[发明专利]一种基于燃料电池自适应混合老化特征的老化诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于燃料电池自适应混合老化特征的老化诊断方法。本发明包括：建立质子交换膜燃料电池的半机理电压模型；测量燃料电池不同老化阶段的极化曲线，拟合得到不同老化阶段对应的电压模型辨识参数，计算在不同老化阶段中额定负载下的电压总极化损耗以及活化损耗与渗透损耗之和、总欧姆损耗与总浓度损耗；利用传输线模型分别计算燃料电池在不同老化阶段中各个部件老化量化参数和导致的电压损耗；计算各个部件导致的电压损耗占比并作为各个部件的老化量化权重，并归一化各个部件的老化量化参数，计算燃料电池的自适应混合老化特征，进而诊断燃料电池的老化状态。本发明实现了燃料电池部件的精确老化诊断，提升了运行的可靠性与耐久性。

技术领域

本发明属于燃料电池研发与应用的领域的一种质子交换膜燃料电池的老化诊断方法，涉及一种基于燃料电池自适应混合老化特征的老化诊断方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池的老化是一个复杂且强非线性的过程，涉及了多机理、多部件、多物理域、多时空尺度、多工作条件和多耦合等复杂因素，使得老化状态的准确快速诊断成为了一项巨大挑战。此外，由于实际使用过程中，质子交换膜燃料电池会由于水管理等因素出现停机重启后的性能恢复现象，进一步增加了老化诊断的难度。目前绝大多数的燃料电池老化诊断都是基于电压、功率、阻抗或单个部件老化参数(如氢气渗透率、催化剂电化学表面积等)的宏观粗略诊断。以电压为例，设计、生产和使用过程中的太多因素都会影响燃料电池电压的变化，而不仅仅是老化。实际应用时所观测到的电压是多种因素综合影响后的体现，不可避免地包含大量噪声和波动，当通过电压来诊断燃料电池的老化状态时，很容易发生偏差。因此，研究质子交换膜燃料电池的精确老化诊断特征具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种基于燃料电池自适应混合老化特征的老化诊断方法。本发明了解各个部件对整体燃料电池老化影响的量化信息后，便可以结合各部件的归一化老化参数构造自适应混合老化特征，从而准确诊断燃料电池的老化状态，进而采取针对性的措施，提升燃料电池的可靠性与耐久性。

本发明采用的方案是：

本发明包括以下步骤：

1)选择全新的质子交换膜燃料电池，测量在额定负载和标准运行条件下燃料电池的运行性能参数，根据燃料电池的运行性能参数建立质子交换膜燃料电池的半机理电压模型；

2)在标准运行条件下，测量燃料电池不同老化阶段的极化曲线，使用半机理电压模型对不同老化阶段的极化曲线进行拟合，得到不同老化阶段对应的电压模型辨识参数，根据不同老化阶段对应的电压模型辨识参数，计算在额定负载下燃料电池在不同老化阶段中的电压总极化损耗以及活化损耗与渗透损耗之和、总欧姆损耗与总浓度损耗；

3)根据燃料电池在不同老化阶段中的电压总极化损耗以及活化损耗与渗透损耗之和、总欧姆损耗与总浓度损耗，利用传输线模型分别计算燃料电池在不同老化阶段中各个部件的老化量化参数以及各个部件导致的电压损耗；

4)将额定负载下燃料电池在不同老化阶段中各个部件导致的电压损耗与对应老化阶段的电压总极化损耗进行相除，计算获得不同老化阶段中各个部件导致的电压损耗占比并作为在不同老化阶段下各个部件的老化量化权重；

5)对燃料电池在不同老化阶段中各个部件的老化量化参数分别进行归一化处理后获得对应的归一化老化量化参数，结合燃料电池在不同老化阶段中各个部件的老化量化权重与归一化老化参数计算获得燃料电池的自适应混合老化特征，利用自适应混合老化特征诊断燃料电池整体的老化状态。

所述步骤1)中质子交换膜燃料电池的半机理电压模型通过公式进行设置：

E_cell＝E_ner-η_act+cross-η_ohmic-η_con