[发明专利]燃料电池水含量估计系统、方法、计算机设备及存储介质

说明书

本申请提供的所述燃料电池水含量估计方法是基于交流阻抗和水传递模型的质子交换膜水含量估计方法。所述燃料电池水含量估计方法对燃料电池水含量的标定时工作量较小，能够定量估计燃料电池的平均水含量和水含量分布规律。所述燃料电池水含量估计方法不但能够定性的反应燃料电池内部水含量，也能够反映燃料电池膜电极平均水含量，燃料电池水含量的分布规律。

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池水含量估计系统、方法、计算机设备及存储介质。

背景技术

燃料电池是一种电化学发电设备，其原理是：燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气)通过膜电极进行电化学反应，产生电动势。质子交换膜燃料电池通常采用能够传递质子的固体高分子膜作为电解质，反应过程中，质子通过膜从阳极传递到阴极，电子通过外接负载从阳极传递到阴极。质子交换膜燃料电池具有高效率、零排放等优点，是电动汽车理想的动力源。质子交换膜燃料电池工作过程中，内部水含量对于性能和耐久性均有较大的影响。内部水含量过低，质子交换膜的质子传导率下降，由质子传输导致的电压降增大，系统的输出电压下降，效率变低。过干的情况还可能影响燃料电池内部质子交换膜、催化剂层、气体扩散层等各层之间的接触，导致耐久性问题。内部水含量过高，会出现“水淹”现象，即燃料电池内部出现液态水，阻碍了反应气体的传输导致缺气，导致性能下降。因此水含量过高和过低都会带来负面影响，水管理成为了燃料电池研究中的一个关键问题。

质子交换膜燃料电池的水管理问题中，水含量的估计是关键问题。由于燃料电池结构精细，内部结构均为几十到几百微米厚的薄层，在实验室当中可以采用中子成像、透明燃料电池、X射线衍射、打孔微型照相机照相的方法测量水含量。但实验室中的这些方法难以实现精确地定量测量水含量，并且无法应用时实际系统当中。

传统的燃料电池水含量估计方法中，用气体压力降估计水含量。该方法仅适用于水含量较多并且出现液态水的情况下的估计，在无液态水的情况下估计结果精度较差。并采用气体压力降估计水含量得到的仅为定性关系，需要对特定的燃料电池进行实验标定后才能得到水含量，该方法适用范围较窄。

发明内容

基于此，有必要针对传统的方法仅能估计水含量的定性关系的问题，提供一种燃料电池水含量估计系统、方法、计算机设备及存储介质。

一种燃料电池水含量估计方法，

S100，获取燃料电池的高频阻抗以及燃料电池的进气条件和排气条件；

S200，根据所述高频阻抗、所述进气条件和所述排气条件计算燃料电池的阳极进气摩尔分数和阴极进气摩尔分数；

S300，根据所述阳极进气摩尔分数计算阳极腔室气体浓度，根据所述阴极进气摩尔分数计算阴极腔室气体浓度；

S400，根据阳极腔室气体浓度和阴极腔室气体浓度计算净水传递系数；

S500，基于质子交换膜燃料电池水传递模型结合所述净水传递系数，计算膜电极和阴极气体扩散层界面水含量分布规律，以得出燃料电池膜电极平均水含量以及燃料电池水含量的分布规律。

在一个实施例中，所述燃料电池膜电极平均水含量用以下公式获得：

λ为所述燃料电池膜电极平均水含量，χ_W表示水的摩尔分数，P表示气体总压强，P_sat表示饱和蒸气压。

在一个实施例中，所述燃料电池膜电极平均水含量满足函数关系式σ＝f(λ，T)其中，σ为质子交换膜质子传导电导率，λ为所述燃料电池膜电极平均水含量，T为燃料电池的温度，所述函数关系式σ＝f(λ，T)通过实验测量得到。

在一个实施例中，所述步骤S400，根据阳极腔室气体浓度和阴极腔室气体浓度计算净水传递系数的步骤包括：