[发明专利]一种车用燃料电池使用寿命加速测试与分析方法

说明书

本发明提供了一种车用燃料电池使用寿命加速测试与分析方法，包括：测试设定的多个衰减区间中第一个衰减区间衰减预设的燃料电池单位电压衰减率所需的时间，以及各工况的占比；基于各工况占比和各工况对燃料电池的核心部件的寿命衰减率，确定所有核心部件的寿命衰减率；将所有核心部件的寿命衰减率中的最大值确定为电池的综合衰减率；根据衰减区间数、第一衰减区间的测试时间以及所述综合衰减率预测燃料电池的使用寿命。本发明提供的车用燃料电池使用寿命加速测试与分析方法能够极大程度降低燃料电池寿命测试的成本与时间，非常具有实用价值。

技术领域

本发明涉及车用燃料电池，尤其涉及一种车用燃料电池使用寿命加速测试与分析方法。

背景技术

随着石油资源的不断消耗，传统燃油汽车在未来将被新能源取代已成定局。燃料电池汽车以其零排放、高效率、长续航、快充气等优点，被誉为新能源汽车发展的终极目标。

燃料电池汽车的核心部件为燃料电池，通过氢气和氧气的化学作用，不经过燃烧，直接将化学能转变成电能以驱动汽车。经过全球多年的持续研发，燃料电池在体积比功率、效率、变载、低温冷启动等性能核心指标已经取得了突破性进展。目前，燃料电池的耐久性是制约该种汽车产业化发展的最大瓶颈。

为了提升燃料电池的使用寿命，需要进行大量实验测试以分析其老化机理，但这需要长期的时间与资源投入，因此，燃料电池寿命加速测试与分析方法具有非常的现实意义。

燃料电池老化机理的研究是一个非常复杂问题，催化剂、催化剂载体与质子交换膜被认为是燃料电池寿命衰减的主要部件，开路电压、高电流密度、变载、启停等工况以及空气污染均会对上述部件寿命造成影响，这些部件寿命受工况因素综合影响，从而燃料电池整体寿命预估是一个复杂的根本无法确定的随机过程。

蒙特卡洛算法是一种统计模拟方法，它可以人为地造出一种概率模型，当所要求解的问题是某种事件出现的概率，它们可以通过某种“试验”的方法，得到这种事件出现的频率，并用它们作为问题的解。基于蒙特卡洛算法对燃料电池加速寿命进行模拟，可以得到燃料电池在随机工况下的寿命预测分布规律。

专利文献1(CN102736033A)中公开了一种车用燃料电池堆及模块耐久性考核工况，包括暖机过程、市区工况、和郊区工况，按照实际运行过程中市区工况与郊区工况怠速载荷、常用载荷、高速载荷各占的百分比，交替运行，直至被测燃料电池电堆衰减到规定的值。

专利文献2(CN101067646A)中公开了一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法，首先定义燃料电池性能下降多少为寿命终结，然后进行电池台架试验，在加载速度与实际在汽车上的使用情况相同的条件下，确定电池性能随加载次数、起停次数、怠速时间的下降率；然后对燃料电池在实际使用过程中的情况进行统计，拟合出特定公式计算车用燃料电池的可用寿命。

专利文献3(CN103698709A)公开了一种燃料电池剩余寿命预测方法，在燃料电池运行过程中，根据工况定义分别记录变载、稳态、怠速、起停四种工况的运行时间或次数并记录每天燃料电池的运行时间，迭代求解四种工况所引起的平均单片电压衰减速率，同时根据近期燃料电池的环境工况调整寿命衰减率的数值，最终得到剩余寿命的预测值。

然而，对于专利文献1、专利文献2和专利文献3公开的系统中均只介绍了变载、稳态、怠速、起停四种工况可能对系统寿命的最终影响，并没有客观直接的与质子交换膜、催化剂、以及催化剂载体等实际物理因素相关联，故其实际应用可参考性不强。另外，专利文献1、专利文献2和专利文献3均未对寿命可能出现的工况进行相关的概率学统计分析，最后寿命预测结果的概率并没有被考虑其中。

发明内容