一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法与流程

本发明涉及燃料电池的，尤其涉及一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池是目前车辆常用的燃料电池，一个单一的质子交换膜燃料电池是由阴极、阳极和全氟磺酸膜构成，也称为一个燃料电池膜电极，每个膜电极通过串联堆叠在一起，构成一个燃料电池电堆。燃料电池堆还包括位于多个膜电极之间的一系列双极板，双极板和膜电极位于两个端板之间。氢气和空气通过电堆中的流道分别到达膜电极的阳极侧和膜电极的阴极侧参与反应，供燃料电池发电。燃料电池堆是构成燃料电池系统的关键部分。

2、随着燃料电池系统的使用，系统中燃料电池堆也会逐渐老化，电堆中的各个膜电极性能也会因为各种因素的影响而有所差异，电堆中某个膜电极性能的退化较为直接的表现形式是单个膜电极具有较低的电压。造成电堆中单个膜电极电压低的原因有多种，一般有催化剂的损失、燃料电池质子交换膜的失效、电堆中气体分配不均，物质传输受阻等原因。其中导致质子交换膜失效的原因是车载下动态操作带来的机械应力、温度湿度的变化引起膜的热胀冷缩、随着燃料电池反应带来的化学应力等作用下使质子交换膜变薄，甚至出现针孔和裂纹，造成膜泄露情况出现。随着时间的推移，反应气体会在阴极和阳极两侧的相对压力的作用下从膜电极的阴极向阳极侧横穿或从膜电极的阳极侧向阴极侧横穿。该气体穿透现象会降低电堆中单个燃料电池的电压损失，严重时会造成燃料电池电压的极性反转，极性的反转会导致电池的永久性损伤。而这种膜失效的现象会对燃料电池电堆在小电流密度下运行时的影响更大，当燃料电池系统在小电流下运行时，膜泄露带来的电压损失越明显。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，步骤包括：

3、s1，接收启动指令，燃料电池系统完成正常启动；

4、s2，接收怠速指令，所述燃料电池系统由正常功率输出切换至怠速状态；

5、s3，所述燃料电池系统在初始进入怠速状态时，获取每片燃料电池的单片电压u1；

6、s4，所述燃料电池系统维持怠速运行状态在预设时间后，再次获取当前状态下每片燃料电池的单片电压u2；

7、s5，计算单片电压差值δu，若δu大于预设阈值，则判断该片燃料电池出现膜失效。

8、作为上述技术方案的进一步描述，在步骤s4中，维持所述燃料电池系统在怠速状态下稳定运行的步骤包括：

9、调节排水阀开启时间以及周期；

10、降低空压机转速/调节空气路三通阀和尾排节气门的开度，以对进入燃料电池系统的空气流量进行控制。

11、作为上述技术方案的进一步描述，维持所述燃料电池系统在怠速状态下稳定运行的步骤还包括：

12、通过dc/dc电流转换器以恒流的模式对所述燃料电池系统进行负载输入，使所述燃料电池系统输出对应功率，并在恒流模式下控制电流降低至5a以下，控制单片燃料电池电压在0.85v以下。

13、作为上述技术方案的进一步描述，在步骤s4中，预设时间为2-5min。

14、作为上述技术方案的进一步描述，在步骤s5中，δu＝u2-u1，并且δu的数量与燃料电池单片的数量相匹配。

15、作为上述技术方案的进一步描述，在步骤s2中，所述燃料电池系统在从正常运行状态切换至怠速状态运行前，先切换至小功率状态运行。

16、作为上述技术方案的进一步描述，所述小功率状态为10％pe-怠速工况之间的功率点，其中pe为系统的额定功率。

17、作为上述技术方案的进一步描述，在步骤s3中，所述燃料电池系统的控制器采集到本系统内的净输出功率实际值达到0±1kw时，所述燃料电池系统为初始进入怠速状态。

18、作为上述技术方案的进一步描述，在步骤s3与步骤s4中，所述燃料电池系统的巡检模块采集并计算每片燃料电池电压，并实时发送至燃料电池控制器，读取所述控制器中的单片电压值以获取u1/u2。

19、本发明具有如下有益效果：

20、本发明通过根据燃料电池系统在刚进入怠速状态时燃料电池电堆中的单片电压u1和系统在保持怠速状态一定时间后的燃料电池电堆的单片电压u2的差值来判断膜是否失效，若电压差值超过预设的阈值，则表明膜出现失效，以辅助对燃料电池进行检修，防止膜失效对燃料电池造成永久性且不可逆的性能损失。

技术特征：

1.一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，在步骤s4中，维持所述燃料电池系统在怠速状态下稳定运行的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，维持所述燃料电池系统在怠速状态下稳定运行的步骤还包括：

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，在步骤s4中，预设时间为2-5min。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，在步骤s5中，δu＝u2-u1，并且δu的数量与燃料电池单片的数量相匹配。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，在步骤s2中，所述燃料电池系统在从正常运行状态切换至怠速状态运行前，先切换至小功率状态运行。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，所述小功率状态为10％pe-怠速工况之间的功率点，其中pe为系统的额定功率。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，在步骤s3中，所述燃料电池系统的控制器采集到本系统内的净输出功率实际值达到0±1kw时，所述燃料电池系统为初始进入怠速状态。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，其特征在于，在步骤s3与步骤s4中，所述燃料电池系统的巡检模块采集并计算每片燃料电池电压，并实时发送至燃料电池控制器，读取所述控制器中的单片电压值以获取u1/u2。

技术总结本发明公开了一种燃料电池堆膜电极膜失效判断方法，步骤包括接收启动指令，燃料电池系统完成正常启动；接收怠速指令，燃料电池系统由正常功率输出切换至怠速状态；燃料电池系统在初始进入怠速状态，获取每片燃料电池的单片电压U1；燃料电池系统维持怠速运行状态在预设时间后，再次获取当前状态下每片燃料电池的单片电压U2；计算单片电压差值ΔU，若ΔU大于预设阈值，则判断该片燃料电池出行膜失效。本发明通过根据燃料电池系统在刚进入怠速状态时燃料电池电堆中的单片电压和系统在保持怠速状态一定时间后的燃料电池电堆的单片电压的差值来判断膜是否失效，以辅助对燃料电池进行检修，防止膜失效对燃料电池造成永久性且不可逆的性能损失。技术研发人员：赵翼遥,盛有冬,苗佩宇,张潇丹,赵兴旺,方川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：2024/9/9