[发明专利]燃料电池电堆气体组分回流影响的模拟测试方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池电堆气体组分回流影响的模拟测试方法，涉及氢质子交换膜燃料电池测试领域，使用模拟测试系统，对具有尾气回流装置的电堆运行系统的电堆产生尾气进行流量和组分分析，并根据回流比例计算入堆气体流量和组成，将该入堆气体流量和组成用于气源处气体流量和组分的再次调整，模拟实际回流条件下的入堆气体流量和组成，运行电堆并进行检测，按照时间记录相关组分和总量与电堆性能的数据关系，真实尾气不返回电堆入口；通过模拟测试，获得稳定的、接近回流方式的实验条件，可避免出口气体直接回流与进口气体混合造成复杂工作状况的耦合波动等对实验数据的不利影响，从而稳定地获得电堆在尾气回流条件下的性能检测。

技术领域

本发明涉及氢质子交换膜燃料电池测试领域，具体涉及一种对阴极和阳极工作气体经过电堆反应后燃料电池电堆气体组分回流影响的模拟测试方法。

背景技术

燃料电池（PEMFC与SOFC等）的性能测试有很多内容，其中包括作为燃料和氧化剂的两种工作气体运行分析，分析其气源组分和含量、电堆运行条件下的组分变化，以及如果有尾气返回电堆，其对电堆性能的影响。

以氢质子交换膜燃料电池的阳极燃料气氢气为例，燃料一般以高含量氢气或高纯度氢气为主，在实际运行的条件下，阳极尾气直接排出电堆或循环回流再次进入电堆。其回流方式下，杂质气体如氮气、二氧化碳等对电堆的影响需要进行评估，包括氢气实际利用率和杂质气体累计程度，包括气源自身含有、电极渗透、电堆各种反应新产生或在原基础上含量比例变化的氢气与非氢气组分，以及电堆在变化的条件下的运行效率和外围寄生功率评价。

一般而言，如常用的氢质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等，电堆工作气体回流，使用直接回流的方法由于气体组分变化和操作条件的波动，存在动态耦合的问题，实际难以评价特定回流的影响。

对入堆原料气采用模拟技术，有针对地设计测试系统结构和控制方法，以稳定的进堆原料以及氧化剂的模拟方式建立电堆回流气体影响的测试，也可以获得依据和运行条件，有根据地提高工作气体利用率，或合理地降低工作气体标准。但是目前尚缺少相关技术将实际组分在经过电堆后的变化应用于电堆回流进气的反馈管理中，缺少分析该变化对电堆运行影响和优选控制的技术方案。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种燃料电池电堆气体组分回流影响的模拟测试方法，通过模拟测试，获得稳定的、接近回流方式的实验条件，可避免出口气体直接回流与进口气体混合造成复杂工作状况的耦合波动等对实验数据的不利影响，从而稳定地获得电堆在尾气回流条件下的性能检测。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池电堆气体组分回流影响的模拟测试方法，使用模拟测试系统，对具有尾气回流装置的电堆运行系统的电堆产生尾气进行流量和组分分析，并根据回流比例计算入堆气体流量和组成，将该入堆气体流量和组成用于气源处气体流量和组分的再次调整，模拟实际回流条件下的入堆气体流量和组成，运行电堆并进行检测，按照时间记录入堆气体组分和总量与电堆性能的数据关系，真实尾气不返回电堆入口。

进一步的，所述模拟测试系统包括通过管道依次相连接的工作气体配制供应单元、尾气控制单元以及分离检测单元，三者通过控制管理单元进行运行管理，被检测电堆设置于工作气体配制供应单元与尾气控制单元之间。

进一步的，将所述具有尾气回流装置的电堆运行系统的气源供应比作为原始组成，将气源各组分绝对量作为原始绝对量，原始组成与原始绝对量共同为原始物料；

将被检测电堆采用原始物料运行产生的尾气作为第一尾气。

进一步的，模拟测试具体包括如下步骤：

S001.被检测电堆接入模拟测试系统，验证气源处工作气体满足供应以及模拟测试系统密封达到要求，使用惰性气体吹扫，启动模拟测试系统；

S002.输入模拟测试系统运行的原始物料参数；