本發(fā)明屬于燃料電池，尤其涉及一種燃料電池帶載吹掃結(jié)束點補償方法。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)子交換膜燃料電池具有功率密度高、響應(yīng)速度快、效率高、無污染等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，在燃料電池大規(guī)模推廣之前還有一些亟待解決和改善的問題，如燃料電池的耐久性、低溫冷啟動能力、制造成本、燃料的安全性等，這些問題在一定程度上制約燃料電池的商業(yè)化進程。

2、燃料電池在運行過程中，內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，隨之產(chǎn)生大量的水，如果在停機后不對燃料電池加以處理，這些殘留在電堆內(nèi)的水在低溫環(huán)境下會結(jié)冰，生成的冰會堵塞氣體通道和多孔介質(zhì)，影響反應(yīng)氣體的傳輸，同時這些冰還會覆蓋三相反應(yīng)界面，導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)無法正常進行。研究證明，在燃料電池上一次運行停機后、進行下一次冷啟動之前，采用適當(dāng)?shù)臍怏w吹掃操作除去電堆內(nèi)殘留的多余水是提升冷啟動成功的可能性的關(guān)鍵方法之一。吹掃操作的本質(zhì)是除去電堆內(nèi)多余的液態(tài)水，使膜內(nèi)的含水量處于合適的水平，從而為冷啟動過程中產(chǎn)生的水創(chuàng)造存儲空間，以盡可能避免在低溫存儲及冷啟動過程中出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。

3、大量的研究結(jié)果表明，一般情況下，吹掃結(jié)束后膜含水量(每個磺酸基結(jié)合的水分子數(shù))處于3-5的范圍時，對于接下來電堆冷啟動是有利的，膜含水量多通過高頻阻抗值來表征。燃料電池吹掃操作停止后，會出現(xiàn)高頻阻抗下降并逐漸趨于穩(wěn)定的現(xiàn)象，該現(xiàn)場被稱之為hfr弛豫，這種特性跟燃料電池關(guān)鍵部件參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點及吹掃方式均有關(guān)，hfr弛豫現(xiàn)象會使吹掃結(jié)束后膜中含水量重新分布，進而影響吹掃操作的精度和合適含水量邊界的判定。使用加濕氮氣進行平衡吹掃可以緩慢除去燃料電池中的殘余水，這種吹掃方法耗時很長，但可以較為精確的控制燃料電池在下次冷啟動前的初始膜含水量，盡管平衡吹掃結(jié)束后會出現(xiàn)hfr弛豫現(xiàn)象，但這種幅度通常較小，不會對吹掃結(jié)束時刻的膜含水量產(chǎn)生較大影響。

4、現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池的吹掃方法多采用使用氫氣/空氣作為吹掃氣體的快速帶載吹掃方式，并沒有考慮停機過程hfr弛豫現(xiàn)象使內(nèi)部水分重新分配對吹掃效果的影響，對于吹掃結(jié)束點的判斷不準(zhǔn)確，導(dǎo)致吹掃結(jié)束后膜含水量無法達到最佳數(shù)值，影響冷啟動成功率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述的技術(shù)問題，提出一種基于高頻阻抗弛豫現(xiàn)象，可有效提高吹掃含水量控制精度的燃料電池帶載吹掃結(jié)束點補償方法。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種燃料電池帶載吹掃結(jié)束點補償方法，其特征在于，包括如下步驟：

4、s1：制定帶載吹掃策略，確定負(fù)載電流密度、氣體流量、氣體壓力、電堆溫度t、吹掃氣體相對濕度和目標(biāo)吹掃膜含水量λ0；

5、s2：進行氮氣平衡吹掃，獲得電堆在溫度t和不同平衡膜含水量λ下的吹掃平衡高頻阻抗和對應(yīng)的平衡吹掃弛豫后高頻阻抗計算平衡吹掃高頻阻抗弛豫程度η1，其中，

6、

7、s3：進行帶載吹掃，在步驟s1確定的帶載吹掃條件下，逐次將電堆高頻阻抗吹掃至并獲得相應(yīng)的弛豫后高頻阻抗計算帶載吹掃高頻阻抗弛豫程度η2，其中，

8、

9、s4：通過線性回歸擬合得到帶載吹掃高頻阻抗弛豫程度y與帶載吹掃弛豫后高頻阻抗x之間的線性關(guān)系式，

10、y＝ax+b，

11、其中，a和b為常數(shù)；

12、s5：將x值設(shè)定為電堆溫度t和目標(biāo)吹掃膜含水量λ0下的平衡吹掃弛豫后高頻阻抗通過步驟s4所得線性關(guān)系式計算得出相應(yīng)的帶載吹掃高頻阻抗弛豫程度y0，進一步根據(jù)弛豫程度的定義，計算出在電堆溫度t和目標(biāo)吹掃膜含水量λ0時補償后的電堆帶載吹掃結(jié)束點高頻阻抗”，其中，

13、

14、s6:進行帶載吹掃，將電堆高頻阻抗吹掃至結(jié)束吹掃。

15、作為優(yōu)選，步驟s2中使用加濕氮氣進行陰陽極兩側(cè)吹掃，其中氮氣相對濕度α根據(jù)平衡膜含水量λ計算得到，具體的，

16、λ＝0.043+17.81α-39.85α2+36α3a≤1。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于：

18、本發(fā)明通過平衡吹掃步驟確定了電堆在特定溫度和適合冷啟動的含水量下的高頻阻抗及對應(yīng)的弛豫后高頻阻抗，針對性和實用性更強；帶載吹掃步驟中，以吹掃結(jié)束時膜含水量一致作為截止條件，而不是以控制吹掃時間為標(biāo)準(zhǔn)，進一步明確了高頻阻抗弛豫程度變化規(guī)律；以弛豫后的高頻阻抗作為目標(biāo)值，對吹掃結(jié)束點的高頻阻抗進行了補償，提高了帶載吹掃對膜含水量的控制精度。

技術(shù)特征：

1.一種燃料電池帶載吹掃結(jié)束點補償方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池帶載吹掃結(jié)束點補償方法，其特征在于：步驟s2中使用加濕氮氣進行陰陽極兩側(cè)吹掃，其中氮氣相對濕度α根據(jù)平衡膜含水量λ計算得到，具體的，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種燃料電池帶載吹掃結(jié)束點補償方法，通過氮氣平衡吹掃步驟獲得吹掃平衡高頻阻抗及平衡吹掃弛豫后高頻阻抗，通過帶載吹掃步驟獲得相應(yīng)的弛豫后高頻阻抗，計算帶載吹掃高頻阻抗弛豫程度，得到帶載吹掃高頻阻抗弛豫程度與帶載吹掃弛豫后高頻阻抗之間的線性關(guān)系，進而計算出補償后吹掃結(jié)束點的高頻阻抗。以平衡吹掃弛豫后高頻阻抗作為帶載吹掃弛豫后高頻阻抗預(yù)期值，對帶載吹掃結(jié)束點的高頻阻抗進行了補償，提高了帶載吹掃對膜含水量的控制精度。

技術(shù)研發(fā)人員：李玉青,謝佳平,朱維,曾群欣,程建
受保護的技術(shù)使用者：海卓動力（青島）能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19