CN114089210A - 一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法及系统 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法及系统 Download PDF

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CN114089210A CN202210076250.8A CN202210076250A CN114089210A CN 114089210 A CN114089210 A CN 114089210A CN 202210076250 A CN202210076250 A CN 202210076250A CN 114089210 A CN114089210 A CN 114089210A
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Abstract

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法及系统。该发明包括确定燃料电池的极化曲线；根据设定控制范围内的控制参数以及燃料电池的基本参数确定燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系；根据输出电压与电流密度及膜厚度的关系和极化曲线，采用逆向拟合的方法，确定膜厚度与运行时间的映射关系；利用傅里叶拟合的方法对映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式；根据函数关系式与燃料电池的运行时间，确定当前膜厚度，并将其回代入输出电压与电流密度及膜厚度的关系式中，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线；根据实时量化极化曲线确定的燃料电池的衰退程度确定相应的健康状态。本发明能够提高质子交换膜燃料电池健康状态估计的实时性以及量化的确定性。

Description

一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法及系统
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，特别是涉及一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法及系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池由于具有无污染、能量转换率高、工作温度低、噪音低等众多优点，在以燃料电池汽车为代表的交通运输等领域应用广泛。作为一个典型的多尺度、多物理场、多部件、多因素耦合的复杂非线性系统，质子交换膜燃料电池的健康状态估计和寿命预测显得充满许多未知的挑战。
当前，对质子交换膜燃料电池进行健康状态估计或寿命预测通常分为三类：①基于模型的方法；②数据驱动的方法；③二者的混合方法。基于模型的方法对模型的精度要求高，模型中的参数标定复杂，难以实时应用；基于数据驱动的方法，需要依赖大量的数据，数据训练耗时，占用计算资源大，参数调整成本高，模型迁移能力差；二者混合的方法虽然能在一定程度上避免两类方法的显著缺点，但是在实际运用时也往往存在经验参数调整复杂、数据训练劳工费时等缺点，尤其是在以燃料电池汽车为代表的交通运输领域电池健康状态实时量化充满诸多不确定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法及系统，能够提高质子交换膜燃料电池健康状态估计的实时性以及量化的确定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法，包括：
将质子交换膜燃料电池在设定控制范围内的控制参数下运行不同时间，测定质子交换膜燃料电池的极化曲线；所述极化曲线为不同运行时间所对应的电压与电流密度的关系曲线；所述控制参数包括：冷却温度、冷却气流量、气体温度、气体湿度、空气流量、氢气流量、气体压力以及燃料电池电流；
根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数，利用半经验-半机理模型确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系；质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系记为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；所述基本参数包括：电池单体的个数、电池单体的初始有效面积、电子通过阻抗；所述半经验-半机理模型为：
Figure 453600DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
表示单体燃料电池的能斯特电动势，单位为V；
Figure 823401DEST_PATH_IMAGE004
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
表示阳极侧氢气的压力，单位为atm；
Figure 635368DEST_PATH_IMAGE006
表示阴极侧氧气压力，单位为atm；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
表示单体燃料电池的活化极化电压损失，单位为V；
Figure 557057DEST_PATH_IMAGE008
表示经验拟合系数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
表示阳极催化剂表面的氢气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 556106DEST_PATH_IMAGE010
表示阴极催化剂表面的氧气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
表示燃料电池工作电流，单位为A；
Figure 250304DEST_PATH_IMAGE012
表示燃料电池质子交换膜参与反应的有效面积，单位为cm2；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
表示单体燃料电池的欧姆极化电压损失，单位为V；
Figure 651199DEST_PATH_IMAGE014
表示电子通过阻抗，单位为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 9368DEST_PATH_IMAGE016
表示质子通过阻抗，单位为
Figure 43183DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
表示质子电阻率，单位为
Figure 879421DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
表示一个可调整的经验参数，其取值范围为14 ~ 23；
Figure 790614DEST_PATH_IMAGE020
表示浓差极化电压损失，单位为V；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
表示标准气体常数，其值为8314.47
Figure 54105DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 27746DEST_PATH_IMAGE024
表示燃料电池发生反应时平衡方程中转移的电子的摩尔数，其值为2；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
表示法拉第常数，其值为96484600
Figure 685253DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
表示燃料电池工作的最大电流密度，单位为
Figure 529581DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
表示燃料电池中电池单体的数目，
Figure 229552DEST_PATH_IMAGE030
表示输出电压，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
表示质子交换膜燃料电池的工作电流密度，表示燃料电池工作电流
Figure 831435DEST_PATH_IMAGE011
与质子交换膜参与反应的有效面积
Figure 337372DEST_PATH_IMAGE032
的比值，即
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 567365DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度；
根据输出电压与电流密度及膜厚度的关系和极化曲线，采用逆向拟合的方法，确定膜厚度与运行时间的映射关系；
利用傅里叶拟合的方法对膜厚度与运行时间的映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线；
根据实时量化极化曲线确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度，之后根据衰退程度确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态。
可选地，所述利用逆向拟合的方法确定膜厚度与运行时间的映射关系，具体包括：
利用公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
确定逆向拟合的目标，进而确定膜厚度与运行时间的映射关系；
其中，
Figure 907079DEST_PATH_IMAGE036
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的某个特定时间，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的时间序列集合，
Figure 589733DEST_PATH_IMAGE038
表示膜厚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
表示在运行时间为
Figure 577324DEST_PATH_IMAGE040
时使得式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE041
为最小值时的膜厚度取值，
Figure 396244DEST_PATH_IMAGE042
表示在设定控制范围内的控制参数下运行一系列时间后的电压与电流密度的关系，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
表示根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系，
Figure 313385DEST_PATH_IMAGE044
表示最大电流密度，符号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE045
表示属于，符号
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE047
表示求和，符号
Figure 935865DEST_PATH_IMAGE048
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE049
的取值。
可选地，所述利用傅里叶拟合的方法对膜厚度与运行时间的映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式，具体包括：
利用公式
Figure 970555DEST_PATH_IMAGE050
确定拟合目标，进而确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
表示运行时间，
Figure 638122DEST_PATH_IMAGE052
表示一系列运行时间的次数总和，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE053
表示运行时间的索引值，
Figure 116377DEST_PATH_IMAGE054
表示傅里叶拟合系数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE055
表示使得式
Figure 508044DEST_PATH_IMAGE056
取最小值时的拟合系数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE057
的取值，
Figure 706944DEST_PATH_IMAGE058
表示一个非零自然数，与拟合精度有关，通常
Figure DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure 766036DEST_PATH_IMAGE060
表示拟合的膜厚度与运行时间的函数关系，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE061
表示膜厚度与运行时间的映射关系，符号
Figure 461197DEST_PATH_IMAGE062
表示求和，符号
Figure 622051DEST_PATH_IMAGE063
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE064
的取值。
可选地，所述根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线，具体包括：
利用质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系
Figure 755135DEST_PATH_IMAGE065
，将当前膜厚度回代进关系式
Figure 465471DEST_PATH_IMAGE065
即可确定实时量化极化曲线
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE066
。
可选地，所述根据实时量化极化曲线确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度，之后根据衰退程度确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态，具体包括：
利用公式
Figure 754370DEST_PATH_IMAGE067
确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度；
利用公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE068
确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态；
其中，
Figure 120629DEST_PATH_IMAGE069
表示衰退程度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE070
表示额定电流密度下，燃料电池堆初始的输出电压，单位为V，
Figure 395753DEST_PATH_IMAGE071
表示实时输出电压，单位为V，SOH表示质子交换膜燃料电池的健康状态。
一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统，包括：
极化曲线确定模块，用于将质子交换膜燃料电池在设定控制范围内的控制参数下运行不同时间，确定质子交换膜燃料电池的极化曲线；所述极化曲线为不同运行时间所对应的电压与电流密度的关系曲线；所述控制参数包括：冷却温度、冷却气流量、气体温度、气体湿度、空气流量、氢气流量、气体压力以及燃料电池电流；
输出电压与电流密度及膜厚度的关系确定模块，用于根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数，利用半经验-半机理模型确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系记为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE072
；所述基本参数包括：电池单体的个数、电池单体的初始有效面积、电子通过阻抗；所述半经验-半机理模型为：
Figure 898278DEST_PATH_IMAGE073
式中，
Figure 685975DEST_PATH_IMAGE003
表示单体燃料电池的能斯特电动势，单位为V；
Figure 87000DEST_PATH_IMAGE004
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 618345DEST_PATH_IMAGE005
表示阳极侧氢气的压力，单位为atm；
Figure 54005DEST_PATH_IMAGE006
表示阴极侧氧气压力，单位为atm；
Figure 481444DEST_PATH_IMAGE007
表示单体燃料电池的活化极化电压损失，单位为V；
Figure 635345DEST_PATH_IMAGE008
表示经验拟合系数；
Figure 722379DEST_PATH_IMAGE009
表示阳极催化剂表面的氢气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 12546DEST_PATH_IMAGE010
表示阴极催化剂表面的氧气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 610887DEST_PATH_IMAGE011
表示燃料电池工作电流，单位为A；
Figure 986504DEST_PATH_IMAGE012
表示燃料电池质子交换膜参与反应的有效面积，单位为cm2；
Figure 859651DEST_PATH_IMAGE013
表示单体燃料电池的欧姆极化电压损失，单位为V；
Figure 738746DEST_PATH_IMAGE014
表示电子通过阻抗，单位为
Figure 39146DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 902060DEST_PATH_IMAGE016
表示质子通过阻抗，单位为
Figure 313318DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 578077DEST_PATH_IMAGE017
表示质子电阻率，单位为
Figure 49379DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 134010DEST_PATH_IMAGE019
表示一个可调整的经验参数，其取值范围为14 ~ 23；
Figure 958746DEST_PATH_IMAGE020
表示浓差极化电压损失，单位为V；
Figure 327280DEST_PATH_IMAGE021
表示标准气体常数，其值为8314.47
Figure 720215DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 806988DEST_PATH_IMAGE023
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 310782DEST_PATH_IMAGE024
表示燃料电池发生反应时平衡方程中转移的电子的摩尔数，其值为2；
Figure 539681DEST_PATH_IMAGE025
表示法拉第常数，其值为96484600
Figure 103518DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 146429DEST_PATH_IMAGE027
表示燃料电池工作的最大电流密度，单位为
Figure 453913DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 797039DEST_PATH_IMAGE029
表示燃料电池中电池单体的数目，
Figure 531777DEST_PATH_IMAGE030
表示输出电压，
Figure 327563DEST_PATH_IMAGE031
表示质子交换膜燃料电池的工作电流密度，表示燃料电池工作电流
Figure 907580DEST_PATH_IMAGE011
与质子交换膜参与反应的有效面积
Figure 105212DEST_PATH_IMAGE032
的比值，即
Figure 10852DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 28355DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度；
膜厚度与运行时间的映射关系确定模块，用于根据输出电压与电流密度及膜厚度的关系和极化曲线，采用逆向拟合的方法，确定膜厚度与运行时间的映射关系；
膜厚度与运行时间的函数关系式确定模块，用于利用傅里叶拟合方法对膜厚度与运行时间的映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
实时量化极化曲线确定模块，用于根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线；
健康状态确定模块，用于根据实时量化极化曲线确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度，之后根据衰退程度确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态。
可选地，所述膜厚度与运行时间的映射关系确定模块具体包括：
膜厚度与运行时间的映射关系确定单元，用于利用公式
Figure 943221DEST_PATH_IMAGE035
确定逆向拟合的目标，进而确定膜厚度与运行时间的映射关系；
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE074
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的某个特定时间，
Figure 933043DEST_PATH_IMAGE037
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的时间序列集合，
Figure 258851DEST_PATH_IMAGE038
表示膜厚度，
Figure 514383DEST_PATH_IMAGE039
表示在运行时间为
Figure 826416DEST_PATH_IMAGE040
时使得式
Figure 133726DEST_PATH_IMAGE041
为最小值时的膜厚度取值，
Figure 630435DEST_PATH_IMAGE042
表示在设定控制范围内的控制参数下运行一系列时间后的电压与电流密度的关系，
Figure 373263DEST_PATH_IMAGE043
表示根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系，
Figure 613621DEST_PATH_IMAGE044
表示最大电流密度，符号
Figure 250138DEST_PATH_IMAGE045
表示属于，符号
Figure 668481DEST_PATH_IMAGE047
表示求和，符号
Figure 413452DEST_PATH_IMAGE048
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 677074DEST_PATH_IMAGE049
的取值。
可选地，所述膜厚度与运行时间的函数关系式确定模块具体包括：
膜厚度与运行时间的函数关系式确定单元，用于利用公式
Figure 89470DEST_PATH_IMAGE075
确定拟合目标，进而确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE076
表示运行时间，
Figure 131244DEST_PATH_IMAGE052
表示一系列运行时间的次数总和，
Figure 97932DEST_PATH_IMAGE053
表示运行时间的索引值，
Figure 430825DEST_PATH_IMAGE054
表示傅里叶拟合系数，
Figure 438007DEST_PATH_IMAGE055
表示使得式
Figure 198152DEST_PATH_IMAGE056
取最小值时的拟合系数
Figure 652136DEST_PATH_IMAGE057
的取值，
Figure 54299DEST_PATH_IMAGE058
表示一个非零自然数，与拟合精度有关，通常
Figure 910128DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure 841175DEST_PATH_IMAGE060
表示拟合的膜厚度与运行时间的函数关系，
Figure 782455DEST_PATH_IMAGE061
表示膜厚度与运行时间的映射关系，符号
Figure 988309DEST_PATH_IMAGE062
表示求和，符号
Figure 698645DEST_PATH_IMAGE063
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 800593DEST_PATH_IMAGE064
的取值。
可选地，所述实时量化极化曲线确定模块具体包括：
实时量化极化曲线确定单元，用于利用质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系
Figure 229169DEST_PATH_IMAGE065
，将当前膜厚度回代进关系式
Figure 363347DEST_PATH_IMAGE065
即可确定实时量化极化曲线
Figure 678922DEST_PATH_IMAGE077
。
可选地，所述健康状态确定模块具体包括：
衰退程度确定单元，用于利用公式
Figure 466618DEST_PATH_IMAGE067
确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度；
健康状态确定单元，用于利用公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE078
确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态；
其中，
Figure 72172DEST_PATH_IMAGE069
表示衰退程度，
Figure 354249DEST_PATH_IMAGE070
表示额定电流密度下，燃料电池堆初始的输出电压，单位为V，
Figure 773598DEST_PATH_IMAGE071
表示实时输出电压，单位为V，SOH表示质子交换膜燃料电池的健康状态。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法及系统，通过确定膜厚度与运行时间的函数关系式，进而根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线，避免基于模型建模方法存在的对模型精度要求高、参数标定复杂，难以实时应用等缺点；同时，能够避免纯基于数据建模方法强依赖数据量、训练耗时、模型迁移性差、调参成本高等缺点。本发明对实验数据进行离线校正及拟合，运算实时性好，具有实车在线运用的潜力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法流程示意图；
图2为具体实施例的极化曲线示意图；
图3为实时量化极化曲线示意图；
图4为本发明所提供的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的目的是提供一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法及系统，能够提高质子交换膜燃料电池健康状态估计的实时性以及量化的确定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法，包括：
S101，将质子交换膜燃料电池在设定控制范围内的控制参数下运行不同时间，确定质子交换膜燃料电池的极化曲线；所述极化曲线为不同运行时间所对应的电压与电流密度的关系曲线；所述控制参数包括：冷却温度、冷却气流量、气体温度、气体湿度、空气流量、氢气流量、气体压力以及燃料电池电流；
如图2所示，记录运行时间为t = 0h；48h；185h；348h；515h的极化曲线。
作为一个具体的实施例，控制参数的设定控制范围如表1，表1如下：
表1
控制参数 控制范围
冷却温度 20℃ ~ 80℃
冷却气流量 0L/min ~ 10 L/min
气体温度 20℃ ~ 80℃
气体湿度 0 ~ 100% RH
空气流量 0 ~ 100 L/min
氢气流量 0 ~ 30 L/min
气体压力 0 ~ 2 bars
燃料电池电流 0 ~ 300A
S102，根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数，利用半经验-半机理模型确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系；所述基本参数包括：电池单体的个数、电池单体的初始有效面积、电子通过阻抗；
S102具体包括：将设定控制范围内的控制参数诸如气体温度、气体压力、工作时最大电流密度及燃料电池基本参数诸如电池单体的个数、电池单体的初始有效面积、电子通过阻抗代入半经验-半机理模型公式中，得到质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的具体关系表达式为：
Figure 482928DEST_PATH_IMAGE079
其中，
Figure 620517DEST_PATH_IMAGE030
表示输出电压，
Figure 440706DEST_PATH_IMAGE031
表示质子交换膜燃料电池的工作电流密度，
Figure 980140DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度。
作为一个具体的实施例，质子交换膜燃料电池包含5个质子交换膜燃料电池单体，每个质子交换膜燃料电池单体初始有效面积为100cm2，额定电流密度为0.45
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，最大电流密度为1
Figure 47322DEST_PATH_IMAGE081
。
质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系具体的确定过程如下：
能斯特电动势：
Figure DEST_PATH_IMAGE082
；
式中，
Figure 609891DEST_PATH_IMAGE083
表示单体燃料电池的能斯特电动势，单位为V；
Figure DEST_PATH_IMAGE084
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 30508DEST_PATH_IMAGE085
表示阳极侧氢气的压力，单位为atm；
Figure DEST_PATH_IMAGE086
表示阴极侧氧气压力，单位为atm。
活化极化电压损失：
Figure 362132DEST_PATH_IMAGE087
；
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
表示单体燃料电池的活化极化电压损失，单位为V；
Figure 600215DEST_PATH_IMAGE089
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure DEST_PATH_IMAGE090
表示经验拟合系数；
Figure 655939DEST_PATH_IMAGE009
表示阳极催化剂表面的氢气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 67198DEST_PATH_IMAGE091
表示阴极催化剂表面的氧气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 331957DEST_PATH_IMAGE011
表示燃料电池工作电流，单位为A；
Figure DEST_PATH_IMAGE092
表示燃料电池质子交换膜参与反应的有效面积，单位为cm2。
欧姆极化电压损失：
Figure 475362DEST_PATH_IMAGE093
；
式中，
Figure 74840DEST_PATH_IMAGE013
表示单体燃料电池的欧姆极化电压损失，单位为V；
Figure 40522DEST_PATH_IMAGE094
表示燃料电池工作电流，单位为A；
Figure 409055DEST_PATH_IMAGE014
表示电子通过阻抗，单位为
Figure 801990DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 623185DEST_PATH_IMAGE016
表示质子通过阻抗，单位为
Figure 126978DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 615597DEST_PATH_IMAGE017
表示质子电阻率，单位为
Figure DEST_PATH_IMAGE095
；
Figure 366385DEST_PATH_IMAGE096
表示燃料电池质子交换膜参与反应的有效面积，单位为cm2；
Figure DEST_PATH_IMAGE097
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 606699DEST_PATH_IMAGE019
表示一个可调整的经验参数，其取值范围为14 ~ 23。
浓差极化电压损失：
Figure 648604DEST_PATH_IMAGE098
;
式中，
Figure 991730DEST_PATH_IMAGE020
表示浓差极化电压损失，单位为V；
Figure 726467DEST_PATH_IMAGE021
表示标准气体常数，其值为8314.47
Figure DEST_PATH_IMAGE099
；
Figure 725516DEST_PATH_IMAGE023
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 554801DEST_PATH_IMAGE024
表示燃料电池发生反应时平衡方程中转移的电子的摩尔数，其值为2；
Figure 768745DEST_PATH_IMAGE025
表示法拉第常数，其值为96484600
Figure 923651DEST_PATH_IMAGE100
；
Figure DEST_PATH_IMAGE101
表示燃料电池工作电流，单位为A；
Figure 144417DEST_PATH_IMAGE027
表示燃料电池工作的最大电流密度，单位为
Figure 793704DEST_PATH_IMAGE102
。
质子交换膜燃料电池电堆输出电压：
Figure DEST_PATH_IMAGE103
;
式中，
Figure 783526DEST_PATH_IMAGE029
表示燃料电池中电池单体的数目;
代入根据设定控制范围内的控制参数，变换得到燃料电池电堆输出电压
Figure 109334DEST_PATH_IMAGE104
与电流密度
Figure DEST_PATH_IMAGE105
及膜厚度
Figure 823255DEST_PATH_IMAGE106
的关系式。
S103，根据输出电压与电流密度及膜厚度的关系和极化曲线，采用逆向拟合的方法，确定膜厚度与运行时间的映射关系；
膜厚度与运行时间的映射关系如表2所示，表2如下：
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE107
S103具体包括：
利用公式
Figure 791080DEST_PATH_IMAGE108
确定逆向拟合的目标，进而确定膜厚度与运行时间的映射关系；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE109
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的某个特定时间，
Figure 900987DEST_PATH_IMAGE110
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的时间序列集合，
Figure 882850DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE111
表示在运行时间为
Figure DEST_PATH_IMAGE113
时使得式
Figure 265158DEST_PATH_IMAGE114
为最小值时的膜厚度取值，
Figure DEST_PATH_IMAGE115
表示在设定控制范围内的控制参数下运行一系列时间后的电压与电流密度的关系，
Figure 443199DEST_PATH_IMAGE116
表示根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系，
Figure DEST_PATH_IMAGE117
表示最大电流密度，符号
Figure 17400DEST_PATH_IMAGE118
表示属于，符号
Figure DEST_PATH_IMAGE119
表示求和，符号
Figure 622693DEST_PATH_IMAGE120
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 385243DEST_PATH_IMAGE034
的取值。
S104，利用傅里叶拟合的方法对膜厚度与运行时间的映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE121
其中，t表示运行时间。
S104具体包括：
利用公式
Figure 101395DEST_PATH_IMAGE122
确定拟合目标，进而确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE123
表示运行时间，
Figure 920315DEST_PATH_IMAGE124
表示一系列运行时间的次数总和，
Figure 775138DEST_PATH_IMAGE126
表示运行时间的索引值，
Figure DEST_PATH_IMAGE127
表示傅里叶拟合系数，
Figure 69722DEST_PATH_IMAGE128
表示使得式
Figure DEST_PATH_IMAGE129
取最小值时的拟合系数
Figure 199353DEST_PATH_IMAGE130
的取值，P表示一个非零自然数，与拟合精度有关，通常
Figure DEST_PATH_IMAGE131
表示拟合的膜厚度与运行时间的函数关系，
Figure 138359DEST_PATH_IMAGE132
表示膜厚度与运行时间的映射关系，符号
Figure 147772DEST_PATH_IMAGE047
表示求和，符号
Figure DEST_PATH_IMAGE133
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 539439DEST_PATH_IMAGE130
的取值。
S105，根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线，并如图3所示；
S105具体包括：
利用质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系：
Figure 676022DEST_PATH_IMAGE134
将当前膜厚度回代进上述关系式即可确定实时量化极化曲线。
S106，根据实时量化极化曲线确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度，之后根据衰退程度确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态。
S106具体包括：
利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE135
确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度；
利用公式
Figure 475394DEST_PATH_IMAGE068
确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态；即可实时量化估计燃料电池的健康状态。
其中，
Figure 655708DEST_PATH_IMAGE069
表示衰退程度，
Figure 347721DEST_PATH_IMAGE070
表示额定电流密度下，燃料电池堆初始的输出电压，单位为V，
Figure 271683DEST_PATH_IMAGE071
表示实时输出电压，单位为V，SOH表示质子交换膜燃料电池的健康状态。
图4为本发明所提供的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统结构示意图，如图4所示，本发明所提供的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统，包括：
极化曲线确定模块401，用于将质子交换膜燃料电池在设定控制范围内的控制参数下运行不同时间，确定质子交换膜燃料电池的极化曲线；所述极化曲线为不同运行时间所对应的电压与电流密度的关系曲线；所述控制参数包括：冷却温度、冷却气流量、气体温度、气体湿度、空气流量、氢气流量、气体压力以及燃料电池电流；
输出电压与电流密度及膜厚度的关系确定模块402，用于根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数，利用半经验-半机理模型确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系；所述基本参数包括：电池单体的个数、电池单体的初始有效面积、电子通过阻抗；所述半经验-半机理模型为：
Figure 732752DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure 349547DEST_PATH_IMAGE003
表示单体燃料电池的能斯特电动势，单位为V；
Figure 528855DEST_PATH_IMAGE004
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 990930DEST_PATH_IMAGE005
表示阳极侧氢气的压力，单位为atm；
Figure 572084DEST_PATH_IMAGE006
表示阴极侧氧气压力，单位为atm；
Figure 828622DEST_PATH_IMAGE007
表示单体燃料电池的活化极化电压损失，单位为V；
Figure 760805DEST_PATH_IMAGE008
表示经验拟合系数；
Figure 26571DEST_PATH_IMAGE009
表示阳极催化剂表面的氢气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 462231DEST_PATH_IMAGE010
表示阴极催化剂表面的氧气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 420829DEST_PATH_IMAGE011
表示燃料电池工作电流，单位为A；
Figure 309150DEST_PATH_IMAGE012
表示燃料电池质子交换膜参与反应的有效面积，单位为cm2；
Figure 372747DEST_PATH_IMAGE013
表示单体燃料电池的欧姆极化电压损失，单位为V；
Figure 662914DEST_PATH_IMAGE014
表示电子通过阻抗，单位为
Figure 526834DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 902451DEST_PATH_IMAGE016
表示质子通过阻抗，单位为
Figure 510019DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 654693DEST_PATH_IMAGE017
表示质子电阻率，单位为
Figure 955093DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 552427DEST_PATH_IMAGE019
表示一个可调整的经验参数，其取值范围为14 ~ 23；
Figure 963686DEST_PATH_IMAGE020
表示浓差极化电压损失，单位为V；
Figure 962866DEST_PATH_IMAGE021
表示标准气体常数，其值为8314.47
Figure 43954DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 643432DEST_PATH_IMAGE023
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 609114DEST_PATH_IMAGE024
表示燃料电池发生反应时平衡方程中转移的电子的摩尔数，其值为2；
Figure 712068DEST_PATH_IMAGE025
表示法拉第常数，其值为96484600
Figure 839424DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 660618DEST_PATH_IMAGE027
表示燃料电池工作的最大电流密度，单位为
Figure 164412DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 393311DEST_PATH_IMAGE029
表示燃料电池中电池单体的数目，
Figure 691568DEST_PATH_IMAGE030
表示输出电压，
Figure 875425DEST_PATH_IMAGE031
表示质子交换膜燃料电池的工作电流密度，表示燃料电池工作电流
Figure 166598DEST_PATH_IMAGE011
与质子交换膜参与反应的有效面积
Figure 994877DEST_PATH_IMAGE032
的比值，即
Figure 978882DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 525401DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度。
膜厚度与运行时间的映射关系确定模块403，用于根据输出电压与电流密度及膜厚度的关系和极化曲线，采用逆向拟合的方法，确定膜厚度与运行时间的映射关系；
膜厚度与运行时间的函数关系式确定模块404，用于利用傅里叶拟合方法对膜厚度与运行时间的映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
实时量化极化曲线确定模块405，用于根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线；
健康状态确定模块406，用于根据实时量化极化曲线确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度，之后根据衰退程度确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态。
所述输出电压与电流密度及膜厚度的关系确定模块402具体包括：
输出电压与电流密度及膜厚度的关系确定单元，用于利用公式
Figure 620265DEST_PATH_IMAGE079
确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系；
其中，
Figure 303050DEST_PATH_IMAGE030
表示输出电压，
Figure 457957DEST_PATH_IMAGE031
表示质子交换膜燃料电池的工作电流密度，
Figure 350827DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度。
所述膜厚度与运行时间的映射关系确定模块403具体包括：
膜厚度与运行时间的映射关系确定单元，用于利用公式
Figure 114DEST_PATH_IMAGE136
确定逆向拟合目标，进而确定膜厚度与运行时间的映射关系；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE137
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的某个特定时间，
Figure 724356DEST_PATH_IMAGE138
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的时间序列集合，
Figure 50164DEST_PATH_IMAGE139
表示膜厚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE140
表示在运行时间为
Figure 492647DEST_PATH_IMAGE113
时使得式
Figure 414466DEST_PATH_IMAGE141
为最小值时的膜厚度取值，
Figure DEST_PATH_IMAGE142
表示在设定控制范围内的控制参数下运行一系列时间后的电压与电流密度的关系，
Figure 401006DEST_PATH_IMAGE143
表示根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系，
Figure 382869DEST_PATH_IMAGE144
表示最大电流密度，符号
Figure DEST_PATH_IMAGE145
表示属于，符号
Figure 843806DEST_PATH_IMAGE146
表示求和，符号
Figure 818584DEST_PATH_IMAGE147
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 596047DEST_PATH_IMAGE139
的取值。
所述膜厚度与运行时间的函数关系式确定模块404具体包括：
膜厚度与运行时间的函数关系式确定单元，用于利用公式
Figure 998079DEST_PATH_IMAGE148
确定拟合目标，进而确定膜厚度与运行时间的函数关系式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE149
其中，t、
Figure 415154DEST_PATH_IMAGE150
表示运行时间，
Figure 944355DEST_PATH_IMAGE124
表示一系列运行时间的次数总和，
Figure 435379DEST_PATH_IMAGE126
表示运行时间的索引值，
Figure 8312DEST_PATH_IMAGE127
表示傅里叶拟合系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE151
表示使得式
Figure 912683DEST_PATH_IMAGE152
取最小值时的拟合系数
Figure DEST_PATH_IMAGE153
的取值，P表示一个非零自然数，与拟合精度有关，通常
Figure 166947DEST_PATH_IMAGE154
表示拟合的膜厚度与运行时间的函数关系，
Figure 512477DEST_PATH_IMAGE132
表示膜厚度与运行时间的映射关系，符号
Figure DEST_PATH_IMAGE155
表示求和，符号
Figure 465433DEST_PATH_IMAGE133
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 670149DEST_PATH_IMAGE153
的取值。
所述健康状态确定模块406具体包括：
衰退程度确定单元，用于利用公式
Figure 790421DEST_PATH_IMAGE067
确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度；
健康状态确定单元，用于利用公式
Figure 131404DEST_PATH_IMAGE156
确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态；
其中，
Figure 311718DEST_PATH_IMAGE069
表示衰退程度，
Figure DEST_PATH_IMAGE157
表示额定电流密度下，燃料电池堆初始的输出电压，单位为V，
Figure 800468DEST_PATH_IMAGE071
表示实时输出电压，单位为V，SOH表示质子交换膜燃料电池的健康状态。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法，其特征在于，包括：
将质子交换膜燃料电池在设定控制范围内的控制参数下运行不同时间，测定质子交换膜燃料电池的极化曲线；所述极化曲线为不同运行时间所对应的电压与电流密度的关系曲线；所述控制参数包括：冷却温度、冷却气流量、气体温度、气体湿度、空气流量、氢气流量、气体压力以及燃料电池电流；
根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数，利用半经验-半机理模型确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；所述基本参数包括：电池单体的个数、电池单体的初始有效面积、电子通过阻抗；所述半经验-半机理模型为：
Figure 742962DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示单体燃料电池的能斯特电动势，单位为V；
Figure 643791DEST_PATH_IMAGE004
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示阳极侧氢气的压力，单位为atm；
Figure 548162DEST_PATH_IMAGE006
表示阴极侧氧气压力，单位为atm；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示单体燃料电池的活化极化电压损失，单位为V；
Figure 208950DEST_PATH_IMAGE008
表示经验拟合系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示阳极催化剂表面的氢气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 407676DEST_PATH_IMAGE010
表示阴极催化剂表面的氧气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示燃料电池工作电流，单位为A；
Figure 354772DEST_PATH_IMAGE012
表示燃料电池质子交换膜参与反应的有效面积，单位为cm2；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示单体燃料电池的欧姆极化电压损失，单位为V；
Figure 746440DEST_PATH_IMAGE014
表示电子通过阻抗，单位为
Figure DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 69973DEST_PATH_IMAGE016
表示质子通过阻抗，单位为
Figure 801169DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表示质子电阻率，单位为
Figure 919167DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示一个可调整的经验参数，其取值范围为14 ~ 23；
Figure 532551DEST_PATH_IMAGE020
表示浓差极化电压损失，单位为V；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示标准气体常数，其值为8314.47
Figure 659775DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 313654DEST_PATH_IMAGE024
表示燃料电池发生反应时平衡方程中转移的电子的摩尔数，其值为2；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表示法拉第常数，其值为96484600
Figure 868132DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
表示燃料电池工作的最大电流密度，单位为
Figure 968812DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure DEST_PATH_IMAGE029
表示燃料电池中电池单体的数目，
Figure 368569DEST_PATH_IMAGE030
表示输出电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
表示质子交换膜燃料电池的工作电流密度，表示燃料电池工作电流
Figure 136674DEST_PATH_IMAGE011
与质子交换膜参与反应的有效面积
Figure 799737DEST_PATH_IMAGE032
的比值，即
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 387713DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度；
根据输出电压与电流密度及膜厚度的关系和极化曲线，采用逆向拟合的方法，确定膜厚度与运行时间的映射关系；
利用傅里叶拟合的方法对膜厚度与运行时间的映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线；
根据实时量化极化曲线确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度，之后根据衰退程度确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态。
2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法，其特征在于，所述利用逆向拟合的方法确定膜厚度与运行时间的映射关系，具体包括：
利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE035
确定逆向拟合的目标，进而确定膜厚度与运行时间的映射关系；
其中，
Figure 856740DEST_PATH_IMAGE036
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的某个特定时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的时间序列集合，
Figure 479351DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度，
Figure 330893DEST_PATH_IMAGE038
表示在运行时间为
Figure 343849DEST_PATH_IMAGE040
时使得式
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为最小值时的膜厚度取值，
Figure 616567DEST_PATH_IMAGE042
表示在设定控制范围内的控制参数下运行一系列时间后的电压与电流密度的关系，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
表示根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系，
Figure 93685DEST_PATH_IMAGE044
表示最大电流密度，符号
Figure DEST_PATH_IMAGE045
表示属于，符号
Figure 426446DEST_PATH_IMAGE046
表示求和，符号
Figure DEST_PATH_IMAGE047
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 989014DEST_PATH_IMAGE034
的取值。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池健康状态估计方法，所述利用傅里叶拟合的方法对膜厚度与运行时间的映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式，具体包括：
利用公式
Figure 612894DEST_PATH_IMAGE048
确定拟合目标，进而确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
表示运行时间，
Figure 210097DEST_PATH_IMAGE050
表示一系列运行时间的次数总和，
Figure 651443DEST_PATH_IMAGE052
表示运行时间的索引值，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
表示傅里叶拟合系数，
Figure 701307DEST_PATH_IMAGE054
表示使得式
Figure DEST_PATH_IMAGE055
取最小值时的拟合系数
Figure 321688DEST_PATH_IMAGE056
的取值，P表示一个非零自然数，与拟合精度有关，通常
Figure DEST_PATH_IMAGE057
表示拟合的膜厚度与运行时间的函数关系，
Figure 773398DEST_PATH_IMAGE058
表示膜厚度与运行时间的映射关系，符号
Figure 120065DEST_PATH_IMAGE060
表示求和，符号
Figure DEST_PATH_IMAGE061
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 798171DEST_PATH_IMAGE056
的取值。
4.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法，其特征在于，所述根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线，具体包括：
利用质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系
Figure 154066DEST_PATH_IMAGE062
，将当前膜厚度回代进关系式
Figure 397966DEST_PATH_IMAGE062
即可确定实时量化极化曲线
Figure 649956DEST_PATH_IMAGE063
。
5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计方法，其特征在于，所述根据实时量化极化曲线确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度，之后根据衰退程度确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态，具体包括：
利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE064
确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度；
利用公式
Figure 939992DEST_PATH_IMAGE065
确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE066
表示衰退程度，
Figure 630736DEST_PATH_IMAGE067
表示额定电流密度下，燃料电池堆初始的输出电压，单位为V，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
表示实时输出电压，单位为V，SOH表示质子交换膜燃料电池的健康状态。
6.一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统，其特征在于，包括：
极化曲线确定模块，用于将质子交换膜燃料电池在设定控制范围内的控制参数下运行不同时间，确定质子交换膜燃料电池的极化曲线；所述极化曲线为不同运行时间所对应的电压与电流密度的关系曲线；所述控制参数包括：冷却温度、冷却气流量、气体温度、气体湿度、空气流量、氢气流量、气体压力以及燃料电池电流；
输出电压与电流密度及膜厚度的关系确定模块，用于根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数，利用半经验-半机理模型确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系，记为
Figure 57038DEST_PATH_IMAGE069
；所述基本参数包括：电池单体的个数、电池单体的初始有效面积、电子通过阻抗；所述半经验-半机理模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
式中，
Figure 807825DEST_PATH_IMAGE003
表示单体燃料电池的能斯特电动势，单位为V；
Figure 251402DEST_PATH_IMAGE071
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 683520DEST_PATH_IMAGE005
表示阳极侧氢气的压力，单位为atm；
Figure 636433DEST_PATH_IMAGE006
表示阴极侧氧气压力，单位为atm；
Figure 230225DEST_PATH_IMAGE007
表示单体燃料电池的活化极化电压损失，单位为V；
Figure 901378DEST_PATH_IMAGE008
表示经验拟合系数；
Figure 137187DEST_PATH_IMAGE009
表示阳极催化剂表面的氢气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 210185DEST_PATH_IMAGE010
表示阴极催化剂表面的氧气摩尔浓度，单位为mol/cm3；
Figure 240458DEST_PATH_IMAGE011
表示燃料电池工作电流，单位为A；
Figure 398907DEST_PATH_IMAGE012
表示燃料电池质子交换膜参与反应的有效面积，单位为cm2；
Figure 907249DEST_PATH_IMAGE013
表示单体燃料电池的欧姆极化电压损失，单位为V；
Figure 100333DEST_PATH_IMAGE014
表示电子通过阻抗，单位为
Figure 770348DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 416093DEST_PATH_IMAGE016
表示质子通过阻抗，单位为
Figure 728126DEST_PATH_IMAGE015
；
Figure 41296DEST_PATH_IMAGE017
表示质子电阻率，单位为
Figure DEST_PATH_IMAGE072
；
Figure 215968DEST_PATH_IMAGE019
表示一个可调整的经验参数，其取值范围为14 ~ 23；
Figure 349009DEST_PATH_IMAGE020
表示浓差极化电压损失，单位为V；
Figure 323787DEST_PATH_IMAGE021
表示标准气体常数，其值为8314.47
Figure 225884DEST_PATH_IMAGE073
；
Figure 768861DEST_PATH_IMAGE023
表示燃料电池工作温度，单位为℃；
Figure 858040DEST_PATH_IMAGE024
表示燃料电池发生反应时平衡方程中转移的电子的摩尔数，其值为2；
Figure 777454DEST_PATH_IMAGE025
表示法拉第常数，其值为96484600
Figure DEST_PATH_IMAGE074
；
Figure 596375DEST_PATH_IMAGE027
表示燃料电池工作的最大电流密度，单位为
Figure 44674DEST_PATH_IMAGE075
；
Figure 152307DEST_PATH_IMAGE029
表示燃料电池中电池单体的数目，
Figure 609833DEST_PATH_IMAGE030
表示输出电压，
Figure 486522DEST_PATH_IMAGE031
表示质子交换膜燃料电池的工作电流密度，表示燃料电池工作电流
Figure 636881DEST_PATH_IMAGE011
与质子交换膜参与反应的有效面积
Figure 966231DEST_PATH_IMAGE032
的比值，即
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，
Figure 572922DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度；
膜厚度与运行时间的映射关系确定模块，用于根据输出电压与电流密度及膜厚度的关系和极化曲线，采用逆向拟合的方法，确定膜厚度与运行时间的映射关系；
膜厚度与运行时间的函数关系式确定模块，用于利用傅里叶拟合的方法对膜厚度与运行时间的映射关系进行拟合，确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
实时量化极化曲线确定模块，用于根据膜厚度与运行时间的函数关系式与待估计的质子交换膜燃料电池的运行时间，确定待估计的质子交换膜燃料电池的当前膜厚度，进而根据当前膜厚度确定实时量化极化曲线；
健康状态确定模块，用于根据实时量化极化曲线确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度，之后根据衰退程度确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态。
7.根据权利要求6所述的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统，其特征在于，所述膜厚度与运行时间的映射关系确定模块具体包括：
膜厚度与运行时间的映射关系确定单元，用于利用公式
Figure 179484DEST_PATH_IMAGE035
确定逆向拟合的目标，进而确定膜厚度与运行时间的映射关系；
其中，
Figure 500744DEST_PATH_IMAGE036
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的某个特定时间，
Figure 317390DEST_PATH_IMAGE037
表示在设定控制范围内的控制参数下运行的时间序列集合，
Figure 382298DEST_PATH_IMAGE034
表示膜厚度，
Figure 968000DEST_PATH_IMAGE038
表示在运行时间为
Figure 725741DEST_PATH_IMAGE040
时使得式
Figure 764104DEST_PATH_IMAGE041
为最小值时的膜厚度取值，
Figure 367124DEST_PATH_IMAGE042
表示在设定控制范围内的控制参数下运行一系列时间后的电压与电流密度的关系，
Figure 72911DEST_PATH_IMAGE043
表示根据设定控制范围内的控制参数以及质子交换膜燃料电池的基本参数确定质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系，
Figure 735974DEST_PATH_IMAGE044
表示最大电流密度，符号
Figure 527212DEST_PATH_IMAGE045
表示属于，符号
Figure 668344DEST_PATH_IMAGE046
表示求和，符号
Figure 369584DEST_PATH_IMAGE047
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 937968DEST_PATH_IMAGE034
的取值。
8.根据权利要求6所述的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统，其特征在于，所述膜厚度与运行时间的函数关系式确定模块具体包括：
膜厚度与运行时间的函数关系式确定单元，用于利用公式
Figure 216503DEST_PATH_IMAGE077
确定拟合目标，进而确定膜厚度与运行时间的函数关系式；
其中，
Figure 426904DEST_PATH_IMAGE049
表示运行时间，
Figure 847564DEST_PATH_IMAGE050
表示一系列运行时间的次数总和，
Figure 118009DEST_PATH_IMAGE052
表示运行时间的索引值，
Figure 618260DEST_PATH_IMAGE053
表示傅里叶拟合系数，
Figure 101194DEST_PATH_IMAGE054
表示使得式
Figure 901660DEST_PATH_IMAGE055
取最小值时的拟合系数
Figure 952793DEST_PATH_IMAGE056
的取值，P表示一个非零自然数，与拟合精度有关，通常
Figure 940340DEST_PATH_IMAGE057
表示拟合的膜厚度与运行时间的函数关系，
Figure 226965DEST_PATH_IMAGE058
表示膜厚度与运行时间的映射关系，符号
Figure 881937DEST_PATH_IMAGE060
表示求和，符号
Figure 228605DEST_PATH_IMAGE061
表示使得该符号后的式子取最小值时
Figure 969028DEST_PATH_IMAGE056
的取值。
9.根据权利要求6所述的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统，其特征在于，所述实时量化极化曲线确定模块具体包括：
实时量化极化曲线确定单元，用于利用质子交换膜燃料电池的输出电压与电流密度及膜厚度的关系
Figure 793764DEST_PATH_IMAGE062
，将当前膜厚度回代进关系式
Figure 37664DEST_PATH_IMAGE062
即可确定实时量化极化曲线
Figure 820812DEST_PATH_IMAGE063
。
10.根据权利要求6所述的一种质子交换膜燃料电池健康状态估计系统，其特征在于，所述健康状态确定模块具体包括：
衰退程度确定单元，用于利用公式
Figure 782952DEST_PATH_IMAGE064
确定待估计的质子交换膜燃料电池的衰退程度；
健康状态确定单元，用于利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE078
确定待估计的质子交换膜燃料电池的健康状态；
其中，
Figure 614642DEST_PATH_IMAGE066
表示衰退程度，
Figure 978627DEST_PATH_IMAGE079
表示额定电流密度下，燃料电池堆初始的输出电压，单位为V，
Figure 661238DEST_PATH_IMAGE068
表示实时输出电压，单位为V，SOH表示质子交换膜燃料电池的健康状态。
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