CN113608137A - 一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，包括如下步骤：S1、搭建燃料电池系统测试台，对燃料电池系统进行全功率范围长时间运行，在燃料电池系统运行过程中，计算燃料电池系统运行时各部分水含量的质量流量，同时记录电堆实际使用寿命；S2、将燃料电池系统性能参数与水含量的质量流量进行比对，通过修正和比较，拟合出电堆性能与分别所述四个水含量的质量流量的map图；S3、在实际系统运行过程中，运用所述map图推算燃料电池系统的性能，从而预估燃料电池系统的使用寿命。本发明具有以下优点和效果：本发明的算法和实现方法，弥补了质子交换膜燃料电池电堆关于寿命预估的空白，对提高系统稳定性具有重大意义。

Description

一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法。

背景技术

随着质子交换膜燃料电池的兴起，越来越多的人投入到其研究当中，但发展至今，仍然没有一个很准确的判定质子交换膜燃料电池寿命的方法。目前基本上是通过检测电堆额定电流下的输出电压来判定电堆性能，从而确定电堆是否达到寿命，然而对于电堆的剩余寿命无法进行预估。

申请公布号为CN111044926A的中国发明专利公开了质子交换膜燃料电池寿命预测方法，该方法基于粒子滤波框架进行燃料电池寿命预测，包括学习阶段和预测阶段：在学习阶段，依次进行初始化、更新粒子状态、更新粒子权重、采样的步骤，直到到达tp时刻；其中，粒子是指燃料电池的电压的可能取值，tp是指从该时刻起不再更新粒子权重，不再进行重采样；在预测阶段，从tp时刻开始更新粒子状态，根据粒子状态得到燃料电池的电压值，判断电压值是否达到电池失效阈值，若达到则得到燃料电池剩余使用寿命，否则迭代更新粒子状态。但是该专利较难实现，进行预估必须增加零部件，成本也较高，并且准确性是无法估计的；并且该专利注重的是对电压的滤波方式，并没有对电堆内部进行分析，实施过程中极容易收到外界干扰影响。

质子交换膜燃料电池电堆的核心部分包括质子交换膜、催化剂和气体扩散层是影响电堆寿命的重要组成部分。质子交换膜主要影响质子的传递，而质子传递的介质是水；催化剂层主要影响燃料的活性，燃料的活性则直接决定反应的生成物水；气体扩散层主要影响燃料的运输，燃料的运输包含反应气体本身和气体中含有的水。综上可知，燃料电池内部决定电堆性能的重要参考物即是水，可以水含量作为依据预估电堆寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，本发明针对质子交换膜燃料电池内部的质子膜、催化剂、气体扩散层等关键材料的水传输进行分析，从而来判定其性能的衰减，从而对其寿命进行预估。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：包括如下步骤：

S1、搭建燃料电池电堆系统测试台，对燃料电池电堆系统进行全功率范围长时间运行，在电堆运行过程中，检测并计算燃料电池电堆系统运行时各部分水含量的质量流量，同时记录电堆实际使用寿命；

S2、将电堆性能参数与水含量的质量流量进行比对，通过修正和比较，拟合出电堆性能与分别所述四个水含量的质量流量的map图；

S3、在实际系统运行过程中，运用所述map图推算电堆的性能，从而预估电堆的使用寿命。

本发明的进一步设置为：所述水含量的质量流量包括氢气循环系统中水的总质量流量M_{w_h2cycle}、燃料电池系统氢气路排出的水的总质量流量M_{w_h2out}、燃料电池系统氢气路排出的湿氢气的总质量流量M_{h2_out}和燃料电池系统排出的空气中的水的总质量流量M_{w_airout}。

本发明的进一步设置为：电堆使用寿命控制策略包括如下步骤：

步骤1、检测当前电流下单片电压，若电堆性能出现持续衰减，则在系统进入当前电流下的稳定运行状态下时，计算空气路和氢气路的水含量，所述空气路的水含量包括空气带入的水的总质量流量M_{w_airin}、排出的空气中的水的总质量流量M_{w_airout}，所述氢气路的水含量包括氢气循环系统中水的总质量流量M_{w_h2cycle}、氢气路排出的水的总质量流量M_{w_h2out}；

步骤2、根据步骤1中的数据查map图比较空气路和氢气路气体湿度的实际值与理论值，如果湿度实际值偏低，则说明气体扩散层水传输受阻，如果湿度实际值不偏低，则为膜穿孔或其他问题；

步骤2’、根据步骤1中的数据查map图比较氢气路排出的水流量实际值与理论值，所述氢气路排出的水流量包括M_{w_h2out}和M_h2-out，如果水流量实际值偏小，则说明膜内水传输受阻，如果水流量不偏小，则为膜穿孔或其他问题；

步骤3、通过空气路和氢气路的水含量，查map图比较电堆性能，并对其寿命进行估算。

本发明的进一步设置为：所述电堆性能为电堆同一输出电流下的平均单片电压。

本发明的进一步设置为：所述燃料电池系统测试台包括设置在燃料电池系统上的氢气入口、氢气出口、空气进口和空气出口，所述氢气入口、氢气出口、空气进口和空气出口上均连接有用于检测湿度、温度和压力的检测组件。

本发明的进一步设置为：所述电池电堆系统测试台包括设置在电堆上的氢气入口、氢气出口、空气进口和空气出口，所述氢气入口连接有氢气进气管，所述氢气进气管上沿进气方向依次设置有进气电磁阀、电控调压器、湿度传感器、温度传感器、压力传感器和进口气液分离器；所述氢气出口连接有氢气出气管，所述氢气出气管与氢气进气管之间通过回流管相连，所述回流管上设置有氢气循环泵；所述氢气出气管在回流管和氢气出口之间沿出气方向依次设置有出气口气液分离器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器，所述氢气出气管与回流管相交处另一端沿出气方向依次设置有排气电磁阀、温度传感器、压力传感器、湿度传感器和排气口；所述进口气液分离器和出口气液分离器均连接有排水管，所述排水管上连接有排水电磁阀。

本发明的进一步设置为：所述空气进口上连接有空气进气管，空气进气管沿进气方向依次设置有过滤器、流量计、压力传感器、湿度传感器、温度传感器、增压器、中冷器、进气截止阀、加湿器、压力传感器、湿度传感器、温度传感器；所述空气出口上连接有空气出气管，空气出气管沿出气方向依次设置有压力传感器、湿度传感器、温度传感器、加湿器、压力传感器、湿度传感器、温度传感器、背压阀、消音器。

本发明的进一步设置为：所述电堆运行时各部分含水量的质量流量按如下计算式计算得到：

氢气循环系统中水的总质量流量

氢气路排出的水的总质量流量M_{w_h2out}＝ρ_w*S_{h2_wout}*V_{h2_w}*3600*T_{h2_w}；

氢气路排出的湿氢气的总质量流量M_{h2_out}＝ρ_h2*S_{h2_out}*V_h2*3600*T_h2；

排出的空气中的水的总质量流量

本发明的进一步设置为：所述空气带入的水的总质量流量M_{w_airin}可由如下计算式计算得出：

本发明的有益效果是：

1.本发明的算法和实现方法，弥补了质子交换膜燃料电池系统关于寿命预估的空白，对提高系统稳定性具有重大意义。

2.本发明通过对空气路和氢气路的含水量进行实时监测，并通过监测数据结合本发明的计算方法计算出电堆内部各部分的含水量，并作出各部分含水量与电堆性能之间的map图作为预估电堆寿命的依据，通过电堆检测系统测试台即可对空气路和氢气路的含水量进行监测，本发明的电堆寿命预测方法简单易行，成本较低，

3.MEA(膜电极)的质子传输能力取决于膜内的水含量，膜内的水则来自于空气侧生成的水的渗透和质子转移过程的拖拽，最终多余的水将从氢气路和空气路排出；GDL(气体扩散层)的水传递的效率在反应稳定进行的条件下，就会影响反应气体的湿度。电堆在长时间运行过程中，必然会因为质子膜漏气、催化剂流失、扩散层阻塞等问题导致的性能衰减。当电堆性能开始缓慢下降(暂不考虑由于其他或者误操作因素导致的性能突降)，必然是因为MEA或者GDL性能的衰减，而这两者的改变也将导致系统中水的含量的变化。由此可知，质子交换膜燃料电池系统中水的状态可直观的反应出电堆性能，通过对各部分水含量进行监测，可直接对电堆内部运行状况进行分析，实施过程不易受到外界条件干扰，准确度高。

4.采用电堆检测系统测试台可对电堆进行实时监测，通过监测数据可判断出电堆异常的原因，如气体扩散层受阻、膜穿孔、膜内水传输受阻等，有利于提高电堆系统稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例燃料电池系统测试台结构示意图。

图2是一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法流程图。

图中，1、燃料电池系统；2、氢气入口；21、氢气进气管；22、进气电磁阀；23、电控调压器；24、进口气液分离器；3、氢气出口；31、氢气出气管；32、出气口气液分离器；33、排气电磁阀；34、排气口；4、空气进口；41、空气进气管；42、过滤器；43、流量计；44、增压器；45、中冷器；46、进气截止阀；47、加湿器；5、空气出口；51、空气出气管；52、背压阀；53、消音器；6、回流管；7、氢气循环泵；8、排水管；9、排水电磁阀；s、湿度传感器；w、温度传感器；y、压力传感器。

具体实施方式

下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

首先，搭建燃料电池电堆系统测试台，如图1所示，电池电堆系统测试台包括设置在电堆上的氢气入口2、氢气出口3、空气进口4和空气出口5，氢气入口2、氢气出口3、空气进口4和空气出口5上连接有检测组件，检测组件包括氢气入口2连接的氢气进气管21，所述氢气进气管21上沿进气方向依次设置有进气电磁阀22、电控调压器23、湿度传感器s、温度传感器w、压力传感器y和进口气液分离器24；所述氢气出口3连接有氢气出气管31，所述氢气出气管31与氢气进气管21之间通过回流管6相连，所述回流管6上设置有氢气循环泵7；所述氢气出气管31在回流管6和氢气出口3之间沿出气方向依次设置有出气口气液分离器32、温度传感器w、压力传感器y、湿度传感器s，所述氢气出气管31与回流管6相交处另一端沿出气方向依次设置有排气电磁阀33、温度传感器w、压力传感器y、湿度传感器s和排气口34；所述进口气液分离器24和出口气液分离器均连接有排水管8，所述排水管8上连接有排水电磁阀9。

所述空气进口4上连接有空气进气管41，空气进气管41沿进气方向依次设置有过滤器42、流量计43、压力传感器y、湿度传感器s、温度传感器w、增压器44、中冷器45、进气截止阀46、加湿器47、压力传感器y、湿度传感器s、温度传感器w；所述空气出口5上连接有空气出气管51，空气出气管51沿出气方向依次设置有压力传感器y、湿度传感器s、温度传感器w、加湿器47、压力传感器y、湿度传感器s、温度传感器w、背压阀52、消音器53。

一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，包括如下步骤：

S1、搭建燃料电池电堆系统测试台，对燃料电池电堆系统进行全功率范围长时间运行，在电堆运行过程中，检测并计算燃料电池电堆系统运行时各部分水含量的质量流量，所述水含量的质量流量包括氢气循环系统中水的总质量流量M_{w_h2cycle}、燃料电池系统氢气路排出的水的总质量流量M_{w_h2out}、燃料电池系统氢气路排出的湿氢气的总质量流量M_{h2_out}和燃料电池系统排出的空气中的水的总质量流量M_{w_airout}，同时记录电堆实际使用寿命；

S2、将电堆同一输出电流下的单片电压参数与水含量的质量流量进行比对，通过修正和比较，拟合出单片电压与分别所述四个水含量的质量流量的map图；

S3、在实际系统运行过程中，运用所述map图推算单片电压，从而预估电堆的使用寿命。

电堆运行时各部分含水量的质量流量按如下计算式计算得到：

A、燃料电池系统吸入的干空气总质量流量“M_{air_dyin}”

燃料电池系统吸入的干空气总质量流量＝燃料电池系统的空气需求量M_{air_need}-空气中含有的水的含量M_{w_airin}，被吸收的硫化物和氮化物不加入到计算中，单位；kg/h。

式中I：电堆输出电流，单位：A

N：电堆的单电池总数

F：阿伏伽德罗常数，数值：96485C/mol

空气中氧气含量的体积分数

V_mol：理想气体摩尔体积，数值：22.4L/mol

λ_air：空气过量系数

式中M_w：水的摩尔质量，数值：18g/mol

M_air：干空气的摩尔质量，数值：29g/mol

P_{sat_air}：饱和蒸汽压，根据实际温度选取，单位：kPa

θ_air：空气相对湿度，根据实际湿度选取

P_air：大气中的空气压力，单位：kPa

M_{air_need}：燃料电池系统的空气需求量，单位：kg/h

由上可得：

M_{air_dyin}＝M_{air_need}-M_{w_airin}

B、燃料电池系统排出的干空气的总质量流量“M_{air_dyout}”

燃料电池系统排出的干空气的总质量流量＝燃料电池系统吸入的干空气总质量流量M_{air_dyin}-反应消耗的氧气的总质量流量M_{O2_out}，不考虑空气路的泄漏量,，单位；kg/h。

式中

空气中氧气含量的体积分数

λ_air：空气过量系数

M_{air_dyin}:燃料电池系统吸入的干空气总质量，单位：kg/h

C、燃料电池系统反应消耗的氢气的总质量流量“M_{h2_in}”

燃料电池系统反应消耗的氢气的总质量流量，单位；kg/h。

式中I：电堆输出电流，单位：A

N：电堆的单电池总数

F：阿伏伽德罗常数，数值：96485C/mol

V_mol：理想气体摩尔体积，数值：22.4L/mol

燃料电池系统反应需求的氢气的总质量流量，单位；kg/h。

M_{h2_need}＝λ_h2*M_{h2_in}

式中λ_h2：氢气过量系数

D、燃料电池系统氢气循环系统中水的总质量流量“M_{w_h2cycle}”

燃料电池系统氢气循环系统中水的总质量流量，单位；kg/h。

式中M_w：水的摩尔质量，数值：18g/mol

M_h2：氢气气的摩尔质量，数值：2g/mol

P_{sat_h2}：饱和蒸汽压，根据实际温度选取，单位：kPaθ_h2：氢气相对湿度，根据实际湿度选取

P_h2：管路中的氢气压力平均值，单位：kPa

M_{h2_need}：燃料电池系统的氢气需求量，单位：kg/hE、燃料电池系统氢气路排出的水的总质量流量“M_{w_h2out}”

燃料电池系统氢气路排出的水的总质量流量，单位；kg/h。

M_{w_h2out}＝ρ_w*S_{h2_wout}*V_{h2_w}*3600*T_{h2_w}

式中ρ_w：水的密度，数值：1000kg/m³

S_{h2_wout}：排水电磁阀排水口截面积，单位：m²

V_{h2_w}：排水电磁阀实际水流速，单位：m/s

T_{h2_w}：排水占空比，经统计所得，取1h中排水时间所占的比值根据不可压缩流的伯努利方程进行排水电磁阀实际水流速的计算：

式中ρ_w：水的密度，数值：1000kg/m³

p₂：排水电磁阀实际进口压力，单位：kPa

p₁：排水电磁阀Kv测试时的进口压力，单位：kPa

L_w：排水电磁阀Kv流量，单位：m³/hF、燃料电池系统氢气路排出的湿氢气的总质量流量“M_{h2_out}”

燃料电池系统氢气路排出的湿氢气的总质量流量，单位；kg/h。

M_{h2_out}＝ρ_h2*S_{h2_out}*V_h2*3600*T_h2

式中ρ_h2：排气电磁阀排气进口湿氢气的实际密度，单位：kg/m³

S_{h2_out}：排气电磁阀排气进口截面积，单位：m²

V_h2：排气电磁阀湿氢气流速，单位：m/s

T_h2：排气占空比，经统计所得，取1h中排气时间所占的比值根据可压缩流体等熵滞止过程来计算湿氢气的实际密度：

式中ρ_{h2_r}：排气阀排出的湿氢气的密度，单位：kg/m³

P_{h2_out}：排处的湿氢气的压力，单位：kPa

P_in：排气电磁阀进口压力，单位：kPa

vh2：湿氢气的比热容比

排气阀排出的湿氢气的密度的计算：

式中T_{h2_out}：排出的湿氢气的实际温度，单位：K

P_{h2_out}：排出的湿氢气的压力，单位：kPa

P_H2O：湿氢气中水蒸气的分压，单位：kPa

M_h2：氢气的摩尔质量，数值：2g/mol

M_H2O：水蒸气的摩尔质量，数值：18g/mol

湿氢气中水蒸气的分压的计算：

P_H2O＝θ_{h2_out}*P_{sat_h2_out}

式中θ_{h2_out}：排出的湿氢气的相对湿度

P_{sat_h2_out}：排出的湿氢气中水蒸气饱和蒸汽压，单位：kPa根据比热容相关计算公式确定湿氢气的比热容比：

式中φ_H2O：湿氢气中水蒸气的质量分数

C_{h2_p}：氢气的定压比热容，单位：kJ/(kg·K)

C_{H2O_p}：水蒸气的定压比热容，单位：kJ/(kg·K)

C_{h2_v}：氢气的定容比热容，单位：kJ/(kg·K)

C_{H2O_v}：水蒸气的定容比热容，单位：kJ/(kg·K)

湿氢气中水蒸气的质量分数的计算：

式中M_w：水的摩尔质量，数值：18g/mol

M_h2：氢气气的摩尔质量，数值：2g/mol

P_{sat_h2}：饱和蒸汽压，根据实际温度选取，单位：kPa

θ_h2：氢气相对湿度，根据实际湿度选取

P_h2：管路中的氢气压力平均值，单位：kPa

水蒸气定容比热容的计算：

C_{H2O_v}＝C_{H2O_p}-R_H2O

式中C_{H2O_p}：水蒸气的定压比热容，单位：kJ/(kg·K)

R_H2O：水蒸气的气体常数，单位：kJ/(kg·K)

水蒸气的气体常数的计算：

式中R：理想气体常数，数值：8.314J/(mol·K)

M_H2O：水蒸气的摩尔质量，数值：18g/molG、燃料电池系统排出的空气中的水的总质量流量“M_{w_airout}”

燃料电池系统排出的空气中的水的总质量流量，单位：kg/ha、根据空气侧的质量守恒可得：

M_{w_airout}＝M_{air_need}-M_{air_dyout}+M_{h2_in}-M_{w_h2cycle}-M_{w_h2out}-M_{h2_out}

b、通过检测出口空气的相对湿度，计算空气出口实际流出的水的质量：

式中M_w：水的摩尔质量，数值：18g/mol

M_air：干空气的摩尔质量，数值：29g/mol

P_{sat_air_out}：空气出口的饱和蒸汽压，根据实际温度选取，单位：kPaθ_{air_out}：系统空气出口的相对湿度，根据实际湿度选取

P_{air_out}：空气出口的压力，单位：kPa

M_{air_dyout}：系统排出的干空气的质量流量，单位：kg/h。

如图2所示，电堆使用寿命控制策略包括如下步骤：

步骤1、检测当前电流下单片电压，若单片电压出现持续衰减，则在系统进入当前电流下的稳定运行状态下时，计算空气路和氢气路的水含量，所述空气路的水含量包括空气带入的水的总质量流量M_{w_airin}、排出的空气中的水的总质量流量M_{w_airout}，所述氢气路的水含量包括氢气循环系统中水的总质量流量M_{w_h2cycle}、氢气路排出的水的总质量流量M_{w_h2out}；

步骤2、根据步骤1中的数据查map图比较空气路和氢气路气体实际湿度与map图中的理论值，如果实际湿度偏低，则说明气体扩散层水传输受阻，如果湿度不偏低，则为膜穿孔或其他问题；空气路和氢气路的水含量与气体湿度密切相关，可通过map图中水含量的理论值推算出气体湿度的理论值，与实际测量的实际湿度值进行比对；

步骤2’、根据步骤1中的数据查map图比较氢气路排出的实际水流量和map图中水流量的理论值，如果水流量偏小，则说明膜内水传输受阻，如果水流量不偏小，则为膜穿孔或其他问题；

步骤3、通过空气路和氢气路的水含量，查map图比较单片电压，并对其寿命进行估算。

空气带入的水的总质量流量M_{w_airin}可由由如下计算式计算得出：

本发明中的电池电堆系统测试台包含单不限于电堆测试台或燃料电池发动机。

Claims (10)

1.一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、搭建燃料电池系统(1)测试台，对燃料电池系统(1)进行全功率范围长时间运行，在燃料电池系统(1)运行过程中，检测并计算燃料电池系统(1)运行时各部分水含量的质量流量，同时记录电堆实际使用寿命；

S2、将燃料电池系统(1)性能参数与水含量的质量流量进行比对，通过修正和比较，拟合出电堆性能与分别所述水含量的质量流量的map图；

S3、在实际系统运行过程中，运用所述map图推算燃料电池系统(1)的性能，从而预估燃料电池系统(1)的使用寿命。

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：步骤S1中所述水含量的质量流量包括氢气循环系统中水的总质量流量M_{w_h2cycle}、燃料电池系统(1)氢气路排出的水的总质量流量M_{w_h2out}、燃料电池系统(1)氢气路排出的湿氢气的总质量流量M_{h2_out}和燃料电池系统(1)排出的空气中的水的总质量流量M_{w_airout}。

3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：所述燃料电池系统(1)包括燃料电池电堆系统或燃料电池发动机。

4.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：电堆使用寿命控制策略包括如下步骤：

步骤1、检测当前电流下单片电压，若燃料电池系统(1)性能出现持续衰减，则在燃料电池系统(1)进入当前电流下的稳定运行状态下时，计算空气路和氢气路的水含量，所述空气路的水含量包括空气带入的水的总质量流量M_{w_airin}、排出的空气中的水的总质量流量M_{w_airout}，所述氢气路的水含量包括氢气循环系统中水的总质量流量M_{w_h2cycle}、氢气路排出的水的总质量流量M_{w_h2out}；

步骤2、根据步骤1中的数据查map图比较空气路和氢气路气体湿度的实际值与理论值，如果湿度实际值偏低，则说明气体扩散层水传输受阻，如果湿度实际值不偏低，则为膜穿孔或其他问题；

步骤2’、根据步骤1中的数据查map图比较氢气路排出的水流量实际值与理论值，所述氢气路排出的水流量包括M_{w_h2out}和M_h2-out，如果水流量实际值偏小，则说明膜内水传输受阻，如果水流量不偏小，则为膜穿孔或其他问题；

步骤3、通过空气路和氢气路的水含量，查map图比较电堆性能，并对其寿命进行估算。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：所述燃料电池系统(1)性能为燃料电池系统(1)同一输出电流下的平均单片电压。

6.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：所述燃料电池系统(1)测试台包括设置在燃料电池系统(1)上的氢气入口(2)、氢气出口(3)、空气进口(4)和空气出口(5)，所述氢气入口(2)、氢气出口(3)、空气进口(4)和空气出口(5)上均连接有用于检测湿度、温度和压力的检测组件。

7.根据权利要求6所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：所述检测组件包括连接在所述氢气入口(2)的氢气进气管(21)，所述氢气进气管(21)上沿进气方向依次设置有进气电磁阀(22)、电控调压器(23)、湿度传感器(s)、温度传感器(w)、压力传感器(y)和进口气液分离器(24)；所述氢气出口(3)连接有氢气出气管(31)，所述氢气出气管(31)与氢气进气管(21)之间通过回流管(6)相连，所述回流管(6)上设置有氢气循环泵(7)；所述氢气出气管(31)在回流管(6)和氢气出口(3)之间沿出气方向依次设置有出气口气液分离器(32)、温度传感器(w)、压力传感器(y)、湿度传感器(s)，所述氢气出气管(31)与回流管(6)相交处另一端沿出气方向依次设置有排气电磁阀(33)、温度传感器(w)、压力传感器(y)、湿度传感器(s)和排气口(34)；所述进口气液分离器(24)和出口气液分离器均连接有排水管(8)，所述排水管(8)上连接有一个或多个排水电磁阀(9)。

8.根据权利要求7所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：所述空气进口(4)上连接有空气进气管(41)，空气进气管(41)沿进气方向依次设置有过滤器(42)、流量计(43)、压力传感器(y)、湿度传感器(s)、温度传感器(w)、增压器(44)、中冷器(45)、一个或多个进气截止阀(46)、加湿器(47)、压力传感器(y)、湿度传感器(s)、温度传感器(w)；所述空气出口(5)上连接有空气出气管(51)，空气出气管(51)沿出气方向依次设置有压力传感器(y)、湿度传感器(s)、温度传感器(w)、加湿器(47)、压力传感器(y)、湿度传感器(s)、温度传感器(w)、一个或多个背压阀(52)、消音器(53)。

9.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：所述电堆运行时各部分含水量的质量流量按如下计算式计算得到：

氢气循环系统中水的总质量流量

氢气路排出的水的总质量流量M_{w_h2out}＝ρ_w*S_{h2_wout}*V_{h2_w}*3600*T_{h2_w}；

氢气路排出的湿氢气的总质量流量M_{h2_out}＝ρ_h2*S_{h2_out}*V_h2*3600*T_h2；

排出的空气中的水的总质量流量

10.根据权利要求4所述的一种质子交换膜燃料电池电堆寿命预测方法，其特征在于：所述空气带入的水的总质量流量M_{w_airin}可由如下计算式计算得出：

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