CN113238151A - 一种燃料电池堆性能的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池堆性能的测试方法，将燃料电池堆与燃料电池堆测试台架连接，依次进行燃料的化学计量比、空气的化学计量比、冷却剂流速、阴极入口压力、阳极入口压力的扫描测试。通过对不同的参数进行测量，对其进行极化曲线的分析，得到在不同的参数下对燃料电池堆性能的影响的好坏，更能够体现燃料电池堆的性能。该方案能够充分的体现出燃料电池堆的性能特性，提供一种更全面的、更准确的测量车用燃料电池堆性能的测试方法，操作人员能够更方便的对样品进行测试与分析，数据结果能够更好的体现出燃料电池堆的真实性能。
Description
技术领域
本发明属于车用燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池堆性能的 测试方法。
背景技术
燃料电池堆作为燃料电池汽车的重要动力源，其性能直接影响着整车的 动力性和寿命。由于燃料电池堆通过电化学反应进行产电的装置，本身的特 殊性受外界的环境影响十分明显，为了提高在整车上的寿命以及降低其性能 衰减，对燃料电池堆的参数灵敏度进行测试，在整车能量控制策略时避免利 用燃料电池堆的不利工况，才能有效的提升燃料电池汽车的寿命和可靠性。 目前国内并未给出如何进行影响车用燃料电池堆测试方法和评价指标。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种燃料电池堆性能的测试方法，以提供一 种更全面的、更准确的测量车用燃料电池堆性能的测试方法，充分的体现出 燃料电池堆的性能特性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种燃料电池堆性能的测试方法，包括以下步骤：
a、将燃料电池堆与燃料电池堆测试台架连接；
b、燃料的化学计量比扫描测试；
c、空气的化学计量比扫描测试；
d、冷却剂流速的扫描测试；
e、阴极入口压力的扫描测试；
f、阳极入口压力的扫描测试。
优选的，步骤b的具体测试方法为测量不同燃料化学计量比时燃料电池 的极化曲线，燃料的化学计量比范围为1-2。
优选的，步骤c的具体测试方法为测量不同空气化学计量比时燃料电池 的极化曲线、达到稳定运行所需的时间及燃料消耗量，空气的化学计量比的 范围为1-2。
优选的，步骤d的具体测试方法为测量不同冷却剂流速与标准冷却剂流 速的比值时燃料电池的极化曲线、达到稳定运行所需的时间及燃料消耗量， 冷却剂流速与标准冷却剂流速的比值范围为0.9-1.1。
优选的，步骤e的具体测试方法为测量不同阴极入口压力与标准阴极入 口压力的比值时燃料电池的极化曲线、达到稳定运行所需的时间及燃料消耗 量，阴极入口压力与标准阴极入口压力的比值范围为0.95-1.05。
优选的，步骤f的具体测试方法为测量不同阳极入口压力与标准阳极入 口压力的比值时燃料电池的极化曲线、达到稳定运行所需的时间及燃料消耗 量，阳极入口压力与标准阳极入口压力的比值范围为0.7-1.3。
优选的，极化曲线中电流的测量范围为0-300A。
相对于现有技术，本发明所述的燃料电池堆性能的测试方法具有以下优 势：
本发明所述的燃料电池堆性能的测试方法通过借助燃料电池堆测试台 架对影响燃料电池堆的关键参数进行分析，通过对不同的参数进行测量，对 其进行极化曲线的分析，得到在不同的参数下对燃料电池堆性能的影响的好 坏，更能够体现燃料电池堆的性能。在整车的测试过程中提供依据，测试结 果能够充分的体现出对氢气、空气的化学计量比以及压力的影响，可提供在 整车上的应用，保障了对车用电堆的有效评价。该方案能够充分的体现出燃 料电池堆的性能特性，提供一种更全面的、更准确的测量车用燃料电池堆性 能的测试方法，操作人员能够更方便的对样品进行测试与分析，数据结果能 够更好的体现出燃料电池堆的真实性能。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于 描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外， 术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的 描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
将被测样品与燃料电池堆测试台架连接，本实施例中使用的测试台架型 号为FuelCon Evaluator S100-LT，具体操作为，将测试台架的氢气进气管 路与燃料电池堆的阳极入口连接，氢气出气管路与燃料电池堆阳极出口连 接，空气进气管路与燃料电池堆的阴极入口连接，空气出气管路与燃料电池 堆阴极出口连接，冷却系统进水管路与燃料电池堆的冷却水入口连接，冷却 系统出水管路与燃料电池堆冷却水出口连接。同时，连接燃料电池的两极与 电子负载相连接，组成回路，准备阶段完成。
1、燃料的化学计量比扫描测试
将燃料电池堆处于热机状态，测试台架的输入参数如表1所示，启动时， 首先设置最高的燃料化学计量比进行不同电流密度状态下的燃料电池测试， 然后按表1中的参数逐渐降低燃料化学计量比，燃料电池堆在每一个化学计 量比的工况点稳定运行5min，记录燃料电池堆电压，绘制不同燃料化学计量 比下燃料电池堆的极化曲线，测试过程中，一旦电压低于供应商指定电压， 立即停止测试。
表1燃料化学计量比的测试工况
| 序号 | 电流密度(A/cm<sup>2</sup>) | 燃料电池化学计量比 |
| 1 | 0.05 | 1.67,1.33,1.25,1.11 |
| 2 | 0.40 | 1.67,1.33,1.25,1.11 |
| 3 | 0.80 | 1.67,1.33,1.25,1.11 |
| 4 | 1.00 | 1.67,1.33,1.25,1.11 |
| 5 | 1.20 | 1.67,1.33,1.25,1.11 |
在1.0bar进气压力、工作温度58℃、阴极相对湿度50％条件下在1.25、 1.33、1.67三种燃料化学计量比下测得数据如下表所示。
表1.1-1.0bar_58℃_50％RH_stoich 1.25
表1.2-1.0bar_58℃_50％RH_stoich 1.33
表1.3-1.0bar_58℃_50％RH_stoich 1.67
2、空气的化学计量比扫描测试
将燃料电池堆处于热机状态，测试台架的输入参数如表2所示，启动时， 首先设置最高的空气化学计量比进行不同电流密度状态下的燃料电池测试， 然后按表2中的参数逐渐降低空气化学计量比，燃料电池堆在每一个化学计 量比的工况点稳定运行5min，记录燃料电池堆电压、达到稳定运行时的时间、 燃料消耗量，绘制不同空气化学计量比下燃料电池堆的极化曲线，测试过程 中，一旦电压低于供应商指定电压，立即停止测试。
表2空气的化学计量比扫描的操作条件
在1.0bar进气压力、工作温度58℃、阴极相对湿度65％条件下在1.05、 1.25、2.00三种空气化学计量比下测得数据如下表所示。
表2.1-58℃_1.0bar_65％RH_stoich 1.05
表2.2-58℃_1.0bar_65％RH_stoich 1.25
表2.3-58℃_1.0bar_65％RH_stoich 2.00
3、冷却剂流速的扫描测试；
将燃料电池堆处于热机状态，测试台架的输入参数如表3所示，启动时， 首先设置最高的冷却剂流速进行不同电流密度状态下的燃料电池测试，然后 按表3中的参数逐渐降低冷却剂流速，燃料电池堆在每一个冷却剂流速的工 况点稳定运行5min，记录燃料电池堆电压、达到稳定运行时的时间、燃料消 耗量，绘制不同冷却剂流速下燃料电池堆的极化曲线，测试过程中，一旦电 压低于供应商指定电压，立即停止测试。
表3冷却剂流速扫描的操作条件
| 序号 | 电流密度(A/cm<sup>2</sup>) | 冷却剂入口流速 |
| 1 | 0.40 | TOC-10％，TOC，TOC+10％ |
| 2 | 0.80 | TOC-10％，TOC，TOC+10％ |
| 3 | 1.00 | TOC-10％，TOC，TOC+10％ |
| 4 | 1.20 | TOC-10％，TOC，TOC+10％ |
4、阴极入口压力的扫描测试；
将燃料电池堆处于热机状态，测试台架的输入参数如表4所示，启动时， 首先设置最高的阴极入口压力进行不同电流密度状态下的燃料电池测试，然 后按表4中的参数逐渐降低阴极入口压力，燃料电池堆在每一个阴极入口压 力的工况点稳定运行5min，记录燃料电池堆电压、达到稳定运行时的时间、 燃料消耗量，绘制不同阴极入口压力下燃料电池堆的极化曲线，测试过程中， 一旦电压低于供应商指定电压，立即停止测试。
表4阴极入口压力扫描的操作条件
5、阳极入口压力的扫描测试
将燃料电池堆处于热机状态，测试台架的输入参数如表5所示，启动时， 首先设置最高的阳极入口压力进行不同电流密度状态下的燃料电池测试，然 后按表5中的参数逐渐降低阳极入口压力，燃料电池堆在每一个阳极入口压 力的工况点稳定运行5min，记录燃料电池堆电压、达到稳定运行时的时间、 燃料消耗量，绘制不同阳极入口压力下燃料电池堆的极化曲线，测试过程中， 一旦电压低于供应商指定电压，立即停止测试。
表5阳极入口压力扫描的操作条件
| 序号 | 电流密度(A/cm<sup>2</sup>) | 阳极入口压力 |
| 1 | 0.10 | TOC-30％,TOC，TOC+30％ |
| 2 | 0.40 | TOC-30％,TOC，TOC+30％ |
| 3 | 0.80 | TOC-30％,TOC，TOC+30％ |
| 4 | 1.00 | TOC-30％,TOC，TOC+30％ |
| 5 | 1.20 | TOC-30％,TOC，TOC+30％ |
在1.20bar、1.4bar、1.6bar进气压力、工作温度63℃、阴极相对湿度 50％条件下测得三种压力条件下数据如下表所示。
表5.1-1.2bar_63℃_50％RH
表5.2-1.4bar_63℃_50％RH
表5.3-1.6bar_63℃_50％RH
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种燃料电池堆性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将燃料电池堆与燃料电池堆测试台架连接；
b、燃料的化学计量比扫描测试；
c、空气的化学计量比扫描测试；
d、冷却剂流速的扫描测试；
e、阴极入口压力的扫描测试；
f、阳极入口压力的扫描测试。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆性能的测试方法，其特征在于，步骤b的具体测试方法为测量不同燃料化学计量比时燃料电池的极化曲线，燃料的化学计量比范围为1-2。
3.根据权利要求1所述的燃料电池堆性能的测试方法，其特征在于：步骤c的具体测试方法为测量不同空气化学计量比时燃料电池的极化曲线、达到稳定运行所需的时间及燃料消耗量，空气的化学计量比的范围为1-2。
4.根据权利要求1所述的燃料电池堆性能的测试方法，其特征在于：步骤d的具体测试方法为测量不同冷却剂流速与标准冷却剂流速的比值时燃料电池的极化曲线、达到稳定运行所需的时间及燃料消耗量，冷却剂流速与标准冷却剂流速的比值范围为0.9-1.1。
5.根据权利要求1所述的燃料电池堆性能的测试方法，其特征在于：步骤e的具体测试方法为测量不同阴极入口压力与标准阴极入口压力的比值时燃料电池的极化曲线、达到稳定运行所需的时间及燃料消耗量，阴极入口压力与标准阴极入口压力的比值范围为0.95-1.05。
6.根据权利要求1所述的燃料电池堆性能的测试方法，其特征在于：步骤f的具体测试方法为测量不同阳极入口压力与标准阳极入口压力的比值时燃料电池的极化曲线、达到稳定运行所需的时间及燃料消耗量，阳极入口压力与标准阳极入口压力的比值范围为0.7-1.3。
7.根据权利要求2-6任一所述的燃料电池堆性能的测试方法，其特征在于：极化曲线中电流的测量范围为0-300A。
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