一种燃料电池堆排水能力快速测试方法及系统

本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池堆排水能力快速测试方法及系统。

背景技术：

1、现有技术在燃料电池领域，质子交换膜燃料电池水管理是保障燃料电池正常运行的基础。燃料电池内部水的传递共有七种形式，分别是阴极反应生成水，空气气流带出的水，阴极反扩散到阳极的水，空气増湿，氢气増湿和通过循环氢分水器带出的水。通过合理的操作条件和控制策略实现健康的水管理，是燃料电池高性能和长寿命的重要前提。水管理不善一般会导致燃料电池膜干或水淹。其中水淹是pemfc运行中的一个常最见的问题，随着反应气体湿度的增加，铂的溶解沉淀和碳载体腐蚀都会加速。另外，过多的液态水如果没有及时排出，会堵塞催化层、扩散层的流动传质通道，并立即导致反应物欠气，不仅影响燃料电池的功率输出，还会导致催化剂载体降解的加速。

2、在车用燃料电池应用场景中还会有一些极端条件出现，例如车辆由于异常操作导致整车急停，此时的燃料电池可能从高功率输出的状态瞬间停机，而整车的急停导致没有继续执行吹扫指令，反应生成的大量液态水将滞留在扩散层微孔结构以及双极板的流道内，从而导致下次无法正常启动。更恶劣的情况是，如果此异常停机后不能及时开机吹扫，经过一段时间燃料电池自然降温后，将会有更多的液态水冷凝后滞留在电堆内部，而再次启动时，也将花费更长的时间执行吹扫，这将消耗更多人力物力以及降低用户体验感，甚至导致燃料电池水淹严重而无法启动。因此燃料电池的生产需要对电堆的排水能力作出评价，但是现有技术中并没有考虑到如何对电堆的排水能力做出快速的评价。

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测试效率高的燃料电池堆排水能力快速测试方法及系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的一个方面，一种燃料电池堆排水能力快速测试方法，包括以下步骤：

4、1)按照第一预设优先级设置待测燃料电池堆的启动模式，按照第二预设优先级设置当前启动模式下的加载速率，判断待测燃料电池堆启动成功，若是，则执行步骤2)，若否，则执行步骤4)；

5、2)设置低一个优先级的启动模式，按照第二预设优先级设置当前启动模式下的加载速率，执行步骤3)；

6、3)判断待测燃料电池堆启动成功，则重复执行步骤2)，直至到达最低优先级，以最高优先级所对应的评价等级作为最终测试结果，若否，则执行步骤4)；

7、4)按照第二预设优先级设置当前启动模式下低一个优先级的加载速率，直至待测燃料电池堆启动成功，以启动成功时对应的评价等级作为最终测试结果；

8、每一所述评价等级对应一种启动模式和该启动模式下的一种加载速率。

9、进一步地，所述启动模式包括常温启动、急停后热机启动和急停后冷机启动，所述第一预设优先级中，常温启动的优先级最高，急停后冷机启动的优先级最低。

10、进一步地，所述第二预设优先级中，按加载速度从大到小对应为优先级从高到低。

11、进一步地，所述常温启动的过程包括：

12、待测燃料电池堆经过吹扫并冷却后，通入≤35℃的循环水持续10min以上，设置试验参数，在达到试验条件后，按当前的加载速率执行拉载指令，记录启动过程中电堆温度、内阻和各节电压的数值变化，判断是否启动成功。

13、进一步地，所述急停后热机启动的过程包括：

14、按照正常启动方式将待测燃料电池堆加载到额定功率点，持续运行15min以上，执行紧急急停指令且不执行吹扫指令，静置至少5min后，重新启动，同时启动循环水，设置试验参数，在达到试验条件后，按当前的加载速率执行拉载指令，记录启动过程中电堆温度、内阻和各节电压的数值变化，判断是否启动成功。

15、进一步地，所述急停后冷机启动的过程包括：

16、按照正常启动方式将待测燃料电池堆加载到额定功率点，持续运行15min以上，执行紧急急停指令且不执行吹扫指令，启动快速降温指令，在达到冷机温度后，关闭快速降温功能，重新启动，同时启动循环水，设置试验参数，在达到试验条件后，按当前的加载速率执行拉载指令，记录启动过程中电堆温度、内阻和各节电压的数值变化，判断是否启动成功；

17、所述快速降温指令下，通入温度≤35℃循环水使待测燃料电池堆快速降温15min以上。

18、进一步地，该方法还包括：

19、基于所述测试结果对燃料电池堆结构设计、材料选型和/或工艺进行选择。

20、进一步地，每一所述启动模式对应至少三种加载速率。

21、本发明的另一方面还提供一种燃料电池堆排水能力快速测试系统，包括总控制器以及分别和所述总控制器连接的电子负载控制装置、状态采集装置、高温冷却液循环装置和低温冷却液循环装置，进行测试时，待测燃料电池堆分别连接电子负载控制装置、状态采集装置、高温冷却液循环装置和低温冷却液循环装置，所述总控制器存储有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述燃料电池堆排水能力快速测试方法的指令。

22、进一步地，所述状态采集装置包括氢气流量计和空气流量计。

23、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

24、(1)本发明模拟实际应用场景下燃料电池的几个极端工作场景，设计不同严酷程度的启动模式，并且在不同启动模式下，采用不同的加载速率来对其严酷程度定级，能够快速获得燃料电池堆排水能力的测试结果，测试精准且测试效率高。

25、(2)本发明在急停后冷机启动的测试过程中，设计快速降温方式，大幅缩短急停后冷启动试验周期，提高了测试效率。

26、(3)本发明可以对被测电堆的排水能力做出快速评价，同时方便对燃料电池堆结构设计、材料选型及工艺的快速筛选，缩短开发周期，提高了资源利用率，同时对燃料电池系统操作条件及控制策略提供一定的指引。

技术特征：

1.一种燃料电池堆排水能力快速测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆排水能力快速测试方法，其特征在于，所述启动模式包括常温启动、急停后热机启动和急停后冷机启动，所述第一预设优先级中，常温启动的优先级最高，急停后冷机启动的优先级最低。

3.根据权利要求1所述的燃料电池堆排水能力快速测试方法，其特征在于，所述第二预设优先级中，按加载速度从大到小对应为优先级从高到低。

4.根据权利要求2所述的燃料电池堆排水能力快速测试方法，其特征在于，所述常温启动的过程包括：

5.根据权利要求2所述的燃料电池堆排水能力快速测试方法，其特征在于，所述急停后热机启动的过程包括：

6.根据权利要求2所述的燃料电池堆排水能力快速测试方法，其特征在于，所述急停后冷机启动的过程包括：

7.根据权利要求1所述的燃料电池堆排水能力快速测试方法，其特征在于，该方法还包括：

8.根据权利要求1所述的燃料电池堆排水能力快速测试方法，其特征在于，每一所述启动模式对应至少三种加载速率。

9.一种燃料电池堆排水能力快速测试系统，其特征在于，包括总控制器以及分别和所述总控制器连接的电子负载控制装置、状态采集装置、高温冷却液循环装置和低温冷却液循环装置，进行测试时，待测燃料电池堆分别连接电子负载控制装置、状态采集装置、高温冷却液循环装置和低温冷却液循环装置，所述总控制器存储有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述燃料电池堆排水能力快速测试方法的指令。

10.根据权利要求9所述的燃料电池堆排水能力快速测试系统，其特征在于，所述状态采集装置包括氢气流量计和空气流量计。

技术总结
本发明涉及一种燃料电池堆排水能力快速测试方法及系统，该方法模拟实际应用场景下燃料电池的几个极端工作场景，设计不同严酷程度的启动模式，并且在不同启动模式下，采用不同的加载速率来对其严酷程度定级，通过判断不同严酷等级的启动策略下，燃料电池启动成功与否，对被测电堆的排水能力做出快速评价；所述启动模式包括常温启动、急停后热机启动和急停后冷机启动。与现有技术相比，本发明具有测试效率高等优点，可以实现对燃料电池堆结构设计、材料选型及工艺的快速筛选。

技术研发人员：李冰,楚天阔,明平文
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13