[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110704906.1
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113540524B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉浩;陳劍
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04537
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種質(zhì)子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法。本發(fā)明包括：選擇質(zhì)子交換膜燃料電池，測量運行性能參數(shù)，建立質(zhì)子交換膜燃料電池的半機理電壓模型；測量燃料電池不同老化階段的極化曲線，擬合得到不同老化階段對應(yīng)的電壓模型辨識參數(shù)，計算在不同老化階段中額定負(fù)載下的電壓總極化損耗以及活化損耗與滲透損耗之和、總歐姆損耗與總濃度損耗；利用傳輸線模型分別計算燃料電池在不同老化階段中各個部件導(dǎo)致的電壓損耗；計算各個部件導(dǎo)致的電壓損耗占比并作為各個部件的老化量化結(jié)果，根據(jù)各個部件的老化量化結(jié)果對燃料電池進(jìn)行處理。本發(fā)明實現(xiàn)了燃料電池部件的老化量化處理，提升了燃料電池老化狀態(tài)估計的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池研發(fā)與應(yīng)用的領(lǐng)域的一種質(zhì)子交換膜燃料電池的老化處理方法，涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池的老化是一個復(fù)雜且強非線性的過程，涉及了多機理、多部件、多物理域、多時空尺度、多工作條件和多耦合等復(fù)雜因素，使得老化狀態(tài)的準(zhǔn)確快速估計成為了一項巨大挑戰(zhàn)。此外，由于實際使用過程中，質(zhì)子交換膜燃料電池會由于水管理等因素出現(xiàn)停機重啟后的性能恢復(fù)現(xiàn)象，進(jìn)一步增加了老化狀態(tài)估計的難度。目前絕大多數(shù)的燃料電池狀態(tài)估計都是基于電壓、功率、阻抗或單個部件老化參數(shù)(如氫氣滲透率、催化劑電化學(xué)表面積等)的宏觀粗略估計，具體不同部件對燃料電池整體的老化影響則是未知的，這可能會導(dǎo)致燃料電池老化狀態(tài)估計的巨大偏差，進(jìn)而影響對燃料電池的健康運維。以電壓為例，設(shè)計、生產(chǎn)和使用過程中的太多因素都會影響燃料電池電壓的變化，而不僅僅是老化。實際應(yīng)用時所觀測到的電壓是多種因素綜合影響后的體現(xiàn)，不可避免地包含大量噪聲和波動，當(dāng)通過電壓來估計燃料電池的老化狀態(tài)時，很容易發(fā)生偏差。而了解各個部件對整體燃料電池老化影響的量化信息后，便可以準(zhǔn)確估計出燃料電池的老化狀態(tài)，進(jìn)而采取針對性的預(yù)測運維方法。因此，研究質(zhì)子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法具有重要意義。

極化曲線擬合和傳輸線模型多年來被廣泛應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池的機理揭示和建模仿真等方向，是一套可以量化處理燃料電池部件性能的有效方法。然而，目前還沒有研究將這套方法應(yīng)用于處理不同老化階段不同部件對整體燃料電池老化的影響分析。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種質(zhì)子交換膜燃料電池部件的老化量化處理方法。

本發(fā)明采用的方案是：

本發(fā)明包括以下步驟：

1)選擇全新的質(zhì)子交換膜燃料電池，測量在額定負(fù)載和標(biāo)準(zhǔn)運行條件下燃料電池的運行性能參數(shù)，根據(jù)燃料電池的運行性能參數(shù)建立質(zhì)子交換膜燃料電池的半機理電壓模型；

2)在標(biāo)準(zhǔn)運行條件下，測量燃料電池不同老化階段的極化曲線，使用半機理電壓模型對不同老化階段的極化曲線進(jìn)行擬合，得到不同老化階段對應(yīng)的電壓模型辨識參數(shù)，根據(jù)不同老化階段對應(yīng)的電壓模型辨識參數(shù)，計算在額定負(fù)載下燃料電池在不同老化階段中的電壓總極化損耗以及活化損耗與滲透損耗之和、總歐姆損耗與總濃度損耗；

3)根據(jù)燃料電池在不同老化階段中的電壓總極化損耗以及活化損耗與滲透損耗之和、總歐姆損耗與總濃度損耗，利用傳輸線模型分別計算燃料電池在不同老化階段中各個部件導(dǎo)致的電壓損耗；

4)將額定負(fù)載下燃料電池在不同老化階段中各個部件導(dǎo)致的電壓損耗與對應(yīng)老化階段的電壓總極化損耗進(jìn)行相除，計算獲得不同老化階段中各個部件導(dǎo)致的電壓損耗占比并作為在不同老化階段下各個部件的老化量化結(jié)果，從而判斷燃料電池整體的老化狀態(tài)并對燃料電池進(jìn)行處理。

所述步驟1)中質(zhì)子交換膜燃料電池的半機理電壓模型通過公式進(jìn)行設(shè)置：

E_cell＝E_ner-η_act+cross-η_ohmic-η_con