基于频率正割角计算的燃料电池堆水热管理状态诊断方法

水热状态管理对提高燃料电池堆输出性能具有重要意义。本文基于电化学阻抗谱法原理,结合等效电路模型,通过获取两个阻抗谱特征频率点响应,计算出频率响应点连线与实轴夹角(频率正割角),提出了一种频率正割角计算方法。理论证明该角度与电堆内阻变化具有唯一性对应关系。仿真和实验结果表明,频率正割角计算结果能够很好地描述堆内水热管理状态变化,以及操作条件变化对电堆输出性能的影响。该方法避免了交流阻抗试验测试步骤繁复、时间周期长、参数拟合困难等不足,给出一种特征明显、直接简便的诊断方法,为电堆操作条件优化和输出性能故障预警奠定了基础,具有良好的应用前景。

基于频率正割角的PEMFC性能优化

传统EIS法利用扫频的方式得到阻抗谱曲线,进而对燃料电池内部进行水热管理。然而该方法测试时间冗长且过程繁琐,不适合在线实时优化。该文在此基础上提出一种快速EIS法--频率正割角法,通过引入阻抗正割角α,将传统EIS法使用一组频率信号简化为最高频率M1和高频转折频率M2这2个高频信号,通过采样这两处频率点的阻抗信息,获得两点连线与实轴的夹角α,并利用仿真及实验得出理想条件下转折频率fopt和αopt,作为控制标准,将当前状态下α与理想条件下αopt对比进而对操作条件进行调节,实现燃料电池堆内部快速的水热管理,比传统方法更加经济实用。