1.一种质子交换膜燃料电池堆的饥饿故障诊断方法,其特征在于:通过EIS法特定频率所对应的实部虚部值以及燃料电池内阻模型计算饥饿故障诊断的指标参数;将仿真获得的饥饿数据与正常电堆数据作为初始分析数据,使用主成分分析法和K均值聚类方法进行分类,得到正常簇集与饥饿簇集的俩个质心点μ1和μ2;依此为诊断指标,针对任意工况下的电堆,只需获得燃料电池实际使用过程中的饥饿指标参数数据,利用主成分分析法和K均值聚类方法得到不同操作条件下的实验数据点,与正常数据簇集的质心点μ1和饥饿数据簇集的质心点μ2进行对比,可以判断出此时的电堆是否出现了饥饿故障以及饥饿故障程度,较传统方法操作更加简单迅速、准确性更佳,具体的步骤如下:步骤一:通过EIS法测得燃料电池堆内的阻抗信息,提取频率20KHz阻抗实部虚部值得到欧姆内阻Rm,在U‑I曲线上获得对应电流密度i下得输出电压U,代入燃料电池输出电压模型可以求得电堆总内阻Rstack,提取对应电流密度i下电堆的工作温度Tstack,利用活化内阻模型计算活化内阻Rf,将Rstack和Rf代入总内阻公式可计算出浓差内阻Rd,如下式所示:U=Eocv‑i·Rstack (1)Rstack=Rf+Rm+Rd (2)其中Eocv是燃料电池开路电压;Rm为燃料电池的欧姆内阻;Rf是活化内阻;Rd是浓差内阻;Rstack是欧姆内阻Rm和活化内阻Rf以及浓差内阻Rd的和;R理想气体常数;α电化学反应速率参数;μ转移电子数;F法拉第常数;R理想气体常数;ΔG为活化能,J;T0和Tstack为参考温度2
和电堆工作温度,K;i0和i为交换电流密度和输出电流密度A/cm;
步骤二:依据燃料电池的二阶RC等效电路图可以得到阻抗表达式(4),提取定频率对应的阻抗实部虚部值,利用阻抗谱实部虚部模型,可以计算出等效电容Cd与Cdl;
式中Cdl和Cd表示为燃料电池二阶等效电路中的双电层电容;
步骤三:选取饥饿故障诊断的指标参数为电流密度i,反应物总浓度Cg,浓差内阻Rd和双层电容Cdl,将仿真获得的饥饿数据与正常电堆数据作为初始分析数据,通过主成分分析法得到主成分特征量,其中第一主成分Y1与第二主成分Y2作为饥饿故障诊断特征量,X1为电流密度数据集,X2为双电层电容,X3为浓差内阻数据集,X4为反应物浓度数据集;
步骤四:对步骤三求得的主成分特征量采用K均值聚类方法进行分类,得到正常簇集与饥饿簇集的俩个质心点μ1和μ2,画出饥饿数据与正常数据下的Y1,Y2推算簇集图;
步骤五:在燃料电池堆实际使用过程中,通过上面步骤一到步骤二的方法可以得到电堆不同工况下的电流密度i,反应物总浓度Cg,浓差内阻Rd和双层电容Cdl,利用主成分分析法和K均值聚类方法,得到不同操作条件下的实验数据点,与正常数据簇集的质心点μ1和饥饿数据簇集的质心点μ2进行对比,判断此时电堆是否出现了饥饿故障以及饥饿故障的程度。
2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池堆的饥饿故障诊断方法,具体区分饥饿故障程度的准则如下:若数据点在两个簇集质心点之间,则距离饥饿簇集质心μ2越远,离正常簇集μ1越近,则该数据点对应的电堆状态更加趋近于正常状态,相反则更趋近于饥饿状态;若数据点在饥饿簇集质心μ2的右下方,则电堆处于饥饿状态,并且距离越远饥饿成度越严重,同时把该组数据加入原数据簇中,重新使用K均值聚类方法,重新计算出新的饥饿簇集质心μ2;若数据点在正常簇集质心μ1的左上方,则电堆处于正常状态,也需要把该组数据加入原数据簇中,重新计算出新的正常簇集质心μ1。
3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池堆的饥饿故障诊断方法,其特征在于:饥饿故障与反应物总浓度Cg有关,反应物总浓度Cg影响双层电容Cdl,体现在浓差内阻Rd大小变化上,以电流密度i,反应物总浓度Cg,浓差内阻Rd和双层电容Cdl作为饥饿故障诊断的指标参数。