【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及一种电堆膜水合作用评估装置及方法。
技术介绍
1、对于燃料电池运行和耐久性评价来说，膜水合程度是一项很重要的参数，但其在电堆运行后直接测量。电堆高频电阻测量已经在一些生产燃料电池汽车中引入，但这种方法很昂贵，计算复杂，通常只提供平均膜水合的测量，而不是局部水合。
2、在中国专利申请文献cn112993341a中，公开了一种质子交换膜燃料电池中膜含水量的测试方法，其中公开了电池在待测状态即温度为t1时，再次用交流阻抗方法测出高频阻抗，即电池内阻r1；根据下面公式计算得到到膜内的水含量：
3、
4、其中，λ1表示待测状态膜含水量，λ0表示初始状态膜含水量，δrm表示膜阻的变化量，σm表示膜厚度，km表示膜质子电导率，a表示膜面积，t1表示待测状态电池温度，t0表示初始状态电池温度。
5、在中国专利申请文献cn115332586a中，公开了一种车载燃料电池空气进气湿度调节方法及调节系统，其中公开了当工况信息指示燃料电池的工况改变时，根据所述电堆阻抗、所述电堆工作温度确定所述燃料电池的膜含水量，其中所述工况信息包括功率变化值，所述工况改变时，所述功率变化值超过其相应的预设值的预设百分比。
6、上述的两种方案，都只提供了平均膜水合的测量，计算复杂，测量方法昂贵。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种电堆膜水合作用评估装置及方法，使用称重传感器或扎带张力传感器来监测运行和停
2、本专利技术提供了一种电堆膜水合作用评估装置，在电堆中设置力传感器，用于测量电堆运行和停机期间，扎带的张力或扎带与单电池之间的力；
3、在电堆出口设置冷却剂温度传感器，用于测量出口冷却剂温度；
4、在管路上设置压力传感器，用于测量流体压力；
5、在电堆正式运行前，在电堆出口或入口至少一个位置设置湿度传感器，测量电堆内部相对湿度；
6、通过比较电堆不同区域的力来确定局部膜水合作用。
7、优选地，在电堆的阴极出口或阴极入口中至少一个位置设置湿度传感器，且在电堆的阳极出口或阳级入口中至少一个位置设置湿度传感器。
8、优选地，力传感器设置在扎带和阴极端板之间；
9、优选地，力传感器设置在扎带和阳极端板之间。
10、优选地，力传感器为固定在扎带上的电气、光学或声学应力传感器中的一种。
11、本专利技术提供了一种电堆膜水合作用评估方法，使用上述的任一电堆膜水合作用评估装置，包括如下步骤：
12、步骤1，电堆正式运行前，通过实验测量获得一个传递函数，该传递函数描述了扎带的张力或扎带与单电池之间的力f，与气体的相对湿度rh、流体压力p和出口冷却剂温度t之间的函数关系；
13、步骤2，电堆正式运行后，在电堆运行和停机期间，通过扎带处的力传感器测量扎带的张力或扎带与单电池之间的力f，通过管道处的传感器测量流体压力p，通过冷却剂出口处的温度传感器测量出口冷却剂温度t；
14、步骤3，将步骤2测得的数据代入步骤1的所述传递函数中，获得气体的相对湿度rh；
15、步骤4，通过气体的相对湿度rh和出口冷却剂温度t计算获得膜的水合程度λ。
16、优选地，所述通过实验测量获得一个传递函数，包括：
17、步骤101，根据出口冷却剂温度、气体的相对湿度、流体压力的范围确定系统温度、湿度、压力测量的操作范围；
18、步骤102，在每个出口冷却剂温度、气体的相对湿度、流体压力测试点测量扎带的张力或扎带与单电池之间的力；其中，使用力传感器测量电堆的扎带的张力或扎带与单电池之间的力；使用冷却剂温度传感器测量出口冷却剂温度；使用湿度传感器测量电堆内部气体的相对湿度；使用压力传感器测量流体压力；
19、步骤103，根据步骤101和步骤102的数据拟合得到一个传递函数。
20、优选地，步骤1得到的描述扎带的张力或扎带与单电池之间的力f的传递函数为：
21、f＝fthermal(t)+fhydro(t，rhav)+ffluid(pox，pfuel，pcool)
22、其中，
23、第一项fthermal(t)是指由单电池热膨胀引起的扎带的张力或单电池与扎带之间的力的变化，与温度t有关；
24、第二项fhydro(t，rhav)表示由膜的膨胀引起的扎带的张力或扎带与单电池之间的力的变化，通过燃料和氧化剂的平均相对湿度rhav和温度t的函数描述；膜的膨胀与湿度和温度有关；
25、第三项ffluid(pox，pfuel，pcool)表示由流体压力变化引起的扎带的张力或单电池与扎带之间的力的变化，与燃料压力pfuel、氧化剂压力pox和冷却剂压力pcool。
26、优选地，第三项计算时，如果燃料压力pfuel、氧化剂压力pox和冷却剂压力pcool不同，使用最高的压力进行计算。
27、优选地，所述力传感器的输出用于通过对同一个单电池的每个扎带上的力求和来计算扎带的张力或扎带与单电池之间的力。
28、优选地，当设置一个湿度传感器时，将该湿度传感器的测量值作为气体的相对湿度；当设置两个及以上湿度传感器时，将湿度传感器的测量值进行平均后作为气体的相对湿度。
29、优选地，使用如下文献t.e.springer,t..a.zawodzinski,and s.gottesfeld,“polymer electrolyte fuel cell model,”j.electrochem.soc.,vol.138,no.8,pp.2334-2342,aug.1991.中的方法，通过气体的相对湿度rh和出口冷却剂温度t计算获得膜的水合程度λ。
30、优选地，使用如下文献s.gao,x.li,b.yi,and i.-m.hsing,“absorption,desorption,and transport of water in polymer electrolyte membranes for fuelcells,”j.electrochem.soc.,vol.152,no.6,pp.a1149-a1157,jun.2005.中的方法，通过气体的相对湿度rh和出口冷却剂温度t计算获得膜的水合程度λ。
31、优选地，使用如下文献c.k.mitte本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电堆膜水合作用评估装置，其特征在于，在电堆中设置力传感器，用于测量电堆运行和停机期间，扎带的张力或扎带与单电池之间的力；
2.根据权利要求1所述的电堆膜水合作用评估装置，其特征在于，在电堆的阴极出口或阴极入口中至少一个位置设置湿度传感器，且在电堆的阳极出口或阳极入口中至少一个位置设置湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的电堆膜水合作用评估装置，其特征在于，所述力传感器设置在扎带和阴极端板和/或扎带和阳极端板之间。
4.根据权利要求1所述的电堆膜水合作用评估装置，其特征在于，所述力传感器为固定在扎带处的电气、光学或声学力传感器中的一种。
5.一种电堆膜水合作用评估方法，其特征在于，使用权利要求1-4任一项所述的电堆膜水合作用评估装置，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的电堆膜水合作用评估方法，其特征在于，所述通过实验测量获得一个传递函数，包括：
7.根据权利要求5所述的电堆膜水合作用评估方法，其特征在于，步骤1得到的描述扎带的张力或扎带与单电池之间的力F的传递函数为：
8.根据权利要求7
9.根据权利要求5-8任一项所述的电堆膜水合作用评估方法，其特征在于，所述力传感器的输出用于通过对同一个单电池的每个扎带上的力求和来计算扎带的张力或扎带与单电池之间的力。
10.根据权利要求5-8任一项所述的电堆膜水合作用评估方法，其特征在于，当设置一个湿度传感器时，将该湿度传感器的测量值作为气体的相对湿度；当设置两个及以上湿度传感器时，将湿度传感器的测量值进行平均后作为气体的相对湿度。
...【技术特征摘要】
1.一种电堆膜水合作用评估装置，其特征在于，在电堆中设置力传感器，用于测量电堆运行和停机期间，扎带的张力或扎带与单电池之间的力；
2.根据权利要求1所述的电堆膜水合作用评估装置，其特征在于，在电堆的阴极出口或阴极入口中至少一个位置设置湿度传感器，且在电堆的阳极出口或阳极入口中至少一个位置设置湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的电堆膜水合作用评估装置，其特征在于，所述力传感器设置在扎带和阴极端板和/或扎带和阳极端板之间。
4.根据权利要求1所述的电堆膜水合作用评估装置，其特征在于，所述力传感器为固定在扎带处的电气、光学或声学力传感器中的一种。
5.一种电堆膜水合作用评估方法，其特征在于，使用权利要求1-4任一项所述的电堆膜水合作用评估装置，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的电堆膜水合作用评估方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·泰勒·贝林，
申请(专利权)人：上海韵量新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。