一种电堆含水量合格的判断方法及其应用技术

本发明专利技术一种电堆含水量合格的判断方法及其应用，所述判断方法包括：保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，电堆设置为恒电压模式或恒电流模式，调整所述阴极的气流量，计算得到所述气流量调整后电堆的输出电流或输出电压相对于所述气流量调整前电堆的输出电流或输出电压的变化比例；将所述变化比例的绝对值与设定阈值进行对比，若所述变化比例的绝对值大于所述设定阈值，则所述电堆水含量不合格，反之，所述电堆水含量合格。本发明专利技术提供的电堆水含量合格的判断方法操作简单、使用成本较低、能够适用于电堆中水含量过高的情况，且对电堆水含量是否合格的判断效率及准确度较高。及准确度较高。及准确度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种电堆含水量合格的判断方法及其应用


[0001]本专利技术属于电堆水含量判断
，涉及一种电堆含水量合格的判断方法，尤其涉及一种电堆含水量合格的判断方法及其应用。

技术介绍

[0002]燃料电池的电化学反应不断生成水，阴极排气不断带走水，两方面均影响燃料电池中的水含量。燃料电池只有在合适的水含量下才能发挥最好性能，湿度太低则质子膜含水量不足而导致电导性降低，催化剂层中的质子通道受阻，导致燃料电池性能下降；湿度太高则气体传输通道被液态水堵塞，反应气体传输受阻而难以进入催化剂层，达到催化剂表面，导致燃料电池性能下降，因此需要水含量是否合适的判断方法。
[0003]现有技术中采用电化学阻抗谱(EIS)来测量燃料电池电堆中的水含量是否合格，测量设备技术复杂，成本较高；现有技术中通过测量高频阻抗(HFR)来检测电堆中的水含量，但是实际测量结果为质子交换膜电阻，只能检测出电堆内部严重缺水的情况，无法检测水含量太高的情况。
[0004]CN113258106A公开了一种燃料电池生成水含量的判断方法和控制系统，检测燃料电池电堆空气入口和空气出口的压力值，通过计算获得电堆水含量表征值；根据所使用燃料电池的自身参数，设定燃料电池正常工作的含水量范围，根据含水量范围对水含量表征值进行判断；调节散热风机和空气压缩机工作状态进入干燥模式，或调节散热风机和空气压缩机工作状态进入加湿模式。但是，该燃料电池生成水含量的判断方法无法准确判断电堆水含量是否合格。
[0005]CN107293770A公开了一种燃料电池内部含水量控制系统及方法，该系统包括水量检测系统，安装于燃料电池电堆的两端，用于检测燃料电池电堆中质子膜的含水量，其中水量检测系统包括超声波发生器和超声波接收器，控制器连接至水量检测系统，用于根据从水量检测系统接收的质子膜的含水量调整燃料电池进排气系统的气体供应量。水量检测系统检测出燃料电池内部含水量，根据此内部含水量可推算出质子膜含水量，控制器根据质子膜含水量调节燃料电池进排气系统的气体供应量。但是，该燃料电池内部含水量控制系统增加了额外的检测设备，既提升了电堆的生产成本，还增大了电堆的体积。
[0006]目前公开的电堆水含量合格的判断方法都有一定的缺陷，存在着测量设备结构复杂、制造成本较高、无法检测出电堆中水含量过高的情况且对于水含量是够合格的判断不够准确的问题。因此，开发设计一种新型的电堆含水量合格的判断方法至关重要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种电堆含水量合格的判断方法及其应用，本专利技术提供的电堆水含量合格的判断方法操作简单、使用成本较低、能够适用于电堆中水含量过高的情况，且对电堆水含量是否合格的判断效率及准确度较高。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种电堆含水量合格的判断方法，所述判断方法包括：
[0010]保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，电堆设置为恒电压模式或恒电流模式，调整所述阴极的气流量，计算得到所述气流量调整后电堆的输出电流或输出电压相对于所述气流量调整前电堆的输出电流或输出电压的变化比例；将所述变化比例的绝对值与设定阈值进行对比，若所述变化比例的绝对值大于所述设定阈值，则所述电堆水含量不合格，反之，所述电堆水含量合格；
[0011]若所述电堆设置为恒电压模式，则计算得到所述气流量调整后电堆的输出电流相对于所述气流量调整前电堆的输出电流的变化比例；若所述电堆设置为恒电流模式，则计算所述气流量调整后电堆的输出电压相对于所述气流量调整前电堆的输出电压的变化比例。
[0012]本专利技术提供的电堆水含量合格的判断方法操作简单、使用成本较低、能够适用于电堆中水含量过高的情况，且对电堆水含量是否合格的判断效率及准确度较高。
[0013]本专利技术中通过保持电堆的输出电压为恒电压，调整阴极的气流量，从而根据气流量调整前后的电堆的输出电流的变化比例与设定阈值的大小关系来判断电堆水含量是否合格，原理为通过调整阴极气流量来改表催化剂表面液态水含量：当液态水含量太高，催化剂因堵水而有效面积减少，催化反应性能降低；当催化剂表面液态水含量被降低至正常范围，催化剂堵水面积减少而有效面积增大，催化反应性能提高，从而表现为恒电压下的输出电流提升。
[0014]本专利技术中通过保持电堆的输出电流为恒电流，调整阴极的气流量，从而根据气流量调整前后的电堆的输出电压的变化比例与设定阈值的大小关系来判断电堆水含量是否合格，原理为通过调整阴极气流量来改表催化剂表面液态水含量：当液态水含量太高，催化剂因堵水而有效面积减少，催化反应性能降低；当催化剂表面液态水含量被降低至正常范围，催化剂堵水面积减少而有效面积增大，催化反应性能提高，从而表现为恒电电流下的输出电压提升。
[0015]本专利技术中选择改变阴极的气流量，而不是改变阴极的气压，其原因为阴极气压的变化并不直接影响催化剂含水量；若选择改变阴极的气压，而不是改变阴极的气流量，电堆催化性能变化则由其他机理导致，不便判断电堆含水量的变化。
[0016]优选地，若所述电堆设置为恒电压模式，则所述变化比例的测试方法包括：
[0017]测量得到所述气流量第一调整前电堆的第一输出电流，测量得到所述气流量第一调整后电堆的第二输出电流，所述变化比例等于所述第二输出电流与所述第一输出电流之间的差值与所述第一输出电流的比例。
[0018]优选地，所述第一调整包括以第一设定比例增大或减小所述阴极的气流量。
[0019]优选地，所述第一调整包括以第一设定比例增大所述阴极的气流量。
[0020]本专利技术中第一调整为以第一设定比例增大所述阴极的气流量时优于以第一设定比例减小所述阴极的气流量，这是由于正常运行工况为降低空压机功耗和提升系统效率，会将气流量设置为较低水平，电堆含水量过高问题较容易发生，因此增大气流量来排出水分较易判断，而降低气流量会更进一步加重电堆含水量过高的问题，导致电堆运行危险。
[0021]优选地，所述第一设定比例为10～70％，例如可以是10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％或70％，但并不
仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，所述气流量第一调整前电堆的第一输出电流为电堆额定电流的20～80％，例如可以是20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，若所述电堆设置为恒电压模式，则所述设定阈值为5～30％，例如可以是5％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电堆含水量合格的判断方法，其特征在于，所述判断方法包括：保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，电堆设置为恒电压模式或恒电流模式，调整所述阴极的气流量，计算得到所述气流量调整后电堆的输出电流或输出电压相对于所述气流量调整前电堆的输出电流或输出电压的变化比例；将所述变化比例的绝对值与设定阈值进行对比，若所述变化比例的绝对值大于所述设定阈值，则所述电堆水含量不合格，反之，所述电堆水含量合格；若所述电堆设置为恒电压模式，则计算得到所述气流量调整后电堆的输出电流相对于所述气流量调整前电堆的输出电流的变化比例；若所述电堆设置为恒电流模式，则计算所述气流量调整后电堆的输出电压相对于所述气流量调整前电堆的输出电压的变化比例。2.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于，若所述电堆设置为恒电压模式，则所述变化比例的测试方法包括：测量得到所述气流量第一调整前电堆的第一输出电流，测量得到所述气流量第一调整后电堆的第二输出电流，所述变化比例等于所述第二输出电流与所述第一输出电流之间的差值与所述第一输出电流的比例。3.根据权利要求2所述的判断方法，其特征在于，所述第一调整包括以第一设定比例增大或减小所述阴极的气流量；优选地，所述第一调整包括以第一设定比例增大所述阴极的气流量。4.根据权利要求3所述的判断方法，其特征在于，所述第一设定比例为10～70％；优选地，所述气流量第一调整前电堆的第一输出电流为电堆额定电流的20～80％；优选地，若所述电堆设置为恒电压模式，则所述设定阈值为5～30％。5.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于，若所述电堆设置为恒电流模式，则所述变化比例的测试方法包括：测量得到所述气流量第二调整前电堆的第一输出电压，测量得到所述气流量第二调整后电堆的第二输出电压，所述变化比例等于所述第二输出电压与所述第一输出电压之间的差值与所述第一输出电压的比例。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦建明，白云飞，王淼，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：