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环境问题、能源危机、气候变暖让新能源的研究成为解决问题的重要途径,为此,各国对进行了多方面的开发应用研究,对各种可能的能量来源进行深入探索。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)凭借其启动快、运行温度低、功率密度高、产物无污染等优良的性能,成为目前最具前景的新能源电池之一。目前,燃料电池应用已逐步商业化,但受技术与理论限制,我国对于燃料电池的水故障诊断研究方法尚少。在燃料电池的发展历程中,提出合理、可行的水故障诊断方法有助于对电池内部工作状态进行有效监控并及时应对,适时的故障处理可以减少燃料电池的应用成本,合理的维护可以延长燃料电池的使用寿命。因此,本文就PEMFC水故障诊断方法进行研究,主要工作如下:(1)分析燃料电池工作电极的反应过程与等效电路模型的内在联系,建立了多种不同复杂度的等效电路模型。研究电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)的形成机制,确定EIS与等效模型的对等关系。深入剖析水故障的物理形成原因,确定水故障、EIS与等效电路参数之间的变化规律,以此为基础建立了PEMFC水故障诊断系统拓扑。(2)重点研究在线EIS的获取方法,针对传统单频点扫频耗时长,无法及时反映燃料电池工作现状而混频信号峰值过高,易破坏燃料电池实时工作状态的情况,提出离散区间二进制序列(Discrete Interval Binary Sequence,DIBS)脉冲激励信号并通过MATLAB/Simulink搭建PEMFC工作模型进行仿真验证,在仿真通过的基础上,搭建半实物测试平台对DIBS脉冲激励信号进行实验验证,结果表明:DIBS脉冲激励信号实验测试结果能够很好跟随系统功率变化且用时较短,可以用于EIS在线测量。(3)在EIS测量实验基础上,针对燃料电池交换膜、电极等内部结构工作状态难以观察的问题,本文利用Nelder-Mead优化算法对三阶RQ等效电路进行参数辨识,辨识结果可以准确地反映非线性实验结果。通过与最小二乘法、遗传算法在精度、速度以及抗干扰能力上的比较,确定了Nelder-Mead算法的优势与在线辨识可行性。(4)结合电堆数据与故障特征进行Randles仿真模型故障模拟,利用模型参数与EIS、波特图中的重要特征点作为90组模拟故障的样本特征属性,将经方差筛选后的特征属性的样本数据进行处理后,输入到经粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)优化重要参数的支持向量机(Support Vector Machine,SVM)中进行故障分类,分类结果良好。基于以上研究和验证工作表明,本文所提故障诊断拓扑结构的每一环节精度与速度均能达到较高的标准,将其应用于实际工程中进行故障诊断具有一定的可行性。