出端接电磁流量计b输入端，电磁流量 计b输出端接增湿器b的输入端，增湿器b的输出端接电堆的空气进气口 2。空气供气管路系 统主要为电堆提供氧气，通过空气压缩机可W调节空气的压力，通过控制器输出控制信号 来调节电磁阀b和电磁流量计b，从而控制进入电堆空气的流量。
[0033] 水循环系统包括水箱、电热棒、水累、电磁流量计C、溫度传感器a、比例调节阀b。其 中比例调节阀b放置在电堆的出水口 5处，电堆的出水口5接水箱的入口，水箱内置一个功率 可调的电热棒，水箱的上方有一个转速可控的风扇，水箱的出口接水累的入口端，溫度传感 器a放置在水箱内部，水累的出口端接电磁流量计C的入口端，电磁流量计C的出口端接电堆 的进水口3。水循环系统，在PEMFC启动之前，可W为电堆预热，即通过控制器发出控制信号 给电热棒，为水箱中的水加热，然后启动水累将水箱内加热后的水送入电堆，直至电堆溫度 升高到预设值，预热完毕。在PEMFC工作一段时间后，水循环系统主要作用是降低电堆的溫 度，即由于电堆内部的电化学反应，产生大量的热量，会导致电堆溫度升高，溫度过高会影 响PEMFC的正常工作，所W需要及时地降低电堆的溫度，通过控制器发送控制信号给风扇， 调节水箱中水的溫度，然后启动水累将水箱内冷却后的水送入电堆，从而降低电堆溫度。
[0034] 尾气排放系统包括比例调节阀a。比例调节阀a与尾气排放口 4相连。尾气排放系统 主要通过控制比例调节阀a的开度排出电堆内部反应不完全的气体。
[0035] 阻抗测试系统包括电子负载和阻抗测试仪，其中电子负载与燃料电池的正负极相 连，阻抗测试仪与电子负载相连。阻抗测试系统主要为电堆串联可调电子负载，实现功率输 出，同时可W通过阻抗测试仪测量输出电压、电流和功率等数据。
[0036] 安全监测系统包括一台氨气探测器，通过氨气探测器可W检测PEMFC是否漏气。
[0037] 检测控制系统包括上位机PC、控制器、数据采集控制通道，电磁阀a与数据采集控 制通道的A通道相连，其中电磁阀b与数据采集控制通道的B通道相连，电磁流量计a与数据 采集控制通道的C通道相连，电磁流量计b与数据采集控制通道的D通道相连，电磁流量计C 与数据采集控制通道的F通道相连，溫度传感器a与数据采集控制通道的H通道相连，比例调 节阀b与数据采集控制通道的J通道相连，溫度传感器b与数据采集控制通道的M通道相连， 阻抗测试仪与数据采集控制通道的L通道相连，风扇与数据采集控制通道的I通道相连，水 累与数据采集控制通道的E通道相连，水箱的电热棒与数据采集控制通道的G通道相连，电 压变送器与数据采集控制通道的K通道相连，比例调节阀a与数据采集控制通道的N通道相 连，氨气探测器与数据采集控制通道的0通道相连。检测控制系统主要负责对PEMFC的采集 和控制，控制器根据采集到的数据计算V-I输出曲线的斜率，并确定PEMFC工作状态，根据不 同的状态制定相应的控制策略，实现燃料电池恢复到欧姆段，从而保证PEMFC稳定、安全运 行，并通过上位机PC实时地监测PEMFC系统的运行参数及状态。
【附图说明】：
[0038] 图1为本发明设及的燃料电池控制系统图
[0039] 图2为本发明设及的燃料电池理想的V-I特性曲线图
[0040] 图3本发明燃料电池系统的控制流程图
[0041] 图4本发明燃料电池在最佳溫度t = 6(TC时的k-i仿真曲线 [0042 ]图5本发明燃料电池工作在活化段时k的响应时间图 [0043 ]图6本发明燃料电池工作在浓差段时k的响应时间图
【具体实施方式】：
[0044] W下，参照附图，关于本发明的优选实施方案进行说明。首先，关于燃料电池系统 的状态监控方法进行说明。接着，基于该方法结合燃料电池系统进行说明。
[0045] 本发明所述的PEMFC系统的状态监控方法包括W下步骤：
[0046] 步骤一:给电堆预热。
[0047] 在PEMFC运行之前，控制器发送控制信号给电热棒，给水箱中的水加热，然后控制 器向水累发送控制信号，并控制水累WlOr/s(低速)的转速转动，将水箱中的水输送到电堆 的进水口 3,直到溫度传感器b检测到电堆的溫度为60°C，此时水累停止转动，电堆预热完 毕。
[0048] 步骤二:计算V-I特性曲线在不同电流密度下的斜率k大小并确定PEMFC工作状态。
[0049] PEMFC在工作过程中，其理想输出应为电化学电动势，由于存在不可逆损失，电池 输出电压会随之下降。实际上，燃料电池的不可逆电压损失就是极化过电压，主要由活化极 化作用、欧姆极化作用和浓差极化作用引起。附图2所示的是本燃料电池最优输出V-I曲线 图，其输出电压可表示为：
[0050] U = E〇c-a-bln(i)-i ? r-m ? e(ni) (I)
[0051 ]其中，日=-1^/日11本*111(1日)为常数，与交换电流密度1日、电荷转移系数〇^及每摩尔 反应物的交换质子数no有关。b = RT/anoF为化f e 1斜率。普适气体常数R = 8.314J/K ? mo 1。法 拉第常数F = 96486C/mol J为单位面积欧姆内阻。i为电流密度，imax = 1.2A ? CHf2em、n为拟 合常数。
[0化2] 对U求导数得出斜率k:
(2)
[0化4] 求出理想V-I特性曲线的拐点：
[0055] 对斜率k求导数，得：
（3)
[0056] 令 k'=0 得到拐点 Q(iQ，UQ)。
[0057] 如附图2所示，连接Q点和理想V-I特性曲线与两坐标轴的交点，得到两条线段，分 别求理想V-I特性曲线到两条线段距离最远的点，得到理想V-I特性曲线的分段点ial和ibl。 从而确定阳MFC的工作区间(0，ial)，（ ial，ibl)和（ibl，imax)，运S个区间分别对应活化段、欧 姆段和浓差段。
[0058] 根据当前输出电流大小及斜率值确定PEMFC工作状态:燃料电池在运行过程中，通 过阻抗测试仪测得当前电子负载下的电压化、电流密度ii的大小，并通过采集控制通道的L 通道采集的电压化、电流密度ii数据发送给控制器，控制器同时根据溫度传感器b采集到的 电堆溫度值T来计算当前电流密度下PEMFC的V-I特性曲线的斜率ki。W欧姆段Q点的斜率ko 为基准值，求出Ak= I k〇-ki I。根据Ak和电流密度ii的范围，确定W下判断标准：
[0059] (1)0 < Ak则燃料电池工作在欧姆段；
[0060] (2) Ak>l，则燃料电池工作在活化段或者浓差段，继续做如下判断：
[0061] a)如果he (0，iai)，则确定PEMFC工作在活化段；
[0062] b)如果iie(ibi，imax)，则确定阳MFC工作在浓差段。
[0063] 步骤=:针对不同的工作段制定相应的控制策略。
[0064] 控制器根据采集得到的数据计算出斜率k，得到斜率k与预设斜率基准值ko的偏差 Ak,通过采集到的电流密度i判断PEMFC工作状态，然后针对不同的工作状态产生相应的控 制f胃号。
[0065] (1)当PEMFC工作在欧姆段时，系统工作稳定、高效，则控制器不产生控制信号，继 续监测系统状态。
[0066] (2)当PEMFC工作在活化段时，控制器通过G通道发送控制指令开启电热棒，同时通 过E通道发送控制指令来调节水累的转速，同时通过调节减压阀来增加电堆反应气体入口 1 压力W及控制电磁流量计a和电磁流量计b使得氨气和空气流量比为理想值