CN115663241A - 一种燃料电池电堆寿命的监测方法 - Google Patents

一种燃料电池电堆寿命的监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115663241A
CN115663241A CN202211600144.1A CN202211600144A CN115663241A CN 115663241 A CN115663241 A CN 115663241A CN 202211600144 A CN202211600144 A CN 202211600144A CN 115663241 A CN115663241 A CN 115663241A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
pile
voltage
leakage amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211600144.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115663241B (zh
Inventor
王福
陈赐辉
黄俏蓉
倪浩然
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan Cleanest Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Foshan Cleanest Energy Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan Cleanest Energy Technology Co Ltd filed Critical Foshan Cleanest Energy Technology Co Ltd
Priority to CN202211600144.1A priority Critical patent/CN115663241B/zh
Publication of CN115663241A publication Critical patent/CN115663241A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115663241B publication Critical patent/CN115663241B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆寿命的监测方法，步骤包括：燃料电池系统在停机后，对电堆进行放电并检测电堆的单电池最低电压，当单电池最低电压小于等于规定电压阈值时，停止电堆放电；对电堆阳极进行补氢，当电堆阳极的氢气压力达到设定压力阈值后停止补氢；在设定时间段内，使得电堆维持于低电压状态；在设定时间段内，获取T1时刻的电堆阳极氢气压力P1以及获取T2时刻的电堆阳极氢气压力P2，计算氢腔泄漏量；判断氢腔泄漏量是否大于泄漏量目标值，若氢腔泄漏量大于等于泄漏量目标值，则判定电堆寿命终了。本发明快速判定燃料电池电堆寿命是否终了，无需额外的检测设备，既节约成本又具备更为准确的寿命判断数据。

Description

一种燃料电池电堆寿命的监测方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆寿命的监测方法。
背景技术
燃料电池系统主要由电堆及零部件组成，电堆的性能直接影响燃料电池的性能，因此，无论是在燃料电池系统开机过程中、运行过程中还是停机过程中都应该对燃料电池系统进行安全性能的监测。
质子交换膜的窜漏量是衡量电堆寿命的重要指标，膜的窜漏量一旦出现明显升高，其增大速率将会越来越快，将导致电堆寿命衰减越来越快；膜的窜漏量用氢腔保压法进行表征。因此，通过监控膜的窜漏量，可快速获取燃料电池系统的寿命状态。
当前对燃料电池寿命状态的研究主要集中如何在线获取准确单体内部参数中，电池内阻参数获取方法主要是交流阻抗谱，循环伏安法，断电流法，但是这些方法都是在实验室中获取，无法精确和方便地实际运用到新能源汽车上，存在高成本，低精确度等问题。
发明内容
本发明为解决上述技术问题之一，提供一种燃料电池电堆寿命的监测方法，能够实时监测燃料电池电堆的运行状况，快速判定燃料电池电堆寿命是否终了，无需额外的检测设备，既节约成本又具备更为准确的寿命判断数据，大大降低了燃料电池电堆汽车的运行风险。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池电堆寿命的监测方法，包括以下步骤：
步骤S11、燃料电池系统在停机后，对电堆进行放电并检测电堆的单电池最低电压，当单电池最低电压小于等于规定电压阈值时，停止电堆放电；
步骤S12、对电堆阳极进行补氢，当电堆阳极的氢气压力达到设定压力阈值后停止补氢；
步骤S13、在设定时间段内，使得电堆维持于低电压状态；
步骤S14、在设定时间段内，获取T1时刻的电堆阳极氢气压力P1以及获取T2时刻的电堆阳极氢气压力P2，计算氢腔泄漏量=（P2- P1）/（T2-T1）；
步骤S15、判断氢腔泄漏量是否大于泄漏量目标值，若氢腔泄漏量大于等于泄漏量目标值，则判定电堆寿命终了；
或者，所述的一种燃料电池电堆寿命的监测方法，还包括以下步骤：
步骤S21、获取电堆出厂时的基准单电池平均电压V0以及基准单电池平均电压V0对应的基准电流；
步骤S22、在燃料电池系统运行过程中，获取电堆处于基准电流下的实时单电池平均电压Vavg，计算电压衰减率=实时单电池平均电压Vavg/基准单电池平均电压V0；
步骤S23、判断电压衰减率是否大于等于衰减目标值，若电压衰减率大于等于衰减目标值，则判定电堆寿命终了。
进一步的，所述步骤S15后还包括步骤S16、在判定电堆寿命终了的情况下，提醒使用者：电堆质子交换膜损坏或氢气接头损坏；将氢腔泄漏量上传至监控平台并提醒电堆售后对电堆进行检查维护。
进一步的，所述步骤S23后还包括步骤S24、在判定电堆寿命终了的情况下，将电压衰减率上传至监控平台。
进一步的，所述规定电压阈值设为200mV，所述设定压力阈值为20kPa，所述设定时间段为2min-3min，所述低电压状态为低于24V电压状态，所述泄漏量目标值为3kPa/min。
进一步的，所述衰减目标值设为20%。
采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：本发明通过直接对氢腔泄漏量进行计算判断，即可快速判定燃料电池电堆寿命是否终了，无需额外的检测设备，既节约成本又具备更为准确的寿命判断数据，大大降低了燃料电池电堆汽车的运行风险，而且，本发明是在燃料电池电堆停机过程中进行，能够及时检测出燃料电池电堆问题，从而避免了燃料电池电堆在下一次启动运行过程中出现问题；另外，本发明能够主动地实时地将监测数据上传至监控平台以及提醒燃料电池电堆的拥有者，使得燃料电池电堆能够及时地排查问题，从而避免问题的发生。
附图说明
图1为本发明实施例1一种燃料电池电堆寿命的监测方法的步骤流程图。
图2为本发明实施例2一种燃料电池电堆寿命的监测方法的步骤流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例1
本实施例公开一种燃料电池电堆寿命的监测方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S11、燃料电池系统在停机后，对电堆进行放电并检测电堆的单电池最低电压，当单电池最低电压小于等于规定电压阈值时，停止电堆放电；优选的，所述规定电压阈值设为200mV；对电堆进行放电的是为了消耗掉电堆内部残留的空气中的氧气，对电堆进行放电具体为：燃料电池系统在停机后，停止对电堆阴极供应空气（关闭空压机）和停止对电堆阳极供应氢气（关闭氢气循环泵），由于燃料电池系统刚停机，电堆阴极充满空气（氧气占空气一部分）和电堆阳极充满氢气，因此，氢气的量一般都会大于氧气的量，氧气会慢慢消耗完毕，而氢气还会残留一部分，当电堆的单电池最低电压≤200mV时，可认为电堆阴极的氧气已经被消耗完；其中，电堆是由若干单电池堆叠而成的。
步骤S12、停止电堆放电后，对电堆阳极进行补氢，当电堆阳极的氢气压力达到设定压力阈值后停止补氢；具体补氢过程为：停止电堆放电，电堆的DC电流降载至0，停止电流拉载、停止水泵运行后开始补氢，设置设定压力阈值为20kPa，当氢气压力上升到20kPa后，关闭燃料电池系统的主继电器，关闭排氢阀，停止补氢。
步骤S13、停止对电堆补氢后，在设定时间段内，使得电堆维持于低电压状态；优选的，所述设定时间段为2min-3min，所述低电压状态为低于24V电压状态，即电堆处于低于24V电压时为低电压状态；电堆保持24V低电压状态，用以支撑燃料电池系统内温度、压力等传感器供电状态，维持监控采集工作。
步骤S14、在上述设定时间段内（电堆维持于低电压状态），获取T1时刻的电堆阳极氢气压力P1以及获取T2时刻的电堆阳极氢气压力P2，计算氢腔泄漏量=（P2- P1）/（T2-T1）。
步骤S15、判断氢腔泄漏量是否大于泄漏量目标值，若氢腔泄漏量大于等于泄漏量目标值，则判定电堆已损坏，即电堆寿命终了；若氢腔泄漏量小于泄漏量目标值，则不做处理。一般的，泄漏量目标值优先设为3kPa/min，又由于各个电堆的制造工艺不一样，因此各个电堆的泄漏量目标值会有所差异。
步骤S16、在判定电堆寿命终了的情况下，提醒使用者：电堆质子交换膜损坏或氢气接头损坏；将氢腔泄漏量上传至监控平台并提醒电堆售后对电堆进行检查维护。
本实施例通过直接对氢腔泄漏量进行计算判断，即可快速判定燃料电池电堆寿命是否终了，无需额外的检测设备，既节约成本又具备更为准确的寿命判断数据，大大降低了燃料电池电堆汽车的运行风险，而且，本实施是在燃料电池电堆停机过程中进行，能够及时检测出燃料电池电堆问题，从而避免了燃料电池电堆在下一次启动运行过程中出现问题。另外，本实施例能够主动地实时地将监测数据上传至监控平台以及提醒燃料电池电堆的拥有者，使得燃料电池电堆能够及时地排查问题，从而避免问题的发生。
实施例2
本实施例采用另一种方式对燃料电池电堆寿命进行监控，此方式在燃料电池电堆运行过程中进行检测，而实施例1是燃料电池电堆在停机过程中进行，通过双重方式进行燃料电池电堆寿命的监测，能够更全面地监控燃料电池电堆寿命。如图2所示，本实施例公开一种燃料电池电堆寿命的监测方法，包括以下步骤：
步骤S21、获取电堆出厂时的基准单电池平均电压V0以及基准单电池平均电压V0对应的基准电流，一般地，电堆在完成制造后出厂使用，电堆初始使用的基准单电池平均电压V0为0.7V，而对于初始使用的基准单电池平均电压V0都有对应的基准电流，由于各个电堆的制造工艺不一样，因此每个电堆的基准电流可能存在差异。
步骤S22、在燃料电池系统运行过程中，获取电堆处于基准电流下的实时单电池平均电压Vavg，计算电压衰减率=实时单电池平均电压Vavg/基准单电池平均电压V0。
步骤S23、判断电压衰减率是否大于等于衰减目标值，若电压衰减率大于等于衰减目标值，则判定电堆寿命终了；若电压衰减率小于衰减目标值，则不做处理；优选的，所述衰减目标值设为20%。
步骤S24、在判定电堆寿命终了的情况下，将电压衰减率上传至监控平台。
本实施例能够快速简单地计算得到电压衰减率，从而快速简单地判断燃料电池电堆寿命是否终了，无需额外检测装置，大大节约成本，提高燃料电池电堆的安全性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (5)

1.一种燃料电池电堆寿命的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S11、燃料电池系统在停机后，对电堆进行放电并检测电堆的单电池最低电压，当单电池最低电压小于等于规定电压阈值时，停止电堆放电；
步骤S12、对电堆阳极进行补氢，当电堆阳极的氢气压力达到设定压力阈值后停止补氢；
步骤S13、在设定时间段内，使得电堆维持于低电压状态；
步骤S14、在设定时间段内，获取T1时刻的电堆阳极氢气压力P1以及获取T2时刻的电堆阳极氢气压力P2，计算氢腔泄漏量=（P2- P1）/（T2-T1）；
步骤S15、判断氢腔泄漏量是否大于泄漏量目标值，若氢腔泄漏量大于等于泄漏量目标值，则判定电堆寿命终了；
或者，所述的一种燃料电池电堆寿命的监测方法，还包括以下步骤：
步骤S21、获取电堆出厂时的基准单电池平均电压V0以及基准单电池平均电压V0对应的基准电流；
步骤S22、在燃料电池系统运行过程中，获取电堆处于基准电流下的实时单电池平均电压Vavg，计算电压衰减率=实时单电池平均电压Vavg/基准单电池平均电压V0；
步骤S23、判断电压衰减率是否大于等于衰减目标值，若电压衰减率大于等于衰减目标值，则判定电堆寿命终了。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆寿命的监测方法，其特征在于，所述步骤S15后还包括步骤S16、在判定电堆寿命终了的情况下，提醒使用者：电堆质子交换膜损坏或氢气接头损坏；将氢腔泄漏量上传至监控平台并提醒电堆售后对电堆进行检查维护。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆寿命的监测方法，其特征在于，所述步骤S23后还包括步骤S24、在判定电堆寿命终了的情况下，将电压衰减率上传至监控平台。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆寿命的监测方法，其特征在于，所述规定电压阈值设为200mV，所述设定压力阈值为20kPa，所述设定时间段为2min-3min，所述低电压状态为低于24V电压状态，所述泄漏量目标值为3kPa/min。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆寿命的监测方法，其特征在于，所述衰减目标值设为20%。
CN202211600144.1A 2022-12-14 2022-12-14 一种燃料电池电堆寿命的监测方法 Active CN115663241B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211600144.1A CN115663241B (zh) 2022-12-14 2022-12-14 一种燃料电池电堆寿命的监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211600144.1A CN115663241B (zh) 2022-12-14 2022-12-14 一种燃料电池电堆寿命的监测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115663241A true CN115663241A (zh) 2023-01-31
CN115663241B CN115663241B (zh) 2023-03-10

Family

ID=85023239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211600144.1A Active CN115663241B (zh) 2022-12-14 2022-12-14 一种燃料电池电堆寿命的监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115663241B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116190721A (zh) * 2023-04-23 2023-05-30 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池系统的电流点衰减判断方法
CN116736184A (zh) * 2023-08-15 2023-09-12 韵量燃料电池(广东)有限公司 一种电堆单电池短路检测方法及装置
CN117712431A (zh) * 2024-02-05 2024-03-15 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 基于热电比调控约束的燃料电池系统寿命优化方法和系统

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005251482A (ja) * 2004-03-02 2005-09-15 Toyota Motor Corp 燃料電池の性能解析方法
US20060240295A1 (en) * 2003-12-24 2006-10-26 Bridgestone Corporation And Toshiba Fuel Cell Power Systems Corporation Method and device for decontamination air for fuel cell, and fuel cell
JP2007234347A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム
US20120052408A1 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Gm Global Technology Operations, Inc. Membrane permeation adjustment in pem fuel cell
JP2012084245A (ja) * 2010-10-07 2012-04-26 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムの判定方法
JP2012174397A (ja) * 2011-02-18 2012-09-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体高分子形燃料電池の寿命予測方法及びそれを使用する固体高分子形燃料電池発電システム
WO2014090595A1 (fr) * 2012-12-14 2014-06-19 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Procédure de détection de l'état de perméabilité de la membrane polymère échangeuse d'ions d'une pile à combustible
CN109687000A (zh) * 2019-02-20 2019-04-26 河南豫氢动力有限公司 一种燃料电池系统停机放电装置及方法
CN209344235U (zh) * 2019-02-20 2019-09-03 河南豫氢动力有限公司 一种燃料电池系统停机放电装置
WO2020000499A1 (zh) * 2018-06-27 2020-01-02 清华大学 燃料电池使用寿命和剩余寿命的预测方法及装置
CN114373965A (zh) * 2021-12-29 2022-04-19 新源动力股份有限公司 一种基于机理模型的燃料电池寿命预测方法
CN114649550A (zh) * 2020-12-21 2022-06-21 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质
CN114914488A (zh) * 2022-05-25 2022-08-16 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种燃料电池缺氢检测与诊断方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060240295A1 (en) * 2003-12-24 2006-10-26 Bridgestone Corporation And Toshiba Fuel Cell Power Systems Corporation Method and device for decontamination air for fuel cell, and fuel cell
JP2005251482A (ja) * 2004-03-02 2005-09-15 Toyota Motor Corp 燃料電池の性能解析方法
JP2007234347A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム
US20120052408A1 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Gm Global Technology Operations, Inc. Membrane permeation adjustment in pem fuel cell
JP2012084245A (ja) * 2010-10-07 2012-04-26 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池システムの判定方法
JP2012174397A (ja) * 2011-02-18 2012-09-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体高分子形燃料電池の寿命予測方法及びそれを使用する固体高分子形燃料電池発電システム
WO2014090595A1 (fr) * 2012-12-14 2014-06-19 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Procédure de détection de l'état de perméabilité de la membrane polymère échangeuse d'ions d'une pile à combustible
WO2020000499A1 (zh) * 2018-06-27 2020-01-02 清华大学 燃料电池使用寿命和剩余寿命的预测方法及装置
CN109687000A (zh) * 2019-02-20 2019-04-26 河南豫氢动力有限公司 一种燃料电池系统停机放电装置及方法
CN209344235U (zh) * 2019-02-20 2019-09-03 河南豫氢动力有限公司 一种燃料电池系统停机放电装置
CN114649550A (zh) * 2020-12-21 2022-06-21 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池寿命预测方法、燃料电池系统、车辆和存储介质
CN114373965A (zh) * 2021-12-29 2022-04-19 新源动力股份有限公司 一种基于机理模型的燃料电池寿命预测方法
CN114914488A (zh) * 2022-05-25 2022-08-16 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种燃料电池缺氢检测与诊断方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116190721A (zh) * 2023-04-23 2023-05-30 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池系统的电流点衰减判断方法
CN116190721B (zh) * 2023-04-23 2023-06-30 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池系统的电流点衰减判断方法
CN116736184A (zh) * 2023-08-15 2023-09-12 韵量燃料电池(广东)有限公司 一种电堆单电池短路检测方法及装置
CN116736184B (zh) * 2023-08-15 2023-11-03 韵量燃料电池(广东)有限公司 一种电堆单电池短路检测方法及装置
CN117712431A (zh) * 2024-02-05 2024-03-15 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 基于热电比调控约束的燃料电池系统寿命优化方法和系统
CN117712431B (zh) * 2024-02-05 2024-04-16 中汽研新能源汽车检验中心(天津)有限公司 基于热电比调控约束的燃料电池系统寿命优化方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN115663241B (zh) 2023-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115663241B (zh) 一种燃料电池电堆寿命的监测方法
CN101669242B (zh) 燃料电池系统
CN108258268B (zh) 燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置
CN102759714B (zh) 用于确定燃料电池堆中燃料电池的健康的方法
CN102792504B (zh) 检测燃料电池的聚合物离子交换膜的渗透性状态的方法
CN102598382B (zh) 检测燃料电池的密封状态的方法
US8728677B2 (en) Fuel cell system and fuel cell degradation judgment method
KR101391348B1 (ko) 연료전지의 제어
KR101509681B1 (ko) 연료전지 스택의 진단장치 및 방법
US10971745B2 (en) Cell reversal diagnostics for a fuel cell stack
US10892502B2 (en) Apparatus and method for controlling operation of fuel cell system
CN114914488B (zh) 一种燃料电池缺氢检测与诊断方法
CN110534777B (zh) 用于燃料电池的空气供应控制方法及控制系统
EP2622672A1 (en) Fuel cell system, method and program of determining cause of negative voltage, and storage medium storing program
CN104937759A (zh) 检测燃料电池的离子交换聚合物膜的渗透性状态的方法
CN111900441B (zh) 全钒液流电池堆故障的检测方法
JP2009231197A (ja) 燃料電池システム及び該システムにおける蓄電装置の劣化判定方法
CN116387570B (zh) 一种燃料电池系统电堆故障诊断方法
US8519717B2 (en) Method for detecting ice blocking of fuel cell stack and controlling fuel cell vehicle using the same
CN117558942A (zh) 基于智能网联的燃料电池电堆下线的检测方法和系统
KR20080072075A (ko) 연료 전지 시스템
CN112993343B (zh) 一种燃料电池系统及控制方法
CN115719824A (zh) 一种基于水热管理的氢氧燃料电池发动机控制系统
KR102142447B1 (ko) 연료전지 셀 전압 측정 제어 방법 및 이를 실행하는 장치
US20060141299A1 (en) Detecting and handling a fault condition in a fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant