CN101231328B - 一种评价城市客车用燃料电池耐久性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种评价城市客车用燃料电池耐久性的方法，属于车用燃料电池技术领域。该方法将被测试燃料电池置于测试台上暖机至额定工作条件；进入加载工况连续3次加载到60％额定功率；进入怠速工况运行，记录燃料电池电压变化情况；经2个部分负荷递增工况；进入加载工况，连续2次加载到60％额定功率；重复运行4次；进入怠速工况；进入额定功率工况，持续运行30分钟，记录燃料电池电压变化；经2分钟怠速工况，进入过载工况；停机。重复进行循环工况测试，当燃料电池堆最低工作电压所对应的功率值下降到整车厂规定的极限值时即为电堆寿命终结。本发明缩短试验时间，节约成本，及时发现影响燃料电池寿命的因素；还可以获得燃料电池电堆其他基本性能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种评价燃料电池耐久性的方法，特别是关于一种评价城市客车用燃料电池耐久性的方法，属于车用燃料电池技术领域。
背景技术
燃料电池耐久性的评价方法，一般可以通过额定工况长时间连续稳态运行进行测试，或是通过长时间连续稳态运行和间断运行相结合进行测试，如500小时连续运行加50小时间断运行，还可以采用反复变载动态工况运行进行测试的方法，如电压从1.2V到0.8V反复变载运行。连续稳态额定工况运行进行测试的方法，时间长、成本高；反复变载动态工况运行的测试方法，可以用较短的时间评价出燃料电池在某种工况下的相对寿命。上述两种方法最主要的是很难反映城市客车用燃料电池在实际工作(车用燃料电池在运行过程中，是由多种工况组成)中的耐久性，针对这个问题，本发明提出了一种评价城市客车用燃料电池耐久性的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是针对目前城市客车用燃料电池常用的实际工作方式、路况等，设计了一种评价城市客车用燃料电池耐久性的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种评价城市客车用燃料电池耐久性的方法，其特征在于：它包括以下步骤：1、将被测试燃料电池置于测试台上启动，暖机至额定工作条件；2、进入加载工况，连续3次加载到60％额定功率；3、进入怠速工况，稳定运行10分钟，记录燃料电池电压变化情况；4、经2个部分负荷递增工况，进入额定功率工况，再经2个部分负荷递减工况，进入怠速工况；5、进入加载工况，连续2次加载到60％额定功率；6、步骤1至步骤5，连续运行4次；7、进入怠速工况，运行5分钟，记录燃料电池电压变化情况；8、进入额定功率工况，持续运行30分钟，记录燃料电池电压变化；9、经2分钟怠速工况，进入过载工况，运行120秒；10、步骤7至步骤9只运行1次，之后停机。
重复进行循环工况测试，若燃料电池电堆的额定电压低于厂家规定的极限值即视为电堆寿命终结。
本发明具有以下优点和特点：
1、本发明制定了一种测试和评价城市客车用燃料电池电堆耐久性的循环工况方法，此发明方法的特点在于模拟实际的汽车行驶状况，综合建立了一种“4+1”的循环模式。
2、本发明方法选取了城市客车用典型工况对燃料电池进行耐久性评价，包括加载工况、怠速工况、额定功率工况、动态加载以及部分负荷工况和过载工况。
3、本发明方法制定的循环工况方法，不仅在工况选择、功率分配、时间分配等方面都接近车用燃料电池堆的真实使用情况，而且在燃料电池工作强度的制定上大于实际工作强度，这样不仅能够较全面地考核车用燃料电池堆的实际使用性能，而且可在相对缩短试验时间，节约成本的同时，及时发现影响燃料电池寿命的因素。
4、通过本发明方法测试，不仅可以有效的考核燃料电池电堆的耐久性，而且可以获得燃料电池电堆伏安特性、功率特性、效率特性、额定工况时电压随时间的变化情况及动态响应特性等基本性能。
附图说明
图1是本发明燃料电池测试工况示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明方法进行详细地描述。
本发明的测试方法，是利用现有的燃料电池电堆测试台，按照确定的测试工况进行耐久性测试。每个测试循环包括4个子循环I和1个子循环II。各子循环中均选取车用典型工况进行测试考核，包括加载工况、怠速工况、额定功率工况、动态加载以及部分负荷工况和过载工况。加载工况是对燃料电池堆进行加载，从怠速直接加载到规定的电堆功率，用于考核燃料电池堆的加载能力和动态响应时间。怠速工况，用于考核燃料电池电堆的防缺水能力。动态加载及部分负荷工况主要考察燃料电池电堆的动态响应时间和加载能力。额定功率工况稳定运行时间为30分钟(不能少于30分钟)，用于考核电堆的热平衡能力、防水淹能力和工作稳定性。过载工况用于考察电堆短时间内的动态过载能力。此循环测试工况的制定，包括各工况的选择、功率分配、时间分配等都接近车用燃料电池堆的真实使用情况，能够较全面地考核车用燃料电池堆的耐久性及其他性能。
如图1所示，图1是本发明燃料电池测试工况示意图，本发明的具体操作步骤如下：
1、将被测试燃料电池电堆置于燃料电池电堆测试台上，启动电堆，暖机30分钟(不能少于30分钟)，当电堆内部的温度、湿度达到厂家规定的额定工作条件后，开始测试；
2、测试过程进入加载工况1，连续3次加载到60％额定功率，每次加载持续60秒(加、减载时间不超过3秒)、间隔5秒；
3、测试过程进入怠速工况2，稳定运行10分钟，记录燃料电池电压变化情况；
4、测试过程进入部分负荷工况3，经30％额定功率和60％额定功率两个部分负荷递增工况，进入100％额定功率工况，再经40％额定功率和20％额定功率两个部分负荷递减工况，进入怠速工况；每个部分负荷工况点持续运行60秒(加、减载时间不超过3秒)；
5、测试过程进入加载工况4，连续2次加载到60％额定功率，每次加载持续60秒(加、减载时间不超过3秒)、间隔5秒；
6、将加载工况1、怠速工况2、部分负荷工况3和加载工况4定义为子循环I，连续运行子循环I共4次(即步骤1至步骤5，连续运行4次)；
7、完成4次子循环I以后，测试过程进入怠速工况5，运行5分钟，记录燃料电池电压变化情况；
8、测试过程进入额定功率工况6，持续运行30分钟(加载时间不超过5秒)，记录燃料电池电压变化；
9、测试过程经额定功率工况6，进入怠速工况，持续2分钟，进入过载工况7，过载功率定义为额定功率的120％，运行120秒(加、减载时间不超过5秒)；
10、将怠速工况5、额定功率工况6和过载工况7定义为子循环II，运行子循环II共1次(即步骤7至步骤9只运行1次)，之后停机。
燃料电池循环工况测试由4次子循环I和1次子循环II组成，1个循环的时间为7247秒(约121分钟)。重复循环工况测试，比较电堆性能随时间的变化。定义当燃料电池堆最低工作电压所对应的功率值下降到整车厂规定的极限值时，即为电堆寿命终结，则停止试验。燃料电池电堆在此循环工况下运行的总的有效的时间(或循环次数)可作为考核其耐久性的准则。
Claims (2)
1.一种评价城市客车用燃料电池耐久性的方法，其特征在于，模拟实际的汽车行驶状况，综合建立了一种“4+1”的循环模式，该方法包括以下步骤：
(1)将被测试燃料电池电堆置于燃料电池电堆测试台上，启动电堆，暖机至额定工作条件后，开始测试；
(2)测试过程进入加载工况1，连续3次加载到60％额定功率，每次加载持续60秒、间隔5秒；
(3)测试过程进入怠速工况2，稳定运行10分钟，记录燃料电池电压变化情况；
(4)测试过程进入部分负荷工况3，经30％额定功率和60％额定功率两个部分负荷递增工况，进入100％额定功率工况，再经40％额定功率和20％额定功率两个部分负荷递减工况，进入怠速工况；每个部分负荷工况点持续运行60秒；
(5)测试过程进入加载工况4，连续2次加载到60％额定功率，每次加载持续60秒、间隔5秒；
(6)将加载工况1、怠速工况2、部分负荷工况3和加载工况4定义为子循环I，连续运行子循环I共4次；
(7)完成4次子循环I以后，测试过程进入怠速工况5，运行5分钟，记录燃料电池电压变化情况；
(8)测试过程进入额定功率工况6，持续运行30分钟，记录燃料电池电压变化；
(9)测试过程经额定功率工况6，进入怠速工况，持续2分钟，进入过载工况7，过载功率定义为额定功率的120％，运行120秒；
(10)将怠速工况5、额定功率工况6和过载工况7定义为子循环II，运行子循环II共1次，之后停机。
2.如权利要求1所述的一种评价燃料电池耐久性的方法，其特征在于，重复进行“4+1”循环工况测试，当燃料电池电堆最低工作电压所对应的功率值下降到整车厂规定的极限值时，即为电堆寿命终结。
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