[發(fā)明專利]一種基于電化學(xué)阻抗譜的燃料電池氫滲量評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111540652.0
• 申請(qǐng)日: 2021-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114361535B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏學(xué)哲;李司達(dá);戴海峰;王學(xué)遠(yuǎn);袁浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/04664
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/04664;H01M8/04992;H01M8/04298;H01M8/04537
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種基于電化學(xué)阻抗譜的燃料電池氫滲量評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、確定阻抗測(cè)試的操作條件；

S2、將燃料電池堆中所有單片電池按照順序劃分為多組，每n個(gè)單片電池構(gòu)成一組電池組并對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓采集通道，其中n≥1；

S3、通過(guò)阻抗測(cè)試獲取各電池組的電化學(xué)阻抗譜；

S4、利用等效電路模型擬合阻抗數(shù)據(jù)獲取等效電路模型中特定元件的阻值；

S5、比較各電池組中特定元件的阻值并判斷燃料電池堆中氫滲量最大的位置；

S6、通過(guò)變壓試驗(yàn)建立各電池組氫滲量與阻值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

S7、所述燃料電池堆的老化過(guò)程中，基于各電池組阻值的變化判斷氫滲量的變化情況，并根據(jù)已建立的阻值與氫滲量的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)各電池組的氫滲量進(jìn)行估計(jì)；

所述的步驟S1中，阻抗測(cè)試在設(shè)定的進(jìn)氣環(huán)境下進(jìn)行，即在燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)通入氫氣，陰極側(cè)通入氮?dú)猓?/p>

所述的等效電路模型由第一電阻元件R₀、第二電阻元件R₁和常相位角元件CPE組成，所述的第二電阻元件R₁在與常相位角元件CPE并聯(lián)后與第一電阻元件R₀串聯(lián)，并且以第二電阻元件R₁作為特定元件，獲取其阻值；

所述的步驟S6具體包括以下步驟：

S61、在步驟S1中確定的操作條件基礎(chǔ)上改變陽(yáng)極側(cè)的進(jìn)氣壓力；

S62、測(cè)量各電池組在不同恒定進(jìn)氣壓力下的氫滲量和對(duì)應(yīng)的第二電阻元件R₁阻值；

S63、針對(duì)各電池組建立第二電阻元件R₁阻值與不同氫滲量的關(guān)系表或函數(shù)關(guān)系式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電化學(xué)阻抗譜的燃料電池氫滲量評(píng)估方法，其特征在于，所述的步驟S1中，阻抗測(cè)試的操作條件包括進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣濕度、燃料電池堆溫度和交流阻抗測(cè)試參數(shù)，所述的進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣濕度和燃料電池堆溫度在阻抗測(cè)試過(guò)程中保持恒定，交流阻抗測(cè)試參數(shù)包括用于阻抗測(cè)量的擾動(dòng)信號(hào)形式、交流幅值和頻率范圍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電化學(xué)阻抗譜的燃料電池氫滲量評(píng)估方法，其特征在于，所述的步驟S3具體為：

通過(guò)可控電流源對(duì)燃料電池堆施加設(shè)定幅值且無(wú)直流偏置的擾動(dòng)電流，同時(shí)采集擾動(dòng)電流數(shù)據(jù)和各電池組的響應(yīng)電壓數(shù)據(jù)，基于采集的數(shù)據(jù)獲取各電池組的電化學(xué)阻抗譜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電化學(xué)阻抗譜的燃料電池氫滲量評(píng)估方法，其特征在于，所述的步驟S5中，判斷燃料電池堆中氫滲量較大的位置具體方式為：

相對(duì)于其余電池組，第二電阻元件R₁阻值最小的電池組所處位置即為燃料電池堆氫滲量最大的位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電化學(xué)阻抗譜的燃料電池氫滲量評(píng)估方法，其特征在于，所述的步驟S62中，通過(guò)伏安法或恒電流充電法測(cè)量氫滲量，通過(guò)步驟S2-S4實(shí)現(xiàn)第二電阻元件R₁阻值的測(cè)量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電化學(xué)阻抗譜的燃料電池氫滲量評(píng)估方法，其特征在于，所述的步驟S7具體包括以下步驟：

S71、在燃料電池堆老化過(guò)程中，在步驟S1的操作條件下按照步驟S2～S4測(cè)量各電池組的第二電阻元件R₁阻值；

S72、若測(cè)得某組電池的第二電阻元件R₁阻值相對(duì)于上一時(shí)間點(diǎn)減小，則判斷該電池組的氫滲量增大；

S73、分別根據(jù)建立的第二電阻元件R₁阻值與氫滲量的關(guān)系表或第二電阻元件R₁阻值與氫滲量的函數(shù)關(guān)系式估計(jì)得到該電池組的氫滲量。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于電化學(xué)阻抗譜的燃料電池氫滲量評(píng)估方法，其特征在于，所述的步驟S73中，若已建立各電池組第二電阻元件R₁阻值與氫滲量的關(guān)系表，則將測(cè)得的各電池組的第二電阻元件R₁阻值作為索引，利用插值查表法從已建立的關(guān)系表中查出對(duì)應(yīng)的氫滲量，即為各電池組在該時(shí)間點(diǎn)的氫滲量估計(jì)值；若已建立各電池組第二電阻元件R₁阻值與氫滲量的函數(shù)關(guān)系式，則將測(cè)得的各電池組的第二電阻元件R₁阻值代入已建立的函數(shù)關(guān)系式中，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氫滲量，即為各電池組在該時(shí)間點(diǎn)的氫滲量估計(jì)值。