一种燃料电池寿命的预测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种燃料电池寿命的预测方法及装置，当识别到燃料电池的质子交换膜发生机械衰减时，获取燃料电池的关键参数；将关键参数和各个预设时刻输入到预先构建的机械衰减模型，机械衰减模型分别响应并基于各个预设时刻和关键参数进行对应的预测处理，输出各个预设时刻对应的预测窜漏量；将各个预设时刻对应的预测窜漏量分别与预设的失效值进行比较，确定预测窜漏量不小于失效值的时刻为失效时刻；确定当前时刻至失效时刻为燃料电池的剩余使用寿命。在本方案中，通过预先构建的机械衰减模型基于当前燃料电池的关键参数进行预测处理，实现了预测得到机械衰减模式作用下的气体窜漏量，并根据气体窜漏量预测燃料电池的剩余使用寿命的目的。使用寿命的目的。使用寿命的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池寿命的预测方法及装置


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种燃料电池寿命的预测方法及装置。

技术介绍

[0002]在长期运行的车用工况中，燃料电池的质子交换膜的失效通常由机械衰减、化学衰减和短路导致的。为了提高燃料电池的性能，要求质子交换膜能够抵抗复杂工况长期运行导致的机械衰减，以避免形成电子导通和气体互窜。
[0003]现有技术中，燃料电池质子交换膜的气体窜漏量往往通过固定工况下渗氢电流的测试或监控开路电压的变化获得，然而，这种方法识别的气体窜漏量为机械、化学和短路三种衰减模式作用下的叠加，无法识别出是否发生机械衰减，更无法区分出机械衰减模式作用下的气体窜漏量，也无法通过机械衰减模式作用下的气体窜漏量预测电池的剩余使用寿命。
[0004]因此，如何得到机械衰减模式作用下的气体窜漏量，并根据气体窜漏量预测燃料电池的剩余使用寿命是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种燃料电池寿命的预测方法及装置，以实现预测出机械衰减模式作用下的气体窜漏量，并根据气体窜漏量预测燃料电池的剩余使用寿命的目的。
[0006]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0007]本专利技术实施例第一方面公开了一种燃料电池寿命的预测方法，包括：
[0008]当识别到燃料电池的质子交换膜发生机械衰减时，获取所述燃料电池的关键参数；所述关键参数包括：当前的运行参数、当前的状态参数、质子交换膜的材料特性参数和质子交换膜的结构特性参数；
[0009]将所述关键参数和各个预设时刻输入到预先构建的机械衰减模型，所述机械衰减模型分别响应并基于各个预设时刻和所述关键参数进行对应的预测处理，输出各个预设时刻对应的预测窜漏量；
[0010]将所述各个预设时刻对应的预测窜漏量分别与预设的失效值进行比较，确定所述预测窜漏量不小于所述失效值的时刻为失效时刻；
[0011]确定所述当前时刻至所述失效时刻为所述燃料电池的剩余使用寿命。
[0012]优选的，识别所述燃料电池的质子交换膜是否发生机械衰减的过程，包括：
[0013]在所述燃料电池的阳极混合供给氢气和惰性气体，在所述燃料电池的阴极混合供给氧气和所述惰性气体；
[0014]在阳极氢气分压和阴极氧气分压不变的情况下，通过调整所述惰性气体流量和背压，改变所述阳极和所述阴极的气体总压力，使得所述阳极和所述阴极间之间产生各个不同的气体总压力差；
[0015]在各个不同的气体总压力差的作用下，分别测量并记录所述燃料电池对应的开路电压，并得到所述开路电压随所述气体总压力差的变化关系；
[0016]当所述变化关系满足发生机械衰减的特征时，确定所述燃料电池的质子交换膜发生机械衰减。
[0017]优选的，预先构建得到所述机械衰减模型的过程，包括：
[0018]构建包含未知参数项的机械衰减模型；所述未知参数项至少包括：初始渗氢电流密度、标准工况常数和敏感性工况常数；
[0019]将预先得到的实验数据输入到所述机械衰减模型中，所述实验数据至少包括：将所述燃料电池置于预先设置的加速耐久工况或常规耐久工况下，通过渗氢电流测试工况和开路电压测试工况测试得到的渗氢电流和开路电压；
[0020]基于所述实验数据，在当前时刻下对所述未知参数项进行标定，得到对应所述当前时刻的未知参数项；
[0021]验证所述机械衰减模型的精度是否达到要求；
[0022]若否，继续将所述实验数据输入到所述机械衰减模型中，对所述当前时刻对应的未知参数项进行标定，直到得到精度达到要求的机械衰减模型；
[0023]若是，确定所述机械衰减模型训练完成。
[0024]优选的，所述验证所述机械衰减模型的精度是否达到要求，包括：
[0025]从燃料电池的历史数据中获取任一历史时刻的关键参数；任一历史时刻的关键参数包括：运行参数、状态参数、质子交换膜的材料特性参数和质子交换膜的结构特性参数；
[0026]将所述关键参数和所述历史时刻输入到所述机械衰减模型，所述机械衰减模型响应并基于所述历史时刻和所述关键参数进行仿真预测处理，得到所述历史时刻对应的仿真窜漏量；
[0027]计算所述仿真窜漏量与所述历史时刻的实际窜漏量之间的差值；所述历史时刻的实际窜漏量从所述历史数据中得到；
[0028]当所述差值小于或等于预设值时，确定所述机械衰减模型的精度符合要求。
[0029]优选的，所述将所述各个预设时刻对应的预测窜漏量分别与预设的失效值进行比较，确定所述预测窜漏量不小于所述失效值的时刻为失效时刻，包括：
[0030]将所述各个预设时刻对应的预测窜漏量按照时刻的先后顺序，分别依次与预设的失效值进行比较；
[0031]当出现预测窜漏量大于或等于所述预设的失效值的情况时，确定所述预测窜漏量对应的时刻为所述燃料电池的失效时刻。
[0032]本专利技术实施例第二方面公开了一种燃料电池寿命的预测装置，包括：
[0033]获取单元，用于当识别到燃料电池的质子交换膜发生机械衰减时，获取所述燃料电池的关键参数；所述关键参数包括：当前的运行参数、当前的状态参数、质子交换膜的材料特性参数和质子交换膜的结构特性参数；
[0034]预测单元，用于将所述关键参数和各个预设时刻输入到预先构建的机械衰减模型，所述机械衰减模型分别响应并基于各个预设时刻和所述关键参数进行对应的预测处理，输出各个预设时刻对应的预测窜漏量；
[0035]比较单元，用于将所述各个预设时刻对应的预测窜漏量分别与预设的失效值进行
比较，确定所述预测窜漏量不小于所述失效值的时刻为失效时刻；
[0036]确定单元，用于确定所述当前时刻至所述失效时刻为所述燃料电池的剩余使用寿命。
[0037]优选的，所述获取单元，具体用于：
[0038]在所述燃料电池的阳极混合供给氢气和惰性气体，在所述燃料电池的阴极混合供给氧气和所述惰性气体；在阳极氢气分压和阴极氧气分压不变的情况下，通过调整所述惰性气体流量和背压，改变所述阳极和所述阴极的气体总压力，使得所述阳极和所述阴极间之间产生各个不同的气体总压力差；在各个不同的气体总压力差的作用下，分别测量并记录所述燃料电池对应的开路电压，并得到所述开路电压随所述气体总压力差的变化关系；当所述变化关系满足发生机械衰减的特征时，确定所述燃料电池的质子交换膜发生机械衰减；获取所述燃料电池的关键参数；所述关键参数包括：当前的运行参数、当前的状态参数、质子交换膜的材料特性参数和质子交换膜的结构特性参数。
[0039]优选的，所述装置还包括：
[0040]构建单元，用于构建包含未知参数项的机械衰减模型；所述未知参数项至少包括：初始渗氢电流密度、标准工况常数和敏感性工况常数；将预先得到的实验数据输入到所述机械衰减模型中，所述实验数据至少包括：将所述燃料电池置于预先设置的加速耐久工况或常规耐久工况下，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池寿命的预测方法，其特征在于，包括：当识别到燃料电池的质子交换膜发生机械衰减时，获取所述燃料电池的关键参数；所述关键参数包括：当前的运行参数、当前的状态参数、质子交换膜的材料特性参数和质子交换膜的结构特性参数；将所述关键参数和各个预设时刻输入到预先构建的机械衰减模型，所述机械衰减模型分别响应并基于各个预设时刻和所述关键参数进行对应的预测处理，输出各个预设时刻对应的预测窜漏量；将所述各个预设时刻对应的预测窜漏量分别与预设的失效值进行比较，确定所述预测窜漏量不小于所述失效值的时刻为失效时刻；确定所述当前时刻至所述失效时刻为所述燃料电池的剩余使用寿命。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，识别所述燃料电池的质子交换膜是否发生机械衰减的过程，包括：在所述燃料电池的阳极混合供给氢气和惰性气体，在所述燃料电池的阴极混合供给氧气和所述惰性气体；在阳极氢气分压和阴极氧气分压不变的情况下，通过调整所述惰性气体流量和背压，改变所述阳极和所述阴极的气体总压力，使得所述阳极和所述阴极间之间产生各个不同的气体总压力差；在各个不同的气体总压力差的作用下，分别测量并记录所述燃料电池对应的开路电压，并得到所述开路电压随所述气体总压力差的变化关系；当所述变化关系满足发生机械衰减的特征时，确定所述燃料电池的质子交换膜发生机械衰减。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先构建得到所述机械衰减模型的过程，包括：构建包含未知参数项的机械衰减模型；所述未知参数项至少包括：初始渗氢电流密度、标准工况常数和敏感性工况常数；将预先得到的实验数据输入到所述机械衰减模型中，所述实验数据至少包括：将所述燃料电池置于预先设置的加速耐久工况或常规耐久工况下，通过渗氢电流测试工况和开路电压测试工况测试得到的渗氢电流和开路电压；基于所述实验数据，在当前时刻下对所述未知参数项进行标定，得到对应所述当前时刻的未知参数项；验证所述机械衰减模型的精度是否达到要求；若否，继续将所述实验数据输入到所述机械衰减模型中，对所述当前时刻对应的未知参数项进行标定，直到得到精度达到要求的机械衰减模型；若是，确定所述机械衰减模型训练完成。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述验证所述机械衰减模型的精度是否达到要求，包括：从燃料电池的历史数据中获取任一历史时刻的关键参数；任一历史时刻的关键参数包括：运行参数、状态参数、质子交换膜的材料特性参数和质子交换膜的结构特性参数；将所述关键参数和所述历史时刻输入到所述机械衰减模型，所述机械衰减模型响应并
基于所述历史时刻和所述关键参数进行仿真预测处理，得到所述历史时刻对应的仿真窜漏量；计算所述仿真窜漏量与所述历史时刻的实际窜漏量之间的差值；所述历史时刻的实际窜漏量从所述历史数据中得到；当所述差值小于或等于预设值时，确定所述机械衰减模型的精度符合要求。5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述将所述各个预设时刻对应的预测窜漏量分别与预设的失效值进行比较，确定所述预测窜漏量不小于所述失效值的时刻为失效时刻，包括：将所述各个预设时刻对应的预测窜漏量按照时刻的先后顺序，分别依次与预设的失效值进行比较；当出现预测窜漏量大于或等于所述预设的失效值的情况时，确定所述预测窜漏量对应的时刻为所述燃料电池的失效时刻。6.一种燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓豪，刘佳，石伟玉，侯中军，韩洪仨，石锟，
申请(专利权)人：上海捷氢科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：