CN1793882A - 燃料电池质子交换膜缺水诊断方法及监测系统 - Google Patents
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Abstract
燃料电池质子交换膜缺水诊断方法及监测系统属于燃料电池故障诊断技术领域，尤其涉及燃料电池质子交换膜故障诊断技术领域。其特征在于，它依次含有：在燃料电池控制器中存储燃料电池堆在质子交换膜湿润良好情况下，在不同工作温度T和工作电流I条件下的三维脉谱图RΩ′＝f(T，I)；采集实时工作温度T、电压V和电流I；计算燃料电池电压变化值ΔV和电流变化值ΔI，计算阻抗值RΩ＝ΔV/ΔI；将当前阻抗值RΩ和在同样温度和电流下的脉谱图阻抗RΩ′进行对比，当RΩ＞RΩ′时，燃料电池控制器发出控制信号采取措施以缓解燃料电池缺水。本发明还针对该方法提出了相应的系统。本发明具有简单可靠，避免产生附加故障的优点。
Description
技术领域
燃料电池质子交换膜缺水诊断方法及监测系统属于燃料电池故障诊断技术领域，尤其涉及燃料电池质子交换膜故障诊断技术领域。
背景技术
质子交换膜被气流吹干是燃料电池在工作过程中常见故障之一，表现出燃料电池输出性能下降，是造成质子交换膜干裂串气的最大威胁。以往多用单片电池电压巡检系统实时监测每一片燃料电池的工作情况，如专利WO 02/03086。在这种巡检系统中，每片电池的极板上都要接导线以测量电压，常出现因导线短路、断路或电磁干扰等因素造成误报警现象，严重影响燃料电池的实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种取代单片电池电压巡检系统的燃料电池质子交换膜缺水情况诊断方法及监测系统，该方法既实现诊断功能又不造成附加故障。
本方法的特征在于，依次含有以下步骤：
1)在燃料电池控制器中存储燃料电池堆在质子交换膜湿润良好情况下，在不同工作温度T和工作电流I条件下的三维脉谱图R′Ω＝f(T，I)，R′Ω是脉谱图阻抗；
2)采集温度传感器检测到的燃料电池堆的工作温度T、电流检测仪检测到的工作电流I，以及电压检测仪检测到的电压V，将采集值输入所述燃料电池控制器；
3)在燃料电池控制器中计算燃料电池当前阻抗值RΩ，RΩ＝ΔV/ΔI，其中ΔV是电压V在单位时间内的变化量，ΔI是电流I在单位时间内的变化量；
4)将上述当前阻抗值RΩ和在同样温度T和电流I下的脉谱图阻抗R′Ω进行对比，当RΩ＞R′Ω时，燃料电池控制器发出控制信号采取措施以缓解燃料电池缺水；当RΩ≤R′Ω时，继续循环监测。
所述第3)步中的单位时间是一个采样周期。
根据燃料电池质子交换膜缺水诊断方法而设计的系统，其特征在于，含有燃料电池控制器，连接在燃料电池出水口的温度传感器，并联在燃料电池的电压输出端的电压检测仪，和串接在燃料电池电源回路上的电流检测仪；所述温度传感器、电压检测仪和电流检测仪的检测信号输入所述燃料电池控制器。
有益效果，与当前普遍采用的单片电压巡检方法相比，本发明的优点是不需使用大量测试电压的线束，避免了附加故障。
附图说明：
图1是本发明实施例的测试方法示意图。
图2是本发明实施例的应用方法流程图。
具体实施方式：
结合附图说明本发明的具体实施方式。
见图2，本发明所述的方法，是在燃料电池工作过程中诊断其故障，借助在变载过程中燃料电池的电压变化ΔV和电流变化ΔI，计算燃料电池的阻抗值RΩ，RΩ＝ΔV/ΔI，该阻抗值与预先标定的与工作温度和电流相关的阻抗脉谱图R′Ω＝f(T，I)相对照，如果实时计算的阻抗值RΩ高于脉谱图的阻抗值R′Ω，RΩ＞R′Ω，就可以断定燃料电池内质子交换膜出现了缺水情况。
如一个由50片质子交换膜电池组成的10kW燃料电池堆，先利用变载法测试燃料电池堆在质子交换膜湿润良好情况下的阻抗，标定出在各种工作温度T和工作电流I条件下的阻抗值，制作三维脉谱图R′Ω＝f(T，I)。在燃料电池控制器软件程序中，输入阻抗脉谱图。在燃料电池工作时，实时测量工作温度T、电压V和电流I，输入燃料电池控制器，在变载过程中计算燃料电池堆输出电流的变化ΔI和电压的变化ΔV，计算阻抗值RΩ，RΩ＝ΔV/ΔI，电流ΔI和电压ΔV可以是相邻两次采样的差值。然后，对比实测阻抗RΩ和脉谱图阻抗R′Ω。当RΩ＞R′Ω时，控制器就要发出控制信号采取措施以缓解燃料电池缺水问题，否则继续监测。
如图1所示，伏特表并联在燃料电池堆的两个电压输出端，安培表串接在电源回路中，温度测量装置安装在燃料电池的出水口，燃料电池控制器可采用单片机等。本方法简单可靠，避免了由于线路复杂造成的附加故障。
Claims (3)
1、燃料电池质子交换膜缺水诊断方法，其特征在于，依次含有以下步骤：
1)在燃料电池控制器中存储燃料电池堆在质子交换膜湿润良好情况下，在不同工作温度T和工作电流I条件下的三维脉谱图RΩ＇＝f(T，I)，RΩ＇是脉谱图阻抗；
2)采集温度传感器检测到的燃料电池堆的工作温度T、电流检测仪检测到的工作电流I，以及电压检测仪检测到的电压V，将采集值输入所述燃料电池控制器；
3)在燃料电池控制器中计算燃料电池当前阻抗值RΩ，RΩ＝ΔV/ΔI，其中ΔV是电压V在单位时间内的变化量，ΔI是电流I在单位时间内的变化量；
4)将上述当前阻抗值RΩ和在同样温度T和电流I下的脉谱图阻抗RΩ＇进行对比，当RΩ＞RΩ＇时，燃料电池控制器发出控制信号采取措施以缓解燃料电池缺水；当RΩ≤RΩ＇时，继续循环监测。
2、如权利要求1所述的燃料电池质子交换膜缺水诊断方法，其特征在于，所述第3)步中的单位时间是一个采样周期。
3、根据权利要求1所述的燃料电池质子交换膜缺水诊断方法而设计的系统，其特征在于，含有燃料电池控制器，连接在燃料电池出水口的温度传感器，并联在燃料电池的电压输出端的电压检测仪，和串接在燃料电池电源回路上的电流检测仪；所述温度传感器、电压检测仪和电流检测仪的检测信号输入所述燃料电池控制器。
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