一种燃料电池双堆一致性评价方法与流程

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池双堆一致性评价方法。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池是一种将燃料化学能直接转换为电能的能量转化装置，具有能量转化效率高、响应速度快、环境友好等优点，目前，在交通运输、固定电站、航空航天等领域已经得到了广泛的应用。而燃料电池双堆是由两个单堆组合而成，能够提供更大的功率，从而满足特殊领域的需求，为了确保燃料电池双堆的高效可靠工作，往往需要对燃料电池堆的一致性进行评价。

2、燃料电池堆的一致性主要包括：1)单电池性能的一致性，2)流体分配的一致性。结构设计的不合理、极板差异或电堆组装误差，会引起流场的阻力降不同，导致流体分配的一致性；材料差异、成型工艺会造成单电池的不一致。电堆的一致性对燃料电池整堆的性能发挥具有重要的意义，不一致将影响电堆性能的稳定性、可靠性和耐久性。燃料电池堆各单片电压存在不同程度的差异性，应尽量一致，若单片电压波动太大将导致局部电流密度过高，容易出现热点，甚至出现反极现象，导致电堆失效。因此，提供一种完整而全面的双堆的一致性评价方法意义重大。

3、目前常用燃料电池一致性的评价方法主要为：单电池波动率、单电池电压变化的均方根值、单电池电压变化的幅度和图形法；其中应用最为广泛的是单电池波动率，而图形法则能够直观和形象地反应燃料电池堆单电池一致性情况。

4、比如，中国专利cn105789660a通过在质子交换膜燃料电池电堆阳极入口或阴极入口通入氢气同惰性气体的混合气，并在质子交换膜燃料电池电堆各单电池两极间施加同一用于氢气氧化的电压，通过测试并比较各节单电池的氧化电流的一致性来判断质子交换膜燃料电池电堆流体分配的一致性。但上述专利中的质子交换膜燃料电池电堆流体分配一致性的检测方法存在以下不足：检测过程繁琐，且无法保证电堆内每一节电池操作条件的一致。

5、中国专利cn114512695a则提出了一种计算电堆的整体一致性的方法，通过计算每个电压分组内电压的均方差后，估计膜电极的制造一致性变差，最后根据计算的制造一致性变差，计算电堆设计结构导致的一致性。然而上述单电池波动率只能反映整堆的一致性，无法判断电压差异是由于单电池性能不一致造成的，还是由于流量分配不一致而引起的。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池双堆一致性评价方法，能够简单直观地对燃料电池双堆进行系统全面的评价，避免个别单体电池性能的差异对评价结果产生不良影响。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池双堆一致性评价方法，包括以下步骤：

3、s1、将密筛选合格的单电池，按照标准流程进行活化后，组装到燃料电池双堆中；

4、s2、测量额定电流下单节电池的电压信号；

5、s3、按照设定的调整幅度，对燃料气/氧化气的进气计量比进行调整；

6、s4、再次测量额定电流下单节电池的电压信号；

7、s5、对步骤s2和s4得到的两次电压信号数据进行分组处理，输出得到上下堆平均电压、单体电压波动率和单体电压变化率，其中，上下堆平均电压对应于上下堆一致性评价结果、单体电压波动率对应于单电池一致性评价结果、单体电压变化率对应于流体分配一致性评价结果。

8、进一步地，所述步骤s2和步骤s4中额定电流具体为200～800a。

9、进一步地，所述步骤s2和步骤s4具体是通过测试巡检的方式测量获取电压信号。

10、进一步地，所述步骤s3中调整幅度具体为1％～5％。

11、进一步地，所述步骤s5具体包括以下步骤：

12、s51、对步骤s2和s4得到的两次电压信号数据进行分组处理；

13、s52、计算上、下堆及整堆的平均电压vave-u、vave-d和vave；

14、s53、计算上、下堆及整堆电压的均方波动率cv-u、cv-d和cv；

15、s54、计算单电池电压的变化率并记录波动率大于预设阈值的单电池片号i；

16、s55、通过不同气量比下vave-u、vave-d的值，来评价上下堆的一致性；

17、通过不同气量比下cv-u、cv-d、cv的值，来评价整堆的单电池的一致性；

18、通过不同气量比下单电池波动率大于预设阈值的单电池片号的离散性，来评价气体分配的一致性。

19、进一步地，所述步骤s52中上、下堆的平均电压具体为：

20、

21、其中，vave-u为上堆的平均电压，vi-u为上堆第i节的电压信息，n为电堆节数；vave-d的计算同理，vi-d为下堆第i节的电压信息。

22、进一步地，所述步骤s53中均方波动率的计算公式为：

23、

24、

25、其中，cv-u为上堆的单片电压均方波动率，cv-d的计算同理，cv为整堆的电压均方波动率。

26、进一步地，所述步骤s54中单电池电压的变化率具体为：

27、

28、其中，为单电池电压的变化率，vi和vi’分别为第i节单电池改变进气计量比前的改变进气计量比后的电压，vmean为改变进气计量比前后所有单电池的平均电压。

29、进一步地，所述步骤s54中预设阈值具体为5％。

30、进一步地，所述步骤s55中，若改变进气计量比前后，上下堆的平均单片电压vave-u和vave-d差异小于或等于第一设定差值，则表明上下堆一致性较好；

31、若改变进气计量比前后，上下堆及整堆电压的均方波动率cv-u和cv-d，cv差异小于或等于第二设定差值，则表明单片的一致性较好；

32、若改变进气计量比前后，单电池波动率大于预设阈值的单电池片号无连续性，则表明气体分配一致性较好。

33、与现有技术相比，本发明通过调节燃料气/氧化气的进气计量比，以前后两次测量获取额定电流下单节电池的电压信号，通过对两次电压信号进行分组处理，分别计算出上下堆的平均电压、上下堆及整堆电压的均方波动率、单电池的变化率，由此实现对上下堆一致性的评价、对单电池一致性的评价、对流体分配一致性的评价。本发明的操作过程简单可靠，能够对燃料电池双堆进行系统而全面的评价，避免由于个别单电池性能的差异，而对整堆的一致性评价造成不良影响，且评价结果的数据简单直观。

技术特征：

1.一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s2和步骤s4中额定电流具体为200～800a。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s2和步骤s4具体是通过测试巡检的方式测量获取电压信号。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s3中调整幅度具体为1％～5％。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s5具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s52中上、下堆的平均电压具体为：

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s53中均方波动率的计算公式为：

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s54中单电池电压的变化率具体为：

9.根据权利要求5所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s54中预设阈值具体为5％。

10.根据权利要求5所述的一种燃料电池双堆一致性评价方法，其特征在于，所述步骤s55中，若改变进气计量比前后，上下堆的平均单片电压vave-u和vave-d差异小于或等于第一设定差值，则表明上下堆一致性较好；

技术总结
本发明涉及一种燃料电池双堆一致性评价方法，包括：将密筛选合格的单电池，按照标准流程进行活化后，组装到燃料电池双堆中；测量额定电流下单节电池的电压信号；按照设定的调整幅度，对燃料气/氧化气的进气计量比进行调整；再次测量额定电流下单节电池的电压信号；对两次电压信号进行分组处理，输出得到上下堆平均电压、单体电压波动率和单体电压变化率，其中，上下堆平均电压对应于上下堆一致性评价结果、单体电压波动率对应于单电池一致性评价结果、单体电压变化率对应于流体分配一致性评价结果。与现有技术相比，本发明能够全面和系统地评价燃料电池双堆的一致性，数据处理简单、结果更加直观，能够为电堆结构设计和优化提供参考和数据支撑。

技术研发人员：赵瑞敏,李笑晖,李振林,陈小晶,王豪杰,甘全全,戴威
受保护的技术使用者：上海神力科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11