[發明專利]基于阻抗老化特征的燃料電池催化層在線老化診斷方法

有效

• 申請號: 202111196890.4
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN113917352B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 劉浩;陳劍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R31/392
• 分類號: G01R31/392
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于阻抗老化特征的燃料電池催化層在線老化診斷方法。包括：測量燃料電池在不同老化階段的電化學阻抗譜和電化學表面積參數；計算當前燃料電池的不同老化階段在不同頻率區間內不同頻率組合對應的兩點阻抗老化特征；重復步驟，獲得各個燃料電池在不同老化階段的電化學表面積參數和兩點阻抗老化特征；確定不同頻率區間內的最佳兩點阻抗老化特征；構成訓練集并訓練模型，獲得訓練好的老化診斷回歸模型；在線診斷時，測量并計算待診斷燃料電池的最佳兩點阻抗老化特征，診斷后獲得預測電化學表面積參數，從而判斷催化層的老化狀態。本發明實現了精確的燃料電池老化診斷，有助更可靠耐久的運行。

技術領域

本發明屬于燃料電池應用領域的一種燃料電池催化層在線老化診斷方法，具體涉及了一種基于兩點阻抗老化特征的燃料電池催化層在線老化診斷方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池催化層的老化是一個復雜且強非線性的過程，涉及了多機理、多物理域、多時空尺度、多工作條件和多耦合等復雜因素，使得催化層老化狀態的準確快速估計成為了一項巨大挑戰。此外，由于實際使用過程中，質子交換膜燃料電池的催化層會由于水管理等因素出現停機重啟后的老化恢復現象，進一步增加了催化層的老化狀態估計難度。目前可表征質子交換膜燃料電池催化層老化狀態的電化學表面積參數需要采用循環伏安法進行精確測量，該方法不僅需要特定的運行條件，而且需要大量的測量時間，給催化層老化狀態的在線診斷帶來了巨大困難。因此，研究質子交換膜燃料電池催化層的在線老化診斷方法具有重要意義。

電化學阻抗譜是一種可以有效檢測燃料電池內部狀況的手段，廣泛運用于燃料電池檢測、研發與應用領域。但電化學阻抗譜測量時間同樣較長且需要穩定運行條件，難以在線實施以反映燃料電池催化層的老化狀態，具有一定的局限性。因此，采取相關措施將電化學阻抗譜技術運用于燃料電池催化層老化狀態在線監測，對于提升燃料電池的可靠性、安全性和耐久性具有重大意義。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提出了一種基于阻抗老化特征的燃料電池催化層在線老化診斷方法。

本發明采用的方案是：

本發明包括以下步驟：

1)測量全新質子交換膜燃料電池在不同老化階段的電化學阻抗譜和電化學表面積參數；

2)根據燃料電池在不同老化階段的電化學阻抗譜，分別計算當前燃料電池在不同老化階段的預設低頻率區間與預設中高頻率區間中所有電化學阻抗譜頻率組合對應的兩點阻抗老化特征；

3)重復步驟1)-2)對各個燃料電池均進行處理，獲得所有燃料電池在不同老化階段的預設低頻率區間與預設中高頻率區間中所有電化學阻抗譜頻率組合對應的兩點阻抗老化特征以及對應的電化學表面積參數；

4)根據所有燃料電池在不同老化階段的預設低頻率區間中所有電化學阻抗譜頻率組合對應的兩點阻抗老化特征以及對應的電化學表面積參數，選取預設低頻率區間內的最佳電化學阻抗譜頻率組合，將預設低頻率區間內的最佳電化學阻抗譜頻率組合對應的兩點阻抗老化特征作為預設低頻率區間的最佳兩點阻抗老化特征；

5)根據所有燃料電池在不同老化階段的預設中高頻率區間中所有電化學阻抗譜頻率組合對應的兩點阻抗老化特征以及對應的電化學表面積參數，選取預設中高頻率區間內的最佳電化學阻抗譜頻率組合，將預設中高頻率區間內的最佳電化學阻抗譜頻率組合對應的兩點阻抗老化特征作為預設中高頻率區間的最佳兩點阻抗老化特征；

6)將所有燃料電池在不同老化階段的預設低頻率區間與預設中高頻率區間中最佳電化學阻抗譜頻率組合對應的最佳兩點阻抗老化特征以及對應的電化學表面積參數構成訓練集，基于訓練集對燃料電池老化診斷回歸模型進行訓練，獲得訓練好的燃料電池老化診斷回歸模型；