆。本领域技术人员应认识到的是，对d(HFR)/d(RH)比率的所希望的上限和下限可根据需要至少部分地基于操作温度和具体燃料电池堆202结构而选择。 

本方法也可用于控制燃料电池堆202的湿度。本方法可包括以下步骤：响应于d(HFR)/d(RH)比率而控制燃料电池堆202的RH。例如，包括所希望的d(HFR)/d(RH)比率上限和下限的系统度量可用于控制器 212以操作湿度调节器。所述度量可为“模糊”度量，例如，d(HFR)/d(RH)比率与“很干燥”、“干燥”、“正常”、“满溢”湿度状况相关。燃料电池堆202的湿度水平由此被调节。 

在一个实施例中，提供热控单元208，则控制RH的步骤包括以下步骤：确定所希望的燃料电池堆温度以提供在所希望范围内的RH。所希望的燃料电池堆温度基于计算出的d(HFR)/d(RH)比率而选择。冷却剂流211可供应到燃料电池堆，冷却剂流211的温度可调节到提供所希望的燃料电池堆202温度的温度设置点。当达到所希望的燃料电池堆202的温度时，燃料电池堆202的RH由此保持在所希望的范围内。 

当在燃料电池系统200中提供WVT单元210时，控制燃料电池堆202的RH的步骤可包括：调节反应物流207的RH。反应物流207的RH变化直接影响燃料电池堆202的湿度，并因而影响PEM6的水化。燃料电池堆202的RH因而可保持在所希望的范围内。 

示例： 

如图6和7中所示，通过根据本公开内容的示例性燃料电池模块，获得了HFR测量值。应认识到的是，本公开内容并不仅限于在此描述的示例。 

在图6中所示的第一示例中，扰动600被引入燃料电池模块阴极流中。燃料电池模块在比正常湿度状况干燥的情况下操作，操作温度大约为80℃。扰动600导致相对于约为70％的稳态出口RH的瞬时变化602。瞬时变化602为不规律脉冲，其在初始时偏离稳态大约-5％并在结束时偏离稳态大约+10％。结果产生的瞬时变化602的量约为15％。扰动600的持续时段约为90秒。因此，燃料电池结构的大约-2mΩ-cm²/％的d(HFR)/d(RH)比率被确定，其指示为在大约80℃的操作温度下的“干燥”湿度水平。 

在第二示例中，扰动700被引入处于正常湿度状况下的第二燃料电池模块阴极流中。如图7所示，扰动700导致相对于约为80％的稳态出口RH的瞬时变化702。结果产生的瞬时变化702的量约在-10％至+20％之间，或总体约为40％。扰动的持续时段约为90秒。因此，燃料电池模块结构的大约-0.8mΩ-cm²/％的d(HFR)/d(RH)比率被确定，其指示为在大约80℃的操作温度下的“正常”湿度水平。 

令人惊讶的发现在于，d(HFR)/d(RH)比率允许估算燃料电池堆202的湿度，并由此估算燃料电池堆202的PEM6的水化。因此，通过 本公开内容的燃料电池系统200和方法，使用HFR测量值进行燃料电池堆202的湿度的在线确定和控制得以实现。 

d(HFR)/d(RH)比率也可与现有技术中已知的湿度传感器一起使用。通过d(HFR)/d(RH)比率估算燃料电池堆202的湿度可用于诊断湿度传感器中可能导致燃料电池堆202湿度不适当的故障。这样，如再次所描述地使用HFR测量值可用于系统冗余目的，特别是在通过燃料电池堆202供电的车辆中。 

由于本系统和方法有助于湿度检测和控制，因而优化了燃料电池堆202的有效寿命和耐久性。还应认识到的是，在用于测量和控制湿度的在线系统中使用HFR测量值，对于不时发生湿度失衡的多堆系统而言可能特别有用。本公开内容的系统和方法可根据需要用于检测这样的失衡，将其校正，和警示操作者。 

虽然为了例示本发明而已经显示了特定的代表性实施例和细节，不过对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本公开内容的范围的情况下，可进行各种修改，本发明的范围在所附权利要求书中进一步描述。

Claims (20)

1.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池堆，其包括多个燃料电池；

高频电阻测量装置，其与所述燃料电池堆电连通，该高频电阻测量装置适于测量所述燃料电池堆的高频电阻，该高频电阻适合于计算d(高频电阻)/d(相对湿度)比率；

湿度调节器，其与所述燃料电池堆流体连通并适于将所述燃料电池堆的相对湿度调节到所希望的范围内；和

控制器，其与所述高频电阻测量装置和所述湿度调节器电连通，所述控制器适于响应于所述d(高频电阻)/d(相对湿度)比率而控制所述湿度调节器。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述高频电阻测量装置适于在所述燃料电池堆的至少一个电解质膜上测量高频电阻。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述高频电阻测量装置适于在所述燃料电池堆的至少一部分上测量高频电阻。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述湿度调节器是适于调节所述燃料电池堆的温度的热控单元。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述热控单元与供应到所述燃料电池堆的冷却剂流进行热交换，所述燃料电池堆的温度通过所述冷却剂流调节。

6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述湿度调节器是与反应物源和所述燃料电池堆流体连通的水汽传送装置，所述水汽传送装置适于调节供应到所述燃料电池堆的反应物流的相对湿度。

7.一种在线确认燃料电池堆湿度水平的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有多个燃料电池的燃料电池堆；

提供与所述燃料电池堆电连通的高频电阻测量装置；

将反应物流供应到所述燃料电池堆；

在供应到所述燃料电池堆的所述反应物流中引入扰动，所述扰动适于提供所述燃料电池堆的相对湿度瞬时偏差；

测量所述燃料电池堆的高频电阻；

根据测量到的高频电阻和所述燃料电池堆的相对湿度瞬时偏差而计算d(高频电阻)/d(相对湿度)比率；和

将所述d(高频电阻)/d(相对湿度)比率关联到数学模型中，以确认所述燃料电池堆的相对湿度。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述反应物流是阴极供应流。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述扰动是所述反应物流的化学计量变化。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述扰动是所述反应物流的流速变化。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，在将所述反应物流供应到所述燃料电池堆的步骤中所述扰动基本定期发生。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述瞬时变化相对于所述燃料电池堆的稳态相对湿度小于20％。

13.根据权利要求7所述的方法，其中，所述瞬时变化提供的信噪比允许测量所述燃料电池堆的高频电阻。

14.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述d(高频电阻)/d(相对湿度)比率在所希望的下限与所希望的上限之间时，指示为优化的燃料电池堆湿度。

15.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述d(高频电阻)/d(相对湿度)比率小于所希望的下限时，指示为湿度不足的燃料电池堆。

16.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述d(高频电阻)/d(相对湿度)比率大于所希望的上限时，指示为湿度过度的燃料电池堆。

17.一种控制燃料电池堆湿度水平的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有多个燃料电池的燃料电池堆；

提供与所述燃料电池堆电连通的高频电阻测量装置；

将反应物流供应到所述燃料电池堆；

在供应到所述燃料电池堆的所述反应物流中引入扰动，所述扰动适于提供所述燃料电池堆的相对湿度瞬时偏差；

测量所述燃料电池堆的高频电阻；

根据测量到的高频电阻和所述燃料电池堆的相对湿度瞬时偏差而计算d(高频电阻)/d(相对湿度)比率；和

响应于所述d(高频电阻)/d(相对湿度)比率而控制所述燃料电池堆的相对湿度，其中，所述燃料电池堆的相对湿度保持在所希望的范围内。

18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤：

将所述d(高频电阻)/d(相对湿度)比率关联到数学模型中，以确认所述燃料电池堆的相对湿度。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述控制燃料电池堆的相对湿度的步骤包括以下步骤：

基于计算出的d(高频电阻)/d(相对湿度)比率确定用于调节所述燃料电池堆相对湿度的所希望的燃料电池堆温度；

将冷却剂流供应到所述燃料电池堆，所述冷却剂流适于调节所述燃料电池堆温度；和

将所述冷却剂流的温度调节到适于提供所希望的燃料电池温度的温度设置点。

20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述控制燃料电池堆的相对湿度的步骤包括以下步骤：

提供与反应物源和所述燃料电池堆流体连通的水汽传送装置；

将反应物流从所述反应物源供应到所述燃料电池堆；和

调节所述反应物流的相对湿度以提供处于所希望范围内的所述燃料电池堆的相对湿度。

Images