CN116344874A - 一种燃料电池的电堆状态的判断方法、优化方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法、优化方法及应用，所述判断方法包括：保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，将所述绝对值与设定阈值进行对比，若所述绝对值小于或等于所述设定阈值，则所述电堆的状态正常，若所述绝对值大于所述设定阈值，则所述电堆的状态异常。本发明提供的燃料电池的电堆状态的判断方法的过程较为简单、操作难度小、使用成本低且能准确地判断电堆的状态。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池电堆技术领域，涉及一种燃料电池的电堆状态的判断方法，尤其涉及一种燃料电池的电堆状态的判断方法、优化方法及应用。
背景技术
燃料电池是一个电化学反应器，其输出性能一方面取决于输入物质状态，另一方面取决于燃料电池内部状态。在同样的输入物质状态条件下，燃料电池输出性能的差异即为燃料电池内部状态差异的表现。电堆的高效运行与长寿耐用，依赖于电堆状态的准确判断。现有技术中还没有发现如何准确判断电堆状态的方法。
CN114976146A公开了一种用于燃料电池单电池的快速检测和诊断方法及其应用系统，方法包括以下步骤：对开路状态的燃料电池电堆按照一定地顺序通入氢气、空气和置换气体；同时，测试电堆两端的电压，并且绘制电压特性曲线，电压特性曲线包括三个阶段，第一阶段为氢-置换气体充气阶段，第二阶段为氢-空气反应阶段，第三阶段为置换气体放电阶段；根据电压特性曲线进行异常判断；最后进行异常单电池的定位。但是，该用于燃料电池单电池的快速检测和诊断方法较为复杂，且耗时较长。
CN115371873A公开了一种燃料电池电堆膜反应应力在线测量方法及电池监控系统，测量方法包括：燃料电池选定一款质子交换膜之后，预先确定该款质子交换膜的弹性模量与温度、湿度的映射关系；对待测燃料电池电堆中的单电池进行EIS测试，得到单电池的高频截距；计算单电池的质子交换膜内阻；计算单电池的质子交换膜的溶胀形变量和热膨胀形变量；计算单电池的质子交换膜的当前应力。但是，该燃料电池电堆膜反应应力在线测量方法通过测量电化学阻抗谱EIS进行检测，测量设备技术复杂，成本较高。
目前公开的燃料电池的电堆状态的判断方法具有一定的缺陷，存在着过程较为复杂，存在着操作难度较大、使用成本较高且对电堆状态的准确度较高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种燃料电池的电堆状态的判断方法、优化方法及应用，本发明提供的燃料电池的电堆状态的判断方法的过程较为简单、操作难度小、使用成本低且能准确地判断电堆的状态。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，将所述绝对值与设定阈值进行对比，若所述绝对值小于或等于所述设定阈值，则所述电堆的状态正常，若所述绝对值大于所述设定阈值，则所述电堆的状态异常。
本发明提供的燃料电池的电堆状态的判断方法的过程较为简单、操作难度小、使用成本低且能准确地判断电堆的状态。
本发明中电堆的特性曲线为根据电堆设计和实际应用需求而设计的电堆输出电压与输出电流之间的关系曲线。通过电堆输出电能控制模块(主要是DCDC，但不限于DCDC)对电堆的输出电压与输出电流实时监控，从而实时调整电堆的输出电能，实现电堆的实际输出电压与实际输出电能保持在该关系曲线上。
本发明中所述工作条件包括阳极气体与阴极气体的流量、压力、温度与湿度，液态水含量，杂质含量，冷却液的流量、压力与温度，电堆的电导率，气泡含量与杂质含量等。
优选地，所述设定阈值包括第一设定阈值与第二设定阈值。
优选地，所述第一设定阈值为2～10％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为4～7％，例如可以是4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％或7％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第一设定阈值为5％。
优选地，所述第二设定阈值为2～10％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为4～7％，例如可以是4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％或7％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述第二设定阈值为5％。
优选地，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为(1.1～1.5):1，例如可以是1.1:1、1.15:1、1.2:1、1.25:1、1.3:1、1.35:1、1.4:1、1.45:1或1.5:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为(1.2～1.3):1，例如可以是1.2:1、1.21:1、1.22:1、1.23:1、1.24:1、1.25:1、1.26:1、1.27:1、1.28:1、1.29:1或1.3:1、1.2:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，若所述绝对值大于所述第一设定阈值，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的储水性能不足。
优选地，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为(0.7～0.9):1，例如可以是0.7:1、0.72:1、0.74:1、0.76:1、0.78:1、0.8:1、0.82:1、0.84:1、0.86:1、0.88:1或0.9:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，若所述绝对值大于所述第二设定阈值，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的排水性能不足。
优选地，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例。
优选地，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述判断方法判定为状态异常的电堆的优化方法，所述优化方法包括：
电堆的状态判定为异常时，根据所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率的大小关系，来设定燃料电池的第一设定功率。
本发明提供的优化方法操作较为简单、运行成本较低、无需过多的能源损耗，且能针对电堆不同的异常状态进行灵活调整，使电堆的状态恢复正常。
优选地，所述优化方法包括：
若所述电堆的状态异常为等于或高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，则所述电堆的功率上升至第一设定功率时直接上升至第一设定功率；所述电堆的功率下降至第一设定功率时先下降至功率低于第一设定功率，再上升至第一设定功率。
本发明中所述电堆的状态异常为等于或高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足时，所述电堆的功率上升至第一设定功率时直接上升至第一设定功率，优化电堆的原理为避免在高于第一设定功率的状态下由于排水性能不足而降低电堆性能；所述电堆的功率下降至第一设定功率时先下降至功率低于第一设定功率，再上升至第一设定功率，优化电堆的原理为通过在低于第一设定功率的状态下较好的电堆排水性能来提高电堆性能。
优选地，所述优化方法包括：
若所述电堆的状态异常为等于或低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，则所述电堆的功率上升至第一设定功率时先上升至功率高于第一设定功率，再下降至第一设定功率；所述电堆的功率下降至第一设定功率时直接下降至第一设定功率。
本发明中所述电堆的状态异常为等于或低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足时，则所述电堆的功率上升至第一设定功率时先上升至功率高于第一设定功率，再下降至第一设定功率，优化电堆的原理为通过在高于第一设定功率的状态下较好的电堆储水性能来提高电堆性能；所述电堆的功率下降至第一设定功率时直接下降至第一设定功率，优化电堆的原理为避免在低于第一设定功率的状态下由于储水性能不足而降低电堆性能。
根据本发明中电堆含水量的判断方法，可采用的电堆含水量调节动作包括但不限于：通过增大阴极气流量、提升电堆冷却液温度、提升电堆运行温度等来降低电堆含水量；通过减小阴极气流量、降低电堆冷却液温度、降低电堆运行温度等来提高电堆含水量。
第三方面，本发明提供了一种第一方面所述判断方法的应用，所述判断方法用于判断电堆的状态。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的燃料电池的电堆状态的判断方法的过程较为简单、操作难度小、使用成本低且能准确地判断电堆的状态；
(2)本发明提供的优化方法操作较为简单、运行成本较低、无需过多的能源损耗，且能针对电堆不同的异常状态进行灵活调整，使电堆的状态恢复正常。
附图说明
图1为实施例1中燃料电池的电堆状态的判断方法的流程图。
图2为实施例6中燃料电池的电堆状态的判断方法的流程图。
图3为实施例17中判定为状态异常的电堆的优化方法的流程图。
图4为实施例18中判定为状态异常的电堆的优化方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，如图1所示，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为1.25:1，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；
计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例，将所述绝对值与第一设定阈值进行对比，所述第一设定阈值为5％，若所述绝对值小于或等于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态正常；
若所述绝对值大于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态异常，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的储水性能不足。
实施例2
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为1.2:1，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；
计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例，将所述绝对值与第一设定阈值进行对比，所述第一设定阈值为4％，若所述绝对值小于或等于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态正常；
若所述绝对值大于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态异常，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的储水性能不足。
实施例3
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为1.3:1，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；
计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例，将所述绝对值与第一设定阈值进行对比，所述第一设定阈值为7％，若所述绝对值小于或等于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态正常；
若所述绝对值大于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态异常，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的储水性能不足。
实施例4
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为1.1:1，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；
计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例，将所述绝对值与第一设定阈值进行对比，所述第一设定阈值为2％，若所述绝对值小于或等于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态正常；
若所述绝对值大于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态异常，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的储水性能不足。
实施例5
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为1.5:1，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；
计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例，将所述绝对值与第一设定阈值进行对比，所述第一设定阈值为10％，若所述绝对值小于或等于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态正常；
若所述绝对值大于所述第一设定阈值，则所述电堆的状态异常，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的储水性能不足。
实施例6
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，如图2所示，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为0.8:1，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；
计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例，将所述绝对值与第二设定阈值进行对比，所述第二设定阈值为5％，若所述绝对值小于或等于所述第二设定阈值，则所述电堆的状态正常，
若所述绝对值大于所述第二设定阈值，则所述电堆的状态异常，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的排水性能不足。
实施例7
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为0.7:1，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；
计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例，将所述绝对值与第二设定阈值进行对比，所述第二设定阈值为10％，若所述绝对值小于或等于所述第二设定阈值，则所述电堆的状态正常，
若所述绝对值大于所述第二设定阈值，则所述电堆的状态异常，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的排水性能不足。
实施例8
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为0.9:1，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；
计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例，将所述绝对值与第二设定阈值进行对比，所述第二设定阈值为2％，若所述绝对值小于或等于所述第二设定阈值，则所述电堆的状态正常，
若所述绝对值大于所述第二设定阈值，则所述电堆的状态异常，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的排水性能不足。
实施例9
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，除所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为1.05:1外，其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，除所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为1.6:1外，其余均与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，除所述第一设定阈值为1％外，其余均与实施例1相同。
实施例12
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，除所述第一设定阈值为15％外，其余均与实施例1相同。
实施例13
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，除所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为0.6:1外，其余均与实施例6相同。
实施例14
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，除所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为0.95:1外，其余均与实施例6相同。
实施例15
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，除所述第二设定阈值为1％外，其余均与实施例6相同。
实施例16
本实施例提供了一种燃料电池的电堆状态的判断方法，除所述第二设定阈值为15％外，其余均与实施例6相同。
实施例17
本实施例提供了一种实施例1中判断方法判定为状态异常的电堆的优化方法，如图3所示，所述优化方法包括：
电堆的状态判定为异常时，根据所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率的大小关系，来设定燃料电池变载至第一设定功率的方法；
若所述电堆的状态异常为高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，则所述电堆的功率下降至第一设定功率时先下降至功率低于第一设定功率，再上升至第一设定功率；
若所述电堆的状态异常为第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，则所述电堆的功率上升至第一设定功率时先上升至功率高于第一设定功率，再下降至第一设定功率；所述电堆的功率下降至第一设定功率时直接下降至第一设定功率。
实施例18
本实施例提供了一种实施例6中判断方法判定为状态异常的电堆的优化方法，如图4所示，所述优化方法包括：
电堆的状态判定为异常时，根据所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率的大小关系，来设定燃料电池变载至第一设定功率的方法；
若所述电堆的状态异常为第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，则所述电堆的功率下降至第一设定功率时先下降至功率低于第一设定功率，再上升至第一设定功率；
若所述电堆的状态异常为低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，则所述电堆的功率上升至第一设定功率时先上升至功率高于第一设定功率，再下降至第一设定功率；所述电堆的功率下降至第一设定功率时直接下降至第一设定功率。
实施例17与18提供的优化方法操作较为简单、运行成本较低、无需过多的能源损耗，且能针对电堆不同的异常状态进行灵活调整，使电堆的状态恢复正常。
以实施例1～16提供的燃料电池的电堆状态的判断方法对多组电堆进行状态检测，测试得到所述判断方法对电堆状态判断的准确率如表1所示。
表1
由表1可得：
(1)实施例1～8中燃料电池的电堆状态的判断方法对电堆的状态判断的准确率较高；
(2)通过实施例1与实施例9和10的对比可知，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比会影响所述判断方法对电堆状态判断的准确率；当所述第二设定功率与所述第一设定功率之比偏小时，会导致判断的准确率偏低，这是由于设定功率差异太小，所产生的影响不足以从其他影响因素区分出来；当所述第二设定功率与所述第一设定功率之比偏大时，会导致判断的准确率偏低，这是由于设定功率差异太大，容易导致其他因素响应的影响；
(3)通过实施例1与实施例11和12的对比可知，所述第一设定阈值的大小会影响所述判断方法对电堆状态判断的准确率；当所述第一设定阈值偏小时，会导致判断的准确率偏低，这是由于其他因素的影响会导致电堆含水量的误判；当所述第一设定阈值偏大时，会导致判断的准确率偏低，这是由于电堆含水量偏离的初期影响未能有效识别；
(4)通过实施例6与实施例13和14的对比可知，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比会影响所述判断方法对电堆状态判断的准确率；当所述第二设定功率与所述第一设定功率之比偏小时，会导致判断的准确率偏低，这是由于设定功率差异太小，所产生的影响不足以从其他影响因素区分出来；当所述第二设定功率与所述第一设定功率之比偏大时，会导致判断的准确率偏低，这是由于设定功率差异太大，容易导致其他因素响应的影响；
(5)通过实施例6与实施例15和16的对比可知，所述第二设定阈值的大小会影响所述判断方法对电堆状态判断的准确率；当所述第二设定阈值偏小时，会导致判断的准确率偏低，这是由于其他因素的影响会导致电堆含水量的误判；当所述第二设定阈值偏大时，会导致判断的准确率偏低，这是由于电堆含水量偏离的初期影响未能有效识别。
综上所述，本发明提供的燃料电池的电堆状态的判断方法的过程较为简单、操作难度小、使用成本低且能准确地判断电堆的状态。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池的电堆状态的判断方法，其特征在于，所述判断方法包括：
保持电堆的输出电流及输出电压与电堆的特性曲线相匹配，设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第一实际输出功率，再设置燃料电池的输出功率信号为第二设定功率，所述电堆按照第二设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，再设置燃料电池的输出功率信号为第一设定功率，所述电堆按照第一设定功率对应的工作条件运行，待所述电堆的输出功率稳定后，测量得到所述电堆的第二实际输出功率；计算得到所述第二实际输出功率相对于所述第一实际输出功率的差值比例的绝对值，将所述绝对值与设定阈值进行对比，若所述绝对值小于或等于所述设定阈值，则所述电堆的状态正常，若所述绝对值大于所述设定阈值，则所述电堆的状态异常。
2.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于，所述设定阈值包括第一设定阈值与第二设定阈值；
优选地，所述第一设定阈值为2～10％，优选为4～7％；
优选地，所述第二设定阈值为2～10％，优选为4～7％。
3.根据权利要求2所述的判断方法，其特征在于，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为(1.1～1.5):1，优选为(1.2～1.3):1；
优选地，若所述绝对值大于所述第一设定阈值，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的储水性能不足。
4.根据权利要求2所述的判断方法，其特征在于，所述第二设定功率与所述第一设定功率之比为(0.7～0.9):1；
优选地，若所述绝对值大于所述第二设定阈值，将所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率进行对比，则所述第一实际输出功率大于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的状态异常为低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，所述第一实际输出功率小于所述第二实际输出功率时，判断所述电堆的异常为第一设定功率下所述电堆的排水性能不足。
5.根据权利要求1～4任一项所述的判断方法，其特征在于，所述差值比例等于所述第二实际输出功率与所述第一实际输出功率之间的差值与所述第一实际输出功率之间的比例。
6.根据权利要求1～5任一项所述的判断方法，其特征在于，所述工作条件包括阳极气体、阴极气体及冷却液的供应参数。
7.一种权利要求1～6任一项所述判断方法判定为状态异常的电堆的优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：
电堆的状态判定为异常时，根据所述第一实际输出功率与所述第二实际输出功率的大小关系，来设定燃料电池变载至第一设定功率的方法。
8.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：
若所述电堆的状态异常为等于或高于第一设定功率下所述电堆的排水性能不足，则所述电堆的功率上升至第一设定功率时直接上升至第一设定功率；所述电堆的功率下降至第一设定功率时先下降至功率低于第一设定功率，再上升至第一设定功率。
9.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：
若所述电堆的状态异常为等于或低于第一设定功率下所述电堆的储水性能不足，则所述电堆的功率上升至第一设定功率时先上升至功率高于第一设定功率，再下降至第一设定功率；所述电堆的功率下降至第一设定功率时直接下降至第一设定功率。
10.一种权利要求1～6任一项所述判断方法的应用，其特征在于，所述判断方法用于判断电堆的状态。
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