[发明专利]燃料电池的水含量调节方法及增湿参数图的确定方法

说明书

本申请提供一种燃料电池的水含量调节方法及增湿参数图的确定方法。所述燃料电池的水含量调节方法首先建立电池单片输出电压模型。其次，在一个确定的工况下，根据所述电池单片输出电压模型，以确定阳极多余增湿分界线和阴极多余增湿分界线。最后通过所述阳极多余增湿分界线与所述阴极多余增湿分界线共同确定燃料电池增湿参数图。通过所述方法得到的所述燃料电池增湿参数图一方面能够帮助操作人员避开不良增湿，另一方面也为操作人员指明了当前增湿参数优化的方向。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池的水含量调节方法及增湿参数图的确定方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池水管理的本质一方面需要提供足够的湿度环境保证膜内的质子传导过程流畅高效，另一方面需要遏制液态水的过多集聚引起的化学反应有效面积的降低。研究燃料电池的水管理问题一方面是为了短期内实现燃料电池工作效率(燃料电池单片输出电压)最大化，另一方面在更长的时间尺度上提升燃料电池的耐久性，延长燃料电池使用寿命。

在实际工程或实验应用中，燃料电池内部水多和水少都会对燃料电池的性能有不利的影响。在某一固定工况下，燃料电池膜干，不利于质子传导，欧姆损失增大。利用双循环对膜进行增湿，随着膜水含量的上升，欧姆损失减小，燃料电池性能提高。若膜水含量的进一步上升，容易造成水淹，阻碍反应气体的传输，浓差损失增大。同时过多的增湿也会增加氢气循环泵或空气循环泵的功耗。阳极相对湿度和阴极相对湿度共同影响膜的水含量。传统的增湿技术在增湿时存在一定盲目性，控制不够精准。

发明内容

基于此，有必要针对传统的增湿技术在增湿时存在一定盲目性，控制不够精准问题，提供一种燃料电池的水含量调节方法及增湿参数图的确定方法。

一种燃料电池的水含量调节方法，包括：

S10，建立电池单片输出电压模型；

S20，在第一工况下，根据所述电池单片输出电压模型，确定第一阳极多余增湿分界线；

S30，在所述第一工况下，根据所述电池单片输出电压模型，确定第一阴极多余增湿分界线；

S40，根据所述第一阳极多余增湿分界线与所述第一阴极多余增湿分界线，确定第一燃料电池增湿参数图；

S50，当燃料电池处于所述第一工况下时，根据所述第一燃料电池增湿参数图对所述燃料电池的水含量进行调整。

在其中一个实施例中，所述S10，建立电池单片输出电压模型的步骤包括：

S11，获得欧姆电压降；

S12，获得极化损失电压降；

S13，获得浓差损失电压降；

S14，提供燃料电池的开路电压，并根据所述开路电压、所述欧姆电压降、极化损失电压降以及所述浓差损失电压降建立所述电池单片输出电压模型，所述电池单片输出电压模型满足：

V_cell＝V_nst-V_{ohm_loss}-V_{act_loss}-V_{mass_loss}

其中，V_cell代表电池单片输出电压，单位V；V_nst代表电池能斯特电压，单位V；V_{ohm_loss}代表欧姆电压降，单位V；V_{act_loss}代表活化极化电压降，单位V；V_{mass_loss}代表浓差电压降，单位V。

在其中一个实施例中，所述S11，获得欧姆电压降的步骤包括：

获得质子交换膜的平均水含量和阴极催化层的平均水含量；