[发明专利]一种质子交换膜电堆的闭环水管理方法及装置

权利要求书

1.一种质子交换膜电堆的闭环水管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在质子交换膜电堆稳态运行直流电流I条件下，通过电子负载向质子交换膜电堆施加频率为f的交流电流扰动量 ；其中，I₀为交流扰动信号幅值；

步骤2：实时采集质子交换膜电堆的交流扰动电流和响应电压，经傅立叶变换后，分别得到对应的频率f分量的初始相位φ₁和φ₂，则频率f下实时的阻抗相位角θ=φ₂-φ₁；

步骤3：根据实时的阻抗相位角θ判断质子交换膜电堆当前的膜含水量状态，判断基准为：

  (1)

其中，和分别为质子交换膜电堆正常状态下阻抗相位角的最小值和最大值；

当时，质子交换膜电堆当前为正常状态；当时，质子交换膜电堆当前为膜干故障状态；当时，质子交换膜电堆当前为水淹故障状态；

其中，的获取方法为：在质子交换膜电堆的进气量为Q_max，进气湿度为RH_min，电堆运行温度为T_max的情况下，当质子交换膜电堆的响应电压首次下降为气体供给标准值条件下响应电压的95%以下时，质子交换膜电堆为膜干故障状态，此时频率f下的阻抗相位角为；

的获取方法为：在质子交换膜电堆的进气量为Q_min，进气湿度为RH_max，电堆运行温度为T_min的情况下，当质子交换膜电堆运行至响应电压下降为施加该进气条件的起始时刻电压的95%时，质子交换膜电堆为水淹故障状态，此时频率f下的阻抗相位角为；

步骤4：根据质子交换膜电堆当前的不同状态，实时更新控制气体供给和运行温度，具体为：

当质子交换膜电堆当前为正常状态时，保持进气量为Q*，进气湿度为RH*，电堆运行温度为T*；

当质子交换膜电堆当前为膜干故障状态时，控制进气量为Q_min，进气湿度为RH_max，电堆运行温度为T_min；

当质子交换膜电堆当前为水淹故障状态时，控制进气量为Q_max，进气湿度为RH_min，电堆运行温度为T_max；

其中，Q*为质子交换膜电堆推荐运行的典型进气流量，Q_max和Q_min分别为质子交换膜电堆运行允许的最大和最小进气流量；RH*为质子交换膜电堆推荐运行的典型进气湿度，RH_max和RH_min分别为质子交换膜电堆运行允许的最大和最小进气湿度；T*为质子交换膜电堆推荐运行的典型电堆温度，T_max和T_min分别为质子交换膜电堆长时运行允许的最大和最小电堆温度。