质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法技术

本发明专利技术公开了一种质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法

【技术实现步骤摘要】
质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法
、
设备及介质
。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池堆在实际运行中的水管理是保障其性能与寿命的重要一环
。
目前长寿命燃料电池堆在运行中为了保障质子交换膜的寿命，通常在高湿环境下运行，但膜电极长时间在高湿环境下运行后排水性能降低，容易因水淹造成传质困难从而降低性能，因此需要了解电堆在实际使用中的排水能力，通过关键部件的设计与选择提升燃料电池堆整体的排水能力
。
[0003]专利
CN115360386B
中提出了一种燃料电池堆堵水检测方法，该方法通过计算电堆运行过程中气体扩散层嵌入流道的程度判断电堆的堵水状态，并制定相应的排水策略，但该方法基于纯理论计算，在电堆实际运行中未得到验证，在实际使用中的指导性有限
。
[0004]专利申请
CN114839115A
中提出了一种可视化氢燃料电池碳纸压缩排水测试工装，能够对碳纸在不同压缩率下的排水情况进行直接观测，便于碳纸的设计选用
。
专利申请
CN115000463A
中提出了一种燃料电池可移动式可视化测试装置及其使用方法，能够直接观察石墨流场板中的水移动情况，测试流场的排水能力
。
以上两项专利申请中对于碳纸与流道排水能力的测试均为离线测试，未考虑到电堆中其余部件对于排水的影响，不能反映电堆在实际工况运行中的排水能力，因此其实用性具有局限
。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出一种质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法
、
设备及介质，能够在线评测氢燃料电池堆整体在实际运行中的排水能力，将电堆的排水能力定量化
。
本专利技术可以得到电堆在水淹条件下各部件内部的水分布，指导各关键部件如催化层
、
碳纸
、
流道等的设计与选型，从而提高电堆整体的排水能力，保障电堆在高湿条件下运行的性能与寿命
。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法，包括以下步骤：
[0008]S1.
使电堆内部在运行时形成水淹：在电堆正常运行时使电堆内部水含量升高形成水淹，所述电堆包括若干质子交换膜燃料电池组成的电堆；
[0009]S2.
使电堆自身排水能力持续恶化：改变电堆反应条件，使电堆自身排水能力下降，水淹更严重，并使节电压下降至预设值；
[0010]S3.
根据临界条件定量化电堆排水能力：根据电堆处于临界条件时的反应条件
、
最低节电压衰减百分比和运行时间三个维度共同将电堆排水能力的等级定量化
。
[0011]进一步地，步骤
S1
中，所述使电堆内部水含量升高形成水淹的方法包括：使反应气体的露点温度高于电堆温度，从而使反应气体进入电堆后由气相冷凝变换为液相，所述反
应气体包括氢气和空气
。
[0012]进一步地，步骤
S1
中，所述使电堆内部水含量升高形成水淹的方法包括：在反应气体进入电堆的管路中注入液态水，所述反应气体包括氢气和空气
。
[0013]进一步地，步骤
S2
中，所述改变电堆反应条件包括：降低反应气体计量比使积水难以排出电堆，所述反应气体包括氢气和空气
。
[0014]进一步地，步骤
S3
包括：逐步降低反应气体计量比，使电堆在每一反应气体计量比条件下运行一段时间；当电堆在某一反应气体计量比下的运行中，最低节电压衰减至预设百分比时停止测试，并将此时的反应条件作为电堆的临界条件；通过电堆处于临界条件时的反应气体计量比
、
最低节电压衰减百分比以及运行时间三个维度共同量化电堆排水能力等级
。
[0015]进一步地，还包括以下步骤：
[0016]S4.
电堆排水能力验证：通过电堆急冷使电堆内的液态水快速结冰，确定电堆内部水含量与水分布，从而验证电堆排水能力
。
[0017]进一步地，步骤
S4
中，先将电堆置入固定容器并置于环境仓中，在临界条件运行中停止反应，通过急速冷却使电堆内部急速冷却，液态水结冰；拆开电堆，根据电堆内部冰的含量与分布验证电堆排水能力
。
[0018]进一步地，所述通过急速冷却使电堆内部急速冷却的方法包括：向固定容器中加入液氮使电堆内部急速冷却
。
[0019]一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法的步骤
。
[0020]一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法的步骤
。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022](1)
本专利技术能够在线评测氢燃料电池堆整体在实际运行中的排水能力，将电堆的排水能力定量化
。
本专利技术可以得到电堆在水淹条件下各部件内部的水分布，指导各关键部件如催化层
、
碳纸
、
流道等的设计与选型，从而提高电堆整体的排水能力，保障电堆在高湿条件下运行的性能与寿命
。
[0023](2)
本专利技术能够在电堆的实际运行中在线测试氢燃料电池堆整体的排水能力，得到的排水能力一方面是电堆整体的排水能力而不是个别部件的，另一方面更贴近电堆在实际运行中的状态
。
通过本专利技术方法，电堆的排水能力得到定量化
。
[0024](3)
本专利技术能够得到电堆在水淹下各部件内部水的含量与分布位置，通过实验结果能够分析各部件内部的排水路径与通量等信息，指导各关键部件的设计与选型
。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例1的质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法流程图之一
。
[0026]图2是本专利技术实施例1的质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法流程图之二
。
[0027]图3是本专利技术实施例2的电堆排水能力等级与三种因素的关系图之一，等级越高代表排水能力越强
。
[0028]图4是本专利技术实施例2的电堆排水能力等级与三种因素的关系图之二，等级越高代
表排水能力越强
。
[0029]图5是本专利技术实施例2的电堆在水淹并持续降低氢气计量比后的关系图
。
具体实施方式
[0030]为了对本专利技术的技术特征
、
目的和效果有更加清楚的理解，现说明本专利技术的具体实施方式
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.
使电堆内部在运行时形成水淹：在电堆正常运行时使电堆内部水含量升高形成水淹，所述电堆包括若干质子交换膜燃料电池组成的电堆；
S2.
使电堆自身排水能力持续恶化：改变电堆反应条件，使电堆自身排水能力下降，水淹更严重，并使节电压下降至预设值；
S3.
根据临界条件定量化电堆排水能力：根据电堆处于临界条件时的反应条件
、
最低节电压衰减百分比和运行时间三个维度共同将电堆排水能力的等级定量化
。2.
根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述使电堆内部水含量升高形成水淹的方法包括：使反应气体的露点温度高于电堆温度，从而使反应气体进入电堆后由气相冷凝变换为液相，所述反应气体包括氢气和空气
。3.
根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述使电堆内部水含量升高形成水淹的方法包括：在反应气体进入电堆的管路中注入液态水，所述反应气体包括氢气和空气
。4.
根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述改变电堆反应条件包括：降低反应气体计量比使积水难以排出电堆，所述反应气体包括氢气和空气
。5.
根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池堆排水能力测试方法，其特征在于，步骤
S3
包...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄景波，温序晖，李团锋，廖晋杨，王琪瑶，
申请(专利权)人：东方电气成都氢燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：