燃料电池电拖拽系数确定方法技术

本发明专利技术涉及数据处理领域，公开了一种燃料电池电拖拽系数确定方法，包括：通过三层膜开路试验确定第一水通量，在三层膜开路试验执行第一预设时长后，确定第一平均水合度；第一水通量为在开路条件下燃料电池中的三层质子交换膜的水通量；第一平均水合度为三层质子交换膜中最靠近阴极流道的质子交换膜的平均水合度；计算扩散系数；通过三层膜通路试验确定第二通水量，在三层膜通路试验执行第一预设时长后，确定第二平均水合度；第二通水量为在通路条件下燃料电池中的三层质子交换膜的水通量，第二平均水合度为三层质子交换膜中最靠近阴极流道的质子交换膜的平均水合度；计算电拖拽系数。本发明专利技术减小电拖拽系数的测试误差、降低测试难度。测试难度。测试难度。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池电拖拽系数确定方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池电拖拽系数确定方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池以其高效率、零排放、低噪声等特点，正在逐步成长为新能源汽车新的动力方式。目前燃料电池的成本还相对较为昂贵，燃料电池模型可以为燃料电池开发者提供有益的帮助，它有助于改善燃料电池设计，并使之更高效，并且可以大大减少研发过程的成本。而燃料电池模型在进行仿真案例之前需要根据实验结果进行模型标定。但是目前没有对燃料电池模型的标定方法。

技术实现思路

[0003]为了解决上述至少一个技术问题，本专利技术提供了一种燃料电池电拖拽系数确定方法。
[0004]根据第一方面，本专利技术实施例提供了一种燃料电池电拖拽系数确定方法，包括：通过三层膜开路试验确定第一水通量，在三层膜开路试验执行第一预设时长后，确定第一平均水合度；其中，所述第一水通量为在开路条件下燃料电池中的三层质子交换膜的水通量；所述第一平均水合度为所述三层质子交换膜中最靠近阴极流道的质子交换膜的平均水合度；根据所述第一水通量和第一平均水合度，计算扩散系数；通过三层膜通路试验确定第二通水量，在所述三层膜通路试验执行所述第一预设时长后，确定第二平均水合度；其中，所述第二通水量为在通路条件下燃料电池中的三层质子交换膜的水通量，所述第二平均水合度为所述三层质子交换膜中最靠近阴极流道的质子交换膜的平均水合度；根据所述扩散系数、所述第二通水量和所述第二平均水合度，计算电拖拽系数。
[0005]本专利技术实施例具有以下技术效果：通过三层膜开路试验确定第一水通量，在三层膜开路试验执行第一预设时长后，确定第一平均水合度，进而依据第一水通量和第一平均水合度计算扩散系数；然后通过三层膜通路试验确定第二通水量，在所述三层膜通路试验执行所述第一预设时长后，确定第二平均水合度，然后基于所述扩散系数、所述第二通水量和所述第二平均水合度，计算电拖拽系数。可见通过两个实现就可以得到燃料电池的电拖拽系数。在两次试验中，都采用最靠近阴极流道的质子交换膜的膜态水含量，进而确定第一平均水合度和第二平均水合度，这种方式可以将蒸发过程带来的影响尽可能的抵消掉，减小电拖拽系数的测试误差。
附图说明
[0006]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0007]图1是本专利技术一个实施例中燃料电池电拖拽系数确定方法的流程示意图；图2为本专利技术一个实施例中开路条件下单层膜燃料电池的水扩散的原理图；图3为本专利技术一个实施例中开路条件下三层膜燃料电池的水扩散的原理图；图4为本专利技术一个实施例中三层膜开路试验的示意图；图5为本专利技术一个实施例中通路条件下单层膜燃料电池的水扩散和电拖拽的原理图；图6本专利技术一个实施例中通路条件下三层膜燃料电池的水扩散和电拖拽的原理图；图7专利技术一个实施例中三层膜通路试验的示意图。
具体实施方式
[0008]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利技术所保护的范围。
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供一种燃料电池电拖拽系数确定方法，参见图1，该方法包括如下步骤S110~S140：S110、通过三层膜开路试验确定第一水通量，在三层膜开路试验执行第一预设时长后，确定第一平均水合度；其中，所述第一水通量为在开路条件下燃料电池中的三层质子交换膜的水通量；所述第一平均水合度为所述三层质子交换膜中最靠近阴极流道的质子交换膜的平均水合度；参见图2，在开路条件下，在具有单层质子交换膜的燃料电池的阳极流道输入高湿度的氮气，在阴极流道输入干燥氮气后，阳极流道内流动液态水经过阳极的气体扩散层GDL、阳极的催化层CL到达第一交界处，第一交界处为阳极的催化层CL和质子交换膜MEM的交界处。一部分液态水经过质子交换膜MEM以扩散的形式到达第二交界处，第二交界处为阴极的催化层CL和质子交换膜MEM的交界处，并通过阴极的催化层CL和阴极的气体扩散层GDL达到阴极流道。即，液态水通过质子交换膜从阳极流道到阴极流道的传递是由浓度梯度引起的扩散实现的。
[0010]在扩散作用下通过质子交换膜的水通量对应的第一表达式可以为：式中，为质子交换膜的单位面积扩散水通量，单位为mol/s/m2；N为质子交换膜的水通量，单位为mol/s；D为扩散系数，单位为m2/s；为质子交换膜中的固定电荷浓度，即单位质量膜样本所含有的基团量；为膜的水合度，为在开路条件下第一交界处的水合度，为在开路条件下第二交界处的水合度；为一个质子交换膜的厚度，A为阴极流道的横截面积，单位为m2。其中，在图2中的C1~ C4为在不同层结构中的水浓度。水浓度和水合
度之间具有线性关系。
[0011]其中，在开路条件下的水通量N可以通过测量阴极流道出口处的水量来确定，阴极流道的横截面积A是已知的，质子交换膜的厚度是已知的，质子交换膜中的固定电荷浓度是固定值，也是已知的。可见，要想求出D，需要知道两个水合度。
[0012]由于阳极流道的湿度较高且透过阳极表面的水传输阻力比横跨膜要小得多，因此可以认为阳极催化层与质子交换膜交界处即第一交界处的水浓度c2等于阳极流道内平衡状态下的水浓度c1，即c1=c2，即质子交换膜在第一交界处的水合度等于在阳极流道内的水合度。而质子交换膜在阳极流道内的温湿度条件下的水合度可以通过磺酸基含水率测试实验得到。
[0013]为在开路条件下第二交界处的水合度即第二交界处的膜态水含量，可以通过三层膜开路试验。为了保证数据的一致性，水通量N也在三层膜开路试验中通过测量阴极流道出口处的水量来确定。
[0014]参见图3，可知三层膜开路试验相对于单层膜开路试验的区别在于将单层的质子交换膜更换成了三层质子交换膜，因此用第三层质子交换膜的平均水合度替换第一表达式中的水合度，将一层质子交换膜的厚度替换为2.5层质子交换膜的厚度，进而将第一表达式演化得到第二表达式可以为：其中，为在三层膜开路试验中通过测量阴极流道出口处的水量而确定的水通量，也称为第一水通量；为第三层质子交换膜的平均水合度，也称为第一平均水合度。
[0015]在一个实施例中，S110中所述通过三层膜开路试验确定第一水通量，可以包括：在处于开路条件下的燃料电池的阳极流道和阴极流道内分别持续通入氮气，且阴极流道内通入的氮气的湿度为0，阳极流道内通入的氮气的湿度为预设湿度；利用水通量收集仪器收集所述阴极流道输出的氮气中的水；根据在第二预设时长内收集到的水的量确定所述第一水通量。
[0016]参见图4，在阴极流道的出口侧设置进汽管路、冷凝器、水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电拖拽系数确定方法，其特征在于，包括：通过三层膜开路试验确定第一水通量，在三层膜开路试验执行第一预设时长后，确定第一平均水合度；其中，所述第一水通量为在开路条件下燃料电池中的三层质子交换膜的水通量；所述第一平均水合度为所述三层质子交换膜中最靠近阴极流道的质子交换膜的平均水合度；根据所述第一水通量和第一平均水合度，计算扩散系数；通过三层膜通路试验确定第二通水量，在所述三层膜通路试验执行所述第一预设时长后，确定第二平均水合度；其中，所述第二通水量为在通路条件下燃料电池中的三层质子交换膜的水通量，所述第二平均水合度为所述三层质子交换膜中最靠近阴极流道的质子交换膜的平均水合度；根据所述扩散系数、所述第二通水量和所述第二平均水合度，计算电拖拽系数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用第一计算式计算所述扩散系数，所述第一计算式为：式中，D为所述扩散系数，A为阴极流道的横截面积，为一个质子交换膜的厚度，为所述质子交换膜中固定电荷浓度，为所述第一平均水合度，为最靠近阳极流道的质子交换膜和阳极催化层之间的交界处的水合度，为所述第一水通量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用第二计算式计算所述电拖拽系数，所述第二计算式为：式中，为电拖拽系数，D为所述扩散系数，A为阴极流道的横截面积，为一个质子交换膜的厚度，为所述质子交换膜中固定电荷浓度，为所述第二通水量，为所述第二平均水合度，为靠近阳极流道的质子交换膜和阳极催化层之间的交界处的水合度，F为法拉第常数，i为电流密度。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述最靠近阳极流道的质子交换膜和阳极催化层之间的交界处的水合度为通过将质子交换膜在阳极流道内的温湿度条件下通过磺酸基含水率测试实验所确定。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过三层膜开路试验确定第一水通量，包括：在处于开路条件下的燃料电池的阳极流道和阴极流道内...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖迪，何绍清，麻胜南，金薄，候奔，
申请(专利权)人：中国汽车技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：