[發(fā)明專利]一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預(yù)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911332428.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN111146478B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張存滿;歐明陽;楊代軍;張若凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/04298
• 分類號(hào): H01M8/04298;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 丁云

1.一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預(yù)測方法，其特征在于，該方法包括訓(xùn)練階段和預(yù)測階段，其中，

訓(xùn)練階段包括如下步驟：

(A1)構(gòu)建質(zhì)子交換膜燃料電池的電壓預(yù)測模型；

(A2)獲取質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行參數(shù)，構(gòu)建訓(xùn)練樣本；

(A3)基于訓(xùn)練樣本訓(xùn)練電壓預(yù)測模型；

預(yù)測階段包括如下步驟：

(B1)設(shè)定預(yù)測階段的循環(huán)工況條件；

(B2)利用電壓預(yù)測模型獲取待預(yù)測的質(zhì)子交換膜燃料電池的單片平均電壓；

(B3)以額定功率下的電流密度所對(duì)應(yīng)的單片平均電壓為參考電壓，獲取待預(yù)測的質(zhì)子交換膜燃料電池的單片平均電壓相對(duì)與參考電壓下降10％對(duì)應(yīng)的時(shí)間，得到燃料電池堆的剩余使用壽命；

步驟(A1)建立的電壓預(yù)測模型為：

其中，E為質(zhì)子交換膜燃料電池的單片平均電壓，ε為電堆恢復(fù)性因子，U_eq0為用于表征電池理想狀態(tài)下的平均電壓值，θ為融合電池陽極和陰極電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)的老化參數(shù)，k為電化學(xué)活性面積衰退系數(shù)，t為電池累積運(yùn)行時(shí)間，i為電流密度，I為電流密度對(duì)應(yīng)的電流，R₀為電池等效阻抗初始值，δ₁、δ₂、δ₃為等效阻抗衰退模型參數(shù)，B_c為導(dǎo)致電極表面電流密度非均勻分布的老化參數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，R為普通氣體常數(shù)，T為電堆溫度，為氧氣擴(kuò)散系數(shù)，L_GDL為氣體擴(kuò)散層的厚度，為反應(yīng)過程中的氧氣分壓；

步驟(A3)訓(xùn)練電壓預(yù)測模型獲取電壓預(yù)測模型中的未知參數(shù)，包括電堆恢復(fù)性因子ε、用于表征電池理想狀態(tài)下的平均電壓值U_eq0、融合電池陽極和陰極電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)的老化參數(shù)θ、電化學(xué)活性面積衰退系數(shù)k、電池等效阻抗初始值R₀、導(dǎo)致電極表面電流密度非均勻分布的老化參數(shù)B_c以及等效阻抗衰退模型參數(shù)δ₁、δ₂、δ₃。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預(yù)測方法，其特征在于，步驟(A2)獲取的質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行參數(shù)包括單片平均電壓、電流密度、電流密度對(duì)應(yīng)的電流、電池累積運(yùn)行時(shí)間、電堆溫度以及反應(yīng)過程中的氧氣分壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預(yù)測方法，其特征在于，法拉第常數(shù)F為96485C.mol^-1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預(yù)測方法，其特征在于，普通氣體常數(shù)R為8.3145J.mol^-1.K^-1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預(yù)測方法，其特征在于，氧氣擴(kuò)散系數(shù)和氣體擴(kuò)散層的厚度L_GDL為對(duì)應(yīng)于質(zhì)子交換膜燃料電池的常數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預(yù)測方法，其特征在于，步驟(B1)設(shè)定的預(yù)測階段的循環(huán)工況條件包括電流密度、電流密度對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流、工況循環(huán)次數(shù)、電池累積運(yùn)行時(shí)間、模擬停機(jī)休整的時(shí)間間隔、電堆溫度以及反應(yīng)過程中的氧氣分壓。