專利名稱：用于燃料電池堆健康量化的車載算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及用于量化燃料電池堆中薄膜和電極的健康的方法，更特別地，涉及用于估計燃料電池堆中薄膜的橫穿寄生電流和短路電阻以確定電池堆中燃料電池的健康的方法。
背景技術(shù)：
因?yàn)闅淇稍偕?，并可用于在?料電池中有效發(fā)電，所以是一種非常有吸引力的燃料。氫燃料電池是一種電化學(xué)裝置，包括陽極和陰極以及位于其間的電解質(zhì)。陽極接收氫，陰極接收氧或空氣。氫在陽極中分解，產(chǎn)生自由的氫質(zhì)子和電子。氫質(zhì)子穿過電解質(zhì)到陰極。氫質(zhì)子與陰極的氧和電子反應(yīng)，產(chǎn)生水。陽極的電子無法穿過電解質(zhì)，因此在被輸送至陰極之前被弓I導(dǎo)通過負(fù)載做功。質(zhì)子交換薄膜燃料電池(PEMFC)是一種用于車輛的常見燃料電池。PEMFC通常包括固態(tài)聚合物電解質(zhì)質(zhì)子導(dǎo)電薄膜，例如全氟磺酸薄膜。陽極和陰極通常包括支撐在炭顆粒上并與離聚物混合的細(xì)分催化劑顆粒，通常為鉬(Pt)。催化劑混合物沉積在薄膜的相對側(cè)上。陽極催化劑混合物、陰極催化劑混合物和薄膜的組合限定了薄膜電極組件(MEA)。為有效操作，MEA需要適當(dāng)?shù)娜剂瞎?yīng)和濕度。通常，若干燃料電池組合形成燃料電池堆，以產(chǎn)生期望的功率。燃料電池堆接收陰極輸入氣體，通常為通過壓縮機(jī)強(qiáng)制通過電池堆的空氣流。不是全部的氧都被電池堆消耗掉，一部分空氣輸出作為陰極廢氣，包括作為電池堆副產(chǎn)物的水。燃料電池堆還接收注入電池堆陽極側(cè)的陽極氫輸入氣體。燃料電池堆通常包括位于電池堆中幾個MEA之間的一系列雙極板，其中雙極板和MEA位于兩個端板之間。雙極板包括用于電池堆中相鄰燃料電池的陽極側(cè)和陰極側(cè)。陽極氣體流動通道設(shè)在雙極板的陽極側(cè)上，允許陽極反應(yīng)氣體流向相應(yīng)的MEA。陰極氣體流動通道設(shè)在雙極板的陰極側(cè)上，允許陰極反應(yīng)氣體流向相應(yīng)的MEA。一個端板包括陽極氣體流動通道，另一端板包括陰極氣體流動通道。雙極板和端板由導(dǎo)電材料制成，例如不銹鋼或?qū)щ姀?fù)合材料。端板將燃料電池產(chǎn)生的電導(dǎo)出電池堆。雙極板還包括冷卻流體流動通過的流動通道。MEA是可滲透的，從而允許空氣中的氮從電池堆的陰極側(cè)從其滲透通過，并聚集在電池堆的陽極側(cè)，通常稱為氮?dú)鈾M穿(nitrogen cross-over)。即使陽極側(cè)壓力可能稍高于陰極側(cè)壓力，陰極側(cè)局部壓力會引起氧氣和氮?dú)鉂B透通過薄膜。在存在陽極催化劑時，滲透的氧氣燃燒，但是燃料電池堆陽極側(cè)中滲透的氮稀釋了氫。如果氮濃度提高超過一定的百分比，例如50%，那么電池堆中的燃料電池會變得缺少氫。如果陽極變得缺少氫，那么燃料電池堆會無法產(chǎn)生充足的電力，可能損壞燃料電池堆中的電極。當(dāng)薄膜老化時，它們變得更薄，從而允許氮以更快的速率滲透到陽極側(cè)。本領(lǐng)域中已知在燃料電池堆的陽極廢氣輸出處設(shè)置放泄閥，以從電池堆的陽極側(cè)去除氮。本領(lǐng)域還已知，使用模型估計陽極側(cè)中氮的摩爾分?jǐn)?shù)，以確定何時執(zhí)行陽極側(cè)或陽極子系統(tǒng)的放氣。但是，模型估計會含有誤差，特別是在燃料電池系統(tǒng)的部件(例如薄膜)隨著時間的過去出現(xiàn)退化時。如果陽極氮摩爾分?jǐn)?shù)估計顯著高于實(shí)際氮摩爾分?jǐn)?shù)，那么燃料電池系統(tǒng)會排出比必要更多的陽極氣體，即，浪費(fèi)燃料。如果陽極氮摩爾分?jǐn)?shù)估計顯著低于實(shí)際氮摩爾分?jǐn)?shù)，那么系統(tǒng)會排出不足的陽極氣體，燃料電池可能會缺乏反應(yīng)物，這會損壞燃料電池堆的電極。燃料電池堆的電壓根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的功率需求而變化。這稱為電池堆的電壓循環(huán)。電壓循環(huán)引起催化劑顆粒變化，例如，催化劑顆?？赡芫奂瑥亩档碗娀瘜W(xué)反應(yīng)可在其上發(fā)生的表面積。這引起燃料電池的效率降低并降低了其耐用性。另外，催化劑顆粒的聚集會引起催化劑載體萎陷。還會發(fā)生催化劑層的腐蝕，這也降低了燃料電池的耐用性。本領(lǐng)域需要在電池堆中薄膜的整個壽命中以一種方式確定燃料電池堆中電極和薄膜的健康，這種方式無需車輛接受維修且無需會影響車輛正常操作的繁瑣測試條件就可在車輛中的燃料電池堆上執(zhí)行。量化燃料電池車輛中電極和薄膜健康的能力提供了基于駕駛需求最優(yōu)化車輛效率和動力的眾多可能性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種用于確定燃料電池堆中燃料電池的健康的方法。該方法包括保持到所述燃料電池堆的陽極側(cè)的恒定氫流，并在陽極側(cè)中的氫達(dá)到預(yù)定濃度時，關(guān)閉到所述燃料電池堆的陰極側(cè)的空氣流；和識別所述燃料電池堆中催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積。所述方法還包括確定所述燃料電池堆的總寄生電流，以確定所述燃料電池堆的橫穿寄生電流和短路電阻。所述方法還包括計算所述催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積，并比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積之間的差別，以估計所述催化劑表面積中的變化。本發(fā)明提供下列技術(shù)方案。技術(shù)方案I :一種用于確定燃料電池堆中燃料電池的健康的方法，所述方法包括 保持到所述燃料電池堆的陽極側(cè)的恒定氫流，并當(dāng)所述陽極側(cè)達(dá)到預(yù)定的氫濃度時關(guān)
閉到所述燃料電池堆的陰極側(cè)的空氣流；
在關(guān)閉到所述陰極側(cè)的空氣流之后，識別所述燃料電池堆中的預(yù)定電壓降；
識別所述燃料電池堆中催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積；
確定所述燃料電池堆中薄膜的總寄生電流；
從所述總寄生電流確定所述薄膜的橫穿寄生電流和短路電阻；
基于電容因數(shù)、所述短路電阻和預(yù)定電壓計算所述催化劑表面積和所述催化劑載體表面積；
比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積之間的差，以估計所述催化劑表面積中的變化；以及
比較識別的催化劑載體表面積與計算的催化劑載體表面積之間的差，以估計所述催化劑載體表面積的變化。技術(shù)方案2 :如技術(shù)方案I的方法，其中在關(guān)閉到所述陰極側(cè)的空氣流之后識別所述燃料電池堆中的預(yù)定電壓降包括識別所述燃料電池堆在三個階段中的電壓降，其中每個階段是在關(guān)閉到所述陰極側(cè)的空氣流之后的預(yù)定電壓降。
技術(shù)方案3 :如技術(shù)方案2的方法，其中所述三個階段的第一階段包括從開路電流電壓測量約200 mV的電壓降。技術(shù)方案4 :如技術(shù)方案3的方法，其中所述三個階段的第二階段包括從所述第一階段的終止電壓測量約500 mV的電壓降。技術(shù)方案5 :如技術(shù)方案4的方法，其中所述三個階段的第三階段包括從所述第二階段的終止電壓測量約300 mV的電壓降。技術(shù)方案6 :如技術(shù)方案3的方法，其中在完成所述第一階段的電壓降之后確定所述第一階段的總寄生電流。技術(shù)方案7 :如技術(shù)方案5的方法，其中在完成所述第三階段的電壓降之后確定所、述橫穿寄生電壓。技術(shù)方案8 :如技術(shù)方案4的方法，其中在完成所述第二階段的電壓降之后確定所述短路電阻。技術(shù)方案9 :如技術(shù)方案4的方法，其中在所述第二階段完成之后計算所述催化劑表面積和催化劑載體表面積。技術(shù)方案10 :如技術(shù)方案I的方法，其中比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積以及識別的催化劑載體表面積與計算的催化劑載體表面積之間的差包括迭代以在預(yù)定誤差值內(nèi)得到可接受的解答。技術(shù)方案11 :一種用于確定燃料電池堆中燃料電池健康的方法，所述方法包括 執(zhí)行單一氫接管測試，包括保持到所述燃料電池堆的陽極側(cè)的恒定氫流，并當(dāng)在所述
陽極側(cè)中達(dá)到預(yù)定氫濃度時關(guān)閉到所述燃料電池堆的陰極側(cè)的空氣流；
在所述單一氫接管測試之后識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降，包括識別所述燃料電池堆在第一階段、第二階段和第三階段中的電壓降；
識別所述燃料電池堆中催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積；
在完成所述第一階段的預(yù)定電壓降之后確定所述燃料電池堆中薄膜的總寄生電流；在完成所述第三階段的預(yù)定電壓降之后從所述總寄生電流確定所述燃料電池堆中薄膜的橫穿寄生電流；
使用所述第二階段的電壓降從所述總寄生電流和所述橫穿寄生電流確定所述燃料電池堆中薄膜的短路電阻；
在所述第二階段完成之后計算所述催化劑表面積和所述催化劑載體表面積；以及比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積之間的差，以估計所述催化劑表面積中的變化，并比較識別的催化劑載體表面積與計算的催化劑載體表面積之間的差，以估計所述催化劑載體表面積的變化。技術(shù)方案12 :如技術(shù)方案11的方法，其中識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降的第一階段包括從開路電流電壓測量約200 mV的電壓降，識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降的第二階段包括從所述第一階段的終止電壓測量約500 mV的電壓降，識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降的第三階段包括從所述第二階段的終止電壓測量約300 mV的電壓降。技術(shù)方案13 :如技術(shù)方案11的方法，其中比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積以及識別的催化劑載體表面積與計算的催化劑載體表面積之間的差包括迭代以在預(yù)定誤差值內(nèi)得到可接受的解答。
技術(shù)方案14 :一種用于確定燃料電池堆中燃料電池的燃料電池健康的方法，所述方法包括
執(zhí)行氫接管測試，該測試包括保持到該燃料電池堆的陽極側(cè)的恒定氫流，并當(dāng)在所述陽極側(cè)中達(dá)到預(yù)定的氫濃度時關(guān)閉到所述燃料電池堆的陰極側(cè)的空氣流；
識別所述燃料電池堆中催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積；
確定總寄生電流；
確定橫穿寄生電流和短路電阻；
計算催化劑表面積和催化劑載體表面積；和
比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積之間的差，以估計所述催化劑表面積中的變化。
技術(shù)方案15 :如技術(shù)方案14的方法，還包括在所述氫接管測試之后識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降，包括識別所述燃料電池堆在第一階段、第二階段和第三階段中的預(yù)定電壓降，其中識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降的第一階段包括從開路電流電壓測量約200 mV的電壓降，識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降的第二階段包括從所述第一階段的終止電壓測量約500 mV的電壓降，和識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降的第三階段包括從所述第二階段的終止電壓測量約300 mV的電壓降。技術(shù)方案16 :如技術(shù)方案15的方法，其中確定所述總寄生電流在所述第一階段的預(yù)定電壓降之后發(fā)生。技術(shù)方案17 :如技術(shù)方案15的方法，其中確定所述橫穿寄生電流在所述第三階段的預(yù)定電壓降完成之后發(fā)生，確定短路電阻包括利用所述第二階段期間測量的所述燃料電池堆中的預(yù)定電壓降和確定的橫穿寄生電流。技術(shù)方案18 :如技術(shù)方案14的方法，還包括比較識別的催化劑載體表面積與計算的催化劑載體表面積之間的差，以估計所述催化劑載體表面積的變化。技術(shù)方案19 :如技術(shù)方案18的方法，其中比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積以及識別的催化劑載體表面積與計算的催化劑載體表面積之間的差包括迭代以在預(yù)定誤差值內(nèi)得到可接受的解答。技術(shù)方案20 :如技術(shù)方案19的方法，其中所述預(yù)定誤差值為百分之一。結(jié)合附圖，從下面的說明書和所附權(quán)利要求可清楚本發(fā)明的其它特征。


圖I為燃料電池的截面 圖2為燃料電池系統(tǒng)的簡化框圖；以及 圖3為用于量化燃料電池堆中電極和薄膜健康的算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面涉及用于量化燃料電池堆中的燃料電池薄膜和電極隨著電池堆壽命變化的健康的方法的本發(fā)明實(shí)施例的描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，不是意欲以任何方式限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。圖I為身為下述燃料電池堆的一部分的燃料電池10的截面圖。燃料電池10包括被全磺酸薄膜16分隔開的陰極側(cè)12和陽極側(cè)14。陰極側(cè)擴(kuò)散介質(zhì)層20設(shè)在陰極側(cè)12，陰極側(cè)催化劑層22設(shè)在薄膜16與擴(kuò)散介質(zhì)層20之間。同樣，陽極側(cè)擴(kuò)散介質(zhì)層24設(shè)在陽極側(cè)14，陽極側(cè)催化劑層26設(shè)在薄膜16與擴(kuò)散介質(zhì)層24之間。催化劑層22和26及薄膜16限定了 MEA。擴(kuò)散介質(zhì)層20和24為多孔層，提供通向MEA的輸入氣體傳輸以及從MEA的水傳輸。陰極側(cè)流場板28設(shè)在陰極側(cè)12，陽極側(cè)流場板或雙極板30設(shè)在陽極側(cè)14。圖2為包括燃料電池堆42的燃料電池系統(tǒng)40的簡化框圖。來自氫源44的氫氣通過管路46被提供給燃料電池堆42的陽極側(cè)。陽極廢氣通過管路50從燃料電池堆42輸出，并再循環(huán)回管路46。放泄閥56周期性地打開，以通過放泄管路52排出陽極廢氣，從而從陽極子系統(tǒng)去除氮。管路50中還設(shè)有壓力傳感器60，以測量燃料電池系統(tǒng)40的陽極子系統(tǒng)的壓力。在另一實(shí)施例中，壓力傳感器60可位于管路46中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。圖2示出了可與本發(fā)明一起使用的燃料電池系統(tǒng)的一個例子。其它例子包括利用具有陽極流轉(zhuǎn)換的分離堆設(shè)計的燃料電池系統(tǒng)?？諝鈴膲嚎s機(jī)62通過管路64被提供給燃料電池堆42的陰極側(cè)。陰極氣體通過 陰極氣體管路66從燃料電池堆42輸出?；旌涎b置68設(shè)在管路66中，用于將陰極氣體與管路52上排出的陽極廢氣混合。控制器54監(jiān)測燃料電池系統(tǒng)40的陽極子系統(tǒng)的壓力(如壓力傳感器60所測量的)、控制壓縮機(jī)62的速度、控制氫從氫源44向電池堆42的陽極側(cè)的噴射、以及控制陽極放泄閥56的位置，如下面更加詳細(xì)描述的?？刂破?4利用模型估計氮通過電池堆薄膜從陰極側(cè)到陽極側(cè)的滲透以及電池堆42的陽極側(cè)中氮的濃度。另外，控制器54測量燃料電池系統(tǒng)40關(guān)閉之后陽極子系統(tǒng)達(dá)到環(huán)境壓力所需的時間長度?？刂破?4還利用算法，該算法通過量化電池堆42中薄膜的寄生電流和通過量化催化劑層22和26的催化劑表面積和催化劑載體表面積來確定電極和薄膜的健康。該算法還確定寄生電流是由于穿過薄膜的氣體還是由于通過薄膜的短路電流引起的，如下面更加詳細(xì)描述的。寄生電流與薄膜健康直接相關(guān)。當(dāng)寄生電流低時，薄膜是健康的，且如預(yù)期地工作。因此，使用上述量化寄生電流的算法，可在燃料電池堆42的整個壽命中確定薄膜的健康。電池堆42中各薄膜16的寄生電流可通過測量各電池的電壓來確定，或可通過監(jiān)測平均電池電壓和最小電池電壓來確定。薄膜16的寄生電流中的變化可用來確定電池堆42中是否發(fā)生薄膜16的快速退化，或者薄膜16是否更一致地退化。如果基于電池堆特性確定一個或多個薄膜16的寄生電流夠大，足以指示異常事件，例如短路事件，那么燃料電池堆42可能需要關(guān)閉和修理。如果達(dá)到短路電阻的預(yù)定閾值，那么控制器56可指示需要維修電池堆42。但是，如果一個或多個薄膜16的寄生電流并不指示短路事件，即薄膜16 —致地退化，那么控制器54可修改燃料電池系統(tǒng)10的操作，以補(bǔ)償薄膜16的退化。例如，如果確定氫在橫穿，即薄膜16中橫穿寄生電流在增大，那么氮會在電池堆42的陽極側(cè)聚集。在這種情形下，該算法可使控制器56調(diào)節(jié)電池堆42的陽極側(cè)的放泄進(jìn)度，以去除陽極側(cè)中聚集的氮，即，如果達(dá)到橫穿寄生電流的預(yù)定閾值，那么該算法可使控制器56修改放泄進(jìn)度。因?yàn)殡y以獲得具體的測試參數(shù)和可能影響車輛的正常操作，所以對于車輛中的燃料電池堆進(jìn)行有關(guān)電池堆中薄膜的寄生電流的精確計算是不現(xiàn)實(shí)的。但是，可通過運(yùn)行氫接管測試以合理程度的精確性來估計寄生電流，該測試包括保持到陽極側(cè)的恒定的氫流，并在已知陽極側(cè)中氫濃度時關(guān)閉到陰極側(cè)的空氣流，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的。上述算法用于在單個氫接管測試的三個階段期間估計電池堆中薄膜的總寄生電流、由橫穿電流引起的寄生電流和由短路電流或短路電阻引起的寄生電流。短路電阻從電流密度確定，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。在每個階段期間，監(jiān)測燃料電池堆的電壓降，如下面更加詳細(xì)描述的。除了估計寄生電流之外，該算法還估計電池堆12中燃料電池的電極(即，催化劑層22和26)的健康。燃料電池堆12的電壓循環(huán)會引起催化劑層22和26的催化劑(通常為鉬)的表面積變化。例如，由于電壓循環(huán)，催化劑層22和2 6的催化劑會聚集。催化劑顆粒的聚集降低了催化劑表面積的大小，還會引起催化劑載體結(jié)構(gòu)(通常為碳)萎陷。因此，該算法監(jiān)測燃料電池堆12的燃料電池中薄膜的健康以及電極的健康。圖3為用于量化電極和薄膜健康的算法的流程圖70。在框72，例如，在車輛關(guān)閉或待命時，執(zhí)行氫接管測試。一旦關(guān)閉陰極空氣流，就測量電池堆42中燃料電池的電壓降。測量的電壓可來自各燃料電池10或來自平均電池電壓，還可監(jiān)測最小電池電壓。在框72，在第一階段期間，測量電壓中的預(yù)定壓降。例如，可從開環(huán)電流電壓(OCV)監(jiān)測電池堆電壓中的第一 200 mV壓降。因?yàn)殡妷航档姆秶容^小，例如200 mV,所以假定所有短路電阻都是恒定的?；贛EA中承載的催化劑和催化劑載體的量已知燃料電池堆42的電容。電池堆42的陰極側(cè)的物理容量也已知，因此，陰極側(cè)中存在的氧的量已知，還已知需要多大的電流來消耗掉電池堆42的陰極側(cè)中的氧。階段I可定義為其中陰極中氧的氣相大部分被寄生電流消耗掉的階段。例如，對于階段1，在開路電壓與低于開路電壓200 mV之間，在框74假定電池堆42的陰極側(cè)上催化劑表面積和催化劑載體表面積的大小，并在框76使用下式計算電池堆42中薄膜16的總寄生電流
故{1)
fpJSt = ~CI&V + ~~ IJ
其中Ip為總寄生電流，t為時間，C1為階段I的電容因數(shù)，V為電壓，P1為階段I的幾何因子，b為塔費(fèi)爾斜率，Y ■為氧還原反應(yīng)(ORR)階數(shù)(0.79)。階段I的電容因數(shù)C1可如下定義
—= ((-Ca-H + Qfl-OI.) ' rfca *** ^S-DL ' rfs(2)
其中Cerf為固有的催化劑-氫準(zhǔn)電容，CCa_DL為固有的催化劑雙層電容，rfCa為催化劑的粗糙因數(shù)，Cs_m為固有的催化劑載體雙層電容，rfs為催化劑載體的粗糙因數(shù)。階段I的幾何因子P :可如下定義
U —卿細(xì)r⑶
Fl — , lOI
其中F為法拉第常數(shù)(96，485 C/mol)，Vcath為含氧的總陰極容量，Amea為MEA的活性面積，C02為陰極中的氧濃度。催化劑的粗糙因數(shù)rfea可如下定義
權(quán)利要求
1.一種用于確定燃料電池堆中燃料電池的健康的方法，所述方法包括 保持到所述燃料電池堆的陽極側(cè)的恒定氫流，并在所述陽極側(cè)達(dá)到預(yù)定的氫濃度時關(guān)閉到所述燃料電池堆的陰極側(cè)的空氣流； 在關(guān)閉到所述陰極側(cè)的空氣流之后，識別所述燃料電池堆中的預(yù)定電壓降； 識別所述燃料電池堆中催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積； 確定所述燃料電池堆中薄膜的總寄生電流； 從所述總寄生電流確定所述薄膜的橫穿寄生電流和短路電阻； 基于電容因數(shù)、所述短路電阻和預(yù)定電壓計算所述催化劑表面積和所述催化劑載體表面積； 比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積之間的差，以估計所述催化劑表面積中的變化；以及 比較識別的催化劑載體表面積與計算的催化劑載體表面積之間的差，以估計所述催化劑載體表面積的變化。
2.如權(quán)利要求I的方法，其中在關(guān)閉到所述陰極側(cè)的空氣流之后識別所述燃料電池堆中的預(yù)定電壓降包括識別所述燃料電池堆在三個階段中的電壓降，其中每個階段是在關(guān)閉到所述陰極側(cè)的空氣流之后的預(yù)定電壓降。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述三個階段的第一階段包括從開路電流電壓測量約200 mV的電壓降。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中所述三個階段的第二階段包括從所述第一階段的終止電壓測量約500 mV的電壓降。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中所述三個階段的第三階段包括從所述第二階段的終止電壓測量約300 mV的電壓降。
6.如權(quán)利要求3的方法，其中在完成所述第一階段的電壓降之后確定所述第一階段的總寄生電流。
7.如權(quán)利要求5的方法，其中在完成所述第三階段的電壓降之后確定所述橫穿寄生電壓。
8.如權(quán)利要求4的方法，其中在完成所述第二階段的電壓降之后確定所述短路電阻。
9.一種用于確定燃料電池堆中燃料電池健康的方法，所述方法包括 執(zhí)行單一氫接管測試，包括保持到所述燃料電池堆的陽極側(cè)的恒定氫流，并當(dāng)在所述陽極側(cè)中達(dá)到預(yù)定氫濃度時關(guān)閉到所述燃料電池堆的陰極側(cè)的空氣流； 在所述單一氫接管測試之后識別所述燃料電池堆的預(yù)定電壓降，包括識別所述燃料電池堆在第一階段、第二階段和第三階段中的電壓降； 識別所述燃料電池堆中催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積； 在完成所述第一階段的預(yù)定電壓降之后確定所述燃料電池堆中薄膜的總寄生電流；在完成所述第三階段的預(yù)定電壓降之后從所述總寄生電流確定所述燃料電池堆中薄膜的橫穿寄生電流； 使用所述第二階段的電壓降從所述總寄生電流和所述橫穿寄生電流確定所述燃料電池堆中薄膜的短路電阻； 在所述第二階段完成之后計算所述催化劑表面積和所述催化劑載體表面積；以及比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積之間的差，以估計所述催化劑表面積中的變化，并比較識別的催化劑載體表面積與計算的催化劑載體表面積之間的差，以估計所述催化劑載體表面積的變化。
10.一種用于確定燃料電池堆中燃料電池的燃料電池健康的方法，所述方法包括 執(zhí)行氫接管測試，該測試包括保持到該燃料電池堆的陽極側(cè)的恒定氫流，并當(dāng)在所述陽極側(cè)中達(dá)到預(yù)定的氫濃度時關(guān)閉到所述燃料電池堆的陰極側(cè)的空氣流； 識別所述燃料電池堆中催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積； 確定總寄生電流； 確定橫穿寄生電流和短路電阻； 計算催化劑表面積和催化劑載體表面積；和 比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積之間的差，以估計所述催化劑表面積中的變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃料電池堆健康量化的車載算法。一種用于確定燃料電池堆中燃料電池的健康的方法。該方法包括在陽極側(cè)中的氫達(dá)到預(yù)定濃度時，保持到所述燃料電池堆的陽極側(cè)的恒定氫流，關(guān)閉到所述燃料電池堆的陰極側(cè)的空氣流，并識別所述燃料電池堆中催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積。所述方法還包括確定所述燃料電池堆的總寄生電流，以確定所述燃料電池堆的橫穿寄生電流和短路電阻。所述方法還包括計算所述催化劑層的催化劑表面積和催化劑載體表面積，并比較識別的催化劑表面積與計算的催化劑表面積之間的差，以估計所述催化劑表面積中的變化。
文檔編號G01N27/00GK102759714SQ20121012551
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者A.J.馬斯林, B.拉克什馬南, P.K.辛哈 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司