[发明专利]燃料电池电堆无外增湿的启动及测试方法

说明书

燃料电池电堆无外增湿的启动及测试方法，测试中电堆不用设置加湿器，启动及测试方法包括两步；第一步：阳极使用氢循环模式，阴极采用干空气进气模式，根据设置的条件参数快速升载到额定电压，然后控制电堆循环水入口温度在70℃并维持不变；第二步：根据不同电流密度下的操作条件参数进行降载，在测试时，在整个降载过程中，电堆的高频阻抗值保持相对稳定，进行IV曲线测试并记录电堆各个性能参数。不需采用阴极加湿方案对空气加湿，而且仍然有利于减小PEM的干湿循环，并增加PEM的寿命。简省加湿器配置，有利于降低燃料电池系统价格，顺应燃料电池的发展趋势。

技术领域

本发明涉及IPC分类H01M8/00燃料电池及其制造技术，尤其是燃料电池电堆无外增湿的启动及测试方法。

背景技术

燃料电池测试技术主要包括三个部分：第一是燃料电池关键部件的基础性能测试；第二是燃料电池关键部件的稳定性测试；第三是燃料电池堆和燃料电池系统的性能测试。当前发达国家对车用燃料电池的发展非常重视，制定一系列与燃料电池关键零部件有关的国家标准，主要涉及质子交换膜、催化剂、膜电极和双电板等部件的性能测试。

上海捷氢科技有限公司在中国专利申请202010616238.2中提供了一种燃料电池电堆工况的测试系统及测试方法，通过调整所述氢气旁路调压阀和所述排氢电磁阀的动作策略，实现对进入所述燃料电池电堆的氢气的压力和流量进行控制，以及通过调整所述空压机和所述排空背压阀的动作策略，实现对进入所述燃料电池电堆的环境空气的压力和流量进行控制。也就是说，该测试系统可以快速准确的对氢气和空气的压力和流量进行控制，同时结合氢气循环泵，可以模拟氢气的循环，从而最大限度的复现电堆在燃料电池系统中的动态工作情况。

在已经公开的专利文献中，可见目前市场上的车用燃料电池系统，基本上都采用阴极加湿方案对空气加湿，例如专利CN207765543U，CN211125841U等。这种方式有利于减小PEM的干湿循环并且增加PEM的寿命。

但是目前主流的车用加湿器可选择方案较少，并且加湿器的价格也十分昂贵，这不利于降低燃料电池系统价格，有悖于燃料电池的发展趋势。

本领域内对于车用燃料电池系统开发而言，追求在保证电堆可靠性和寿命的前提下，测试系统零部件越少，不但电堆故障率会必然越低，而且电堆价格也会显著越低，但是现有技术无法简省外加湿环节。

发明内容

本发明的目的是提供燃料电池电堆无外增湿的启动及测试方法，不需采用阴极加湿方案对空气加湿，而且仍然有利于减小PEM的干湿循环。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：一种用于燃料电池电堆无外增湿的启动及测试方法，在无外增湿的条件下，燃料电池电堆的启动和测试方法，包括两步；第一步：阳极使用氢循环模式，阴极采用干空气进气模式，根据设置的条件参数快速升载到额定电压，通过常温快速启动升载，使得电流在较低电堆温度下快速增加，在短时间内，膜电极产生的水满足低温时MEA自身所需，在整个快速启动过程中，电堆的高频阻抗值相对稳定，控制电堆循环水入口温度在70℃并维持不变；第二步：根据不同电流密度下的操作条件参数进行降载；在大电流时，MEA阴极侧会产生大量的水，而其中部分的水从阴极反渗透至阳极，通过阳极氢循环，使得阳极满足阳极气体相对湿度要求；而中低电流密度下，通过降低电堆温度，MEA阴极侧自身产生的水也满足低温时阴/阳极气体所需相对湿度要求；在整个降载过程中，电堆的高频阻抗值保持相对稳定，在测试时，进行IV曲线测试并记录电堆各个性能参数。

尤其是，第一步中，采用14节短堆启动程序，启动时的主要参数表如下表a，第二步中，在测试时，IV曲线对应的参数序列，如下图表b：

表a.干空气启动操作条件表

表b.干空气IV测试操作条件表