[发明专利]质子交换膜燃料电池膜内含水量的测量方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜燃料电池膜内含水量的测量方法，属于燃料电池技术领域，包括以下步骤：预先测定燃料电池内阻中的非膜阻部分并预设于燃料电池系统中；测量膜内含水量时，通过安装在质子交换膜燃料电池正负极两端的电阻测量装置，采集燃料电池内阻，从所述燃料电池内阻中扣除预设的非膜阻部分，得到质子交换膜燃料电池膜阻，根据所述燃料电池膜阻，计算质子交换膜内含水量。本发明可以实现对燃料电池膜内含水量的在线精确监测。解决了现有技术不能精确测量燃料电池膜内含水量的问题。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及测量质子交换膜燃料电池膜内含水量的方法。

背景技术

在能源危机与环境问题的双重挑战下，质子交换膜燃料电池凭借其高效率、低排放的特点而备受关注，被认为是替代内燃机作为新能源汽车动力源的理想候选者。随着质子交换膜燃料电池逐步走向商业化，其性能稳定性和使用寿命越来越受到重视。水管理作为质子交换膜燃料电池实际应用中的一个重要问题，在很大程度上影响了电池性能和使用寿命，例如：水淹可能导致严重的传质极化，轻则影响电池性能，重则造成局部反极；水分过干会导致质子交换膜电导率下降，电池内阻增大；此外，在零下温度条件下，电池停机后内部含水量过高会对电池造成永久性损伤，极大地降低电池的使用寿命。因此，对质子交换膜燃料电池膜内含水量的监测以作为指导燃料电池系统控制尤为重要。

现有技术中，电化学阻抗常被用作判断燃料电池内部含水量的工具，将连续从高频变化到低频的交流扰动信号或单一高频率的交流扰动信号施加到燃料电池上，通过对响应信号进行参数拟合，可以精确获得包括膜电阻、传质极化电阻和电荷转移电阻等在内的多种电阻信息。这种方法的优点在于测量方便，数据能反映电池内部真实状态，获得的高频电阻可以通过数学模型关联得到膜含水量。

但是事实上，无论是通过全频段阻抗谱拟合得到的高频电阻还是采用单一高频率测量得到的高频电阻，都不能完全等同于膜电阻，因为所测量的高频电阻中除了包含膜电阻外，还包括了各电子导体上的电子电阻以及不同部件之间的接触电阻等非膜电阻部分。若采用高频电阻近似膜电阻，则势必会导致数毫欧级别的膜电阻误差，严重影响含水量测量的真实性和准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池非膜电阻和膜内含水量的测量方法，用以弥补现有技术中不能精确测量质子交换膜燃料电池膜内含水量的问题。

本发明一方面提供一种质子交换膜燃料电池内阻中的非膜阻部分的测量方法，包括以下步骤：质子交换膜燃料电池的内阻包括膜内质子传导的膜阻部分和膜外的非膜阻部分，本申请的所说的非膜阻部分是指燃料电池内阻中除质子传导膜的膜阻以外的部分；

(1)使用一定相对湿度的气体对质子交换膜燃料电池进行小气量、长时间吹扫。

(2)吹扫过程中监测质子交换膜燃料电池正负极之间的电阻，当该电阻达到平衡值时，停止吹扫并记录当前电阻值。

(3)从步骤(2)得到的电阻值中扣除由步骤(1)一定增湿度计算得到的膜阻，得到非膜阻部分的电阻值。

基于上述方案，优选的，所述非膜阻部分包括，集流板、双极板、电极上电子传导的电阻以及双极板/集流板、电极/双极板、电极内部的接触电阻。

基于上述方案，所述非膜阻部分在膜含水量为λ＞2.98(水分子数比上磺酸根基团数)范围内为定值。

基于上述方案，优选地，所述一定相对湿度的气体的相对湿度范围为 45％-100％，本领域公知，相对湿度是相对于电池工作温度和压力而言的。

基于上述技术方案，优选地，所述小气量吹扫的气量范围为25-125mL min^-1 cm^-2_电极面积。

基于以上技术方案，优选的，所述长时间吹扫的时间大于3h，优选为3-6h。