[發(fā)明專(zhuān)利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811493110.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109342964A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雪霞;孫騰飛;蔣宇;陳維榮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/389
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/389;G01R31/378;G01R31/392
• 代理公司: 成都帝鵬知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51265
• 代理人: 韓建功

1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，其特征在于，包括步驟：

S100，利用燃料電池測(cè)試平臺(tái)和EIS測(cè)試臺(tái)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆進(jìn)行輸出性能的測(cè)試和阻抗譜的測(cè)試；

S200，通過(guò)阻抗譜測(cè)試得到的阻抗譜實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)擬合質(zhì)子交換膜燃料電池等效電路，利用擬合軟件，由等效電路得到質(zhì)子交換膜燃料電池的阻抗譜擬合曲線(xiàn)；

S300，通過(guò)阻抗譜的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)和擬合曲線(xiàn)，結(jié)合燃料電池電堆的輸出性能，得到質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的運(yùn)行狀態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，其特征在于，在所述步驟S100中，利用燃料電池測(cè)試平臺(tái)和EIS測(cè)試臺(tái)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池電堆進(jìn)行輸出性能的測(cè)試和阻抗譜的測(cè)試，包括步驟：

S101，對(duì)燃料電池測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行預(yù)啟動(dòng)與啟動(dòng)操作；

S102，將質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的運(yùn)行條件調(diào)至額定條件下，通過(guò)恒流負(fù)載測(cè)得額定電壓曲線(xiàn)并記錄下此時(shí)的額定輸出電壓，記錄下此時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

S103，在改變運(yùn)行條件之前先卸載負(fù)載，保證平臺(tái)安全可靠運(yùn)行；

S104，通過(guò)控制變量法改變運(yùn)行操作條件；

S105，在燃料電池測(cè)試平臺(tái)正常運(yùn)行的情況下，加恒流負(fù)載，測(cè)出不同運(yùn)行條件下的電壓曲線(xiàn)以及運(yùn)行輸出電壓，并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

S106，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將不同運(yùn)行條件下的電壓曲線(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與額定情況作比較分析，得到不同實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象下的輸出電壓情況與電壓波動(dòng)情況。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，其特征在于，在所述步驟S104中，通過(guò)控制變量法改變運(yùn)行操作條件包括電堆運(yùn)行溫度、氣體尾排周期、氣體進(jìn)氣相對(duì)濕度、以及陰陽(yáng)極氣體過(guò)量系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，其特征在于，在所述步驟S200中，在所述質(zhì)子交換膜燃料電池的等效電路中，通過(guò)等效電路圖中的等效元件來(lái)定量的反映質(zhì)子交換膜燃料電池的各個(gè)損耗。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，其特征在于，在所述質(zhì)子交換膜燃料電池的等效電路中包括反映電池歐姆損耗的歐姆電阻Rohm、反映電池電荷傳輸損耗的電荷傳輸電阻Rt、反映電池陽(yáng)極活化損耗的陽(yáng)極活化電阻Ra、以及電雙層電容Cdl和Ca；所述Ca和Ra相并聯(lián)后與Rt串聯(lián)構(gòu)成等效組件，所述等效組件和Cdl相并聯(lián)后與Rohm串聯(lián)構(gòu)成損耗等效電路；

基于上述等效電路，所述質(zhì)子交換膜燃料電池的輸出電壓為：

V＝E-Vact-Vohm-Vconc；

在等效電路圖中，Rohm對(duì)應(yīng)電壓Vohm，Rt對(duì)應(yīng)電壓Vconc，Ra對(duì)應(yīng)電壓Vact。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，其特征在于，在步驟S200中，基于質(zhì)子交換膜燃料電池的阻抗譜實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)，擬合等效電路，利用Zview軟件，輸入等效電路的參數(shù)，對(duì)測(cè)試結(jié)果的曲線(xiàn)進(jìn)行擬合。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，其特征在于，在所述步驟S300中，通過(guò)阻抗譜的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)和擬合曲線(xiàn)，結(jié)合燃料電池電堆的輸出性能，得到質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的運(yùn)行狀態(tài)，包括步驟：

S301，啟動(dòng)EIS測(cè)試平臺(tái)；

S302，由EIS測(cè)試平臺(tái)產(chǎn)生一個(gè)高頻正弦電流信號(hào)；

S303，將所述高頻正弦電流信號(hào)施加到質(zhì)子交換膜燃料電池電堆上，獲取基于頻率的輸出信號(hào)Z＝Z(f)，通過(guò)阻抗的頻率函數(shù)繪制圖形；

S304，逐步減小所述高頻正弦電流信號(hào)的頻率，重復(fù)步驟S303，直到其頻率小于設(shè)定的臨界值；

S305，通過(guò)不斷繪制的圖形，得到從高頻到低頻的完整阻抗譜圖；

S306，通過(guò)電壓性能測(cè)試中不同的運(yùn)行條件，利用EIS測(cè)試平臺(tái)對(duì)各種運(yùn)行條件下的阻抗譜進(jìn)行測(cè)試，最后將測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果進(jìn)行比較分析，得到質(zhì)子交換膜燃料電池電堆運(yùn)行狀態(tài)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，其特征在于，由EIS測(cè)試平臺(tái)所產(chǎn)生一個(gè)高頻正弦電流信號(hào)的電流振幅的大小為質(zhì)子交換膜燃料電池電堆輸出電流的5％-10％。