CN113219003A - 电堆膜含水量的测量方法、装置及测量终端 - Google Patents

电堆膜含水量的测量方法、装置及测量终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电堆膜含水量的测量方法、装置及测量终端，包括：获取被测电堆的电阻一致性测试结果；控制被测电堆运行；在被测电堆运行过程中测量被测电堆的第一高频截距和每个单电池的第二高频截距；基于电阻一致性测试结果、第一高频截距和第二高频截距，计算被测电堆的第一膜含水量和每个单电池的第二膜含水量。本发明不会影响电堆的使用寿命，而且可以有效测量降低膜含水量的测量成本、简化操作难度以及提高测量效率。

Description

电堆膜含水量的测量方法、装置及测量终端
技术领域
本发明涉及电堆测量技术领域，尤其是涉及一种电堆膜含水量的测量方法、装置及测量终端。
背景技术
在对电堆进行性能测试过程中，膜水含量直接影响到氢质子在两极的传输效率，进而影响到整个电堆的性能，为了更好的为电堆提供良好的工作环境，需要对电堆中膜水含量进行监测。相关技术提供的膜含水量测量方法中，需要采用两微型探针直接检测膜两侧的电压降，然后通过一系列的计算，最终实现对膜水含量的在线监测。然而，该种膜含水量测量方式极有可能破坏电堆的密封性，而且容易损坏膜电极的结构，从而严重影响电堆的使用寿命，此外，该种膜含水量测量方式还存在成本较高、操作繁琐、效率较低等多种问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电堆膜含水量的测量方法、装置及测量终端，不会影响电堆的使用寿命，而且可以有效测量降低膜含水量的测量成本、简化操作难度以及提高测量效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种电堆膜含水量的测量方法，所述方法应用于测量终端，所述测量终端与被测电堆连接，所述被测电堆包括至少一个单电池，所述方法包括：获取所述被测电堆的电阻一致性测试结果；控制所述被测电堆运行，并在所述被测电堆运行过程中测量所述被测电堆的第一高频截距和每个所述单电池的第二高频截距；基于所述电阻一致性测试结果、所述第一高频截距和所述第二高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量和每个所述单电池的第二膜含水量。
在一种实施方式中，所述测量终端配置有工作电极、参比电极和至少一个辅助电极，所述工作电极和所述参比电极分别与所述被测电堆的正电极和负电极电连接，每个所述辅助电极分别与每个所述单电池的巡检线连接；所述测量所述被测电堆的第一高频截距和每个所述单电池的第二高频截距的步骤，包括：利用所述工作电极和所述参比电极测量所述被测电堆的当前电流，以及利用所述辅助电极测量每个所述单电池两端的当前电压；基于所述被测电堆的当前电流和每个所述单电池两端的当前电压，确定所述被测电堆的第一高频截距和每个所述单电池的第二高频截距。
在一种实施方式中，所述基于所述电阻一致性测试结果、所述第一高频截距和所述第二高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量和每个所述单电池的第二膜含水量的步骤，包括：基于所述电阻一致性测试结果和所述第一高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量；其中，所述电阻一致性测试结果包括双极板内阻、膜电极内阻和双极板与膜电极的接触电阻；基于所述电阻一致性测试结果和每个所述单电池的所述第二高频截距，计算每个所述单电池的第二膜含水量。
在一种实施方式中，所述基于所述电阻一致性测试结果和所述第一高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量的步骤，包括：根据所述第一高频截距、所述双极板内阻、所述双极板与膜电极的接触电阻和所述单电池个数，计算所述被测电堆的电堆中膜电阻；根据所述电堆中膜电阻、膜厚度和电池活化面积，确定所述被测电堆的第一质子电导率；根据所述第一质子电导率和所述被测电堆的运行温度，计算所述被测电堆的第一膜含水量。
在一种实施方式中，所述基于所述电阻一致性测试结果和所述第二高频截距，计算每个所述单电池的第二膜含水量的步骤，包括：对于每个所述单电池，基于该单电池的所述第二高频截距、所述双极板内阻和所述双极板与膜电极的接触电阻，调整得到该单电池的膜内阻；基于调整后的膜内阻，所述膜厚度和所述电池活化面积，确定该单电池的第二质子电导率；根据所述第二质子电导率和所述被测电堆的运行温度，计算该单电池的第二膜含水量。
在一种实施方式中，所述根据所述第一质子电导率和所述被测电堆的运行温度，计算所述被测电堆的第一膜含水量的步骤，包括：按照以下公式计算得到所述被测电堆的第一膜含水量
Figure F_210707103337046_046802001
：
Figure F_210707103337140_140513002
；其中，
Figure F_210707103337250_250564003
为膜厚度，
Figure F_210707103337361_361217004
为所述电堆中膜电阻，T为所述运行温度，S为所述电池活化面积；所述根据所述第二质子电导率和所述被测电堆的运行温度，计算该单电池的第二膜含水量的步骤，包括：按照以下公式计算得到每个所述单电池的第二膜含水量
Figure F_210707103337468_468719005
：
Figure F_210707103337564_564980006
；其中，
Figure F_210707103337641_641967007
为调整后的膜电阻。
在一种实施方式中，所述控制所述被测电堆运行的步骤，包括：控制所述被测电堆的环境温度升至第一指定温度；当所述环境温度达到所述第一指定温度时，向所述被测电堆通入第一计量的指定气体，并控制所述指定气体的气体温度升至所述第一指定温度；控制所述环境温度升至第二指定温度；当所述气体温度达到所述第一指定温度时，控制所述被测电堆基于第一运行电流运行第一指定时长；控制所述气体温度升至所述第二指定温度；当所述气体温度达到所述第二指定温度时，控制所述被测电堆基于第二运行电流运行第二指定时长；当所述被测电堆运行所述第二指定时长时，将所述被测电堆的运行电流降至开路，并向所述被测电堆通入第二计量的所述指定气体。
第二方面，本发明实施例还提供一种电堆膜含水量的测量装置，所述装置应用于测量终端，所述测量终端与被测电堆电连接，所述被测电堆包括至少一个单电池，所述装置包括：测试结果获取模块，用于获取所述被测电堆的电阻一致性测试结果；电堆测试模块，用于控制所述被测电堆运行；电化学测试模块，用于在所述被测电堆运行过程中测量所述被测电堆的第一高频截距和每个所述单电池的第二高频截距；膜含水量计算模块，用于基于所述电阻一致性测试结果、所述第一高频截距和所述第二高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量和每个所述单电池的第二膜含水量。
第三方面，本发明实施例还提供一种测量终端，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面提供的任一项所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现第一方面提供的任一项所述的方法。
本发明实施例提供的一种电堆膜含水量的测量方法、装置及测量终端，首先获取被测电堆的电阻一致性测试结果，控制被测电堆运行，并在被测电堆运行过程中测量被测电堆的第一高频截距和每个单电池的第二高频截距，然后基于电阻一致性测试结果、第一高频截距和第二高频截距，计算被测电堆的第一膜含水量和每个单电池的第二膜含水量。上述方法可以基于电阻一致性测试结果和被测电堆运行期间测量得到第一高频截距、第二高频截距计算得到第一膜含水量和第二膜含水量，相较于相关技术中需要将探针插入膜两侧进行测量的方式，本发明实施例不会破坏电堆的密封性和结构，不会影响电堆的使用寿命，而且本发明实施例提供的测量方法更为简便，可以有效测量降低膜含水量的测量成本以及提高测量效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电堆膜含水量的测量方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种电堆膜含水量的测量方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电堆膜含水量的测量装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种测量终端的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，相关技术提供的膜含水量测量方法中，仅限于膜电极层面上的测试，当应用到电堆层面时，其所用探针检测膜两侧电压时，需要将探针插在质子交换膜的两侧，但是在对膜电极进行测试过程中，膜电极是通过夹具及胶条进行固定供气和密封的，若将探针插到胶条和膜之间，极有可能破坏电堆的密封性，而且在插入探针时，由于探针很细，稍有不慎将会刺破质子交换膜，从而导致损坏膜电极的结构，致使膜穿孔报废或破坏膜表面，从而严重影响电堆的使用寿命。另外，当每片单电池都需要探针时，将会导致测量成本较高，而若将两根探针轮流使用，又会导致操作繁琐，而且可能对单电池造成二次破坏，影响整个电堆测试的效率。基于此，本发明实施提供了一种电堆膜含水量的测量方法、装置及测量终端，不会影响电堆的使用寿命，而且可以有效测量降低膜含水量的测量成本、简化操作难度以及提高测量效率。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电堆膜含水量的测量方法进行详细介绍，方法应用于测量终端，测量终端与被测电堆电连接，被测电堆包括至少一个单电池，参见图1所示的一种电堆膜含水量的测量方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤S102至步骤S108：
步骤S102，获取被测电堆的电阻一致性测试结果。其中，电阻一致性测试结果是在电堆组装过程中双极板和MEA（Membrane Electrode Assembly，膜电极）的一致性测试结果，可以包括双极板内阻、膜电极内阻和双极板与膜电极的接触电阻。在一种实施方式中，在被测电堆组装之前，为筛选出物理特性相近的双极板和膜电极，可以对双极板和膜电极的物理特性进行零部件一致性评价，包括双极板的内阻一致性评价，膜电极的内阻一致性评价，及对双极板与膜电极在不同压力下的接触电阻一致性评价等，从而可以得到被测电堆的双极板内阻、膜电极内阻和接触电阻等相关参数。示例性的，可以由用户手动记录电阻一致性测试结果，并在对被测电堆的膜含水量进行测试时，手动上传电阻一致性测试结果，也可以将电阻一致性测试结果保存至指定存储区域，从而在对被测电堆的膜含水量进行测试时，从该指定存储区域读取电阻一致性测试结果。
步骤S104，控制被测电堆运行。
步骤S106，在被测电堆运行过程中测量被测电堆的第一高频截距和每个单电池的第二高频截距。其中，第一高频截距包括被测电堆中n+1个双极板的电阻和2n个双极板和膜电极之间的接触电阻，n为单电池的数量，第二高频截距包括被测电堆中单电池两侧双极板的内阻及双极板与膜电极之间的接触电阻。在一种实施方式中，可以在被测电堆运行期间，利用多通道电化学测试设备辅助测量第一高频截距和第二高频截距。
步骤S108，基于电阻一致性测试结果、第一高频截距和第二高频截距，计算被测电堆的第一膜含水量和每个单电池的第二膜含水量。在一种实施方式中，由于已经获知电阻一致性测试结果、第一高频截距和第二高频截距，因此可以基于电阻一致性测试结果和第一高频截距计算被测电堆的平均单膜含水量，从而基于平均单膜含水量与质子电导率之间的关系、质子电导率与膜含水量之间的关系，计算被测电堆的第一膜含水量，还可以基于膜电极内阻与质子电导率的关系、质子电导率与膜含水量的关系，计算单电池的第二膜含水量。
本发明实施例提供的上述电堆膜含水量的测量方法，可以基于电阻一致性测试结果和被测电堆运行期间测量得到第一高频截距、第二高频截距计算得到第一膜含水量和第二膜含水量，相较于相关技术中需要将探针插入膜两侧进行测量的方式，本发明实施例不会破坏电堆的密封性和结构，不会影响电堆的使用寿命，而且本发明实施例提供的测量方法更为简便，可以有效测量降低膜含水量的测量成本以及提高测量效率。
在执行前述步骤S102之前，本发明实施例可以对被测电堆进行零部件一致性评价，以保证被测电堆中每片双极板、膜电极的电阻误差在允许范围内，其中，膜电极由GDL（Gas diffusion layer，气体扩散层）和CCM（catalyst coating membrane，催化剂涂覆膜）组成，从而确保电堆在运行过程中，每一片单电池的性能相近，有利于延长被测电堆的使用寿命。在实际应用中，在被测电堆的工作温度范围内，温度对双极板和碳纸的内阻影响可忽略，纯水对GDL的电子电导影响可忽略。为便于理解，本发明实施例提供了一种零部件一致性评价的具体步骤：（1）双极板内阻一致性评价：将装堆所用的每一片双极板进行内阻测试，用
Figure F_210707103337734_734225008
表示（
Figure F_210707103337859_859258009
表示双极板序号，范围1～n+1），筛选出内阻相近的双极板，待组装电堆使用；（2）膜电极内阻一致性评价：将装堆所用的每一片膜电极进行内阻测试，用
Figure F_210707103337999_999983010
表示（
Figure F_210707103338109_109258011
表示膜电极序号，范围1～n），筛选出内阻相近的膜电极，待组装电堆使用；（3）接触电阻测试：由于已进行了双极板和膜电极的一致性评价，此处需随机取几组双极板与膜电极在不同压力下进行接触电阻测试，所测得的数据取平均值，用
Figure F_210707103338218_218694012
表示。在具体实现时，根据双极板和膜电极的编号顺序进行电堆组装，并在合适的压力下进行紧固。
为便于对前述实施例提供的电堆膜含水量的测量方法进行理解，本发明实施例提供了另一种电堆膜含水量的测量方法，参见图2所示的另一种电堆膜含水量的测量方法的流程示意图，该方法主要包括如下步骤S202至步骤S212：
步骤S202，获取被测电堆的电阻一致性测试结果。
步骤S204，控制被测电堆运行。为便于理解，本发明实施例提供了一种控制被测电堆运行的应用示例，上述测量终端中配置有多通道电化学测试设备，使多通道电化学测试设备与被测电堆中的每个单电池进行EIS（Electrochemical Impedance Spectroscopy，电化学阻抗谱）测试。首先将多通道电化学测试设备与电堆相连，其中，多通道电化学测试设备包括工作电极（WE）、参比电极（RE）和至少一个辅助电极（CE1~CEn+1），工作电极和参比电极分别与被测电堆的正电极和负电极电连接，每个辅助电极分别与每个单电池的巡检线连接，并采用电流扰动法对被测电堆施加频率范围为10kHz-1Hz，扰动电流为1A的正弦电流。然后控制被测电堆运行，并在被测电堆运行期间进行EIS测试。
为便于理解，本发明实施例提供了一种控制电堆运行的具体实施方式，参见如下步骤1至步骤7：
步骤1，控制被测电堆的环境温度升至第一指定温度。示例性的，第一指定温度可以为60℃，例如，通过加热冷却水方式，将被测电堆的环境温度升至60℃，在此期间，氢气路和空气路通入一定量的氮气进行吹扫。
步骤2，当环境温度达到第一指定温度时，向被测电堆通入第一计量的指定气体，并控制指定气体的气体温度升至第一指定温度。其中，指定气体包括氢气和空气，例如，当被测电堆的环境温度升至60℃后，氢气路和空气路分别通入一定量的氢气和空气，并进行控温，气体温度设置为60℃。
步骤3，控制环境温度升至第二指定温度。示例性的，第二指定温度可以为75℃，例如，在将气体温度设置为60℃期间，可以将被测电堆的环境温度升至75℃。
步骤4，当气体温度达到第一指定温度时，控制被测电堆基于第一运行电流运行第一指定时长。示例性的，第一运行电流可以为0.02A/cm2，第一指定时长可以为5min，例如，在气体升温的同时，拉载电流至0.02A/cm2，当氢气和空气加热至60℃时，在0.02A/cm2下运行5min。
步骤5，控制气体温度升至第二指定温度。示例性的，第二指定温度可以为75℃，例如，当被测电堆在0.02A/cm2下运行5min后，可以将气体加热至75℃。
步骤6，当气体温度达到第二指定温度时，控制被测电堆基于第二运行电流运行第二指定时长。示例性的，第二运行电流可以为0.1 A/cm2，第二指定时长可以为30min，例如，在将气体加热至75℃的期间拉载电流至0.1 A/cm2，当进气温度升至75℃后（饱和增湿），在0.1 A/cm2下运行30min。
步骤7，当被测电堆运行第二指定时长时，将被测电堆的运行电流降至开路，并向被测电堆通入第二计量的指定气体。示例性的，第二指定计量可以包括氢气计量比1.5，空气的计量比2.0，例如，当被测电堆在0.1 A/cm2下运行30min后，可以将电流降至开路，然后按照氢气计量比1.5，空气的计量比2.0的进气量分别通入氢气和空气，按照测试工况进行拉载。
步骤S206，利用工作电极和参比电极测量被测电堆的当前电流，以及利用辅助电极测量每个单电池两端的当前电压。在一种实施方式中，可以在不同电流密度下进行EIS测试，分别得到被测电堆的当前电流，和每个单电池两端的当前电压。
步骤S208，基于被测电堆的当前电流和每个单电池两端的当前电压，确定被测电堆的第一高频截距和每个单电池的第二高频截距。其中，第一高频截距
Figure F_210707103338343_343715013
包括被测电堆中n+1个双极板的电阻和2n个双极板和膜电极之间的接触电阻，n为单电池的数量，第二高频截距
Figure F_210707103338437_437458014
包括被测电堆中单电池两侧双极板的内阻及双极板与膜电极之间的接触电阻，
Figure F_210707103338547_547205015
表示被测电堆内单电池的序号，在一种实施方式中，通过计算所有单电池两端的当前电压之和与当前电流的比值，可以得到第一高频截距，通过分别计算每个单电池两端的当前电压与当前电流的比值，可以得到每个单电池的第二高频截距。
步骤S210，基于电阻一致性测试结果和第一高频截距，计算被测电堆的第一膜含水量。其中，电阻一致性测试结果包括双极板内阻
Figure F_210707103338640_640464016
、膜电极内阻
Figure F_210707103338734_734226017
和双极板与膜电极的接触电阻
Figure F_210707103338812_812395018
。为便于对步骤S220进行理解，本发明实施例提供了一种基于电阻一致性测试结果和第一高频截距，计算被测电堆的第一膜含水量的实施方式，可参见如下步骤a1至步骤a3：
步骤a1，根据第一高频截距、双极板内阻、双极板与膜电极的接触电阻和单电池个数，计算被测电堆的电堆中膜内阻。在一种实施方式中，被测电堆的电堆中膜内阻
Figure F_210707103338906_906865019
可以表示为：
Figure F_210707103339000_000373020
，其中，
Figure F_210707103339077_077990021
为第一高频截距，
Figure F_210707103339187_187882022
为双极板内阻，
Figure F_210707103339265_265473023
为接触电阻，n为单电池个数。
在一种实施方式中，平均单膜含水量：
Figure F_210707103339327_327976024
。
步骤a2，根据电堆中膜电阻、膜厚度和电池活化面积（也可称之为膜电极的活化面积），确定被测电堆的第一质子电导率。在一种实施方式中，
Figure F_210707103339406_406628025
，其中，
Figure F_210707103339515_515505026
为膜厚度，单位cm，
Figure F_210707103339609_609255027
为第一质子电导率，单位S.cm-1，
Figure F_210707103339687_687369028
为膜面积，单位cm2。
步骤a3，根据第一质子电导率和被测电堆的运行温度，计算被测电堆的第一膜含水量。在一种实施方式中，第一质子导电率与第一膜含水量之间的关系如下所示：
Figure F_210707103339783_783118029
，其中，
Figure F_210707103339906_906165030
为第一膜含水量，
Figure F_210707103339984_984239031
为被测电堆的运行温度。基于此，可以推导出如下公式：
Figure F_210707103340078_078188032
。
其中，
Figure F_210707103340171_171863033
为膜厚度，
Figure F_210707103340265_265492034
为电堆中膜电阻，T为运行温度，S为电池活化面积。在一种实施方式中，可以基于上式判断整个被测电堆的干湿程度，为整个被测电堆性能的分析提供重要的判断依据。
步骤S212，基于电阻一致性测试结果和每个单电池的第二高频截距，计算每个单电池的第二膜含水量。为便于对步骤S222进行理解，本发明实施例提供了一种基于电阻一致性测试结果和每个单电池的第二高频截距，计算每个单电池的第二膜含水量实施方式，可参见如下步骤b1至步骤b3：
步骤b1，对于每个单电池，基于该单电池的第二高频截距、双极板内阻和双极板与膜电极的接触电阻，调整该单电池的膜内阻。在一种实施方式中，该单电池的膜内阻
Figure F_210707103340362_362393035
可以表示为：
Figure F_210707103340452_452979036
，其中，
Figure F_210707103340531_531154037
为第二高频截距，
Figure F_210707103340625_625807038
为双极板内阻，
Figure F_210707103340718_718635039
为接触电阻。
步骤b2，基于调整后的膜内阻、膜厚度电池活化面积，确定该单电池的第二质子电导率。在一种实施方式中，第二质子电导率与调整后的膜内阻之间的关系如下所示：
Figure F_210707103340812_812460040
，其中，
Figure F_210707103340921_921725041
为膜厚度，单位cm，
Figure F_210707103340999_999894042
为第一质子电导率，单位S.cm-1，
Figure F_210707103341093_093697043
为膜面积，单位cm2。
步骤b3，根据第二质子电导率和被测电堆的运行温度，计算该单电池的第二膜含水量。在一种实施方式中，第二质子导电率与第二膜含水量之间的关系如下所示：
Figure F_210707103341187_187417044
，其中，
Figure F_210707103341281_281149045
为第二膜含水量，
Figure F_210707103341361_361194046
为被测电堆的运行温度。基于此，可以推导出如下公式：
Figure F_210707103341437_437426047
。
其中，
Figure F_210707103341515_515498048
为调整后的膜内阻。在一种实施方式中，可以基于上式计算出不同电密下每一片单电池的膜含水量，以此判断在此电流密度下，每片单电池膜的干湿程度，进一步分析电堆性能优良的原因。
综上所述，本发明实施例提供的上述电堆膜含水量的测量方法，无需其他辅助设备、器材，采用多通道电化学设备直接对电堆或电堆中的单电池实时进行在线或离线EIS测试，通过对HFR（阻抗值）进行修整处理，可得到膜的电阻值，再通过膜电阻与膜电导率的关系，通过对一系列公式的整合，最终得到膜的水含量。本发明实施例使用常用的多通道电化学测试设备，操作方便快捷，无需增加额外成本，由于通过巡检线进行连接，且不需要探针插入膜电极里面，对电堆的密封性及质子交换膜结构无损伤，保证了电堆的完整性。
对于前述实施例提供的电堆膜含水量的测量方法，本发明实施例提供了一种电堆膜含水量的测量装置，该装置应用于测量终端，测量终端与被测电堆电连接，被测电堆包括至少一个单电池，参见图3所示的一种电堆膜含水量的测量装置的结构示意图，该装置主要包括以下部分：
测试结果获取模块302，用于获取被测电堆的电阻一致性测试结果；
电堆测试模块304，用于控制被测电堆运行；
电化学测试模块306，用于在被测电堆运行过程中测量被测电堆的第一高频截距和每个单电池的第二高频截距；
膜含水量计算模块308，用于基于电阻一致性测试结果、第一高频截距和第二高频截距，计算被测电堆的第一膜含水量和每个单电池的第二膜含水量。
本发明实施例提供的电堆膜含水量的测量装置，可以基于电阻一致性测试结果和被测电堆运行期间测量得到第一高频截距、第二高频截距计算得到第一膜含水量和第二膜含水量，相较于相关技术中需要将探针插入膜两侧进行测量的方式，本发明实施例不会破坏电堆的密封性和结构，不会影响电堆的使用寿命，而且本发明实施例提供的测量方法更为简便，可以有效测量降低膜含水量的测量成本以及提高测量效率。
在一种实施方式中，测量终端配置有工作电极、参比电极和至少一个辅助电极，工作电极和参比电极分别与被测电堆的正电极和负电极电连接，每个辅助电极分别与每个单电池的巡检电连接；电化学测试模块306还用于：利用工作电极和参比电极测量被测电堆的当前电流，以及利用辅助电极测量每个单电池两端的当前电压；基于被测电堆的当前电流和每个单电池两端的当前电压，确定被测电堆的第一高频截距和每个单电池的第二高频截距。
在一种实施方式中，膜含水量计算模块308还用于：基于电阻一致性测试结果和第一高频截距，计算被测电堆的第一膜含水量；其中，电阻一致性测试结果包括双极板内阻、膜电极内阻和、双极板与膜电极的接触电阻；基于电阻一致性测试结果和每个单电池的第二高频截距，计算每个单电池的第二膜含水量。
在一种实施方式中，膜含水量计算模块308还用于：根据第一高频截距、双极板内阻、双极板与膜电极的接触电阻和单电池个数，计算被测电堆的电堆中膜电阻；根据电堆中膜电阻、膜厚度和电池活化面积，确定被测电堆的第一质子电导率；根据第一质子电导率和被测电堆的运行温度，计算被测电堆的第一膜含水量。
在一种实施方式中，膜含水量计算模块308还用于：对于每个单电池，基于该单电池的第二高频截距、双极板内阻和双极板与膜电极的接触电阻，调整得到该单电池的膜内阻；基于调整后的膜内阻、膜厚度和电池活化面积，确定该单电池的第二质子电导率；根据第二质子电导率和被测电堆的运行温度，计算该单电池的第二膜含水量。
在一种实施方式中，膜含水量计算模块308还用于：按照以下公式计算得到被测电堆的第一膜含水量
Figure F_210707103341593_593722049
：
Figure F_210707103341687_687460050
；其中，
Figure F_210707103341785_785549051
为膜厚度，
Figure F_210707103341859_859236052
为电堆中膜电阻，T为运行温度，S为电池活化面积；膜含水量计算模块308还用于：按照以下公式计算得到每个单电池的第二膜含水量
Figure F_210707103341971_971122053
：
Figure F_210707103342046_046750054
；其中，
Figure F_210707103342124_124868055
为调整后的膜内阻。
在一种实施方式中，电堆测试模块304还用于：控制被测电堆的环境温度升至第一指定温度；当环境温度达到第一指定温度时，向被测电堆通入第一计量的指定气体，并控制指定气体的气体温度升至第一指定温度；控制环境温度升至第二指定温度；当气体温度达到第一指定温度时，控制被测电堆基于第一运行电流运行第一指定时长；控制气体温度升至第二指定温度；当气体温度达到第二指定温度时，控制被测电堆基于第二运行电流运行第二指定时长；当被测电堆运行第二指定时长时，将被测电堆的运行电流降至开路，并向被测电堆通入第二计量的指定气体。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
本发明实施例提供了一种测量终端，具体的，该测量终端包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上实施方式的任一项的方法 。
图4为本发明实施例提供的一种测量终端的结构示意图，该测量终端100包括：处理器40，存储器41，总线42和通信接口43，所述处理器40、通信接口43和存储器41通过总线42连接；处理器40用于执行存储器41中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器41可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口43（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线42可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器41用于存储程序，所述处理器40在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器40中，或者由处理器40实现。
处理器40可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器40中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器40可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器41，处理器40读取存储器41中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电堆膜含水量的测量方法，其特征在于，所述方法应用于测量终端，所述测量终端与被测电堆电连接，所述被测电堆包括至少一个单电池，所述方法包括：
获取所述被测电堆的电阻一致性测试结果；
控制所述被测电堆运行；
在所述被测电堆运行过程中测量所述被测电堆的第一高频截距和每个所述单电池的第二高频截距；
基于所述电阻一致性测试结果、所述第一高频截距和所述第二高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量和每个所述单电池的第二膜含水量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量终端配置有工作电极、参比电极和至少一个辅助电极，所述工作电极和所述参比电极分别与所述被测电堆的正电极和负电极电连接，每个所述辅助电极分别与每个所述单电池的巡检线连接；
所述测量所述被测电堆的第一高频截距和每个所述单电池的第二高频截距的步骤，包括：
利用所述工作电极和所述参比电极测量所述被测电堆的当前电流，以及利用所述辅助电极测量每个所述单电池两端的当前电压；
基于所述被测电堆的当前电流和每个所述单电池两端的当前电压，确定所述被测电堆的第一高频截距和每个所述单电池的第二高频截距。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述电阻一致性测试结果、所述第一高频截距和所述第二高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量和每个所述单电池的第二膜含水量的步骤，包括：
基于所述电阻一致性测试结果和所述第一高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量；其中，所述电阻一致性测试结果包括双极板内阻、膜电极内阻、双极板与膜电极的接触电阻；
基于所述电阻一致性测试结果和每个所述单电池的所述第二高频截距，计算每个所述单电池的第二膜含水量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述电阻一致性测试结果和所述第一高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量的步骤，包括：
根据所述第一高频截距、所述双极板内阻、所述双极板与膜电极的接触电阻和所述单电池个数，计算所述被测电堆的电堆中膜电阻；
根据所述电堆中膜电阻、膜厚度和电池活化面积，确定所述被测电堆的第一质子电导率；
根据所述第一质子电导率和所述被测电堆的运行温度，计算所述被测电堆的第一膜含水量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述电阻一致性测试结果和所述第二高频截距，计算每个所述单电池的第二膜含水量的步骤，包括：
对于每个所述单电池，基于该单电池的所述第二高频截距、所述双极板内阻和所述双极板与膜电极的接触电阻，调整得到该单电池的膜内阻；
基于调整后的膜内阻、所述膜厚度和所述电池活化面积，确定该单电池的第二质子电导率；
根据所述第二质子电导率和所述被测电堆的运行温度，计算该单电池的第二膜含水量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一质子电导率和所述被测电堆的运行温度，计算所述被测电堆的第一膜含水量的步骤，包括：
按照以下公式计算得到所述被测电堆的第一膜含水量
Figure F_210707103334640_640525001
：
Figure F_210707103334796_796755002
；
其中，
Figure F_210707103334906_906559003
为膜厚度，
Figure F_210707103334999_999934004
为所述电堆中膜电阻，T为所述运行温度，S为所述电池活化面积；
所述根据所述第二质子电导率和所述被测电堆的运行温度，计算该单电池的第二膜含水量的步骤，包括：
按照以下公式计算得到每个所述单电池的第二膜含水量
Figure F_210707103335109_109406005
：
Figure F_210707103335249_249902006
；
其中，
Figure F_210707103335363_363126007
为调整后的膜内阻。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述被测电堆运行的步骤，包括：
控制所述被测电堆的环境温度升至第一指定温度；
当所述环境温度达到所述第一指定温度时，向所述被测电堆通入第一计量的指定气体，并控制所述指定气体的气体温度升至所述第一指定温度；
控制所述环境温度升至第二指定温度；
当所述气体温度达到所述第一指定温度时，控制所述被测电堆基于第一运行电流运行第一指定时长；
控制所述气体温度升至所述第二指定温度；
当所述气体温度达到所述第二指定温度时，控制所述被测电堆基于第二运行电流运行第二指定时长；
当所述被测电堆运行所述第二指定时长时，将所述被测电堆的运行电流降至开路，并向所述被测电堆通入第二计量的所述指定气体。
8.一种电堆膜含水量的测量装置，其特征在于，所述装置应用于测量终端，所述测量终端与被测电堆电连接，所述被测电堆包括至少一个单电池，所述装置包括：
测试结果获取模块，用于获取所述被测电堆的电阻一致性测试结果；
电堆测试模块，用于控制所述被测电堆运行；
电化学测试模块，用于在所述被测电堆运行过程中测量所述被测电堆的第一高频截距和每个所述单电池的第二高频截距；
膜含水量计算模块，用于基于所述电阻一致性测试结果、所述第一高频截距和所述第二高频截距，计算所述被测电堆的第一膜含水量和每个所述单电池的第二膜含水量。
9.一种测量终端，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求1至7任一项所述的方法。
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