CN110703102A - 燃料电池堆膜电极参数检测方法和检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池堆膜电极参数检测方法和检测装置，其中，方法包括以下步骤：在氢气和空气分别充入待测燃料电池堆的膜电极两侧后，将氢气和空气的进出口封死，并将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压；通过恒流电源给待测燃料电池堆进行恒定电流充电，并采集经待测燃料电池堆的电流和各单片或者两片邻近的电池组的电压，并在电压满足预设条件后，停止充电；根据各片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数。该方法可以一次测量同时获得多种参数，适用于对燃料电池堆进行测试，并具有现场、无损、经济、简便、快速等优点。

Description

燃料电池堆膜电极参数检测方法和检测装置

技术领域

本发明涉及燃料电池膜测量技术领域，特别涉及一种燃料电池堆膜电极参数检测方法和检测装置。

背景技术

膜电极是燃料电池的主要发电元件，它的性能会显著影响整片燃料电池的性能。现有的循环伏安法能够获得单片燃料电池电化学活性面积和双电层电容，不能适用于燃料电池堆的检测；线性扫描电位法可以测量膜电极氢渗透电流，交流阻抗法可以测量燃料电池阻抗，但这两种方法需停机进行，且使用仪器多，耗时长。

相关技术中，一种燃料电池堆膜电极状况现场检测方法和检测装置未指出待测燃料电池外接负载的具体方式，不能对现有燃料电池电压巡检仪(CVM)两片一采的形式进行很好的兼容；由于检测过程中需一直对电堆供氢气，故对氢气消耗高；用负载对燃料电池堆降低电压到0，测试时间长并且意义不大。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池堆膜电极参数检测方法，该方法适用于对燃料电池堆进行测试，具有现场、无损、经济、简便、快速等优点。

本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池堆膜电极参数检测装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种燃料电池堆膜电极参数检测方法，包括以下步骤：在氢气和空气分别充入待测燃料电池堆的膜电极两侧后，将所述氢气和所述空气的进出口封死，并将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压；通过恒流电源给所述待测燃料电池堆进行恒定电流充电，并采集经所述待测燃料电池堆的电流和各单片或者两片邻近的电池组的电压，并在所述电压满足预设条件后，停止充电；根据所述各片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数。

本发明实施例的燃料电池堆膜电极参数检测方法，适用于对燃料电池堆或单体的测量，一次测量得到燃料电池膜电极催化剂有效面积、双电层电容、氢渗透率和欧姆性阻抗等四个参数，具有现场、无损、快速、方便、经济等优点，且能较好地适应现有企业燃料电池“两片一采”的电压巡检连接方式，可以在无纯氮气的情况下用空气制取氮气，可作为研究和检查燃料电池堆各节电池膜电极一致性和使用寿命的测试方法和工具，可用于堆燃料电池堆内膜电极漏气和催化剂失活的故障诊断。

另外，根据本发明上述实施例的燃料电池堆膜电极参数检测方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述各单片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数，包括：检测得到每一片电池的电压从最低端上升到满足所述预设条件的所需时间，若所述所需时间小于预设时间，则降低充电电流，直至得到至少五个恒定电流下的各单片燃料电池的电压数据；改变所述恒定电流五次或五次以上，直至得到五组或者五次以上恒定电流下的各节燃料电池电压数据；对所述五个或五次以上恒定电流下测量的每节燃料电池电压变化过程进行关于时间的微分，确定所述，每节燃料电池在对应电压下对应五个或多个恒定电流充电中的电压变化率；根据所述恒定电流和所述电压变化率得到所述每节节燃料电池膜电极的氢渗透电流；绘制所述每节燃料电池对应的关系曲线，并对所述关系曲线进行积分，得催化剂脱氢对应电荷量，以得所述每节燃料电池膜电极催化剂有效活性面积；从起始充电区得到电压阶跃变化值，以得到所述每节燃料电池欧姆性阻抗R；获取所述待测燃料电池堆各节燃料电池膜电极状况参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述关系曲线的积分公式为：

其中，C_dl为该节燃料电池膜电极双电层电容，

为所述关系曲线的最低点，V为电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述有效活性面积的计算公式为：

其中，Q_Pt为催化剂脱氢对应电荷量，q代表单位面积催化剂所带电量，W_Pt为铂载量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压，包括：降低负载电压按照0.5×NV、0.2×NV、0.1×NV、0.05×NV的顺序依次实施其中，N为燃料电池堆电池片数。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种燃料电池堆膜电极参数检测装置，包括：实施模块，用于在氢气和空气分别充入待测燃料电池堆的膜电极两侧后，将所述氢气和所述空气的进出口封死，并将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压；采集模块，用于通过恒流电源给所述待测燃料电池堆进行恒定电流充电，并采集经所述待测燃料电池堆的电流和各单片或者两片邻近的电池组的电压，并在所述电压满足预设条件后，停止充电；处理模块，用于根据所述各片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数。

本发明实施例的燃料电池堆膜电极参数检测装置，适用于对燃料电池堆或单体的测量，一次测量得到燃料电池膜电极催化剂有效面积、双电层电容、氢渗透率和欧姆性阻抗等四个参数，具有现场、无损、快速、方便、经济等优点，且能较好地适应现有企业燃料电池“两片一采”的电压巡检连接方式，可以在无纯氮气的情况下用空气制取氮气，可作为研究和检查燃料电池堆各节电池膜电极一致性和使用寿命的测试方法和工具，可用于堆燃料电池堆内膜电极漏气和催化剂失活的故障诊断。

另外，根据本发明上述实施例的燃料电池堆膜电极参数检测装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述处理模块，包括：检测单元，用于检测得到每一片电池的电压从最低端上升到满足所述预设条件的所需时间，若所述所需时间小于预设时间，则降低充电电流，直至得到至少五个恒定电流下的各单片燃料电池的电压数据；改变单元，用于改变所述恒定电流五次或五次以上，直至得到五组或者五次以上恒定电流下的各节燃料电池电压数据；微分单元，用于对所述五个或五次以上恒定电流下测量的每节燃料电池电压变化过程进行关于时间的微分，确定所述，每节燃料电池在对应电压下对应五个或多个恒定电流充电中的电压变化率；计算单元，用于根据所述恒定电流和所述电压变化率得到所述每节节燃料电池膜电极的氢渗透电流；积分单元，用于绘制所述每节燃料电池对应的关系曲线，并对所述关系曲线进行积分，得催化剂脱氢对应电荷量，以得所述每节燃料电池膜电极催化剂有效活性面积；第一获取单元，用于从起始充电区得到电压阶跃变化值，以得到所述每节燃料电池欧姆性阻抗R；第二获取单元，用于获取所述待测燃料电池堆各节燃料电池膜电极状况参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述关系曲线的积分公式为：

其中，C_dl为该节燃料电池膜电极双电层电容，

为所述关系曲线的最低点，V为电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述有效活性面积的计算公式为：

其中，Q_Pt为催化剂脱氢对应电荷量，q代表单位面积催化剂所带电量，W_Pt为铂载量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述实施模块进一步用于降低负载电压按照0.5×NV、0.2×NV、0.1×NV、0.05×NV的顺序依次实施，其中，N为燃料电池堆电池片数。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的燃料电池堆膜电极参数检测方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的燃料电池堆膜电极参数检测装置的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的燃料电池堆膜电极参数检测装置的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的利用图3所示装置的测试得到的电压上升过程示意图；

图5为根据本发明实施例的数据处理过程的电压微分示意图；

图6为根据本发明实施例的数据处理过程的微分电容曲线示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池堆膜电极参数检测方法和检测装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池堆膜电极参数检测方法。

图1是本发明一个实施例的燃料电池堆膜电极参数检测方法的流程图。

如图1所示，该燃料电池堆膜电极参数检测方法包括以下步骤：

在步骤S101中，在氢气和空气分别充入待测燃料电池堆的膜电极两侧后，将氢气和空气的进出口封死，并将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压。

可以理解的是，氢气和空气可以为增湿或者不增湿的气体。本发明实施例将氢气和空气分别充入待测燃料电池堆的膜电极两侧，待燃料电池堆电压稳定后堵死氢气和空气的进出口，燃料电池堆外侧接电子负载，调节负载的电压，使得电流迅速流过；待电流减小至零时，降低负载电压，直至待测燃料电池堆的电压小于目标电压，其中，目标电压可以为0.02×N V，N为燃料电池堆片数，本领域技术人员可以根据实际情况设置目标电压的具体值，在此仅作为示例，不做具体限定。

进一步地，在本发明的一个实施例中，将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压，包括：降低负载电压按照0.5×NV、0.2×N V、0.1×N V、0.05×N V的顺序依次实施，其中，N为燃料电池堆电池片数。

可以理解的是，降低负载电压按照0.5×NV、0.2×NV、0.1×NV、0.05×NV的顺序依次实施，N为燃料电池堆电池片数，每次的实施点在于流经电堆的电流接近于0，直至燃料电池堆的电压接近0.02×NV。具体地，给待测燃料电池堆加外接负载，通过电流传感器读取流经燃料电池堆的电流，按照0.5V，0.2V，0.1V，0.05V的顺序调节负载的电压，每当电流从一个极大值降为接近0时，跳入下一个电压。

在步骤S102中，通过恒流电源给待测燃料电池堆进行恒定电流充电，并采集经待测燃料电池堆的电流和各单片或者两片邻近的电池组的电压，并在电压满足预设条件后，停止充电。

可以理解的是，给待测燃料电池堆进行外接电路恒流充电，使用电压巡检仪连续记录各节燃料电池电压，当各节燃料电池电压不低于0.7V时停止充电。

在步骤S103中，根据各片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数。

在本发明的一个实施例中，根据各单片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数，包括：检测得到每一片电池的电压从最低端上升到满足预设条件的所需时间，若所需时间小于预设时间，则降低充电电流，直至得到至少五个恒定电流下的各单片燃料电池的电压数据；改变恒定电流五次或五次以上，直至得到五组或者五次以上恒定电流下的各节燃料电池电压数据；对五个或五次以上恒定电流下测量的每节燃料电池电压变化过程进行关于时间的微分，确定，每节燃料电池在对应电压下对应五个或多个恒定电流充电中的电压变化率；根据恒定电流和电压变化率得到每节节燃料电池膜电极的氢渗透电流；绘制每节燃料电池对应的关系曲线，并对关系曲线进行积分，得催化剂脱氢对应电荷量，以得每节燃料电池膜电极催化剂有效活性面积；从起始充电区得到电压阶跃变化值，以得到每节燃料电池欧姆性阻抗R；获取待测燃料电池堆各节燃料电池膜电极状况参数。

具体而言，步骤S103具体包括：

步骤S1，试验得到每一片电池电压从最低端上升到0.7V的时间，若时间小于10s，则降低充电电流，重复步骤S102，得到至少五个恒定电流I下的各单片燃料电池电压数据。

步骤S2，改变充电恒电流五次或五次以上，重复步骤S102和步骤S1，得到五组或者五次以上恒定电流下的各节燃料电池电压数据；

步骤S3，对五个或多个恒定电流下测量的该节燃料电池电压变化过程进行关于时间的微分，确定该节燃料电池在某电压下对应五个或多个恒定电流I充电中的电压变化率dV/dt；

步骤S4，将上述的恒定电流I和电压变化率dV/dt通过线性拟合或计算得到对应电压变化率为0时的电流值，作为该节燃料电池膜电极的氢渗透电流i_H；

步骤S5，绘制该节燃料电池对应的(I_G-i_H)/(dV/dt)和电压V的曲线，以最低点的(I_G-i_H)/(dV/dt)为该节燃料电池膜电极双电层电容C_dl，以该点对应的电压为V_L；

步骤S6，对步骤S5中曲线进行积分

得催化剂脱氢对应电荷量Q_Pt，通过公式

得该节燃料电池膜电极催化剂有效活性面积，其中q代表单位面积催化剂所带电量，W_Pt为铂载量；

步骤S7，从起始充电区得到电压阶跃变化值ΔV，用公式R＝ΔV/I得到该节燃料电池欧姆性阻抗R；

步骤S8，对燃料电池堆内各节燃料电池进行步骤S3-S6的操作，得到燃料电池堆各节燃料电池膜电极状况参数。

综上，本发明实施例提出的燃料电池堆膜电极参数检测方法，适用于对燃料电池堆或单体的测量，一次测量得到燃料电池膜电极催化剂有效面积、双电层电容、氢渗透率和欧姆性阻抗等四个参数，具有现场、无损、快速、方便、经济等优点，且能较好地适应现有企业燃料电池“两片一采”的电压巡检连接方式，可以在无纯氮气的情况下用空气制取氮气，可作为研究和检查燃料电池堆各节电池膜电极一致性和使用寿命的测试方法和工具，可用于堆燃料电池堆内膜电极漏气和催化剂失活的故障诊断。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池堆膜电极参数检测装置。

图2是本发明一个实施例的燃料电池堆膜电极参数检测装置的结构示意图。

如图2所示，该燃料电池堆膜电极参数检测装置100包括：实施模块110、采集模块120和处理模块130。

其中，实施模块110用于在氢气和空气分别充入待测燃料电池堆的膜电极两侧后，将氢气和空气的进出口封死，并将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压；采集模块120用于通过恒流电源给待测燃料电池堆进行恒定电流充电，并采集经待测燃料电池堆的电流和各单片或者两片邻近的电池组的电压，并在电压满足预设条件后，停止充电；处理模块130用于根据各片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数。本发明实施例的检测装置100可以一次测量同时获得多种参数，适用于对燃料电池堆进行测试，并具有现场、无损、经济、简便、快速等优点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，处理模块130包括：检测单元，用于检测得到每一片电池的电压从最低端上升到满足预设条件的所需时间，若所需时间小于预设时间，则降低充电电流，直至得到至少五个恒定电流下的各单片燃料电池的电压数据；改变单元，用于改变恒定电流五次或五次以上，直至得到五组或者五次以上恒定电流下的各节燃料电池电压数据；微分单元，用于对五个或五次以上恒定电流下测量的每节燃料电池电压变化过程进行关于时间的微分，确定，每节燃料电池在对应电压下对应五个或多个恒定电流充电中的电压变化率；计算单元，用于根据恒定电流和电压变化率得到每节节燃料电池膜电极的氢渗透电流；积分单元，用于绘制每节燃料电池对应的关系曲线，并对关系曲线进行积分，得催化剂脱氢对应电荷量，以得每节燃料电池膜电极催化剂有效活性面积；第一获取单元，用于从起始充电区得到电压阶跃变化值，以得到每节燃料电池欧姆性阻抗R；第二获取单元，用于获取待测燃料电池堆各节燃料电池膜电极状况参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，关系曲线的积分公式为：

其中，C_dl为该节燃料电池膜电极双电层电容，

为关系曲线的最低点，V为电压。

进一步地，在本发明的一个实施例中，有效活性面积的计算公式为：

其中，Q_Pt为催化剂脱氢对应电荷量，q代表单位面积催化剂所带电量，W_Pt为铂载量。

进一步地，在本发明的一个实施例中，实施模块110进一步用于降低负载电压按照0.5×NV、0.2×NV、0.1×NV、0.05×NV的顺序依次实施，其中，N为燃料电池堆电池片数。

下面将通过一个具体实施例对燃料电池堆膜电极参数检测方法和检测装置进行进一步阐述。

如图3所示，为该发明的检测装置的一种实施例的结构示意图，包括恒流电源1、电流传感器2、数据采集器3、管夹4和数据处理单元5，恒流电源1的正负极分别通过导线与待测燃料电池6集电板的阴极和阳极相连，电流传感器2连接在恒流电源1负极和待测燃料电池堆6集电板的阳极间；电流传感器2与数据处理器5相连；数据采集器3同时与待测燃料电池堆6的各节或者各相邻两节构成的一小组相连，数据采集器3与数据处理单元4相连。

其中，待测燃料电池6为燃料电池单体或燃料电池堆，数据采集器3有N路电压信号线即能够同时测量N或者2N节燃料电池，电流传感器2可以集成在电子负载7中。

进一步地，图3所示检测装置的工作原理为：恒流电源1给待测燃料电池堆6进行恒定电流充电，电流传感器2测量充电电流，数据采集器3采集电流传感器2的电流信号和待测燃料电池堆6各节或者各小组电池的电压信号，转换成数字量信号并传输到数据处理单元4，数据处理单元4通过编写程序实现测量数据的自动处理，通过对采集的各节燃料电池电压数据进行微分和积分运算，给出待测燃料电池堆6膜电极的催化剂有效活性面积、双电层电容、氢渗透电流和欧姆性阻抗等参数。

应用上述测量装置检测一个待测燃料电池堆6燃料电池膜电极状况参数的方法包括：待测燃料电池堆供应氢气和空气，之后堵死氢气和空气的进出口，用负载遵循一定的规律降低燃料电池堆电压到指定值，在燃料电池堆各片或者两片邻近的电池组上加装电压采集器，利用恒流电源给待测燃料电池堆进行恒定电流充电，利用采集器获取流经燃料电池堆的电流和各片或者两片邻近的电池组的电压，转化成数字量信号并传输到数据处理单元，数据处理单元通过编写程序实现测量数据的自动处理，通过对采集的各节燃料电池电压数据进行运算，给出待测燃料电池膜电极的催化剂有效活性面积、双电层电容、氢渗透电流和欧姆性阻抗等参数，并给出对燃料电池堆膜电极的处理意见；本发明实施例适用于对燃料电池堆进行测试，具有现场、无损、经济、简便、快速等优点。

具体而言，应用上述测量装置检测的方法包括如下步骤：

(1)将待测燃料电池堆6集电板的阴极和阳极分别与恒流电源1正负极相连，将数据采集器3信号线与待测燃料电池堆6的各节或者各临近小节构成的小组相连；

(2)将氢气冲入待测燃料电池堆6的膜电极阳极侧，阴极侧打开入气口，让空气自然流入，燃料电池堆6阳极侧的氢气流量是2L/min，氢气为60℃饱和增湿气体。

(3)停止供应氢气，用管夹关闭氢气和空气的进出口。此时燃料电池堆6的电压应该为接近0.9×NV，N为燃料电池堆6的片数。外接电子负载，使用传感器获取流经燃料电池堆6的电流值，降低负载电压按照0.5×NV、0.2×NV、0.1×NV、0.05×NV的顺序依次实施，N为燃料电池堆电池片数，每次的实施点在于流经电堆的电流接近于0。

(4)使用恒流电源1，选定电流0.15A，给待测燃料电池堆6进行恒定电流充电，连续记录各节或者各小组燃料电池电压，当各节燃料电池电压不低于0.7V或者各小组燃料电池电压不低于1.4V时停止充电。

(5)改变恒定电流的值，试验得到每一片电池电压从最低端上升到0.7V或者每一小组电池电压从最低端上升到1.4V的时间，若时间小于10s，则降低充电电流，重复(4)步骤，得到至少五个恒定电流I下的各单片燃料电池电压数据。这里取到的五个恒定电流依次为0.2A，0.22A，0.25A，0.27A，0.3A，重复步骤(4)过程，得到测量数据，若得到的是小组的燃料电池电压，则将其除以2作为这一组两片电池各自的电压，将指定的某节燃料电池电压变化情况汇总在一起，如附图4所示。

(6)通过数据处理单元4对每个恒定电流下测量的该节燃料电池电压变化过程进行关于时间的微分，如附图5所示。

(7)从步骤(6)中的微分图，取该节燃料电池在定电压0.2V和0.4V下对应上述恒定电流I充电中的电压变化率dV/dt，通过线性拟合或计算得到对应电压变化率为0时的电流值，即为该节燃料电池膜电极的氢渗透电流(0.076A)。

(8)绘制该节燃料电池对应的(I_G-i_H)/(dV/dt)和电压V的曲线，以最低点的(I_G-i_H)/(dV/dt)为该节燃料电池膜电极双电层电容C_dl为101F，以该点对应的电压为V_L＝0.44V，如附图6所示；

(9)对步骤(7)中曲线进行积分

得催化剂脱氢对应电荷量Q_Pt，通过公式

得该节燃料电池膜电极催化剂有效活性面积为63m²/g，其中q代表单位面积催化剂所带电量，W_Pt为铂载量；

(10)从起始充电区得到电压阶跃变化值ΔV，用公式R＝ΔV/I得到该节燃料电池欧姆性阻抗R为0.9Ω·cm²；

(11)对燃料电池堆内各节燃料电池进行步骤(5)-(8)的操作，得到燃料电池堆各节燃料电池膜电极状况参数。

需要说明的是，前述对燃料电池堆膜电极参数检测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的燃料电池堆膜电极参数检测装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的燃料电池堆膜电极参数检测装置，适用于对燃料电池堆或单体的测量，一次测量得到燃料电池膜电极催化剂有效面积、双电层电容、氢渗透率和欧姆性阻抗等四个参数，具有现场、无损、快速、方便、经济等优点，且能较好地适应现有企业燃料电池“两片一采”的电压巡检连接方式，可以在无纯氮气的情况下用空气制取氮气，可作为研究和检查燃料电池堆各节电池膜电极一致性和使用寿命的测试方法和工具，可用于堆燃料电池堆内膜电极漏气和催化剂失活的故障诊断。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种燃料电池堆膜电极参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

在氢气和空气分别充入待测燃料电池堆的膜电极两侧后，将所述氢气和所述空气的进出口封死，并将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压；

通过恒流电源给所述待测燃料电池堆进行恒定电流充电，并采集经所述待测燃料电池堆的电流和各单片或者两片邻近的电池组的电压，并在所述电压满足预设条件后，停止充电；以及

根据所述各片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各单片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数，包括：

检测得到每一片电池的电压从最低端上升到满足所述预设条件的所需时间，若所述所需时间小于预设时间，则降低充电电流，直至得到至少五个恒定电流下的各单片燃料电池的电压数据；

改变所述恒定电流五次或五次以上，直至得到五组或者五次以上恒定电流下的各节燃料电池电压数据；

对所述五个或五次以上恒定电流下测量的每节燃料电池电压变化过程进行关于时间的微分，确定所述，每节燃料电池在对应电压下对应五个或多个恒定电流充电中的电压变化率；

根据所述恒定电流和所述电压变化率得到所述每节节燃料电池膜电极的氢渗透电流；

绘制所述每节燃料电池对应的关系曲线，并对所述关系曲线进行积分，得催化剂脱氢对应电荷量，以得所述每节燃料电池膜电极催化剂有效活性面积；

从起始充电区得到电压阶跃变化值，以得到所述每节燃料电池欧姆性阻抗R；

获取所述待测燃料电池堆各节燃料电池膜电极状况参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关系曲线的积分公式为：

其中，C_dl为该节燃料电池膜电极双电层电容，

为所述关系曲线的最低点，V为电压。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述有效活性面积的计算公式为：

其中，Q_Pt为催化剂脱氢对应电荷量，q代表单位面积催化剂所带电量，W_Pt为铂载量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压，包括：

降低负载电压按照0.5×NV、0.2×NV、0.1×NV、0.05×NV的顺序依次实施其中，N为燃料电池堆电池片数。

6.一种燃料电池堆膜电极参数检测装置，其特征在于，包括：

实施模块，用于在氢气和空气分别充入待测燃料电池堆的膜电极两侧后，将所述氢气和所述空气的进出口封死，并将待测燃料电池堆的负载的电压降低至目标电压；

采集模块，用于通过恒流电源给所述待测燃料电池堆进行恒定电流充电，并采集经所述待测燃料电池堆的电流和各单片或者两片邻近的电池组的电压，并在所述电压满足预设条件后，停止充电；以及

处理模块，用于根据所述各片或者两片邻近的电池组的电压得到燃料电池堆膜电极参数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块，包括：

检测单元，用于检测得到每一片电池的电压从最低端上升到满足所述预设条件的所需时间，若所述所需时间小于预设时间，则降低充电电流，直至得到至少五个恒定电流下的各单片燃料电池的电压数据；

改变单元，用于改变所述恒定电流五次或五次以上，直至得到五组或者五次以上恒定电流下的各节燃料电池电压数据；

微分单元，用于对所述五个或五次以上恒定电流下测量的每节燃料电池电压变化过程进行关于时间的微分，确定所述，每节燃料电池在对应电压下对应五个或多个恒定电流充电中的电压变化率；

计算单元，用于根据所述恒定电流和所述电压变化率得到所述每节节燃料电池膜电极的氢渗透电流；

积分单元，用于绘制所述每节燃料电池对应的关系曲线，并对所述关系曲线进行积分，得催化剂脱氢对应电荷量，以得所述每节燃料电池膜电极催化剂有效活性面积；

第一获取单元，用于从起始充电区得到电压阶跃变化值，以得到所述每节燃料电池欧姆性阻抗R；

第二获取单元，用于获取所述待测燃料电池堆各节燃料电池膜电极状况参数。

8.根据权利要7所述的装置，其特征在于，所述关系曲线的积分公式为：

其中，C_dl为该节燃料电池膜电极双电层电容，

为所述关系曲线的最低点，V为电压。

9.根据权利要8所述的装置，其特征在于，所述有效活性面积的计算公式为：

其中，Q_Pt为催化剂脱氢对应电荷量，q代表单位面积催化剂所带电量，W_Pt为铂载量。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述实施模块进一步用于降低负载电压按照0.5×NV、0.2×NV、0.1×NV、0.05×NV的顺序依次实施，其中，N为燃料电池堆电池片数。

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