燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法和装置制造方法及图纸

本申请提出一种燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法和装置，涉及质子交换膜燃料电池堆技术领域，其中，方法包括：在燃料电池堆阳极供给氢气、阴极供给惰性气体，控制燃料电池堆温度、气体流量、气体背压和气体湿度分别维持对应的预设数值，燃料电池堆中的各片燃料电池维持在稳定浓差电势；向燃料电池堆施加多次不同的电压激励或微电流激励，采集整堆电流信号和各片燃料电池的电压信号；根据燃料电池激励‑响应公式解析各片燃料电池膜电极的氢渗透电流、催化剂活性面积、双电层电容和短路电阻。本申请对电流或电压激励的形式无限定，极大地提升了膜电极参数测试的准确度和精度，也可极大地降低测试设备的成本。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法和装置
本申请涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法和装置。
技术介绍
质子交换膜燃料电池是比较理想的车载动力源，受到广泛关注。随着燃料电池电堆功率需求的逐渐提升，燃料电池单堆膜电极数量已经提升到数百片，膜电极一致性对电堆性能和耐久性的影响愈加凸显。膜电极批量化测试和参数评价对于一致性筛选至关重要。传统的评价膜电极质量的参数一般包括催化剂活性面积、氢渗透电流。传统的电化学测试方法一般只能测试单节燃料电池，例如，循环伏安法只能测试单节燃料电池膜电极的催化剂活性面积，线性电位扫描法只能测试单节燃料电池膜电极的氢渗透电流。近年来已经发展出同步测试电堆多片膜电极参数的恒流充电解析方法，但是要求严格的高精度恒电流和高频率的电压采样，解析模型不完整、导致参数解析有固有误差，解析过程繁杂、极易造成误差传导。因此，现有膜电极多参数检测方法设备要求极高、测量及解析结果稳定性较差。
技术实现思路
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。<br>为此，本申请的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在燃料电池堆阳极供给氢气、燃料电池堆阴极供给惰性气体，控制所述燃料电池堆温度、气体流量、气体背压和气体湿度分别维持对应的预设数值，以及所述燃料电池堆中的各片燃料电池维持在稳定浓差电势；/n向所述燃料电池堆施加多次不同的电压激励或微电流激励，采集整堆电流信号和所述各片燃料电池的电压信号，其中，每次激励施加始点记为时间零点，将各单片稳定浓差电势记为单片起始电压；/n根据燃料电池激励-响应公式解析各片燃料电池膜电极的氢渗透电流、催化剂活性面积、双电层电容和短路电阻；其中，所述燃料电池激励-响应公式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆多片膜电极多参数同步检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在燃料电池堆阳极供给氢气、燃料电池堆阴极供给惰性气体，控制所述燃料电池堆温度、气体流量、气体背压和气体湿度分别维持对应的预设数值，以及所述燃料电池堆中的各片燃料电池维持在稳定浓差电势；
向所述燃料电池堆施加多次不同的电压激励或微电流激励，采集整堆电流信号和所述各片燃料电池的电压信号，其中，每次激励施加始点记为时间零点，将各单片稳定浓差电势记为单片起始电压；
根据燃料电池激励-响应公式解析各片燃料电池膜电极的氢渗透电流、催化剂活性面积、双电层电容和短路电阻；其中，所述燃料电池激励-响应公式为：



其中，ich为实时激励电流密度或电压激励时的实时响应电流密度，iH为氢渗透电流密度，QCata.为实时催化剂表面吸脱附电荷总量，Cdl为双电层电容，U为单片电池实时电压，U0为单次激励的单片起始电压，Re为短路电阻，t为时间。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述电压激励控制为所述燃料电池堆的电堆电压从稳定值升高到极限值；其中，所述电堆电压的极限值根据响应电压最高的单片燃料电池确定，其中，所述响应电压小于安全电压阈值。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微电流激励包括：恒电流激励和非恒电流激励；
所述微电流激励施加激励的终点根据响应电压最高的单片燃料电池确定，其中，所述响应电压小于安全电压阈值；
在使用高精度电源进行编程电流激励时，编程电流作为整堆实测电流。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行多次激励的过程中，按照预设时间间隔进行激励；其中，预设时间间隔根据在前一次激励完成后所有单片燃料电池的电压下降至所述浓差电势并维持预设时间确定。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述短路电阻大于预设电阻值时或忽略短路电阻影响进行简化处理时，所述燃料电池激励-响应公式转换为：



其中，ich为实时激励电流密度或电压激励时的实时响应电流密度，iH为氢渗透电流密度，QCata.为实时催化剂表面吸脱附电荷总量，Cdl为双电层电容，U为单片电池实时电压，U0为单次激励的单片起始电压，t为时间。


6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，对每一单片燃料电池的数据进行单独解析，设定初始解析电压窗口为[U1,U2]，所述电压窗口对应氢脱附完成后、氧吸附开始前的电压区间，对所述电压窗口范围内所有数据进行处理，设定：



使用公式(1)进行解析，则根据Y＝a0+a1X1+a2X2+a3X3进行三元线性回归，解析得到各项系数，获取燃料电池膜电极多参数：



使用公式(2)进行解析，则根据Y＝a0+a1X1+a2X2进行二元线性回归，解析得到膜电极多参数：
iH＝a0,QCata.-H＝a1,Cdl＝a2(5)
其中，QCata.-H为氢脱附电荷总量，可通过氢脱附电荷量解析出催化剂活性面积：



其中，ΓCata.是催化剂表面完全覆盖单层的吸附氢所需要的电荷量，LCata.是被测电极催化剂载量；
使用所述公式(1)解析时，反解全部激励条件下全电压范围内实时催化剂表面吸脱附电荷总量：



使用所述公式(2)解析时，反解全部激励条件下全电压范围内实时催化剂表面吸脱附电荷总量：



检验在所述电压窗口[U1,U2]内QCata.是否满足预设条件，若不满足，则调整电压窗口，重复解析，直到满足所述预设条件，其中，所述预设条件为所述电压窗口内全部QCata.数据的标准差小于限定值。


7.一种燃料电池堆多片膜电极多参数同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴普成，任棚，陈东方，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11