一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法与流程

本发明涉及电池检测，具体涉及一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法。

背景技术：

1、质子交换膜氢燃料电池是一种高效无污染的新型技术手段，燃料电池电堆根据功率大小包含几十到几百节电池不等，电堆有统一的供气管路将反应气分配到各个单节。

2、现有技术中，对电堆内流体分配一致性检测方法有：

3、1.通过测量装置来测量单池出入口的压力降值或单池出口的动压值，进而计算出单池流体分配量，以判断燃料电池电堆内流体分配的一致性，但对于大功率燃料电池而言其电堆节数可达几百节，因此测量每一节电池出入口压力时其定位准确性很难保证，测量误差较大；

4、2.通过向燃料电池电堆阳极或阴极入口通入氢气和惰性气体的混合气，并在电堆各单池两极间施加同一用于氢气氧化的电压，通过比较各单电池的氧化电流的一致性来判断流体分配的一致性，由于电流的一致性影响因素很多，不能判断是否由流体分配的一致性引起；

5、3.利用特殊加工件将压力测点分布在公用通道不同位置处，通过多个压差表测量电堆公共通道内的压力分布，利用流量与压力的关系来拟合曲线，进而得到不同位置处的流量值，虽然能根据测量的压力结果拟合处流量曲线，但其测量装置复杂，测量误差较大，方法不易实现。

6、4.通过采用大气量的氢空干气在低载荷下对电堆进行吹扫，监控吹扫过程中电压的分布间接判断电堆流体分配一致性。此种方法采用氢空干气吹扫电堆，会造成膜干，会对膜造成损伤，影响电堆的后续使用。另外低载荷可能存在的高电位也会影响电堆后续的使用。

7、由于多个单池进行装配时产生的误差造成的气体分配不均，可能会影响整个电堆电压的一致性，进而影响寿命和可靠性，因此提供一种能快速简单便宜的电堆气体分配一致性判断方法意义重大。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，包括如下步骤：

2、将所述燃料电池电堆进行充分活化，按照预设极化工况运行到额定功率；在额定电流下选择调整一种运行环境参数，每种运行环境参数包括对应的区间阈值，在所述区间阈值内进行逐级测试，所述逐级测试保持预定时间以生成每个级别下对应的各节单电池电压数据；将获取的各节单电池的电压波动率与预设的标准波动率阈值进行比较，定位出低于所述预设的标准波动率阈值的各节单电池。

3、优选的：所述运行环境参数包括调整阴极计量比，按照阴极计量比从高到低的顺序逐级进行测试单电池电压。

4、优选的：所述阴极计量比的区间阈值为2.0-1.1，逐级按照降低0.1进行测试。

5、优选的：所述运行环境参数包括调整阴极相对湿度，按照阴极相对湿度从低到高的顺序逐级进行测试单电池电压。

6、优选的：所述阴极相对湿度的区间阈值为10％-160％，逐级按照提升10％进行测试。

7、优选的：所述运行环境参数包括调整冷却液的进堆温度，按照冷却液的进堆温度从高到低的顺序逐级进行测试单电池电压。

8、优选的：所述冷却液的进堆温度的区间阈值为75-20℃，逐级按照降低5℃进行测试。

9、优选的：在所述预定时间中选择预设的末端时间进行数据统计，所述各节单电池电压波动率为σ，计算公式如下：

10、

11、其中，n为单电池节数，vi为单电池电压，vmean为电堆平均电压。

12、优选的：所述预设极化工况为正常运行的极化工况，预设极化工况中燃料电池电堆的电流密度相同。

13、优选的：所述预定时间为10-30min，所述预设的末端时间3-5min。

14、本发明的技术效果和优点：

15、1、本发明中，在正常运行的极化工况条件下，正常运行的极化工况中燃料电池电堆的电流密度相同，该方法通过改变运行环境参数，使得各节单电池电压受到气体的分配不一致性的影响越来越大，造成单电池电压的波动，利用燃料电池测试台的电压巡检系统对单电池电压监控并记录各节单电池电压数据，操作简单易行，无需外置增加其他设备。

16、2、本发明中，通过主动改变运行环境参数使得气量分配不均匀，造成单电池电压的波动增大，即可对电堆流体一致性作出判断，不会对电堆造成任何损伤，不会影响电堆的后续使用。

17、3、本发明中，采用的单电池电压波动率的计算方法，可以准确定位出气体分配较差的单电池。

技术特征：

1.一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，燃料电池电堆由n节以上的依次堆叠且气路并联的单电池组成；所述燃料电池电堆包括阴极、阳极和冷却路，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，所述运行环境参数包括调整阴极计量比，按照阴极计量比从高到低的顺序逐级进行测试单电池电压。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，所述阴极计量比的区间阈值为2.0-1.1，逐级按照降低0.1进行测试。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，所述运行环境参数包括调整阴极相对湿度，按照阴极相对湿度从低到高的顺序逐级进行测试单电池电压。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，所述阴极相对湿度的区间阈值为10％-160％，逐级按照提升10％进行测试。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，所述运行环境参数包括调整冷却液的进堆温度，按照冷却液的进堆温度从高到低的顺序逐级进行测试单电池电压。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，所述冷却液的进堆温度的区间阈值为75-20℃，逐级按照降低5℃进行测试。

8.根据权利要求1-7中任一所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，在所述预定时间中选择预设的末端时间进行数据统计，所述各节单电池电压波动率为σ，计算公式如下：

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，所述预设极化工况为正常运行的极化工况，预设极化工况中燃料电池电堆的电流密度相同。

10.根据权利要求8所述的一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，其特征在于，所述预定时间为10-30min，所述预设的末端时间3-5min。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法，燃料电池电堆由n节以上的依次堆叠且气路并联的单电池组成；所述燃料电池电堆包括阴极、阳极和冷却路，将所述燃料电池电堆进行充分活化，按照预设极化工况运行到额定功率；在额定电流下选择调整一种运行环境参数，每种运行环境参数包括对应的区间阈值，在所述区间阈值内进行逐级测试，所述逐级测试保持预定时间以生成每个级别下对应的各节单电池电压数据；通过主动改变运行环境参数使得气量分配不均匀，造成单电池电压的波动增大，即可对电堆流体一致性作出判断，不会对电堆造成任何损伤，不会影响电堆的后续使用。

技术研发人员：李春峰,徐云飞,胥巍巍,黄海鹏,陈凯,张天雷
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29