燃料电池的水含量调节方法及增湿参数图的确定方法技术

本申请提供一种燃料电池的水含量调节方法及增湿参数图的确定方法。所述燃料电池的水含量调节方法首先建立电池单片输出电压模型。其次，在一个确定的工况下，根据所述电池单片输出电压模型，以确定阳极多余增湿分界线和阴极多余增湿分界线。最后通过所述阳极多余增湿分界线与所述阴极多余增湿分界线共同确定燃料电池增湿参数图。通过所述方法得到的所述燃料电池增湿参数图一方面能够帮助操作人员避开不良增湿，另一方面也为操作人员指明了当前增湿参数优化的方向。

Water Content Regulation Method of Fuel Cell and Determination Method of Humidification Parameter Diagram

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的水含量调节方法及增湿参数图的确定方法
本申请涉及电池
，特别是涉及一种燃料电池的水含量调节方法及增湿参数图的确定方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池水管理的本质一方面需要提供足够的湿度环境保证膜内的质子传导过程流畅高效，另一方面需要遏制液态水的过多集聚引起的化学反应有效面积的降低。研究燃料电池的水管理问题一方面是为了短期内实现燃料电池工作效率(燃料电池单片输出电压)最大化，另一方面在更长的时间尺度上提升燃料电池的耐久性，延长燃料电池使用寿命。在实际工程或实验应用中，燃料电池内部水多和水少都会对燃料电池的性能有不利的影响。在某一固定工况下，燃料电池膜干，不利于质子传导，欧姆损失增大。利用双循环对膜进行增湿，随着膜水含量的上升，欧姆损失减小，燃料电池性能提高。若膜水含量的进一步上升，容易造成水淹，阻碍反应气体的传输，浓差损失增大。同时过多的增湿也会增加氢气循环泵或空气循环泵的功耗。阳极相对湿度和阴极相对湿度共同影响膜的水含量。传统的增湿技术在增湿时存在一定盲目性，控制不够精准。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的增湿技术在增湿时存在一定盲目性，控制不够精准问题，提供一种燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的水含量调节方法，其特征在于，包括：S10，建立电池单片输出电压模型；S20，在第一工况下，根据所述电池单片输出电压模型，确定第一阳极多余增湿分界线；S30，在所述第一工况下，根据所述电池单片输出电压模型，确定第一阴极多余增湿分界线；S40，根据所述第一阳极多余增湿分界线与所述第一阴极多余增湿分界线，确定第一燃料电池增湿参数图；S50，当燃料电池处于所述第一工况下时，根据所述第一燃料电池增湿参数图对所述燃料电池的水含量进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的水含量调节方法，其特征在于，包括：S10，建立电池单片输出电压模型；S20，在第一工况下，根据所述电池单片输出电压模型，确定第一阳极多余增湿分界线；S30，在所述第一工况下，根据所述电池单片输出电压模型，确定第一阴极多余增湿分界线；S40，根据所述第一阳极多余增湿分界线与所述第一阴极多余增湿分界线，确定第一燃料电池增湿参数图；S50，当燃料电池处于所述第一工况下时，根据所述第一燃料电池增湿参数图对所述燃料电池的水含量进行调整。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于，所述S10，建立电池单片输出电压模型的步骤包括：S11，获得欧姆电压降；S12，获得极化损失电压降；S13，获得浓差损失电压降；S14，提供燃料电池的开路电压，并根据所述开路电压、所述欧姆电压降、极化损失电压降以及所述浓差损失电压降建立所述电池单片输出电压模型，所述电池单片输出电压模型满足：Vcell＝Vnst-Vohm_loss-Vact_loss-Vmass_loss其中，Vcell代表电池单片输出电压，单位V；Vnst代表电池能斯特电压，单位V；Vohm_loss代表欧姆电压降，单位V；Vact_loss代表活化极化电压降，单位V；Vmass_loss代表浓差电压降，单位V。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S11，获得欧姆电压降的步骤包括：获得质子交换膜的平均水含量和阴极催化层的平均水含量；提供模型中质子交换膜的厚度和实际质子交换膜厚度，并根据所述质子交换膜的平均水含量和所述阴极催化层的平均水含量获得直流欧姆阻抗参数，所述直流欧姆阻抗参数满足：其中，Rdc代表直流欧姆阻抗参数；λmem代表质子交换膜的平均水含量；λccl代表阴极催化层的平均水含量；Lmem代表模型中质子交换膜的厚度；Lmem-calibration代表实际质子交换膜厚度；ωccl代表阴极催化层内离子导体的体积分数；根据所述直流欧姆阻抗参数与工作电流密度的乘积确定所述欧姆电压降。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S12，获得极化损失电压降模型的步骤包括：提供参考电流密度和燃料电池温度；根据所述参考电流密度和所述燃料电池温度，建立极化损失电压降与所述工作电流密度的关系式，所述极化损失电压降与所述工作电流密度的关系式为：其中，Vact_loss代表活化极化电压降，单位V；R代表气体常数；Tfc代表燃料电池温度；αc代表阴极反应传递系数；F代表法拉第常数；ifc代表工作电流密度；代表参考电流密度；提供燃料电池受水淹影响停止工作时的液态水饱和度，并根据所述关系式建立所述极化损失电压降，所述极化损失电压降满足：其中，sstop代表燃料电池受水淹影响停止工作时的液态水饱和度；sccl代表阴极催化剂层液态饱和度。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S13，获得浓差损失电压降的步骤包括：获取燃料电池阴极催化剂层中的氧气浓度；提供燃料电池温度，根据所述氧气浓度和所述燃料电池温度，建立所述浓差损失电压降，所述浓差损失电压降满足：其中，R代表气体常数；Tfc代表燃料电池温度；αc代表阴极反应传递系数；F代表法拉第常数；代表阴极催化剂层中的氧气浓度；代表阴极催化剂层中参考氧气浓度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S20，在第一工况下，根据所述电池单片输出电压模型，确定第一阳极多余增湿分界线的步骤包括：提供多种阴极相对湿度，获得所述电池单片输出电压随所述阳极相对湿度变化的多条曲线，所述多条曲线中的每一条曲线具有一个转折点，所述转折点具有所在曲线上电池单片输出电压的最大值；将多个所述转折点按照所述阴极相对湿度的大小顺次连接，以确定所述第一阳极多余增湿分界线。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S30，在第一工况下，根据所述电池单片输出电压模型，确定第一阴极多余增湿分界线的步骤包括：提供多种阳极相对湿度，获得所述电池单片输出电压随所述阴极相对湿度变化的多条曲线，所述多条曲线中的每一条曲线具有一个转折点，所述转折点具有所在曲线上电池单片输出电压的最大值；将多个所述转折点按照所述阳极相对湿度的大小顺次连接，以确定所述第一阴极多余增湿分界线。8.一种燃料电池的水含量调节方法，其特征在于，包括：S10，建立电池单片输出电压模型；S100，提供M个工况，在第N个工况下，根据所述电池单片输出电压模型，分别确定第N条...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐梁飞，张健珲，李建秋，胡骏明，欧阳明高，胡尊严，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11