[发明专利]一种燃料电池的含水量控制方法

摘要

本发明公开了一种燃料电池的含水量控制方法，包括引入阻抗正割角α作为燃料电池的含水量控制指标，运用改进型电化学阻抗谱法求解得到阻抗正割角α，根据测量得到的阻抗正割角α的信息产生控制信号，对燃料电池进气进行增湿，从而达到调整燃料电池的含水量的目的；本发明能够在不添加任何传感器的情况下，仅利用交流信号发生器及数据采集系统检测得到燃料电池的阻抗正割角α，并且能够在保证采样精度的同时大大缩短了采样时间，节约了检测成本、提高了检测效率。

主权项

一种燃料电池的含水量控制方法，其特征在于：通过引入阻抗正割角α作为燃料电池含水量的控制指标，利用湿度控制器产生控制信号，调整燃料电池的进气增湿度达到设定值，实现燃料电池含水量的控制，具体包括以下步骤：步骤一：基于最佳操作条件下PEMFC阻抗谱及PEMFC等效电路，确定高频信号频率f1、f2；f1为阻抗谱与实轴的交点所对应的频率，且f1≥20kHz；根据式(1)计算得到PEMFC高频转折频率f2：f2=12πCdlRm*RaRm+Ra---(1)]]>其中：Ra＝Rf+Rd，Rf、Rm、Rd分别为燃料电池堆等效电路中活化内阻、欧姆内阻、浓差内阻，mΩ；Cdl为等效电容，F；步骤二：依次给燃料电池发射两组高频交流电信号f1、f2，分别检测其响应信号U(ω1)、U(ω2)：U(ω1)＝U0sin(ω1t)  (2)U(ω2)＝U0sin(ω2t)  (3)其中：ω1＝2πf1、ω2＝2πf2，U0为交流正弦信号幅值；依次采集燃料电池的响应信号I(ω1)、I(ω2)：I(ω1)＝I0sin(ω1t+θ)  (4)I(ω2)＝I0sin(ω2t+θ)  (5)其中：I0为响应信号幅值，θ为响应信号相位角；由此，利用公式(6)‑(7)计算得到燃料电池对应频率的阻抗Z(ω1)、Z(ω2)为：其中：Z‘1、Z‘2为阻抗实部，Z“1、Z“2为阻抗虚部；利用公式(8)得到在阻抗坐标轴上Z(ω1)、Z(ω2)及与实轴夹角α：步骤三：数据采集系统(52)将采集得到的阻抗正割角α的信息发送至湿度控制器(53)，得到与预设最优阻抗正割角α的偏差Δα，当Δα≠0时，产生控制信号，然后将所述控制信号输入驱动电路(54)中，经驱动电路(54)放大后的控制信号输出至加湿装置(15)的控制端，使空气供给管路(22)、氢气供给管路(32)中的气体加湿到预设值，从而达到控制燃料电池(1)的含水量在目标范围内的目的。