[發(fā)明專利]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)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/389
• 分類號(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

本發(fā)明公開(kāi)一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，包括步驟：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；通過(guò)阻抗譜測(cè)試得到的阻抗譜實(shí)驗(yàn)曲線擬合質(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；通過(guò)阻抗譜的實(shí)驗(yàn)曲線和擬合曲線，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)態(tài)。本發(fā)明對(duì)燃料電池電堆的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷與對(duì)其健康狀態(tài)進(jìn)行有效的管理，確保質(zhì)子交換膜燃料電池安全可靠的運(yùn)行，降低電池的運(yùn)行維護(hù)成本、增進(jìn)電池的健康運(yùn)行，延長(zhǎng)使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，能源危機(jī)與環(huán)境污染的問(wèn)題急劇加重，尋求新能源與綠色能源的發(fā)展已是全球發(fā)展的熱潮。燃料電池作為一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置，由其對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn)備受期待。質(zhì)子交換膜燃料電池作為燃料電池的一類，具有運(yùn)行溫度低、功率密度高、啟動(dòng)速度快等特點(diǎn)，在便攜式電源與車(chē)載電源上具有廣闊的應(yīng)用前景。

質(zhì)子交換膜燃料電池的故障狀態(tài)對(duì)其輸出性能具有嚴(yán)重的影響，制約其穩(wěn)定性、使用壽命與可靠性。及時(shí)有效的對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估與管理可以為燃料電池系統(tǒng)的安全可靠提供重要的保障。

而在現(xiàn)有對(duì)燃料電池的狀態(tài)分析，基本上都是基于應(yīng)用上的研究，主要有以下幾種：(1)通過(guò)對(duì)極化曲線與輸出電壓反應(yīng)燃料電池的輸出性能與故障，燃料電池的極化曲線反應(yīng)的是輸出電壓關(guān)于負(fù)載電流的關(guān)系，通過(guò)極化曲線的三個(gè)組成部分來(lái)定性分析各部分損耗的變化，無(wú)法通過(guò)一個(gè)數(shù)值來(lái)定量的反應(yīng)損耗的大小；(2)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池而言，大多數(shù)情況下都是針對(duì)單片電池，對(duì)其健康狀態(tài)與故障狀態(tài)進(jìn)行研究，單片燃料電池的研究結(jié)果對(duì)車(chē)載用的燃料電池電堆不一定適用；單片電池的功率低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而車(chē)載用的電堆功率都很大，而且電堆中單片電池的連接方式，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及氣體通道的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)比單片電池復(fù)雜；(3)對(duì)質(zhì)子交換膜的研究大多數(shù)都只采用了燃料電池測(cè)試平臺(tái)，燃料電池的測(cè)試平臺(tái)一般只能測(cè)試燃料電池的電壓，進(jìn)而繪制極化曲線，不能得到其他與內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理相關(guān)的數(shù)值結(jié)果。

因此，技術(shù)研究存在著較大的不足，主要是我國(guó)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究不足；無(wú)法有效對(duì)燃料電池電堆的故障狀態(tài)進(jìn)行診斷與對(duì)其健康狀態(tài)進(jìn)行有效的管理，從而造成質(zhì)子交換膜燃料電池運(yùn)行不安全且不可靠，大大降低了燃料電池的使用壽命，大大提高了電池維護(hù)成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，對(duì)燃料電池電堆的故障狀態(tài)進(jìn)行診斷與對(duì)其健康狀態(tài)進(jìn)行有效的管理，確保質(zhì)子交換膜燃料電池安全可靠的運(yùn)行，降低電池的運(yùn)行維護(hù)成本、增進(jìn)電池的健康運(yùn)行，延長(zhǎng)使用壽命。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種質(zhì)子交換膜燃料電池電堆健康狀態(tài)的分析方法，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；

S300，通過(guò)阻抗譜的實(shí)驗(yàn)曲線和擬合曲線，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)。

進(jìn)一步的是，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；