[发明专利]一种燃料电池电堆堵水检测方法及新能源汽车

说明书

本发明公开了一种燃料电池电堆堵水检测方法及新能源汽车，检测方法包括：计算当前运行状态下电堆中气体扩散层的收缩尺寸；将电堆中质子交换膜的溶胀增厚尺寸与气体扩散层的收缩尺寸相比，若质子交换膜的溶胀增厚尺寸大于气体扩散层的收缩尺寸，则执行以下步骤：计算当前状态下质子交换膜施加给气体扩散层的力，以及计算当前状态下电堆的进气压力施加给碳纸的力；若当前状态下电堆的进气压力施加给碳纸的力小于质子交换膜施加给气体扩散层的力，则增加电堆的进气压力和进气流量。本发明基于计算气体扩散层的嵌入量来判断电堆堵水状态，预测精度不受膜内阻和电堆输出电压的影响，还可以根据当前工况制定相适应的排水策略。

技术领域

本发明涉及电池电堆堵水控制领域，尤其涉及一种燃料电池电堆堵水检测方法及新能源汽车。

背景技术

燃料电池在运行过程中由于受热以及其具有亲水性，分别会导致质子交换膜热膨胀和溶胀，质子交换膜的溶胀会挤压气体扩散层（Gas Diffusion Layer，以下简称GDL），导致GDL嵌入由双极板槽界定的流道中，传质面积减小，从而影响反应气体的分散均匀性，更会导致电化学反应出来的水由于流道体积减小而很难排出，最终导致电堆堵水，影响电堆的输出性能和寿命。

现有技术通过在线监测电堆的内阻，以及结合电堆电压的波动情况来判断电堆是否堵水，确定堵水后，通过增加进气流量将水吹出。但是，现有技术很难通过电堆的内阻来精确判断电堆是否堵水，因为电堆的内阻取决于质子交换膜的内阻，当膜饱和后，即使电堆堵水也无法使电堆的内阻发生明显的变化；另一方面，由于电堆运行中，电压本身就会有一定的波动，很难判断出电堆电压波动的原因，造成无效的排水。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池电堆堵水检测方法，精确判断GDL是否因受到质子交换膜溶胀施加的压力而嵌入双极板流道中，并结合实际工况制定适应性排水策略。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种燃料电池电堆堵水检测方法，包括以下步骤：

通过以下公式计算当前运行状态下电堆中气体扩散层的收缩尺寸：∆L₂=－α×T×L_G，其中，∆L₂为气体扩散层的收缩尺寸，L_G为气体扩散层用碳纸的初始被压缩后的厚度尺寸，α为碳纸厚度方向的热膨胀系数，T为当前电堆内部的运行温度；

将电堆中质子交换膜的溶胀增厚尺寸与所述气体扩散层的收缩尺寸相比，若所述质子交换膜的溶胀增厚尺寸大于所述气体扩散层的收缩尺寸，则执行以下步骤：

通过以下公式计算当前状态下所述质子交换膜施加给气体扩散层的力：

，其中，F_m为膜溶胀后施加给气体扩散层的力，E为膜的弹性模量，S为膜与气体扩散层的接触面积，∆L₁为质子交换膜的溶胀增厚尺寸，∆L₂为气体扩散层的收缩尺寸；以及