CN101132071A - 一种加速考察燃料电池寿命的试验方法 - Google Patents

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侯明
孙立言
徐洪峰
侯中军
明平文
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Abstract

本发明涉及一种加速考察燃料电池寿命的试验方法。本发明通过模拟车载燃料电池实际运行情况，采用对燃料电池进行频繁大幅度变载运行，加速测试燃料电池寿命。测试过程中采用温度、湿度相对不变，气量负载联动方式运行，气量随负载变化而变化。燃料电池测试过程中燃料电池负载变化幅度远大于车载运行中的负载变化幅度，同时负载加载速度远快于发动机加载速度，因此该试验方法为加速燃料电池寿命测试方法。本发明具有测试方法简单、经济实用等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型一种加速考察燃料电池寿命的新型试验方法。

Description

一种加速考察燃料电池寿命的试验方法
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体为一种加速考察燃料电池寿命试验方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。它不受卡诺循环的限制，可以高效地将化学能转化为电能。质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)由于具有低温启动，结构简单、操作方便等特点，是最有用希望应用于未来电动汽车的动力源。
在燃料电池运行过程中(特别是燃料电池电动车)，运行不是稳态，而是动态的，运行过程中载荷在不断的进行变化，燃料电池动态运行对燃料电池寿命比稳态运行寿命短的多，燃料电池的寿命是使燃料电池发展的关键。燃料电池寿命的研究越来越受到人们的重视，目前对车用燃料电池寿命的要求为5000小时。因此满足车用燃料电池寿命，提高燃料电池可靠性成为目前燃料电池发展的重点。对燃料电池寿命考察成为燃料电池研究的首要任务。如要按照燃料电池实际运行考察燃料电池启停对燃料电池的影响，则需要消耗大量的人力和物力，短时间内得不出相应的结果。为了尽快考察燃料电池长期寿命，从而发现问题，以便尽快发现影响燃料电池寿命的因素，提高燃料电池寿命。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的一种加速考察燃料电池寿命的新型试验方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种加速考察燃料电池寿命的新型试验方法，从而尽快考察燃料电池的长期寿命，发现影响燃料电池寿命的主要因素，获得提高燃料电池寿命的方法(或策略)，提高燃料电池寿命。本发明所述的一种加速考察燃料电池寿命试验方法，通过模拟车载燃料电池运行情况对燃料电池大幅频繁变化负载载荷，加速燃料电池寿命考核。其具体工作步骤如下：
a、将被测试燃料电池置于燃料电池测试系统上，进行气路、水路、负载的连接，使电池处于可以运行状态。
b、启动燃料电池测试系统，对燃料电池进行测试。
c、给燃料电池加20mA/cm2怠速载荷运行1min，快速加载到200mA/cm2载荷运行1min，再快速改变负载载荷到500mA/cm2运行3min，然后将快速将至300mA/cm2运行1min，再迅速将载荷升至800mA/cm2运行1min，再将负载载荷迅速降至20mA/cm2运行1min，通过频繁改变载荷大小，测试电池寿命。
d、按照c负载变化对燃料电池进行循环测试，加速考察燃料电池长期寿命。
本发明所述的被测试燃料电池寿命测试过程中，反应气气量与负载载荷联动，气量随载荷变化按照一定化学计量比(如：空气化学计量比为2)而变化。本发明所述的被测试燃料电池运行过程中，负载加载方式采用瞬间加载方式加载，也可按一定速率进行加载(如30A/s)，加在速度远大于车载燃料电池运行过程中的加载速度，加载速度小于0.1s。本发明所述的被测试燃料电池运行过程中，加载幅度远大于车载燃料电池运行过程中的加载幅度，最大加载幅度可以大于800mA/cm2。
本发明所述寿命测试过程中大幅度、频繁改变电池负载载荷，加大载荷对电池的冲击，加载速度和加载幅度远大于车载燃料电池的实际运行情况，加速了燃料电池测试过程的衰减速度，快速考察燃料电池的长期寿命。通过本方法可以有效缩短电池寿命运行时间，达到加快考察电池寿命的目的。节省大量的人力物力。本发明具有结构新颖、方法简单实用、省时省力、效果好等优点，其应用必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
附图说明
本发明共有五张附图，其中：
图1燃料电池加速寿命试验装置框图
图2加速燃料电池动态寿命试验工况图
图3加速寿命运行中电池电压变化图
图4加速寿命测试性能变化图
图5正常寿命测试的性能变化图
图中：1、燃料电池2、负载3、燃料电池测试系统。
具体实施方式
本发明的具体实施例如附图1所示，利用燃料电池测试系统3对燃料电池按照运行工况(如附图2)大幅频繁变化负载2载荷，加速考核燃料电池寿命。
其具体工作步骤如下：
a、组装一台20节被测试用燃料电池组。
b、将被测试燃料电池1置于燃料电池测试系统3上，进行气路、水路、负载的连接，使被测试燃料电池处于可以运行状态。
c、启动燃料电池测试系统，对被测试燃料电池进行测试。
d、给被测试燃料电池加20mA/cm2怠速载荷运行1min，快速加载到200mA/cm2载荷运行1min，再快速改变负载载荷到500mA/cm2运行3min，然后将快速降至300mA/cm2运行1min，再迅速将载荷升至800mA/cm2运行1min，再将负载载荷迅速降至20mA/cm2运行1min，通过频繁改变载荷大小，测试电池寿命。
e、按照d负载变化对燃料电池进行循环测试，加速考察燃料电池长期寿命。
本发明所述被测试燃料电池寿命测试过程中，反应气气量与负载载荷联动，气量随载荷变化按照一定化学计量比(如：空气化学计量比为2)而变化。本发明所述被测试燃料电池运行过程中，负载加载方式采用瞬间加载方式加载。本发明所述被测试燃料电池运行过程中加载幅度远大于车载燃料电池运行过程中的加载幅度，最大加载幅度可以大于800mA/cm2。本发明所述被测试燃料电池测试过程中电池进口温度保持60℃；反应气相对湿度保持60％；氢气实行脉冲排气方式排气，氢气利用率控制在95％以上；空气利用率保持在40％；对电池组进行600小时加速寿命考核，获取燃料电池的耐久性能。被测试燃料电池运行过程中，被测试燃料电池的电压(载荷)不断发生变化(如图3)，由于载荷的不断变化，对被测试燃料电池具有强大的冲击性，被测试燃料电池性能快速衰减较快(图4)，衰减速率远大于燃料电池正常运行的衰减速率(图5)，通过对两种运行电池性能衰减速率，获取燃料电池的耐久性能。
本发明通过循环频繁变化负载大小加速考核燃料电池寿命，获取一种有效的快速评价燃料电池寿命的试验方法。采用本发明方法，可以快速考察燃料电池的寿命。可以节省大量的人力物力和试验时间。

Claims (4)

1.一种加速考察燃料电池寿命的试验方法，其特征在于是模拟车载燃料电池运行情况对燃料电池(1)大幅频繁变化负载(2)载荷，加速燃料电池寿命考核；其具体工作步骤如下：
a、将被测试燃料电池(1)置于燃料电池测试系统(3)上，进行气路、水路、负载的连接，使被测试燃料电池(1)处于可以运行状态；
b、启动燃料电池测试系统，对被测试燃料电池(1)进行测试；
c、给被测试燃料电池(1)加20mA/cm2怠速载荷运行1min，快速加载到200mA/cm2载荷运行1min，再快速改变负载载荷到500mA/cm2运行3min，然后将快速降至300mA/cm2运行1min，再迅速将载荷升至800mA/cm2运行1min，再将负载载荷迅速降至20mA/cm2运行1min，通过频繁改变载荷大小，测试电池寿命；
d、按照上述c负载变化对被测试燃料电池(1)进行循环测试，加速考察燃料电池长期寿命。
2.根据权利要求1所述的一种加速考察燃料电池寿命的试验方法，其特征在于所用气量随载荷变化按照一定化学计量比(如：空气化学计量比为2)而变化。
3.根据权利要求1所述的一种加速考察燃料电池寿命的试验方法，其特征在于被测试燃料电池(1)运行过程中负载加载方式采用瞬间加载方式加载，也可按一定速率进行加载(如30A/s)，加载速度远大于车载燃料电池运行过程中的加载速度，加载速度小于0.1s(负载变化时间)。
4.根据权利要求1所述的一种加速考察燃料电池寿命的试验方法，其特征在于被测试燃料电池(1)运行过程中加载幅度远大于车载燃料电池运行过程中的加载幅度，最大加载幅度可以大于800mA/cm2。
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