[发明专利]一种燃料电池停机吹扫的判定方法

权利要求书

1.一种燃料电池停机吹扫的判定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将燃料电池进行充分活化，确保电池性能稳定；

步骤二、对燃料电池进行吹扫，吹扫过程中保持冷却系统开启，维持水温恒定；通过操控平台设定空气供给系统与氢气供给系统按500mA/cm²电流密度的操作条件供应气体，按50mA/cm²电流密度对燃料电池施加电流；

步骤三、利用电压测试仪与阻抗测试仪实时监测吹扫过程电压与阻抗变化，验证电压与阻抗间的对应关系，利用电压值的变化作为燃料电池干湿状态的判断依据；

在吹扫过程中，吹扫初期主要是移除流道内的自由水，此过程中燃料电池内部质子交换膜内水含量基本保持不变，离子电阻不变，因此电压相对稳定；随着吹扫的继续进行，聚合物内水含量逐渐降低，离子电导率逐渐升高，欧姆极化变大，导致电堆电压降低；当反应生成的水与吹扫气体所携带走的水达到动态平衡时膜内水含量趋于稳定，电压趋于稳定；因此，根据吹扫过程电压的变化来判断电池内部水的移除过程，进而判断电池内部的干湿状态；

建立吹扫过程中电压与质子交换膜内水含量间的对应关系，据此关系可通过电压值来判断电堆内部水含量，作为吹扫结束的判断标准；

其中，利用阻抗测试仪测量阻抗值进而间接反应其含水量，根据吹扫过程电压值的变化建立起同阻抗值的关系，阻抗值的变化反应出燃料电池的干湿状态，进而利用电压值来间接判断电池的吹扫状态。

2.根据权利要求1所述的燃料电池停机吹扫的判定方法，其特征在于，吹扫过程中燃料电池电压的变化满足如下公式：

ΔV＝V₁-V₂＝(E_thermo-η_act1-η_ohmic1-η_conc1)-(E_thermo-η_act2-η_ohmic2-η_conc2)

式中，ΔV为吹扫过程中燃料电池电压的变化；V₁为吹扫初始时刻的电压值；V₂为吹扫结束时刻的电压值；E_thermo为热力学可逆电压；η_act1为吹扫初始时刻由反应动力学引起的活化损耗；η_ohmic1为吹扫初始时刻由离子和质子传导引起的欧姆损耗；η_conc1为吹扫初始时刻由质量传输引起的浓度损耗；η_act2为吹扫结束时刻由反应动力学引起的活化损耗；η_ohmic2为吹扫结束时刻由离子和质子传导引起的欧姆损耗；η_conc2为吹扫结束时刻由质量传输引起的浓度损耗。

3.根据权利要求2所述的燃料电池停机吹扫的判定方法，其特征在于，在燃料电池电堆停机吹扫时，利用大气量、低载荷的条件进行吹扫，在此种状态下，电堆活化损耗η_act与浓度损耗η_conc基本维持不变，吹扫过程电堆电压的变化主要受欧姆极化影响，此时，吹扫过程中燃料电池电压的变化满足如下公式：

ΔV＝V₁-V₂＝η_ohmic2-η_ohmic1。

4.根据权利要求3所述的燃料电池停机吹扫的判定方法，其特征在于，所述欧姆损耗满足如下公式：

η_ohmic＝(Ω_BP+Ω_GDL+Ω_MPL+Ω_CL+Ω_m)I

式中，Ω_BP、Ω_GDL和Ω_MPL由电子电阻构成，Ω_CL和Ω_m包含电子电阻和离子电阻两部分，吹扫过程中，电子电阻与离子电阻相比可忽略不计，离子电阻与聚合物内水含量密切相关。

5.根据权利要求4所述的燃料电池停机吹扫的判定方法，其特征在于，聚物内的离子电导率k满足如下公式：

式中，λ为膜内水含量，T为该时刻的温度。