[發(fā)明專利]一種車用燃料電池使用壽命加速測試與分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810178623.6
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108417868B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宇鵬;馬秋玉;趙子亮;趙洪輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04313
• 分類號: H01M8/04313
• 代理公司: 北京青松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11384
• 代理人: 鄭青松

本發(fā)明提供了一種車用燃料電池使用壽命加速測試與分析方法，包括：測試設(shè)定的多個衰減區(qū)間中第一個衰減區(qū)間衰減預(yù)設(shè)的燃料電池單位電壓衰減率所需的時(shí)間，以及各工況的占比；基于各工況占比和各工況對燃料電池的核心部件的壽命衰減率，確定所有核心部件的壽命衰減率；將所有核心部件的壽命衰減率中的最大值確定為電池的綜合衰減率；根據(jù)衰減區(qū)間數(shù)、第一衰減區(qū)間的測試時(shí)間以及所述綜合衰減率預(yù)測燃料電池的使用壽命。本發(fā)明提供的車用燃料電池使用壽命加速測試與分析方法能夠極大程度降低燃料電池壽命測試的成本與時(shí)間，非常具有實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車用燃料電池，尤其涉及一種車用燃料電池使用壽命加速測試與分析方法。

背景技術(shù)

隨著石油資源的不斷消耗，傳統(tǒng)燃油汽車在未來將被新能源取代已成定局。燃料電池汽車以其零排放、高效率、長續(xù)航、快充氣等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為新能源汽車發(fā)展的終極目標(biāo)。

燃料電池汽車的核心部件為燃料電池，通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，不經(jīng)過燃燒，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能以驅(qū)動汽車。經(jīng)過全球多年的持續(xù)研發(fā)，燃料電池在體積比功率、效率、變載、低溫冷啟動等性能核心指標(biāo)已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展。目前，燃料電池的耐久性是制約該種汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的最大瓶頸。

為了提升燃料電池的使用壽命，需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)測試以分析其老化機(jī)理，但這需要長期的時(shí)間與資源投入，因此，燃料電池壽命加速測試與分析方法具有非常的現(xiàn)實(shí)意義。

燃料電池老化機(jī)理的研究是一個非常復(fù)雜問題，催化劑、催化劑載體與質(zhì)子交換膜被認(rèn)為是燃料電池壽命衰減的主要部件，開路電壓、高電流密度、變載、啟停等工況以及空氣污染均會對上述部件壽命造成影響，這些部件壽命受工況因素綜合影響，從而燃料電池整體壽命預(yù)估是一個復(fù)雜的根本無法確定的隨機(jī)過程。

蒙特卡洛算法是一種統(tǒng)計(jì)模擬方法，它可以人為地造出一種概率模型，當(dāng)所要求解的問題是某種事件出現(xiàn)的概率，它們可以通過某種“試驗(yàn)”的方法，得到這種事件出現(xiàn)的頻率，并用它們作為問題的解。基于蒙特卡洛算法對燃料電池加速壽命進(jìn)行模擬，可以得到燃料電池在隨機(jī)工況下的壽命預(yù)測分布規(guī)律。

專利文獻(xiàn)1(CN102736033A)中公開了一種車用燃料電池堆及模塊耐久性考核工況，包括暖機(jī)過程、市區(qū)工況、和郊區(qū)工況，按照實(shí)際運(yùn)行過程中市區(qū)工況與郊區(qū)工況怠速載荷、常用載荷、高速載荷各占的百分比，交替運(yùn)行，直至被測燃料電池電堆衰減到規(guī)定的值。

專利文獻(xiàn)2(CN101067646A)中公開了一種快速評價(jià)車用燃料電池使用壽命的方法，首先定義燃料電池性能下降多少為壽命終結(jié)，然后進(jìn)行電池臺架試驗(yàn)，在加載速度與實(shí)際在汽車上的使用情況相同的條件下，確定電池性能隨加載次數(shù)、起停次數(shù)、怠速時(shí)間的下降率；然后對燃料電池在實(shí)際使用過程中的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，擬合出特定公式計(jì)算車用燃料電池的可用壽命。

專利文獻(xiàn)3(CN103698709A)公開了一種燃料電池剩余壽命預(yù)測方法，在燃料電池運(yùn)行過程中，根據(jù)工況定義分別記錄變載、穩(wěn)態(tài)、怠速、起停四種工況的運(yùn)行時(shí)間或次數(shù)并記錄每天燃料電池的運(yùn)行時(shí)間，迭代求解四種工況所引起的平均單片電壓衰減速率，同時(shí)根據(jù)近期燃料電池的環(huán)境工況調(diào)整壽命衰減率的數(shù)值，最終得到剩余壽命的預(yù)測值。

然而，對于專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3公開的系統(tǒng)中均只介紹了變載、穩(wěn)態(tài)、怠速、起停四種工況可能對系統(tǒng)壽命的最終影響，并沒有客觀直接的與質(zhì)子交換膜、催化劑、以及催化劑載體等實(shí)際物理因素相關(guān)聯(lián)，故其實(shí)際應(yīng)用可參考性不強(qiáng)。另外，專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3均未對壽命可能出現(xiàn)的工況進(jìn)行相關(guān)的概率學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，最后壽命預(yù)測結(jié)果的概率并沒有被考慮其中。

發(fā)明內(nèi)容