[發明專利]一種基于電化學阻抗譜的燃料電池氫滲量評估方法

有效

• 申請號: 202111540652.0
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114361535B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 魏學哲;李司達;戴海峰;王學遠;袁浩
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M8/04664
• 分類號: H01M8/04664;H01M8/04992;H01M8/04298;H01M8/04537
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

本發明涉及一種基于電化學阻抗譜的燃料電池氫滲量評估方法，包括以下步驟：S1、確定阻抗測試的操作條件；S2、將燃料電池堆中所有單片電池按照順序劃分為多組；S3、通過阻抗測試獲取各電池組的電化學阻抗譜；S4、利用等效電路模型擬合阻抗數據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、通過變壓試驗建立各電池組氫滲量與阻值之間的對應關系；S7、所述燃料電池堆的老化過程中，基于各電池組阻值的變化判斷氫滲量的變化情況，并根據已建立的阻值與氫滲量的對應關系對各電池組的氫滲量進行估計。與現有技術相比，本發明具有低成本、測試速度快、準確度高等優點。

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池技術領域，尤其是涉及一種基于電化學阻抗譜的燃料電池氫滲量評估方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池汽車憑借其工作溫度低、轉化效率高、環境友好和組裝靈活等優點，已成為下一代電動汽車的重要發展方向之一，但就目前來看，燃料電池自身依然存在許多問題，其中壽命問題是制約燃料電池汽車商業化進程的關鍵因素之一，當前燃料電池壽命優化面臨的首要問題就是如何量化燃料電池的壽命衰減，近年來，氫氣滲透量已成為表征燃料電池老化狀態的新晉指標之一，由于質子交換膜具有一定的孔隙特性，燃料電池在工作時，其陽極通入的氫氣會不可避免地穿過電解質隔膜滲透至陰極。燃料電池內部氫滲的存在不僅降低了電池的工作效率，還會對催化層和膜結構造成不可逆損傷，隨著質子交換膜的逐漸老化，燃料電池內部的氫滲量將不斷增大，另一方面，由于燃料電池出廠后的初始性能存在一定差異，各單片電池在電堆內的使用環境也不完全相同，電堆氫滲的不一致性隨著時間推移會被逐步放大，因此電堆氫滲分布的有效測量對于燃料電池的壽命預測、故障診斷和一致性評估都將具有重要意義。

燃料電池氫滲測量常用的方法之一是微量分析法，其原理是利用微量物質分析儀器測定燃料電池陰極排氣中微量氫的體積分數，然后通過計算獲取氫滲值，該方法僅可得到電堆整體的氫滲大小，無法辨識電堆中不同單片電池的氫滲大小差異，另一方面，該方法需要依賴昂貴的檢測儀器，實施成本較高。

另一種常見的方法是伏安法，其原理是對燃料電池施加一定形式的電壓激勵，進而通過分析響應電流信號獲取電池內部的氫滲流量值，伏安法僅適用于單體電池的氫滲測量，若在電堆兩極間施加掃描電壓，其內部各個單片電池的分壓將發生不規則變化，不可控的電壓激勵無法實現相應的測試目的，若利用伏安法對電堆中各個單片電池進行逐個測量，周期性的電堆氫滲檢測將耗費大量的時間，同時相應測試對硬件的通道數量會有較高要求，所以有必要開發一種低成本、測試速度快的電堆氫滲測量方法，以克服現有技術的局限性。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于電化學阻抗譜的燃料電池氫滲量評估方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于電化學阻抗譜的燃料電池氫滲量評估方法，包括以下步驟：

S1、確定阻抗測試的操作條件；

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個單片電池構成一組電池組并對應一個電壓采集通道，其中n≥1；

S3、通過阻抗測試獲取各電池組的電化學阻抗譜；

S4、利用等效電路模型擬合阻抗數據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、通過變壓試驗建立各電池組氫滲量與阻值之間的對應關系；

S7、所述燃料電池堆的老化過程中，基于各電池組阻值的變化判斷氫滲量的變化情況，并根據已建立的阻值與氫滲量的對應關系對各電池組的氫滲量進行估計。