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申请/专利权人：西南交通大学

摘要：本发明公开了质子交换膜燃料电池膜水含量分布的估计方法，包括以下步骤：步骤一、连接实验设备：单片燃料电池、具有温度、电流密度测量所需的多传感器PCB板和燃料电池测试平台通过连接线连接在一起；步骤二、预热燃料电池：将燃料电池预热至测试所需的温度；本发明通过记录电压电流、电流密度温度数据分析对PCB板测量数据的不同维度，采用插值算法将测量数据扩展至数据维度相同，以便于平面内相同位置处的数据一一对应；根据燃料电池输出电压表达式各损耗与温度、电流密度的关系计算平面内各位置处的欧姆损耗，并通过其与膜水含量的关系表达式，得到燃料电池平面内水含量的分布特征。

主权项：1.质子交换膜燃料电池膜水含量分布的估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、连接实验设备：单片燃料电池、具有温度、电流密度测量所需的多传感器PCB板和燃料电池测试平台通过连接线连接在一起；步骤二、预热燃料电池：将燃料电池预热至测试所需的温度；步骤三、加载电流：加载电流进行稳态性能测试，直至燃料电池输出电压出现骤降甚至为0时，停止加载；步骤四、记录电压电流：记录下燃料电池的输出电压及总输出电流，通过PCB板的数据采集装置，记录下各传感器的电流密度、温度的数据，用于后续分析；步骤五、电流密度温度数据分析：将燃料电池运行测试过程中PCB板采集数据以数据矩阵的形式按顺序进行表示，电流密度、温度分布数据的表达式分别为： 步骤六、采用插值算法对数据维度进行扩展：采用插值算法对数据维度进行扩展，分段三次Hermite插值对温度分布数据进行插值计算，包括向内插值与向外插值，扩展后的温度分布表达式为：为使插值后的温度分布数据尽量维持原始数据的分布特性，采用数据标准差量化分别量化插值前后的温度分布均匀性，并根据该值作为反馈调整插值算法，以选出更好的插值算法，测量温度数据的标准差为：插值计算后温度数据的标准差为：步骤七、数据一一对应：局部电流密度、温度数据一一对应，插值计算后，温度分布数据矩阵扩展为与电流密度分布数据矩阵具有相同的维度，设置一个位置函数f表示该位置处的电流密度、温度，其表达式为：fa,b＝ia,b,ta,b,1≤a≤m,1≤b≤n6；步骤八、构建半经验模型：构建燃料电池输出电压的半经验模型，输出电压的表达式为：U＝Erev-ηact-ηohm-ηconc7，热力学可逆电压通过能斯特方程表示：阳极、阴极的活化损耗表达式为：欧姆损耗的经验表达式为：浓差损耗的表达式为：步骤九、反推水含量：水含量改写为欧姆损耗的表达式，反推平面内水含量分布，将步骤六中的式10改写为：式中，ξ为水含量，j为电流密度，T为温度，δmem为膜厚度，A为膜电极活性面积，ηohm为活化损耗；对于燃料电池而言，平面内各位置输出电压相同，根据步骤五中不同位置处电流密度、温度分布，结合步骤六中输出电压模型中与电流密度、温度相关的表达式，可以将不同位置处的电压表示为：U＝Ua,b＝Ereva,b-ηact,aa,b-ηact,ca,b-ηohma,b-ηconca,b13，由步骤六中式10可知，水含量与欧姆损耗相关，于是测量位置处的欧姆损耗可以表示为：ηohma,b＝Ereva,b-U-ηact,aa,b-ηact,ca,b-ηconca,b14，由此可知，不同位置处的欧姆损耗在电流密度、温度分布不均匀的情况下并不相同。因此，平面内各位置处的膜水含量存在差异，则式12可改写为：ξa,b＝gηa,b,fa,b15，将步骤五中式6的电流密度、温度分布数据fa,b代入涉及步骤六、步骤七的式8-15中，计算出PCB板测量燃料电池平面内不同位置处的水含量数据，从而得到内部水含量的分布特征。

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