[发明专利]一种质子交换膜燃料电池电堆冷启动能力评估方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池冷启动能力评估方法。所述方法包括以下步骤：1)设定燃料电池电堆允许的最大单体电压偏差δ_max和阴极计量比SR_c，在单体电压偏差δ≤δ_max的条件下，得到电堆的发热功率P_SRc和产水速率R_WSRc；2)利用Q_SRc＝P_SRc/R_WSRc，得到电堆的水伴热值Q_SRc；3)利用得到所述电堆的冷启动能力指数Per_cs值，所述Per_cs值越大，所述电堆冷启动能力越强。所述方法通过发热功率、产水速率以及水伴热值的关系，较全面地评估电堆冷启动能力，不受限于电堆序列和生产厂家，同时提供理论支持，可作为通用的方法。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池电堆冷启动能力评估方法。

背景技术

燃料电池具有效率高、排放少、无污染和燃料多样化的优点，在汽车、飞机、潜艇、通讯等领域有广泛的应用前景，尤其在汽车领域，燃料电池汽车具有零排放、加注快、长续航等优点，已成为新能源汽车未来的重要发展方向。但是燃料电池在环境温度较低时很容易发生冻结，导致电池无法运行或运行很短时间就被迫停机，反复启动会破坏电池内部结构，严重影响电池寿命，因此，燃料电池电堆冷启动能力的研究成为热点。

目前，燃料电池电堆冷启动方面的研究主要有两方面，一方面是针对冷启动能力测试系统的研究，例如CN104111425A公开一种燃料电池冷启动分区性能测试系统及测试方法，所述测试系统包括燃料电池、氧化剂供给单元、燃料供给单元、装夹单元、加湿单元、冷却管、高低温箱、分区测试板、负载单元、数据采集单元和数据处理单元；所述测试方法为：分区测试板替代燃料电池的阳极板；使高低温箱内的温度达到设定的低温环境温度；给燃料电池提供氧化剂和燃料，使其正常工作；数据采集单元实时采集各埋入电阻两端压降、各温度电阻的电压以及流过温度电阻的电流；数据处理单元根据接收到的信号计算燃料电池内部各分区的电流密度分布以及各时刻的分区温度，获得电流密度分布图和温度分布图。

CN108562783A公开一种燃料电池冷启动电流密度和温度的分区测试系统，所述的燃料电池系统包括燃料电池、热电偶、冰浴器、进气系统模块、高低温交变箱、冷却管、数据采集模块、数据处理模块、负载。所述的测试方法为电流密度测试板放置在阳极；阴极流场板和阴极端板均有插孔，热电偶放入到插孔中；冰浴器为热电偶提供冷端补偿；设定高低温交变箱内的温度为冷启动的环境温度；进气系统模块给燃料电池提供氧化剂和燃料，并连接上负载，使其正常工作；数据采集模块采集采样电阻的电压以及热电偶的热电势；数据处理模块将采集到的信号转化为燃料电池各时刻的电流密度分布图和温度分布图。

CN208060677U公开一种燃料电池电堆低温冷启动测试研究平台，包括用于供应还原剂的还原剂供应装置、用于供应氧化剂的氧化剂供应装置和用于供应冷却剂的冷却剂系统，研究平台还包括用于调节燃料电池电堆所处的环境温度的高低温环境试验箱，燃料电池电堆置于高低温环境试验箱中，氧化剂供应装置与燃料电池电堆的氧化剂输入端连接，还原剂供应装置与燃料电池电堆的输出端连接，冷却剂系统与燃料电池电堆的冷却剂输入端和冷却剂输出端连接，还原剂供应装置和氧化剂供应装置与燃料电池电堆之间均设有温湿度控制装置。

另一方面是针对冷启动能力测试方法的研究，例如国标GB/T 31035-2014质子交换膜燃料电池电堆低温特性试验方法，其给出了相关的试验方法，其中对低温启动特性的评估，主要是考虑功率输出为0～怠速状态的时间、怠速状态～额定功率输出的时间以及额定功率输出～峰值功率输出的时间三个方面。