燃料电池堆的最小电池电压退化的早期检测制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池堆的最小电池电压退化的早期检测。用于确定燃料电池堆中低性能电池的方法。所述方法测量所述燃料电池堆中每个电池的电压，并且计算多个堆电流密度时来自所述燃料电池堆的所有电池电压的平均电池电压。该方法还从计算出所述平均电池电压的所述多个堆电流密度处所述燃料电池堆的所有所述电池电压中识别出最小电池电压，并且确定所述多个堆电流密度中每一堆电流密度时所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对δ电压关系。所述相对δ电压关系被用来确定所述最小电池电压是否指示出持久性堆问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及用于检测燃料电池堆中的最小电池电压退化的方法，并且更具体地涉及用于检测燃料电池堆中的最小电池电压退化的如下方法，其计算一段堆电流密度范围内平均电池电压和最小电池电压之间的相对平均电压。
技术介绍
氢是非常引人注意的燃料，因为其是清洁的并且可以被用于在燃料电池中有效地产生电。氢燃料电池是包括阳极和阴极以及其间的电解质的电化学装置。阳极接收氢气并且阴极接收氧或空气。氢气在阳极中离解从而产生自由质子和电子。质子穿过电解质到达阴极。质子与阴极中的氧和电子反应从而产生水。来自阳极的电子不能穿过电解质，并且因而被引导通过负载从而在被传送到阴极之前做功。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是车辆常用的燃料电池。PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包括被支撑在碳颗粒上且与离聚物混合的磨碎的催化颗粒，通常是钼(Pt)。催化混合物被沉积在膜的相对侧上。阳极催化混合物、阴极催化混合物和膜的组合限定了膜电极组件(MEA)。MEA的制造是相对昂贵的并且需要特定条件来有效操作。在燃料电池堆中通常可以通过串联联接来组合多个燃料电池从而产生所需功率。 例如，用于车辆的常用燃料电池堆可以具有两百个或更多个堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入反应物气体(通常是被压缩机驱动通过所述堆的空气流)。并不是所有的氧均被堆所消耗，一些空气作为阴极排出气体被输出，该阴极排出气体可以包括水作为堆副产品。燃料电池堆也接收流入堆阳极侧的阳极氢反应物气体。所述堆也包括冷却流体所流动通过的流动通道。燃料电池堆包括位于堆内的多个MEA之间的一系列双极板，其中双极板和MEA位于两个端板之间。双极板包括堆中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。阳极气体流动通道被设置在双极板的阳极侧上从而允许阳极反应物气体流动到相应MEA。阴极气体流动通道被设置在双极板的阴极侧上从而允许阴极反应物气体流动到相应MEA。一个端板包括阳极气体流动通道，而另一个端板包括阴极气体流动通道。双极板和端板是传导性材料制成，例如不锈钢或导电合成物。端板将燃料电池产生的电传导到堆之外。双极板也包括冷却流体所流动通过的流动通道。随着燃料电池堆老化，堆中的各个电池的性能因各种因素的原因而有差别地退化。低性能电池的所述原因不同，例如因为电池溢流、催化剂损失等，一些是暂时的而一些是永久的，一些需要维修而一些需要堆替换从而更换那些低性能电池。虽然燃料电池被串联地电性联接，不过当负载被联接于堆两端上时每个电池的电压有区别地减小，其中性能低的那些电池具有较小电压。因此，必要的是监控堆中燃料电池的电池电压来确保电池的电压不会降低到预定阈值电压之下从而防止可能导致对电池的永久性损坏的电池电压极性倒转。监控燃料电池的电压来确保最低性能电池的电压不降低到预定阈值之下需要从电池汲取的电流不超过预定限制。本领域中存在用于监控电池电压的不同已知技术，并且可以对其进行改进。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开了用于确定燃料电池堆中的低性能电池的方法。该方法测量燃料电池堆中每个电池的电压以及计算出多个堆电流密度处来自燃料电池堆的所有电池电压的平均电池电压。该方法也从来自于所述多个堆电流密度处的燃料电池堆的所有电池电压(用于计算所述平均电池电压的)中识别出最小电池电压，并且确定所述多个堆电流密度中每一堆电流密度处平均电池电压和最小电池电压之间的相对德尔塔(S )电压关系。相对S电压关系被用于确定最小电池电压是否指示出持久性堆问题。本专利技术还提供了下述技术方案。方案1. 一种识别燃料电池堆中的低性能电池的方法，所述方法包括 测量所述燃料电池堆中每个电池的电压；计算所述燃料电池堆中所有电池电压的平均电池电压； 从所述燃料电池堆中所有所述电池电压中识别出最小电池电压； 确定所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系；以及使用所述相对S电压关系来确定所述最小电池电压是否指示出堆问题。方案2.根据方案1所述的方法，其中所述相对δ电压关系由如下等式确定 rel. δ U= (Uavg-Umin) · Uavg/1000其中rel. δυ是相对δ电压值，Uavg是所述平均电池电压，Ullin是所述最小电池电压， 并且1000是比例因子。方案3.根据方案1所述的方法，还包括提供所述平均电池电压和所述最小电池电压作为堆电流密度和电压的极化曲线。方案4.根据方案1所述的方法，其中计算所有电池电压的平均电池电压包括计算多个堆电流密度时所有所述电池电压的平均电池电压。方案5.根据方案4所述的方法，其中识别出所有所述电池电压的最小电池电压包括识别计算出所述平均电池电压的所述多个堆电流密度时所有所述电池电压的最小电池电压。方案6.根据方案5所述的方法，其中确定所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系包括确定所述多个堆电流密度中每一堆电流密度时所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对δ电压关系。方案7.根据方案6所述的方法，其中确定所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系包括以单个数据点来确定所述多个堆电流密度时所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系，并且其中所述方法针对多个数据点确定所述多个堆电流密度时所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系来确定最小电池电压趋势。方案8. —种识别燃料电池堆中的低性能电池的方法，所述方法包括 测量所述燃料电池堆中每个电池的电压；计算多个堆电流密度时所述燃料电池堆中所有电池电压的平均电池电压； 从计算出所述平均电池电压的所述多个堆电流密度时所述燃料电池堆中所有所述电池电压中识别出最小电池电压；确定在所述多个堆电流密度中每一堆电流密度时所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对δ电压关系；以及使用所述相对S电压关系来确定所述最小电池电压是否指示出堆问题。方案9.根据方案8所述的方法，其中所述相对δ电压关系由如下等式确定 rel. δ U= (Uavg-Umin) · Uavg/1000其中rel. δυ是相对δ电压值，Uavg是所述平均电池电压，Ullin是所述最小电池电压， 并且1000是比例因子。方案10.根据方案8所述的方法，还包括提供所述平均电池电压和所述最小电池电压作为堆电流密度和电压的极化曲线。方案11.根据方案8所述的方法，其中确定所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系包括以单个数据点来确定所述多个堆电流密度时所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系，并且其中所述方法针对多个数据点确定所述多个堆电流密度时所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系来确定最小电池电压趋势。方案12. —种识别燃料电池堆中的低性能电池的系统，所述系统包括 用于测量所述燃料电池堆中每个电池的电压的器件；用于计算所述燃料电池堆中所有电池电压的平均电池电压的器件；用于从所述燃料电池堆中所有所述电池电压中识别出最小电池电压的器件；用于确定所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对S电压关系的器件；以及用于使用所述相对S电压关系来确定所述最小电池电压是否指示出堆问题的器件。方案13.根据方案12所述的系统，其中所述相对δ电压关系由如下等式确定rel. δ U= (Uavg本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种识别燃料电池堆中的低性能电池的方法，所述方法包括：测量所述燃料电池堆中每个电池的电压；计算所述燃料电池堆中所有电池电压的平均电池电压；从所述燃料电池堆中所有所述电池电压中识别出最小电池电压；确定所述平均电池电压和所述最小电池电压之间的相对δ电压关系；以及使用所述相对δ电压关系来确定所述最小电池电压是否指示出堆问题。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B克劳斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US