[发明专利]一种燃料电池健康度的诊断装置及其诊断方法

说明书

本发明提供了一种燃料电池健康度的诊断装置及其诊断方法，包括：检测模块，用于检测燃料电池排水中的离子释放率，所述离子包括氟离子、硫酸根离子、铱离子、铁离子和铂离子中的一种或至少两种的组合；分析模块，用于接收检测模块的检测信号，并根据衰减模型分析计算得到质子交换膜的衰减率和衰减厚度，所述衰减模型通过离子释放率、质子交换膜的衰减率和衰减厚度的参数模拟得到；输出模块，用于接收分析模块的计算结果，并输出燃料电池的健康度。本发明以燃料电池排水中离子释放率、质子交换膜的衰减率和衰减厚度，建立衰减模型，仅检测燃料电池中排水中离子释放率情况，实时准确地输出燃料电池的健康度情况。

技术领域

本发明属于燃料电池检测技术领域，涉及一种燃料电池健康度的诊断装置及其诊断方法。

背景技术

燃料电池系统主要由电堆及零部件组成，电堆的性能直接影响燃料电池的性能，而全氟磺酸膜的化学降解及电化学降解是影响电堆性能的主要因素。

OCV工况(开路电压工况)下，由于质子交换膜燃料电池(PEMFC)处于开路电压状态，所以质子交换膜燃料电池(PEMFC)中气体的分压较大，氢气渗透率最大。渗透的气体在催化剂的作用下发生电化学反应产生H₂O₂，分解产生自由基，加速质子交换膜(PEM)以及催化层中离子交换树脂的衰减。

膜的失效与氟离子的流失相关，氟离子的流失意味着膜的主链被破坏，膜的整体结构性能变差。氟离子释放率反映出主链的破坏和断裂程度，同时膜也严重变薄，使得OCV和燃料电池性能下降。

CN113625184A公开一种基于磁场测量的PEMFC故障检测方法，包括步骤：建立三维磁通门传感器阵列设置在燃料电池外围，利用测试平台使燃料电池运行在循环工况下；利用磁通门传感器阵列测量不同时刻下的磁场，构成多个时刻下的磁场检测数据组；通过磁场检测数据组等效拟合计算出燃料电池的等效电阻值；利用等效电阻值是否在故障阈值范围内判断燃料电池的故障状态。该方法采用非入侵式检测方式，有效检测PEMFC的故障状态，同时不会对燃料电池本身产生干扰，能够实现实时在线同步检测，便于安装和更换。

因此，如何提供一种燃料电池健康度的诊断方法和装置，在减少对燃料电池影响的情况下，实时且准确地反映燃料电池的健康度状态，成为目前迫切需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种燃料电池健康度的诊断装置及其诊断方法，以燃料电池排水中离子释放率、质子交换膜的衰减率和衰减厚度，建立衰减模型，进一步地，仅检测燃料电池中排水中离子释放率，实时准确地输出燃料电池的健康度情况，不影响燃料电池工作。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种燃料电池健康度的诊断装置，所述诊断装置包括：

检测模块，所述检测模块用于检测燃料电池排水中的离子释放率，所述离子包括氟离子、硫酸根离子、铱离子、铁离子和铂离子中的一种或至少两种的组合。

分析模块，所述分析模块用于接收检测模块的检测信号，并根据衰减模型分析计算得到质子交换膜的衰减率和衰减厚度，所述衰减模型通过离子释放率、质子交换膜的衰减率和衰减厚度的参数模拟得到。

输出模块，所述输出模块用于接收分析模块的计算结果，并输出燃料电池的健康度。

本发明通过预先对燃料电池排水中的离子释放率以及离子交换膜的衰减率和衰减厚度情况建立衰减模型，进一步地，通过在燃料电池运行过程中，对燃料电池排水的离子释放率进行检测，衰减模型分析计算后，即可判断燃料电池的健康状态。

需要说明的是，本发明中燃料电池排水包括阳极出口以及阴极出口的排水，从而通过离子浓度检测器对排水进行检测，进一步地释放率为一定时间内离子浓度的变化率，即离子浓度差与时间的比值。