[發明專利]一種燃料電池低溫啟動過程膜電極結冰的判斷方法、系統及存儲介質

在審

• 申請號: 202011551980.6
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112670541A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 呂平;孫昕;沈鴻娟;李東明;胡景春;徐揚
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04302
• 分類號: H01M8/04302;H01M8/04298;H01M8/04537;H01M8/04664;H01M8/04992
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種燃料電池低溫啟動過程膜電極結冰的判斷方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、建立膜電極內部水含量與阻抗值變化的對應關系，分析燃料電池低溫啟動過程阻抗值變化的原因，得到導致阻抗值變化的影響因素；

S2、實時獲取燃料電池的阻抗值；

S3、基于獲取的燃料電池的阻抗值，通過低溫啟動過程燃料電池的阻抗值變化來間接判斷膜電極的結冰情況。

2.根據權利要求1所述的燃料電池低溫啟動過程膜電極結冰的判斷方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：

S11、計算燃料電池的阻抗值，其計算公式如下：

HFR＝R_totalA_mem

其中，A_mem表示膜的活性面積；R_total表示膜阻；

S12、計算膜阻R_total，其計算公式如下：

i＝channel and land

其中，δ_mem表示膜的厚度；κ表示電導率；A_i表示流道和脊處的面積；λ_i表示流道和脊處膜內含水量；

S13、基于步驟S12中膜阻R_total的計算公式，其公式中的電導率κ與膜內水含量存在如下函數關系：

其中，λ表示膜內水含量；T表示膜內溫度；

S14、計算膜內水含量λ，其計算公式如下：

其中，EW表示膜的當量重量；ρ_mem表示膜的密度；表示膜內水的濃度；

S15、基于上述步驟S11-步驟S14，得到：

從上式中得到，導致阻抗值變化的影響因素主要是膜內水含量，而膜內水含量變化的影響因素主要是膜內水的濃度。

3.根據權利要求1所述的燃料電池低溫啟動過程膜電極結冰的判斷方法，其特征在于，所述步驟S2實時獲取燃料電池的阻抗值，具體為：

通過阻抗在線監測設備實時監測燃料電池的阻抗值。

4.根據權利要求1所述的燃料電池低溫啟動過程膜電極結冰的判斷方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：

S31、在低溫啟動過程中，膜內水含量隨著反應的進行發生變化，在低溫存儲前由于將電堆吹掃至較干的狀態，因此在啟動初期膜內水含量較低，電堆阻抗值較大；

S32、隨著反應的進行，反應生成的水被離聚物吸收，其阻抗值不斷降低，在膜內水含量達到飽和狀態時，其阻抗值達到最低值；

S33、當膜內水含量達到飽和狀態時，若電堆溫度沒有升高至0℃，則反應生成的水會逐漸結冰，離聚物內水的濃度降低，膜內水含量減小，電導率減小，膜阻增大，阻抗值增大；

S34、隨著反應的進行，電堆溫度逐漸升高，當電堆溫度升高至0℃后，冰開始融化，離聚物內水的濃度升高，膜內水含量增大，電導率增大，膜阻減小，阻抗值減小。

5.一種燃料電池低溫啟動測試系統，其特征在于，系統在運行時，執行上述權利要求1-4中任意一項權利要求所述的燃料電池低溫啟動過程膜電極結冰的判斷方法。

6.一種燃料電池低溫啟動測試系統的使用方法，其特征在于，包括：

步驟1、將燃料電池電堆置于低溫箱中，設置低溫箱溫度為-20℃，放置12小時；

步驟2、打開冷卻系統，確認電堆出口溫度為-20℃；

步驟3、通過操控平臺控制空氣供給系統和氫氣供給系統通入氣體；

步驟4、通過操控平臺設定負載進行加載；

步驟5、通過阻抗測試儀實時采集到的阻抗值，基于上述權利要求1-4中任意一項權利要求所述的燃料電池低溫啟動過程膜電極結冰的判斷方法，判斷低溫啟動過程膜電極的結冰情況。

7.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質中存儲有計算機指令集；所述計算機指令集被處理器執行時實現如權利要求1-4任一項所述的燃料電池低溫啟動過程膜電極結冰的判斷方法。