一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法技术

本发明专利技术涉及一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，根据实车运行工况，分解出此工况主要影响氢燃料电池寿命因素的运行工况，所述的快速测试方法的具体步骤为：将实车工况分解成各单因素耐久工况；根据膜电极主要考察耐久方向，选择相应的单因素耐久工况；启动电堆后，对氢燃料电池的电堆活化，采集工况运行的极化曲线；等待工作条件达到设定工况点工作条件，开始耐久循环测试；采集运行耐久循环工况循环Nn轮后极化曲线；根据电堆进行耐久性循环工况测试中指标变化，停止耐久性循环测试。通过运行耐久工况时衰减速率的变化，推算使用寿命。与现有技术相比，本发明专利技术能有效加快氢燃料电池对膜电极的选择，同时节约膜电极选型工作中的测试成本。作中的测试成本。作中的测试成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法


[0001]本专利技术属于氢燃料电池耐久性测试
，尤其是涉及一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池耐久性问题一直是行业中迫切解决和技术研究中的核心课题。传统的氢燃料电池耐久性测试通常是通过模拟实车运行情况，制定耐久性循环工况，循环工况的一个周期通常包括在启停、怠速、高负载、变载等情况，即开机拉载至怠速点运行一定时长，再经过多次拉载到高负载点，高负载点稳态运行一定时长，再多次降载至怠速点，运行一定时长后关机；如此循环一定轮数，最终到达评价寿命终结的衰减率完成耐久性测试。
[0003]氢燃料电池的寿命衰减主要来源于膜电极的衰减，选定出耐久性好的膜电极对氢燃料电池的开发尤为重要。通常对于膜电极选型来说，测试时长较长，测试成本较高，测试失误率高。因此，完善耐久性测试方法尤为重要。
[0004]专利CN 110749825 A公开了一种燃料电池耐久性测试加速工况建立方法及装置，该方法首先采集燃料电池车辆的实际运行数据，构建燃料电池系统运行工况；然后针对不同的燃料电池系统运行工况，分解出燃料电池运行单因素工况，计算在不同的燃料电池运行单因素工况下燃料电池的电压衰减速率，获得在不同的燃料电池系统运行工况下对应的单因素的影响权重，并建立电池电压衰减数学模型；接着根据建立的电池电压衰减数学模型，建立电堆模型，并对电堆模型进行校正，根据校正结果建立燃料电池加速工况。该专利技术主要针对特定实车运行工况建立出一种适用于燃料电池耐久性的加速工况，此加速工况的建立涉及到单因素工况影响权重分析，数学模型建立，电堆模型校正；对于氢燃料电池开发中，横向对比膜电极耐久性，工作量过于繁重，不适用于膜电极耐久性选型工况建立。
[0005]专利CN 110850320 A公开了一种氢燃料电池耐久测试方法，其包括：将催化剂浆料涂覆在质子交换膜上，再通过热压的方式将自制扩散层热压在催化层两侧，形成膜电极；膜电极组装成氢燃料电池后，对氢燃料电池进行单电池活化；采集氢燃料电池进行开路电压工况运行前后膜电极的极化曲线；根据氢燃料电池进行开路电压工况运行前后膜电极的极化曲线、交流阻抗谱、线性扫描伏安曲线、催化层的截面图和氟离子浓度，以对氢燃料电池耐久性进行判断；通过采集氢燃料电池相关实验数据，分析了相应膜电极的衰减机理，从而计算出氢燃料电池耐久性即使用寿命。此专利技术的寿命判断方法采用了耐久度，其综合了极化性能衰减，透气密度增大，交流阻抗值拟合值增大，催化层截面情况，氟离子浓度增大等，这种判断方法不够直观推算电堆的寿命。对于氢燃料电池开发中，横向对比膜电极耐久性，工作量过于繁重，不适用于膜电极耐久性选型工况建立。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，本专利技术通过聚焦其中个别单因素影响耐久性的原因，简化分
解耐久循环工况，这能极大程度在膜电极选型阶段缩短耐久性测试时长，快速横向对比不同款型膜电极的耐久差异性，通过不同耐久测试时间段内衰减速率的计算，能总结出膜电极的衰减规律，可在电堆寿命终结前提前完成耐久性测试，有效节约耐久性测试成本和提高耐久性测试效率。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，根据实车运行工况，分解出此工况主要影响氢燃料电池寿命因素的运行工况，所述的快速测试方法包括以下步骤：
[0009]S1、将实车工况分解成各单因素耐久工况(大变载、怠速运行、高负载、启停)；
[0010]S2、根据膜电极主要考察耐久方向，选择相应的单因素耐久工况；
[0011]S3、启动电堆后，对氢燃料电池的电堆活化，采集工况运行的极化曲线；
[0012]S4、等待工作条件达到设定工况点工作条件，开始耐久循环测试；
[0013]S5、采集运行耐久循环工况循环Nn轮后极化曲线；
[0014]S6、根据电堆进行耐久性循环工况测试中指标变化，停止耐久性循环测试。
[0015]进一步地，步骤S2中的单因素耐久工况为大变载耐久工况。
[0016]进一步地，步骤S4中的设定工况点为怠速工况点。
[0017]进一步地，步骤S4中的耐久循环测试包括以下步骤：
[0018]S41、拉载到怠速工况运行，采集相应电压；
[0019]S42、拉载到额定工况运行，采集相应电压，再降载回怠速工况；
[0020]S43、将一次怠速工况+额定工况运行视为一个循环，重复循环。
[0021]进一步地，步骤S6中，根据电堆进行耐久性循环工况前后膜电极的极化曲线，计算衰减率，当衰减率超过耐久指标需求停止耐久性循环测试。
[0022]进一步地，所述的衰减率为运行耐久性循环工况前后最大怠速点以及额定点下极化性能衰减率，即
[0023]λ＝(V0
‑
Vt)/V0*100％；
[0024]其中，λ为衰减率，V0为运行耐久性循环工况前性能值，Vt为运行耐久性循环工况后性能值。
[0025]进一步地，步骤S6中，根据电堆进行耐久性循环工况测试中衰减速率变化，当衰减速率呈现一定趋势后，停止耐久性循环测试。
[0026]进一步地，氢燃料电池衰减速率呈现减小的趋势后，即使电堆的衰减没有达到寿命衰减指标值，但仍可以提前结束测试。
[0027]进一步地，横向对比膜电极的耐久性采用在衰减速率呈现规律性减缓之前的衰减速率推算电堆寿命，此时计算出的寿命是小于电堆实际能运行的寿命。
[0028]进一步地，根据每轮耐久性循环工况的运行时间等效计算出实车每轮运行时间t，相应计算出运行Nn轮等效实车运行时间tn，即
[0029]tn＝Nn*t；
[0030]衰减速率的计算采用线性拟合原理，即
[0031]Vi＝β0+β1*ti+εi(i＝1,2,
…
n)；
[0032]其中，(ti，Vi)表示运行时长ti时，电堆的实时性能为Vi，β0和β1为参数，β0+β1*ti为反映统计关系直线的分量，εi为反映在统计关系直线周围的随机分量，εi服从正态分布；
[0033]分别根据ti时长内采集的怠速点和额定点电压值，对β0和β1进行统计，β0和β1的估值为a和b，建立一元线性方程：
[0034]V＝a+b*t；
[0035]计算得到运行Nn轮对应的电压随时间变化的衰减速率b。
[0036]根据实车运行工况，分解出此工况主要影响氢燃料电池寿命的运行工况。通过氢燃料电池运行耐久工况时衰减速率的变化，总结衰减规律，推测氢燃料电池后续运行的衰减情况；通过氢燃料电池运行耐久工况前后极化性能衰减率推算氢燃料电池的使用寿命。本专利技术能有效加快氢燃料电池对膜电极的选择，同时节约膜电极选型工作中的测试成本。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0038本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，根据实车运行工况，分解出此工况主要影响氢燃料电池寿命因素的运行工况，其特征在于，所述的快速测试方法包括以下步骤：S1、将实车工况分解成各单因素耐久工况；S2、根据膜电极主要考察耐久方向，选择相应的单因素耐久工况；S3、启动电堆后，对氢燃料电池的电堆活化，采集工况运行的极化曲线；S4、等待工作条件达到设定工况点工作条件，开始耐久循环测试；S5、采集运行耐久循环工况循环Nn轮后极化曲线；S6、根据电堆进行耐久性循环工况测试中指标变化，停止耐久性循环测试。2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，其特征在于，步骤S2中的单因素耐久工况为大变载耐久工况。3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，其特征在于，步骤S4中的设定工况点为怠速工况点。4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，其特征在于，步骤S4中的耐久循环测试包括以下步骤：S41、拉载到怠速工况运行，采集相应电压；S42、拉载到额定工况运行，采集相应电压，再降载回怠速工况；S43、将一次怠速工况+额定工况运行视为一个循环，重复循环。5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，其特征在于，步骤S6中，根据电堆进行耐久性循环工况前后膜电极的极化曲线，计算衰减率，当衰减率超过耐久指标需求，停止耐久性循环测试。6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池膜电极耐久性的快速测试方法，其特征在于，所述的衰减率为运行耐久性循环工况前后最大怠速点以及额...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗敏，陈广明，李笑晖，李振林，甘全全，戴威，
申请(专利权)人：上海神力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：