CN115792630A - 一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，属于新能源发电技术领域技术领域，具体将燃料电池堆测试工况分为怠速工况、启停工况、额定工况和变载工况，提取各测试工况的特征参数，结合电堆自定义测试条件参数，生成各测试工况脚本，导入智能化燃料电池测试系统，自动完成对应测试工况的测试过程，获得对应电堆测试数据，提取其中具有特殊数据标志位的数据段，基于数据段、对应特征参数和电堆初始电压，计算得到燃料电池堆的预测寿命。本发明可通过编程自动完成，最大程度减少测试过程的复杂程度和实验人员的操作量，提高测试结果可信度，并符合国标GB/T 38914‑2020要求的测试方法，可直接用于实际工程应用。
Description
技术领域
本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法。
背景技术
作为一种新型的能源形式，燃料电池的寿命问题一直是大家关注的焦点，在如今燃料电池的成本和性能都已经出现了大幅度优化的情况下，是否能完成长时稳定安全的运行，成为了制约燃料电池进一步发展的关键问题之一。因此对燃料电池的使用寿命进行评价是十分必要的。
寿命测试实验的设计思路可以分为两大类，一种是传统按照实际运行工况，对燃料电池进行长时间循环运行测试，测试结果可直接表明电池寿命，另一种是开展加速实验，设计特定的加速寿命运行工况，通过较短时间固定工况的实验数据推算燃料电池在实际工作中的预期寿命。第一种方法需要耗费大量的资源和时间，10000小时左右的测试时长往往跟不上燃料电池的实际发展速度，因此，大部分的寿命测试工作都在研究如何快速高效的进行寿命预测。
我国在2020年推出了国标GB/T 38914-2020《车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法》，其中规定了加速寿命测试的实验方法以及如何根据实验结果推算寿命的计算公式，为业内寿命测试提供了一个很好的规范。
虽然加速实验大幅缩短了寿命测试的时长，但仍要进行数百小时的实验，且这数百小时的实验流程较传统寿命测试流程更加复杂，选取有效实验数据也会耗费实验人员大量的精力。在实验过程中由于人员操作所产生的实验结果误差，会经由实验数据处理等流程一步步放大，进而影响最终寿命预测的准确性与有效性。
发明内容
针对上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，通过减少测试过程中人为干预的内容，规范测试流程，降低寿命预测实验过程的复杂性和不确定性，提高寿命预测的稳定性和可信度。
本发明具体技术方案如下：
一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将燃料电池堆的测试工况分为怠速工况、启停工况、额定工况和变载工况，提取各测试工况的特征参数；
步骤2：根据各测试工况的特征参数以及燃料电池堆的自定义测试条件参数，生成各测试工况的脚本，包括命令顺序、指令标志、具体指令、指令对应测试条件参数、具体测试条件参数值以及特殊数据标志位；
步骤3：将各测试工况的脚本导入智能化燃料电池测试系统，使其自动完成对应测试工况的测试过程，获得对应的电堆测试数据；
步骤4：提取电堆测试数据中具有特殊数据标志位的数据段，基于数据段、对应特征参数和电堆初始电压V0(单位为伏)，计算得到每次启停的电压衰减率V'1(单位为伏每次)、变载工况致使燃料电池电压变化率V'2(单位为伏每次)、怠速工况致使燃料电池电压变化率U'1(单位为伏每小时)和额定工况致使燃料电池电压变化率U'2(单位为伏每小时)，进而计算得到燃料电池堆的预测寿命tLf。
进一步地，根据国标GB/T 38914-2020《车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法》将燃料电池堆的测试工况分为怠速工况、启停工况、额定工况和变载工况。
进一步地，所述特征参数包括每小时怠速运行时间t1(单位为分)、每小时启停次数n1(单位为次每小时)、每小时额定工况运行时间t2(单位为分)和每小时加载次数n2(单位为次每小时)。
进一步地，步骤2生成各测试工况的脚本的具体过程为：根据各测试工况的特征参数，设置含有对应特殊数据标志位的无参数脚本，通过向无参数脚本输入燃料电池堆的自定义测试条件参数，直接生成各测试工况的脚本。
进一步地，所述具体指令包括开始试验、设置、判断、跳转、等待、循环和停止实验。
进一步地，所述电堆测试数据包括测试过程中燃料电池堆的总电压、电流和功率。
进一步地，所述燃料电池堆的预测寿命tLf的范围为：
其中，A为燃料电池堆性能衰减率，单位为伏每小时(V/h)，
本发明的有益效果为：
1、本发明提出了一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，可通过编程自动完成，在测试过程中需要实验人员人为干预的操作，仅包括根据被测对象(燃料电池堆)确定特征参数，将测试工况脚本导入测试系统，基于特殊数据标志位自动选择用于寿命计算的测试数据，最大程度的减少了测试过程的复杂程度和实验人员的操作量，上述操作均不会影响被测对象在实际测试过程中流程的稳定性，降低了由人为操作导致的测试结果出现偏差的可能性；
2、本发明所提出的方法符合国标GB/T 38914-2020要求的测试方法，可直接用于实际工程应用，解决实际问题；
3、本发明保证了实际测试过程中测试流程的稳定性与统一性，提高了测试结果的可信度。
附图说明
图1为本发明实施例1提出的基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，结合以下具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明。
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
本实施例提出了一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：根据国标GB/T 38914-2020《车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法》，将燃料电池堆的测试工况分为怠速工况、启停工况、额定工况和变载工况，提取各测试工况的特征参数(即怠速特征参数、启停特征参数、额定特征参数和变载特征参数)，包括每小时怠速运行时间t1、每小时启停次数n1、每小时额定工况运行时间t2和每小时加载次数n2；
步骤2：根据各测试工况的特征参数，设置含有对应特殊数据标志位的无参数脚本(即怠速工况无参数脚本、启停工况无参数脚本、额定工况无参数脚本和变载工况无参数脚本)，通过向无参数脚本输入燃料电池堆的自定义测试条件参数，直接生成各测试工况的脚本(即怠速工况测试脚本、启停工况测试脚本、额定工况测试脚本和变载工况测试脚本)；其中，测试条件参数包括负载设定值、负载梯度、阳极进气流量、阳极进气过量比、阳极进气压力、阳极进气温度、阳极进气湿度、阴极进气流量、阴极进气过量比、阴极进气压力、阴极进气温度、阴极进气湿度、循环水进堆温度、循环水流量和等待时间；脚本包括命令顺序、指令标志、具体指令、指令对应测试条件参数、具体测试条件参数值、运行阶段提示以及特殊数据标志位，具体指令包括开始试验、设置、判断、跳转、等待、循环和停止实验；
表1所示为截取的各测试工况的部分脚本；
表1各测试工况的部分脚本
步骤3：将各测试工况的脚本导入智能化燃料电池测试系统，使其按照脚本模式自动完成对应测试工况的测试过程，获得对应的电堆测试数据(即怠速工况电堆测试数据、启停工况电堆测试数据、额定工况电堆测试数据和变载工况电堆测试数据)，主要包括燃料电池堆的总电压、电流和功率；
步骤4：根据脚本中的特殊数据标志位，提取电堆测试数据中具有特殊数据标志位的数据段，基于数据段、对应特征参数和电堆初始电压V0，计算得到每次启停的电压衰减率V'1、变载工况致使燃料电池电压变化率V'2、怠速工况致使燃料电池电压变化率U'1和额定工况致使燃料电池电压变化率U'2，进而通过燃料电池衰减率评估模块计算得到燃料电池堆的预测寿命tLf：
其中，A为燃料电池堆性能衰减率，
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将燃料电池堆的测试工况分为怠速工况、启停工况、额定工况和变载工况，提取各测试工况的特征参数；
步骤2：根据特征参数以及燃料电池堆的自定义测试条件参数，生成各测试工况的脚本，包括命令顺序、指令标志、具体指令、指令对应测试条件参数、具体测试条件参数值以及特殊数据标志位；
步骤3：将各测试工况的脚本导入智能化燃料电池测试系统，使其自动完成对应测试工况的测试过程，获得对应的电堆测试数据；
步骤4：提取电堆测试数据中具有特殊数据标志位的数据段，基于数据段、对应特征参数和电堆初始电压V0，计算得到每次启停的电压衰减率V'1、变载工况致使燃料电池电压变化率V'2、怠速工况致使燃料电池电压变化率U'1和额定工况致使燃料电池电压变化率U'2，进而计算得到燃料电池堆的预测寿命tLf。
2.根据权利要求1所述基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，根据国标GB/T 38914-2020《车用质子交换膜燃料电池堆使用寿命测试评价方法》将燃料电池堆的测试工况分为怠速工况、启停工况、额定工况和变载工况。
3.根据权利要求1所述基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，所述特征参数包括每小时怠速运行时间t1、每小时启停次数n1、每小时额定工况运行时间t2和每小时加载次数n2。
4.根据权利要求3所述基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，所述燃料电池堆的预测寿命tLf的范围为：
其中，A为燃料电池堆性能衰减率，单位为伏每小时(V/h)，
5.根据权利要求1所述基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，步骤2生成各测试工况的脚本的具体过程为：根据各测试工况的特征参数，设置含有对应特殊数据标志位的无参数脚本，通过向无参数脚本输入燃料电池堆的自定义测试条件参数，直接生成各测试工况的脚本。
6.根据权利要求1所述基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，所述具体指令包括开始试验、设置、判断、跳转、等待、循环和停止实验。
7.根据权利要求1所述基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法，其特征在于，所述电堆测试数据包括测试过程中燃料电池堆的总电压、电流和功率。
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| CN202211466108.0A CN115792630A (zh) | 2022-11-22 | 2022-11-22 | 一种基于工况分解和自动测试的燃料电池寿命预测方法 |
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2022
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