[發明專利]一種用于質子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預測方法

有效

• 申請號: 201911332428.5
• 申請日: 2019-12-22
• 公開（公告）號: CN111146478B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 張存滿;歐明陽;楊代軍;張若凡
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 丁云

本發明涉及一種用于質子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預測方法，該方法包括訓練階段和預測階段，訓練階段包括步驟：(A1)構建質子交換膜燃料電池的電壓預測模型；(A2)獲取質子交換膜燃料電池的運行參數，構建訓練樣本；(A3)基于訓練樣本訓練電壓預測模型；預測階段包括步驟：(B1)設定預測階段的循環工況條件；(B2)利用電壓預測模型獲取待預測的質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應的單片平均電壓為參考電壓，獲取待預測的質子交換膜燃料電池的單片平均電壓相對與參考電壓下降10％對應的時間，得到燃料電池堆的剩余使用壽命。與現有技術相比，本發明預測準確度高。

技術領域

本發明屬于質子交換膜燃料電池領域，尤其是涉及一種用于質子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預測方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種電化學發電裝置，具有能源效率高、環境友好、噪聲低等優點，被認為是未來極具潛力的新一代汽車動力源。然而使用壽命較短，是制約燃料電池發展的技術瓶頸之一。為了能延長燃料電池堆的使用壽命，搭建準確的壽命預測模型就顯得尤為重要。

車用燃料電池在實際工作過程中需要應對不同的工作路況，如啟停、怠速、額定工況與超負載運行等，工況的變化對燃料電池內部催化劑、質子交換膜、氣體擴散層等部件造成了物理和化學的損傷，有些甚至是不可逆的。現有的壽命預測方法主要有三種：模型驅動法、數據驅動法和模型-數據混合驅動法。模型驅動法需要對燃料電池的構成及失效形式有著系統的認知，給模型的搭建帶來了困難。數據驅動法不需要對燃料電池有系統的認知，但是該方法在長期預測中效果不佳，而且基于數據分析的方法依賴衰退機制的可重復性，當燃料電池電改變、調整運行工況時，參數也需要隨之調整。而且目前應用于燃料電池堆的耐久性測試大多是恒工況或者簡單的動態工況，跟車載燃料電池堆的運行條件相差較大，不具有可靠性。

李建秋等人的發明專利CN109683093A提出了將燃料電池的運行工況數據分類，根據燃料電池車的運行工作情況，獲取所述燃料電池車的運行過程中累計啟停過程的總時間t1與累計大負載工況運行時間t2。其中t1代表較大輸出電壓的累計時間，是電池阻抗增加的主要原因；t2代表較大電流密度的累計時間，是電化學活性面積衰減的主要原因。構建電壓衰退模型，并利用數據擬合得到所述燃料電池電壓衰退模型中的關鍵參數。該發明是在運行燃料電池大巴得到的數據，但是模型當中考慮的影響因素較少，簡單地將電池性能下降的原因歸為內阻和電化學活性面積的變化，而且內阻和電化學活性面的衰退模型也比較簡單，整體上影響了預測精度。

張瑞云等人的發明專利CN109696638A提出了一種熔融碳酸鹽燃料電池的壽命預測方法，在預設運行時間內，當平均單片電池的電壓大于等于最低工作電壓時，則計算在當前放電電流下熔融碳酸鹽燃料電池的功率衰減率μ，并通過功率衰減率μ與運行時間的關系，計算在當前工況下運行時熔融碳酸鹽燃料電池可繼續工作的時間壽命，從而推算燃料電池的全壽命周期。該發明容易實現，但是未能從機理上分析電池性能衰退的原因，可重復性低。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于質子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預測方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于質子交換膜燃料電池堆剩余使用壽命的預測方法，該方法包括訓練階段和預測階段，其中，

訓練階段包括如下步驟：

(A1)構建質子交換膜燃料電池的電壓預測模型；

(A2)獲取質子交換膜燃料電池的運行參數，構建訓練樣本；

(A3)基于訓練樣本訓練電壓預測模型；

預測階段包括如下步驟：

(B1)設定預測階段的循環工況條件；