[發(fā)明專利]一種燃料電池低溫啟動(dòng)過程膜電極結(jié)冰的判斷方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011551980.6
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN112670541A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂平;孫昕;沈鴻娟;李東明;胡景春;徐揚(yáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 新源動(dòng)力股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04302
• 分類號(hào): 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(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發(fā)明提供一種燃料電池低溫啟動(dòng)過程膜電極結(jié)冰的判斷方法，本發(fā)明方法，包括：S1、建立膜電極(MEA)內(nèi)部水含量與阻抗值變化的對應(yīng)關(guān)系，分析燃料電池低溫啟動(dòng)過程阻抗值變化的原因，得到導(dǎo)致阻抗值變化的影響因素；S2、實(shí)時(shí)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(dòng)過程燃料電池的阻抗值變化來間接判斷膜電極的結(jié)冰情況。本發(fā)明的技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的不能實(shí)時(shí)監(jiān)測低溫啟動(dòng)過程膜電極結(jié)冰情況的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，尤其涉及一種燃料電池低溫啟動(dòng)過程膜電極結(jié)冰的判斷方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池是一種清潔、高效的能量轉(zhuǎn)換裝置，在低溫環(huán)境下可以提供穩(wěn)定的功率輸出是燃料電池的一大優(yōu)勢，但是工作原理決定了其在低溫環(huán)境下的啟動(dòng)過程中存在著極大的挑戰(zhàn)。由于燃料電池在工作過程中會(huì)生成大量的水，而在低溫條件下水會(huì)結(jié)冰體積膨脹而破壞膜電極結(jié)構(gòu)、阻礙氣體輸運(yùn)通道，進(jìn)而導(dǎo)致低溫啟動(dòng)失敗且對電堆產(chǎn)生不可逆的損傷，因此，在低溫啟動(dòng)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測膜電極中水的狀態(tài)對于優(yōu)化低溫啟動(dòng)策略至關(guān)重要，現(xiàn)有技術(shù)中公開了如下相關(guān)技術(shù)：

方案一：專利《可視化燃料電池裝置》公開了一種可視化燃料電池裝置，通過將流場單元設(shè)置為透明材料，使得流道成為透明流道，實(shí)現(xiàn)流道的可視化，可實(shí)時(shí)觀察低溫啟動(dòng)過程流道中水的狀態(tài)。

方案二：文獻(xiàn)“Cold start characteristics and freezing mechanismdependence on start-up temperature in a polymer electrolyte membrane fuelcell”中提到了一種在低溫啟動(dòng)后將電堆在恒溫箱內(nèi)拆解，利用顯微鏡觀察膜電極內(nèi)結(jié)冰情況的方法。

方案三：文獻(xiàn)“Passive control of liquid water storage and distributionin a PEFC through flow-field design”中提到了利用中子成像的方法來觀測反應(yīng)過程電池內(nèi)部水的狀態(tài)的方法。

但是上述方案存在如下缺點(diǎn)：

方案一：專利《可視化燃料電池裝置》利用可視化裝置可直觀的觀測低溫啟動(dòng)過程中流道和膜電極表面水的狀態(tài)，但MEA內(nèi)部水的狀態(tài)觀測不到，而低溫啟動(dòng)過程結(jié)冰的位置主要在膜電極內(nèi)部，因此不能準(zhǔn)確判斷結(jié)冰情況。

方案二：文獻(xiàn)“Cold start characteristics and freezing mechanismdependence on start-up temperature in a polymer electrolyte membrane fuelcell”中提到的低溫啟動(dòng)后在低溫箱內(nèi)對電堆進(jìn)行拆解和利用顯微鏡觀測的方法不能實(shí)時(shí)反應(yīng)低溫啟動(dòng)過程的結(jié)冰情況，且在拆解和觀測過程中水的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，不能真實(shí)有效的反應(yīng)結(jié)冰過程。

方案三：文獻(xiàn)“Passive control of liquid water storage and distributionin a PEFC through flow-field design”中提到的利用中子成像的方法雖然能準(zhǔn)確的捕捉啟動(dòng)過程水的變化情況，其試驗(yàn)成本較高，技術(shù)復(fù)雜，現(xiàn)階段較難在低溫環(huán)境下具備試驗(yàn)條件。

由此可見，現(xiàn)階段缺乏簡單、有效的手段對電堆內(nèi)結(jié)冰情況進(jìn)行監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，提供一種燃料電池低溫啟動(dòng)過程膜電極結(jié)冰的判斷方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明建立了低溫啟動(dòng)過程阻抗值變化與結(jié)冰過程間的對應(yīng)關(guān)系，利用阻抗在線監(jiān)測設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測阻抗值，通過低溫啟動(dòng)過程電堆的阻抗值變化來間接判斷膜電極的結(jié)冰情況。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種燃料電池低溫啟動(dòng)過程膜電極結(jié)冰的判斷方法，包括如下步驟：