[发明专利]一种质子交换膜燃料电池电堆健康状态的分析方法

说明书

本发明公开一种质子交换膜燃料电池电堆健康状态的分析方法，包括步骤：利用燃料电池测试平台和EIS测试台对质子交换膜燃料电池电堆进行输出性能的测试和阻抗谱的测试；通过阻抗谱测试得到的阻抗谱实验曲线拟合质子交换膜燃料电池等效电路，利用拟合软件，由等效电路得到质子交换膜燃料电池的阻抗谱拟合曲线；通过阻抗谱的实验曲线和拟合曲线，结合燃料电池电堆的输出性能，得到质子交换膜燃料电池电堆的运行状态态。本发明对燃料电池电堆的运行状态进行诊断与对其健康状态进行有效的管理，确保质子交换膜燃料电池安全可靠的运行，降低电池的运行维护成本、增进电池的健康运行，延长使用寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种质子交换膜燃料电池电堆健康状态的分析方法。

背景技术

随着工业化进程的加快，能源危机与环境污染的问题急剧加重，寻求新能源与绿色能源的发展已是全球发展的热潮。燃料电池作为一种将化学能直接转化成电能的发电装置，由其对环境友好的特点备受期待。质子交换膜燃料电池作为燃料电池的一类，具有运行温度低、功率密度高、启动速度快等特点，在便携式电源与车载电源上具有广阔的应用前景。

质子交换膜燃料电池的故障状态对其输出性能具有严重的影响，制约其稳定性、使用寿命与可靠性。及时有效的对质子交换膜燃料电池的状态进行评估与管理可以为燃料电池系统的安全可靠提供重要的保障。

而在现有对燃料电池的状态分析，基本上都是基于应用上的研究，主要有以下几种：(1)通过对极化曲线与输出电压反应燃料电池的输出性能与故障，燃料电池的极化曲线反应的是输出电压关于负载电流的关系，通过极化曲线的三个组成部分来定性分析各部分损耗的变化，无法通过一个数值来定量的反应损耗的大小；(2)对质子交换膜燃料电池而言，大多数情况下都是针对单片电池，对其健康状态与故障状态进行研究，单片燃料电池的研究结果对车载用的燃料电池电堆不一定适用；单片电池的功率低、结构简单，而车载用的电堆功率都很大，而且电堆中单片电池的连接方式，流场结构以及气体通道的设计远比单片电池复杂；(3)对质子交换膜的研究大多数都只采用了燃料电池测试平台，燃料电池的测试平台一般只能测试燃料电池的电压，进而绘制极化曲线，不能得到其他与内部反应机理相关的数值结果。

因此，技术研究存在着较大的不足，主要是我国对质子交换膜燃料电池内部的化学反应机理的研究不足；无法有效对燃料电池电堆的故障状态进行诊断与对其健康状态进行有效的管理，从而造成质子交换膜燃料电池运行不安全且不可靠，大大降低了燃料电池的使用寿命，大大提高了电池维护成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种质子交换膜燃料电池电堆健康状态的分析方法，对燃料电池电堆的故障状态进行诊断与对其健康状态进行有效的管理，确保质子交换膜燃料电池安全可靠的运行，降低电池的运行维护成本、增进电池的健康运行，延长使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池电堆健康状态的分析方法，包括步骤：

S100，利用燃料电池测试平台和EIS测试台对质子交换膜燃料电池电堆进行输出性能的测试和阻抗谱的测试；

S200，通过阻抗谱测试得到的阻抗谱实验曲线拟合质子交换膜燃料电池等效电路，利用拟合软件，由等效电路得到质子交换膜燃料电池的阻抗谱拟合曲线；

S300，通过阻抗谱的实验曲线和拟合曲线，结合燃料电池电堆的输出性能，得到质子交换膜燃料电池电堆的运行状态。

进一步的是，在所述步骤S100中，利用燃料电池测试平台和EIS测试台对质子交换膜燃料电池电堆进行输出性能的测试和阻抗谱的测试，包括步骤：

S101，对燃料电池测试平台进行预启动与启动操作；

S102，将质子交换膜燃料电池电堆的运行条件调至额定条件下，通过恒流负载测得额定电压曲线并记录下此时的额定输出电压，记录下此时的实验现象；