CN114264881A - 一种燃料电池阻抗在线监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体的说，涉及一种燃料电池阻抗在线监控方法及系统。本方法包括以下步骤：实时测量燃料电池电化学阻抗谱的高频阻抗、低频阻抗和单电池电压；根据实时高频阻抗获得欧姆阻抗，根据低频阻抗和欧姆阻抗获得活化极化阻抗，根据单电池电压、欧姆阻抗和活化极化阻抗获得传质阻抗，通过欧姆阻抗、活化极化阻抗和传质阻抗对燃料电池的运行状态进行监测。本发明根据燃料电池的特性对电化学阻抗谱进行合理简化处理，通过测量高频和低频两种固定频率下的阻抗，实时获取代表燃料电池极化损失的阻抗，能够在线实时监测燃料电池的运行状态，在不增加成本的同时实现更为准确的燃料电池内部运行状态诊断。

Description

一种燃料电池阻抗在线监控方法及系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体的说，涉及一种燃料电池阻抗在线监控方法及系统。

背景技术

氢燃料电池是一种高效的将氢气的化学能转化为电能装置，其反应原理为氢气在阳极催化剂的作用下分解成质子和电子，质子通过质子膜移动至阴极催化剂，电子通过外电路发电做功并移动至阴极催化剂与质子和氧气反应生成水。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其绿色环保、加注方便、长续航和环境适应性强等优点，近年来受到了越来多的关注，获得了巨大的发展。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是最常见的一种车用燃料电池，其主要由质子交换膜、阴阳极催化剂层、气体扩散层和双极板组成，其中，质子膜的作用为传导质子、隔绝电子和隔绝阴阳极反应物；阴阳极催化剂层为电化学反应的场所；气体扩散层主要决定了反应气体的传输和液态水的排出；双极板的作用为隔绝反应物和冷却剂。

燃料电池的性能主要受到阴极催化剂活性和内部水管理的影响，主要包括以下方面：

当阴极催化剂被氧化或污染时，催化剂活性降低导致性能下降；

当燃料电池过干时，由于质子传导的阻力增加欧姆阻抗增大，使欧姆极化的损失增加，甚至发生质子膜的永久性衰减；

当燃料电池过湿时，液态水将阻碍反应气体进入到催化剂表面，使得性能显著下降。

因此，对燃料电池内部水的状态和催化剂活性状态的监测极为重要。

现有技术中，露点仪虽然能监测加湿情况，但其故障率较高、成本较高且无法直接反应燃料电池内部水的状态，因此，无法在车载燃料电池上使用；

循环伏安法(CV)虽然能监测出催化剂的活性状态，但作为一种离线监测方法无法进行实时监测。

因此，目前亟需一种低成本、可靠性较高的在线监测技术对燃料电池内部水的状态和催化剂活性状态进行在线监测。

电化学阻抗谱技术(Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS)作为一种强大的电化学检测手段，测量不同频率下的交流阻抗，通过阻抗谱拟合可获取燃料电池的欧姆阻抗、电荷转移阻抗以及传质阻抗。

欧姆阻抗由质子膜、催化层、气体扩散层和双极板的体电阻以及各自的接触电阻组成，当燃料电池内部水管理发生变化时仅质子膜电阻发生变化，因此可以通过监测欧姆阻抗来监测膜的干湿状态。

电荷转移阻抗可用于监测催化剂的活性，传质阻抗可用于监测是否发生过湿即水淹现象。

因此，电化学阻抗谱能有效监测燃料电池的运行状态。

然而，完整的电化学阻抗谱测量需耗时1min以上，且所需的最高频率大于1000Hz，超过了升压转换器DC-DC的能力，且阻抗谱的拟合计算十分复杂远超控制器的计算能力，因此，电化学阻抗谱技术无法在整车上进行实时监测。

固定频率的阻抗测试能够实现实时测量，但单一的固定频率测试仅能表示燃料电池部分的运行状态，无法实现准确的监测，可能会使调控策略失效甚至导致严重的后果。

中国发明专利CN101213696A提出了一种燃料电池系统，包括燃料电池、用于在两种以上频率区域中测量燃料电池阻抗的测量装置和基于各频率区域中阻抗的测量结果判断与燃料电池内部状态有关的两个以上参数的第一判断装置。根据这种构造，测量两种以上频率区域(高频区域，低频区域等等)中的阻抗，以基于该测量结果判断与燃料电池内部状态相关的两个以上参数，如燃料电池电解质膜的湿润状态和燃料气体的供应状态。

上述发明专利通过测量高频和低频两个区域的阻抗，判断质子膜的湿润状态和燃料气体的供应状态。但是，该方法高频阻抗的测试频率极高(不低于1000Hz)，由于阻抗测量必须通过高频采样获取该频率下交流电压和交流电流的波形图，测试频率越高对车载DC-DC采样频率的要求就越高，从而，需要升级DC-DC转换器的硬件使成本上升，同时较低的测量频率下所测得的阻抗与真实的欧姆阻抗相比将偏大。

此外，上述发明专利的低频阻抗无法区分电荷转移阻抗和传质阻抗。由于催化剂活性下降和水淹均会导致低频阻抗的增加，因此，上述发明专利将催化剂污染或氧化导致的性能下降和水淹导致的性能下降都归因于由于水淹导致的燃料气体供应问题，可能会导致误判从而产生不合理的调控操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种车载燃料电池阻抗在线监测方法及系统，解决现有技术对燃料电池的运行状态难以进行在线监测的问题。

本发明的又一个目的是提供一种车载燃料电池阻抗在线监测方法及系统，解决现有技术对燃料电池的燃料电池内部水的状态和催化剂活性状态难以进行在线监测的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池阻抗在线监测方法，包括以下步骤：

实时测量燃料电池电化学阻抗谱的高频阻抗(R₁₁,R₁₂)；

根据实时高频阻抗，计算获得欧姆阻抗R_ohm，通过欧姆阻抗R_ohm对燃料电池的运行状态进行监测；

所述欧姆阻抗R_ohm，对应表达式为：

其中，R₁₁，R₁₂为测量所得的高频阻抗，α为燃料电池电化学阻抗谱的高频区域直线与实轴的夹角。

在一实施例中，使用固定频率ω₁实时测量燃料电池电化学阻抗谱的高频阻抗(R₁₁,R₁₂)。

在一实施例中，所述固定频率ω₁的取值满足以下条件：

ω₁>200Hz，和/或

ω₁<300Hz。

在一实施例中，实时测量车载燃料电池电化学阻抗谱的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)；

结合燃料电池电化学阻抗谱的等效电路模型，计算获得活化极化阻抗R_ct；

所述活化极化阻抗R_ct，对应表达式为：

其中，R₂₁，R₂₂为测量所得的低频阻抗。

在一实施例中，使用固定频率ω₂实时测量燃料电池电化学阻抗谱的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)。

在一实施例中，所述固定频率ω₂对应的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)，位于燃料电池电化学阻抗谱曲线的第一个圆弧上。

在一实施例中，结合燃料电池电化学阻抗谱的等效电路模型和当前单电池电压，计算获得传质阻抗R_mt；

所述传质阻抗R_mt，对应表达式为：

R_mt＝R-R_ohm-R_ct；

其中，E₀为开路电压，E为当前单电池电压，I为当前电流。

在一实施例中，通过欧姆阻抗R_ohm，获取实时质子膜含水量，实现对质子交换膜干湿状态的实时监测；

通过活化极化阻抗R_ct，实现对催化剂的活性状态的实时监测；

通过传质阻抗R_mt，实现对燃料的供应状态的实时监测。

为了实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池阻抗在线监测系统，包括：

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；

处理器，用于执行所述指令以实现如上述任一项所述的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如上述任一项所述的方法

本发明提供的一种燃料电池阻抗在线监测方法及系统，根据燃料电池的特性对电化学阻抗谱进行合理简化处理，通过测量高频和低频两种固定频率下的阻抗，实时获取代表燃料电池三种极化损失的阻抗，能够在线实时监测燃料电池的运行状态，在不增加成本的同时实现更为准确的燃料电池内部运行状态诊断，进而通过合适的调节操作，使得燃料电池获得更好的经济性和更长的寿命。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明一实施例的燃料电池阻抗在线监控方法流程图；

图2揭示了根据本发明一实施例的燃料电池电化学阻抗谱的等效电路图；

图3揭示了根据本发明一实施例的燃料电池电化学阻抗谱的曲线图；

图4揭示了根据本发明一实施例的欧姆阻抗与质子交换膜含水量的关系图；

图5揭示了根据本发明一实施例的燃料电池变干过程中阻抗和性能的变化图；

图6揭示了根据本发明一实施例的气体供应不足时阻抗和性能的变化图；

图7揭示了根据本发明一实施例的催化剂活性持续下降过程中阻抗和性能的变化图；

图8揭示了根据本发明一实施例的燃料电池阻抗在线监控系统原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。

本发明提出的燃料电池阻抗在线监控方法及系统，使用固定频率250Hz测量高频阻抗，并根据燃料电池电化学阻抗谱的特性计算获得真实的欧姆阻抗，在不更改现有DC-DC硬件能力的同时保证了测试的准确性；此外，通过结合低频阻抗和当前电压获得活化极化阻抗R_ct和传质阻抗R_mt，从而不仅能实时诊断膜过干，还能监测水淹以及催化剂的当前活性。

图1揭示了根据本发明一实施例的燃料电池阻抗在线监控方法流程图，如图1所示，本发明提出的燃料电池阻抗在线监测方法，主要用于车载燃料电池，包括以下步骤：

步骤S1、实时测量燃料电池电化学阻抗谱的高频阻抗(R₁₁,R₁₂)、低频阻抗(R₂₁,R₂₂)和当前单电池电压E；

步骤S2、结合燃料电池电化学阻抗谱的等效电路模型和当前单电池电压E，实时获取欧姆阻抗R_ohm、活化极化阻抗R_ct和传质阻抗R_mt，对燃料电池的运行状态进行监测。

更进一步的，所述步骤S2，进一步包括：

步骤S21、根据高频阻抗(R₁₁,R₁₂)，计算获得欧姆阻抗Rohm，通过欧姆阻抗R_ohm，获取实时质子膜含水量，实现对质子交换膜干湿状态的实时监测。

所述欧姆阻抗R_ohm，对应表达式为：

其中，R₁₁，R₁₂为测量所得的高频阻抗，α为燃料电池电化学阻抗谱的高频区域直线与实轴的夹角。

更进一步的，所述步骤S2，进一步包括：

步骤S22、根据低频阻抗(R₂₁,R₂₂)和欧姆阻抗R_ohm，计算获得活化极化阻抗R_ct，通过活化极化阻抗R_ct，实现对催化剂的活性状态的实时监测。

更进一步的，所述步骤S2，进一步包括：

步骤S23、根据当前单电池电压E，欧姆阻抗R_ohm和活化极化阻抗R_ct，计算获得传质阻抗R_mt，通过传质阻抗R_mt，实现对燃料的供应状态的实时监测。

更进一步的，通过DC-DC转换器实时测量车载燃料电池的高频阻抗(R₁₁,R₁₂)和低频阻抗(R₂₁,R₂₂)。

通过结合图2所示的等效电路模型和当前单电池电压E，实时获取欧姆阻抗R_ohm、活化极化阻抗R_ct和传质阻抗R_mt，从而对燃料电池的运行状态进行监测。

图2揭示了根据本发明一实施例的燃料电池电化学阻抗谱的等效电路图，如图2所示的等效电路模型中，欧姆阻抗R_ohm、活化极化阻抗R_ct和传质阻抗R_mt串联连接，活化极化阻抗R_ct和活化极化容抗C_ct并联，传质阻抗R_mt和传质容抗C_mt并联。

下面详细说明欧姆阻抗R_ohm的获得方法。

图3揭示了根据本发明一实施例的燃料电池电化学阻抗谱的曲线图，如图3所示，在燃料电池中，由于质子在阴极催化层的传导受限，燃料电池电化学阻抗谱的高频区域，即曲线的最左侧部分近似呈现为一条直线。

因此，将上述燃料电池电化学阻抗谱的高频区域曲线定义为高频区域直线，该高频区域直线与实轴的夹角为α，该高频区域直线与横坐标的交点为欧姆阻抗R_ohm。

获取该高频区域直线与横坐标的截距，即欧姆阻抗R_ohm，对应表达式为：

其中，R₁₁，R₁₂为测量所得的高频阻抗，α为燃料电池电化学阻抗谱的高频区域直线与实轴的夹角。

在本实施例中，使用固定频率ω₁实时测量处于该高频区域直线上的高频阻抗(R₁₁,R₁₂)。

(R₁₁,R₁₂)在燃料电池电化学阻抗谱曲线的第一个半圆最左侧的直线上，最左侧部分的圆弧由于燃料电池的特性使其变形成与实轴成夹角α的高频区域直线。

固定频率ω₁的值为不变的，可以根据燃料电池的特性和DCF能力选取的，其中，DCF为针对燃料电池车开发的升压BOOST解决方案，英文全称DC/DC Converter for FuelCell EV。

根据燃料电池的特性，固定频率ω₁的取值范围为ω₁>200Hz；

根据当前DCF的能力，固定频率ω₁的取值范围为ω₁<300Hz。

固定频率ω₁的取值应该满足上述条件之一或者全部，在本实施例中，固定频率ω₁选择取值为250Hz。

图4揭示了根据本发明一实施例的欧姆阻抗与质子交换膜含水量的关系图，如图4所示质子膜含水量与欧姆电阻R_ohm的关系，通过欧姆阻抗R_ohm获取实时质子膜含水量，从而实现对质子膜干湿状态的实时监测。

下面详细说明活化极化阻抗R_ct的获得方法，活化极化阻抗即为电荷转移阻抗。

如图2所示的燃料电池电化学阻抗谱的等效电路模型，活化极化阻抗R_ct和活化极化容抗C_ct并联部分对应于图3的第一个半圆，该半圆的直径为活化极化阻抗R_ct。

实时测量燃料电池电化学阻抗谱的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)，位于图3的第一个半圆上。

R_ct、C_ct和R₂₁、R₂₂之间的关系为：

其中，R_ohm为由高频阻抗计算得到的欧姆阻抗，R₂₁，R₂₂为测量所得的低频阻抗。

用R₂₁、R₂₂表示活化极化阻抗R_ct、活化极化容抗C_ct，对应表达式为：

因此，可以通过实时测量的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)获得活化极化阻抗R_ct。

在本实施例中，使用固定频率ω₂实时测量燃料电池电化学阻抗谱位于该半圆上的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)。

固定频率ω₂的值是不变的，选取方法是保证该频率ω₂的对应低频阻抗(R₂₁,R₂₂)位于燃料电池电化学阻抗谱曲线的第一个圆弧上，此时，才能保证活化极化阻抗R_ct的计算是正确的。

低频阻抗(R₂₁,R₂₂)不一定是位于第一个半圆的顶点，只需在第一个圆弧上即可。

更进一步的，考虑实时性，上述固定频率ω₁和ω₂测量获取(R₁₁,R₁₂)和(R₂₁,R₂₂)的时刻相同，即测试时间是相同的。

下面详细说明传质阻抗R_mt的获得方法。

由于电压损失分为欧姆极化、活化极化和浓差极化，因此，结合燃料电池电化学阻抗谱的等效电路模型和当前单电池电压，计算获得测试时间的所有阻抗R，进而获得传质阻抗R_mt。

所述传质阻抗R_mt，对应表达式为：

R_mt＝R-R_ohm-R_ct；

其中，E₀为开路电压，E为当前单电池电压，I为当前电流。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

图5揭示了根据本发明一实施例的燃料电池变干过程中阻抗和性能的变化图，如图5所示的结果表明，本发明通过固定的高低频双频阻抗和电压计算获得的欧姆阻抗、电荷转移阻抗以及传质阻抗与阻抗谱拟合获得的阻抗基本吻合，因此，使用本发明中的高低频双频阻抗可以代替传统的电化学阻抗谱(EIS)，实现对质子交换膜干湿状态的实时监测，诊断膜过干问题。

随着燃料电池不断变干，质子膜的电阻随着含水量的减小而增大，导致了欧姆阻抗的增大；

电荷转移阻抗随着增大的原因是催化剂层包覆催化剂的Nafion膜不断变干，导致了H⁺在催化剂层中传输阻抗增大；

由于排水能力的增强，反应气体的供应变得更为顺畅使得传质阻抗呈减小的趋势。

图6揭示了根据本发明一实施例的气体供应不足时阻抗和性能的变化图，如图6所示的结果表明，本发明通过固定的高低频双频阻抗和电压计算获得的欧姆阻抗、电荷转移阻抗以及传质阻抗与阻抗谱拟合获得的阻抗基本吻合，因此，使用本发明中的高低频双频阻抗可以代替传统的电化学阻抗谱(EIS)，实现对燃料的供应状态的实时监测，诊断燃料电池气体供应不足问题。

当气体供应不足时，燃料电池的欧姆阻抗几乎保持不变，传质阻抗和电荷转移阻抗不断增大，其中传质阻抗增大的程度最大，此时，电压的下降主要由水淹导致的传质阻抗所决定。

图7揭示了根据本发明一实施例的催化剂活性持续下降过程中阻抗和性能的变化图，如图7所示的结果表明，本发明通过固定的高低频双频阻抗和电压计算获得的欧姆阻抗、电荷转移阻抗以及传质阻抗与阻抗谱拟合获得的阻抗基本吻合，因此，使用本发明中的高低频双频阻抗可以代替传统的电化学阻抗谱(EIS)，实现对催化剂的活性状态的实时监测，诊断燃料电池催化剂的活性，例如氧化或污染导致的催化剂活性的下降。

随着催化剂活性的下降，欧姆阻抗和传质阻抗几乎不变，此时电压下降的原因为催化剂活性下降导致的电荷转移阻抗的增加。

图8揭示了根据本发明一实施例的燃料电池阻抗在线监控系统原理图。图8是本发明一实施例的燃料电池阻抗在线监控系统的框图。燃料电池阻抗在线监控系统可包括内部通信总线801、处理器(processor)802、只读存储器(ROM)803、随机存取存储器(RAM)804、通信端口805、以及硬盘807。内部通信总线801可以实现燃料电池阻抗在线监控系统组件间的数据通信。处理器802可以进行判断和发出提示。在一些实施例中，处理器802可以由一个或多个处理器组成。

通信端口805可以实现燃料电池阻抗在线监控系统与外部的输入/输出设备之间进行数据传输与通信。在一些实施例中，燃料电池阻抗在线监控系统可以通过通信端口805从网络发送和接收信息及数据。在一些实施例中，燃料电池阻抗在线监控系统可以通过输入/输出端806以有线的形式与外部的输入/输出设备之间进行数据传输与通信。

燃料电池阻抗在线监控系统还可以包括不同形式的程序储存单元以及数据储存单元，例如硬盘807，只读存储器(ROM)803和随机存取存储器(RAM)804，能够存储计算机处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器802所执行的可能的程序指令。处理器802执行这些指令以实现方法的主要部分。处理器802处理的结果通过通信端口805传给外部的输出设备，在输出设备的用户界面上显示。

举例来说，上述的燃料电池阻抗在线监控方法的实施过程文件可以为计算机程序，保存在硬盘807中，并可记载到处理器802中执行，以实施本申请的方法。

燃料电池阻抗在线监测系统的具体实现细节与前述的燃料电池阻抗在线监测方法对应，所以具体细节此处不再重复描述。

燃料电池阻抗在线监控方法的实施过程文件为计算机程序时，也可以存储在计算机可读存储介质中作为制品。例如，计算机可读存储介质可以包括但不限于磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD))、智能卡和闪存设备(例如，电可擦除可编程只读存储器(EPROM)、卡、棒、键驱动)。此外，本文描述的各种存储介质能代表用于存储信息的一个或多个设备和/或其它机器可读介质。术语“机器可读介质”可以包括但不限于能存储、包含和/或承载代码和/或指令和/或数据的无线信道和各种其它介质(和/或存储介质)。

本发明提供的一种燃料电池阻抗在线监测方法及系统，具体具有以下技术效果：

1)通过降低高频阻抗的测试频率，从而不需要对当前的DC-DC转换器硬件进行特殊的升级，降低升级成本；

2)通过获得准确的欧姆阻抗R_ohm监测膜的干湿状态，通过获取电荷转移阻抗R_ct和传质阻抗R_mt监测催化剂的活性状态和燃料的供应状态，使燃料电池获得更好的经济性和更长的寿命。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池阻抗在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时测量燃料电池电化学阻抗谱的高频阻抗(R₁₁,R₁₂)；

根据实时高频阻抗，计算获得欧姆阻抗R_ohm，通过欧姆阻抗R_ohm对燃料电池的运行状态进行监测；

所述欧姆阻抗R_ohm，对应表达式为：

其中，R₁₁，R₁₂为测量所得的高频阻抗，α为燃料电池电化学阻抗谱的高频区域直线与实轴的夹角。

2.根据权利要求1所述的燃料电池阻抗在线监测方法，其特征在于，使用固定频率ω₁实时测量燃料电池电化学阻抗谱的高频阻抗(R₁₁,R₁₂)。

3.根据权利要求2所述的燃料电池阻抗在线监测方法，其特征在于，所述固定频率ω₁的取值满足以下条件：

ω₁>200Hz，和/或

ω₁<300Hz。

4.根据权利要求1所述的燃料电池阻抗在线监测方法，其特征在于，实时测量燃料电池电化学阻抗谱的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)；

结合燃料电池电化学阻抗谱的等效电路模型，计算获得活化极化阻抗R_ct；

所述活化极化阻抗R_ct，对应表达式为：

其中，R₂₁，R₂₂为测量所得的低频阻抗。

5.根据权利要求4所述的燃料电池阻抗在线监测方法，其特征在于，使用固定频率ω₂实时测量燃料电池电化学阻抗谱的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)。

6.据权利要求5所述的燃料电池阻抗在线监测方法，其特征在于，所述固定频率ω₂对应的低频阻抗(R₂₁,R₂₂)，位于燃料电池电化学阻抗谱曲线的第一个圆弧上。

7.根据权利要求4所述的燃料电池阻抗在线监测方法，其特征在于，结合燃料电池电化学阻抗谱的等效电路模型和当前单电池电压，计算获得传质阻抗R_mt；

所述传质阻抗R_mt，对应表达式为：

R_mt＝R-R_ohm-R_ct；

其中，E₀为开路电压，E为当前单电池电压，I为当前电流。

8.根据权利要求7所述的燃料电池阻抗在线监测方法，其特征在于：

通过欧姆阻抗R_ohm，获取实时质子膜含水量，实现对质子交换膜干湿状态的实时监测；

通过活化极化阻抗R_ct，实现对催化剂的活性状态的实时监测；

通过传质阻抗R_mt，实现对燃料的供应状态的实时监测。

9.一种燃料电池阻抗在线监测系统，其特征在于，包括：

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；

处理器，用于执行所述指令以实现如权利要求1-8任一项所述的方法。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如权利要求1-8任一项所述的方法。

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