CN216133177U - 燃料电池启停寿命测试设备 - Google Patents

Abstract

燃料电池启停寿命测试设备，其包括氢气供给系统，氮气供给系统，空气供给系统以及启停控制系统，其中氢气供给系统、氮气供给系统以及空气供给系统被可通信地连接于启停控制系统，由启停控制系统制定启停策略；以供启停控制系统基于启停策略控制氮气供给系统在电堆停机状态下将氮气通入电堆的氢气入口端，控制空气供给系统将空气通入电堆的氢气入口端，使得电堆的阳极充满空气，当电堆启动时，以在电堆的阳极形成氢空界面，并控制空气供给系统将空气通往电堆的空气入口端，以模拟电堆正常工况下的启停。

Description

燃料电池启停寿命测试设备

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一燃料电池启停寿命测试设备。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种以氢能为载体将化学能转化为电能的发电装置，具有反应温度低、动态响应速度快、反应效率高、功率密度高等优点，在交通领域具有广泛的应用前景。燃料电池在启动/关闭操作期间，质子交换膜燃料电池的膜电极组件(MEA)的降解主要是由于碳载体的腐蚀和阴极铂催化剂的溶解/迁移/聚集。

燃料电池的启停过程是燃料电池寿命的衰减的主要因素之一。当使用燃料电池的车辆长时间停放时，或者燃料电池长时间没有启动时，由于阴极通风口无法完全密封，空气通过薄膜从阴极扩散到阳极，以至阳极和阴极流场最终会充满空气。如果燃料电池在被启动时，氢气被供应到燃料电池的阳极流场，则在阳极流场中会产生一个氢/空气边界，并且阳极流场中面向阴极的空气局部存在1.44V或两倍开路电压(OCV)的高电位。在上述的条件下，阴极局部产生的高电位会加速铂催化剂的碳载体腐蚀溶解/迁移/团聚。也就是说，燃料电池的启停过程由于氢/空边界的存在，加速了阴极局部的降解。

针对上述问题，现有技术是通过施加启动电阻的方式，从而避免出现高电位。但是在现有技术中，关于启动电阻的闭合时间点、大小以及氢气在启动时候的控制方式，对燃料电池电堆的寿命都有影响。

发明内容

本实用新型的一个主要优势在于提供一燃料电池启停寿命测试设备，其中所述燃料电池启动寿命测试设备可用于验证燃料电池启停策略，有利于优化燃料电池发动机启停控制策略。

本实用新型的另一个优势在于提供一燃料电池启停寿命测试设备，其中所述燃料电池启动寿命测试设备可用于测试不同的启停策略对燃料电池寿命的影响，优化燃料电池发动机启停控制策略。

本实用新型的另一个优势在于提供一燃料电池启停寿命测试设备，其中所述燃料电池启动寿命测试设备可以模拟所述燃料电池在不同工况下，不同的启停策略对寿命的影响，可以指导燃料电池在不同领域应用上的启停策略开发。

本实用新型的另一个优势在于提供一燃料电池启停寿命测试设备，其中所述燃料电池启动寿命测试设备可以用于开发燃料电池启停策略，找出最佳的启动电阻和启动时间。

本实用新型的另一个优势在于提供一燃料电池启停寿命测试设备，其中所述燃料电池启动寿命测试设备停机阶段可以先通过氮气吹扫燃料电池阳极，排除氢气，然后通过空气口的支路往燃料电池阳极通入一定时间的空气，让空气快速充满阳极，模拟燃料电池停机后阴极空气扩散到阳极。

本实用新型的另一个优势在于提供一燃料电池启停寿命测试设备，其中所述燃料电池启动寿命测试设备燃料电池启动时，氢气通入阳极，与存在里面的控制形成氢空界面。循环启停试验，描绘多条不同温湿度条件下，启停对寿命的影响曲线，根据曲线找到最优的启停状态。

本实用新型的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本实用新型的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本实用新型的一燃料电池启停寿命测试设备，适于测试一电堆，所述测试设备包括：

一氢气供给系统；

一氮气供给系统；

一空气供给系统；以及

一启停控制系统，其中所述氢气供给系统、所述氮气供给系统以及所述空气供给系统被可通信地连接于所述启停控制系统，由所述启停控制系统制定一启停策略；以供所述启停控制系统基于所述启停策略控制所述氮气供给系统在所述电堆停机状态下将氮气通入所述电堆的氢气入口端，通过氮气吹扫电堆的阳极，所述启停控制系统控制所述空气供给系统将空气通入所述电堆的氢气入口端，使得电堆的阳极充满空气，当所述电堆启动时，由所述启停控制系统控制所述氢气供给系统将氢气通入所述电堆的氢气入口端，以在所述电堆的阳极形成氢空界面，并控制所述空气供给系统将空气通往所述电堆的空气入口端，以模拟所述电堆正常工况下的启停。

根据本实用新型的至少一实施例，所述测试设备进一步包括一热管理系统，其中所述热管理系统与所述启停控制系统相电气连接，由所述启停控制系统基于所述启停策略控制所述热管理系统，以模拟所述电堆启停时的温度。

根据本实用新型的至少一实施例，所述氢气供给系统包括一氢气源，与所述氢气源相连通的一供氢管道，被设置于所述供氢管道的至少一压力控制器以及一流量控制器，其中所述氢气供给系统的所述供氢管道的一端被可导通地连接于所述电堆的一氢气入口端。

根据本实用新型的至少一实施例，所述氢气供给系统进一步包括一氢气加湿器，所述氢气加湿器被设置于所述供氢管道，由所述氢气加湿器基于所述启停控制系统的控制策略控制通往所述电堆的氢气的湿度。

根据本实用新型的至少一实施例，所述氮气供给系统包括一氮气源，与所述氮气源相连通的一氮气供给管道，其中所述氮气供给管道的一端与所述氮气源相连通，所述氮气供给管道的另一端被可导通地连接于所述电堆的所述氢气入口端。

根据本实用新型的至少一实施例，所述空气供给系统包括一空气源、一空气供给管道、一空气压力控制器以及一空气流量控制器，其中所述空气源与所述空气供给管道的一端相连通，所述空气供给管道的另一端可与所述燃料电池的所述电堆相连通。

根据本实用新型的至少一实施例，所述空气供给管道包括一氢气入口支路和一空气入口支路，其中所述氢气入口支路的入口端被可导通地连接于所述电堆的所述氢气入口端，所述空气入口支路的一端被可导通地连接于所述电堆的所述空气入口端。

根据本实用新型的至少一实施例，所述空气供给系统进一步包括一空气加湿器，所述空气加湿器被设置于所述空气供给管道，其被用于调整所述空气供给管道内空气的湿度。

根据本实用新型的至少一实施例，所述测试设备进一步包括一电子负载，其中所述电子负载可被电气连接于所述电堆，并且所述电子负载与所述启停控制系统相通信地连接，由所述启停控制系统基于设定的启停控制策略控制所述电子负载，以模拟所述电堆的真实工况环境。

根据本实用新型的至少一实施例，所述电子负载包括电子负载电路，被设置于所述电子负载电路的一电流传感器，至少一检测电阻以及用于控制所述检测电阻的至少一接触器。

根据本实用新型的至少一实施例，所述电子负载电路进一步包括一第一负载支路和一第二负载支路，所述检测电阻进一步包括至少一第一电阻和一第二电阻，其中所述第一电阻被设置于第一负载支路，所述第二电阻被设置于所述第二负载支路，其中所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。

根据本实用新型的至少一实施例，所述测试设备的所述电子负载进一步包括至少一单电池巡检装置，其中所述单电池巡检装置可被电气连接于所述燃料电池的所述电堆，借由所述单电池巡检装置检测所述电堆的各电池单元的启停工作状态。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供一燃料电池启停寿命测试方法，其中所述测试方法包括如下步骤：

(1)在停机状态下，通氮气至待测的一电堆的氢气入口端，通过氮气吹扫所述电堆的阳极，以排除氢气；

(2)通入空气到所述电堆的氢气入口端，以至空气充满所述电堆的阳极；

(3)通入氢气至所述电堆的所述氢气入口端，以便在所述电堆的阳极形成氢空界面；

(4)通入空气至所述电堆的一空气入口端，启动所述电堆，随后停机以完成一次启停测试。

根据本实用新型的至少一实施例，所述测试方法进一步包括步骤：制定一启停策略，并依据该启停策略循环地执行所述步骤(1)至所述步骤(4)，并检测所述电堆的寿命衰减程度，根据所述启动策略和测试循环次数得到所述燃料电池的衰减曲线。

根据本实用新型的至少一实施例，所述测试方法的步骤(3)和步骤(4)中，依据设定的启停策略，通过通入的氢气和空气调节所述电堆的温度和湿度，以符合所述电堆的所述启停策略。

根据本实用新型的至少一实施例，所述测试方法进一步包括以下步骤：基于所述启停策略，启动一热管理系统，借以所述热管理系统基于所述启停策略控制所述电堆的温度。

根据本实用新型的至少一实施例，所述测试方法进一步包括步骤：导通与所述电堆相电气连接的一电子负载的一第一负载支路，并断开所述电子负载的一第二负载支路，进行单一启动电阻测试试验。

根据本实用新型的至少一实施例，测试方法进一步包括步骤：当所述电堆总压达到设定值后，导通与所述电堆相电气连接的所述电子负载的所述第二负载支路，并断开所述电子负载的所述第一负载支路，进行双启动电阻测试试验。

通过对随后的描述和附图的理解，本实用新型进一步的目的和优势将得以充分体现。

本实用新型的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1A是根据本实用新型的第一较佳实施例的一燃料电池启停寿命测试设备的整体示意图。

图1B是根据本实用新型的上述第一较佳实施例的所述燃料电池启停寿命测试设备的系统框架示意图。

图2是根据本实用新型上述第一较佳实施例的所述燃料电池启停寿命测试设备检测启停对电堆寿命的影响曲线示意图。

图3是根据本实用新型上述第一较佳实施例的所述燃料电池启停寿命测试设备的一电子负载的示意图。

图4是根据本实用新型上述第一较佳实施例的所述燃料电池启停寿命测试方法的流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“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是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参照本实用新型说明书附图之图1A至图3所示，依照本实用新型第一较佳实施例的一燃料电池启停寿命测试设备和测试方法在接下来的描述中被阐明。所述燃料电池启停寿命测试设备用于模拟一燃料电池的使用场景，并根据设定的使用场景检测所述燃料电池的一电堆100的使用寿命。所述燃料电池启停寿命测试设备可为待检测的所述电堆100设定不同的启停策略，并根据设定的所述启停策略验证所述电堆100的启停寿命衰减，比如基于设定的启停策略验证待检测的所述电堆100在启停200次、400次、800次后，该待测所述电堆100的衰减程度，以便于制定适合于该所述电堆100的优化的启停策略。简言之，本设备可以模拟燃料电池在不同工况下，不同的启停策略对寿命的影响，可以指导燃料电池在不同领域应用上的启停策略开发。

如图1A和图1B所示，所述燃料电池启停寿命测试设备包括一氢气供给系统10、一氮气供给系统20、一空气供给系统30、一热管理系统40，以及一启停控制系统50，其中所述氢气供给系统10、所述氮气供给系统20、所述空气供给系统30以及所述热管理系统40分别被可通信地连接于所述启停控制系统50，由所述启停控制系统50基于设定的启停控制策略控制所述氢气供给系统10、所述氮气供给系统20、所述空气供给系统30以及所述热管理系统40的工作状态。

详细地说，所述启停控制系统50基于待测的所述电堆100设定对应的至少一启停策略，并依据设定的所述启停策略控制所述氢气供给系统10、所述氮气供给系统20、所述空气供给系统30以及所述热管理系统40模拟所述电堆100的工作状态下的启停环境。作为示例的，所述燃料电池的所述电堆100适用于电动汽车的燃料电池发动机，其中所述启停控制系统50根据所述电堆100的使用场景模拟符合所述电堆100的正常工作环境，并在该模拟环境下测试所述电堆100启停对所述电堆100的寿命的影响。

所述启停控制系统50设定的启停策略包括启停过程中的温度、湿度、氢空界面状态等。所述氢气供给系统10被可导通地连接于待测的所述电堆100，其被用于为燃料电池的所述电堆100提供检测所需要的氢气。所述氢气供给系统10基于所述启停控制系统50设定的启停策略为所述燃料电池的所述电堆100提供特定温度、特定湿度、特定压力以及特定流量的氢气。当所述启停控制系统50设定的启停策略变化时，由所述启停控制系统50控制所述氢气供给系统10调整氢气供给的温度、湿度、气体压力以及气体流量等，以模拟不同供氢条件下所述电堆100的启停工作环境。

所述氢气供给系统10包括一氢气源11，与所述氢气源11相连通的一供氢管道12，被设置于所述供氢管道12的至少一压力控制器13以及一流量控制器14，其中所述氢气供给系统10的所述供氢管道12的一端与所述氢气源11相连通，所述供氢管道12的另一端被可导通地连接于所述电堆100的一氢气入口端。所述氢气供给系统10基于所述启停控制系统50设定的启停策略由所述压力控制器13控制由所述供氢管道12通往所述电堆100的氢气压力，由所述流量控制器14控制所述供氢管道12通往所述电堆100的氢气流量。

优选地，在本实用新型的该优选实施例中，所述氢气供给系统10的所述压力控制器13被实施为一减压阀，由所述压力控制器13控制所述供氢管道12内氢气的压力。优选地，所述流量控制器14通过控制所述供氢管道12通往所述电堆100的氢气流量的方式控制氢气量。可选地，所述流向控制器14被实施为一质量控制器，其中所述流量控制器14通过控制氢气质量的方式控制通往所述电堆100的氢气总量。

所述氢气供给系统10进一步包括一单向控制器15，所述单向控制器15被设置于所述供氢管道12，由所述单向控制器15控制所述供氢管道12的氢气流向。换言之，所述单向控制器15被用于控制所述供氢管道12内的氢气由所述氢气源11通往所述电堆100。优选地，在本实用新型的该优选实施例中，所述单向控制器15被实施为一单向阀。

所述氢气供给系统10进一步包括一氢气加湿器16，所述氢气加湿器16被设置于所述供氢管道12，由所述氢气加湿器16基于所述启停控制系统50的控制策略控制通往所述电堆100的氢气的湿度。

所述氮气供给系统20包括一氮气源21，与所述氮气源21相连通的一氮气供给管道22，其中所述氮气供给管道22的一端与所述氮气源21相连通，所述氮气供给管道22的另一端被可导通地连接于所述电堆100的所述氢气入口端。所述氮气供给系统20被用于燃料电池阳极吹扫，防止氢空界面的形成。

所述氮气供给系统20进一步包括一单向控制阀23，其中所述单向控制阀23被设置于所述氮气供应管道22，其中所述单向控制阀23防止所述电堆100内的氢气或氮气回流。换言之，所述氮气供给系统的所述氮气供给管道22与所述氢气供给系统10的所述共轻管道12相连通，当氢气供给系统10停止向所述电堆100供氢时，由所述氮气供给系统20向所述电堆100通入氮气，使用氮气吹扫所述燃料电池的所述电堆100的阳极，进而防止所述电堆100的阳极形成氢空界面。

所述空气供给系统30基于所述启停控制系统50设定的启停策略为所述燃料电池的所述电堆100提供特定温度、特定湿度、特定压力以及特定流量的空气。当所述启停控制系统50设定的启停策略变化时，由所述启停控制系统50控制所述空气供给系统10调整空气供给的温度、湿度、气体压力以及气体流量等，以模拟不同供空气条件下所述电堆100的启停工作环境。此外，所述空气供给系统30还被接到所述电堆100的氢气入口端，是为了模拟空气扩散到燃料电池阳极侧，以形成氢空界面。

所述空气供给系统30包括一空气源31、一空气供给管道32、一空气压力控制器33以及一空气流量控制器34，其中所述空气源31与所述空气供给管道32的一端相连通，所述空气供给管道32的另一端可与所述燃料电池的所述电堆100相连通。由所述空气源31通过所述空气供给管道32将空气通往所述电堆100的空气入口端/或所述氢气入口端。所述空气压力控制器33和所述空气流量控制器34被设置于所述空气供给管道32，由所述空气压力控制器33控制所述空气供给管道32通往所述电堆100的空气压力。所述空气流向控制器34被用于控制所述空气供给管道32通往所述电堆100的空气流量或质量。

值得一提的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述空气压力控制器33优选为减压阀，所述空气流量控制器34还可被实施为质量控制器。

所述空气供给系统30的所述空气供给管道32包括一氢气入口支路321和一空气入口支路322，其中所述氢气入口支路321的入口端被可导通地连接于所述电堆100的所述氢气入口端，所述空气入口支路322的一端被可导通地连接于所述电堆100的所述空气入口端。所述空气供给系统30基于所述启停控制系统50的控制策略控制所述空气供给管道32的所述氢气入口支路321和/或所述空气入口支路322导通，以模拟所述电堆100在不同工况下的工作环境。

可以理解的是，当所述空气供给管道32的所述氢气入口支路321被导通时，即所述空气源31通过所述空气供给管道32的所述氢气入口支路321将空气通往所述电堆100的所述氢气入口端，以模拟所述燃料电池长时间停机在所述电堆100形成的氢空界面。当所述空气供给管道32的所述空气入口支路322被导通时，即所述空气源31通过所述空气供给管道32的所述空气入口支路322将空气通往所述电堆100的所述空气入口端，为所述电堆100正常工作提供所需要的氧气。

所述空气供给系统30进一步包括至少一闸阀35，其中所述闸阀35被设置于所述空气供给管道32的所述氢气入口支路321，其中所述闸阀35被用于控制所述空气供给系统30向所述电堆100通入空气。简言之，所述闸阀35被用于控制所述空气供给管道32的所述氢气入口支路321的通断，当所述闸阀35被打开时，所述空气供给管道32的所述氢气入口支路321被导通；当所述闸阀35被关闭时，所述空气供给管道32的所述氢气入口支路321被关闭。值得一提的是，当所述闸阀35基于所述启停控制系统50的控制信号被打开时，所述控制供给系统30将空气通往所述电堆100的所述氢气入口端，以模拟空气扩散到燃料电池阳极侧，形成氢空界面。通过控制所述闸阀35打开的时间和控制所述空气供给系统30的所述空气供给管道32内空气的压力和流量，可控制所述氢空界面的形成，以模拟所述燃料电池在真实工作环境下的工况环境。

所述空气供给系统30进一步包括一空气加湿器36，所述空气加湿器36被设置于所述空气供给管道32，其被用于调整所述空气供给管道32内空气的湿度。优选地，在本实用新型的该优选实施例中，所述空气加湿器36被设置于所述空气供给管道32的所述空气入口支路322。

所述热管理系统40被可导通地连接于所述电堆100，其中所述热管理系统40基于所述启停控制系统50的控制指令调整所述电堆100的温度，以模拟所述燃料电池的所述电堆100不同的温度。

详细地说，所述热管理系统40包括一热交换管道41、被设置于所述热交换管道41的一换热器42、一水泵43以及一加热器44，其中所述热交换管道41被可导通地连接于所述电堆100的一进水口和一出水口，并且所述热交换管道41与所述电堆100形成一热交换通路，通过所述热交换通路调整所述电堆100的个温度。

所述换热器42、所述水泵43以及所述加热器44被串联在所述热交换管道41，其中所述换热器42被用于降低所述热管理系统40内热交换介质的温度，并通过所述热交换介质降低所述电堆100的温度。所述热管理系统40进一步包括一散热器45，其中所述散热器45被设置于所述换热器42，通过所述散热器45辅助所述换热器42降低所述热交换介质的温度。优选地，在本实用新型的该优选实施例中，所述散热器45被实施为一风扇。

值得一提的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述水泵43提供所述热交换介质的循环动力，其中所述水泵43将热交换介质从所述加热器通往所述电堆100。所述加热器44被用于对所述热交换介质加热，以通过所述热交换介质提升所述电堆100的温度。

如图1A和图3所述，所述燃料电池启停寿命测试设备进一步包括一电子负载60，其中所述电子负载60可被电气连接于所述电堆100，并且所述电子负载60与所述启停控制系统50相通信地连接，由所述启停控制系统50基于设定的启停控制策略控制所述电子负载60，以模拟所述电堆100的真实工况环境。

所述电子负载60可被调节以不同的电阻连接至所述电堆100的正极和负极，并模拟所述电堆100在真实工况环境下的启停电阻。详细地说，所述电子负载60包括电子负载电路61，被设置于所述电子负载电路61的一电流传感器62，至少一检测电阻63以及用于控制所述检测电阻63的至少一接触器64。可以理解的是，所属用户电流传感器62、所述检测电阻63以及所述接触器64通过所述电子负载电路61串联在所述电堆100的正极和负极之间。

所述电流传感器62被用于检测所述电堆100在启停测试过程中所述电子负载电路61的电流变化，以反映所述燃料电池的所述电堆100在模拟工况环境下电流的变化。

所述电子负载电路61进一步包括一第一负载支路611和一第二负载支路612，所述检测电阻63进一步包括至少一第一电阻631和一第二电阻632，其中所述第一电阻631被设置于第一负载支路611，所述第二电阻632被设置于所述第二负载支路612。优选地，在本实用新型的该优选实施例中，其中所述第一电阻631和所述第二电阻632具有不同的电阻阻值，并且所述第一电阻631和所述第二电阻632被相并联地设置于所述电子负载电路61。所述接触器64包括一第一接触器641和一第二接触器642，其中所述第一接触器641与所述检测电阻63的所述第一电阻631串联，所述第二接触器642与所述第二电阻632串联。换言之，在本实用新型的该优选实施例中，所述第一接触器641被用于控制所述第一负载支路611的通断，所述第二接触器642被用于控制所述第二负载支路612的通断。

值得一提的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述启停控制系统50基于设定的启停控制策略控制所述接触器64的所述第一接触器641和/或所述第二接触器642的打开与关闭，以模拟不同工况环境下的所述电堆100的启停工作电阻。

所述电子负载60进一步包括至少一单电池巡检装置65，其中所述单电池巡检装置65可被电气连接于所述燃料电池的所述电堆100，借由所述单电池巡检装置65检测所述电堆100的各电池单元的启停工作状态。

所述燃料电池启停寿命测试设备通过设定不同的工况环境，比如所述启停控制系统50基于设定的一特定的电堆启停条件，比如在特定的电堆温度、湿度、氢气压力、氢空界面、以及电子负载的阻值大小等模拟出所述电堆正常工况环境下的启停条件，并且所述启停控制系统50依据设定的特定启停条件控制所述电堆100的启停检测。作为示例的，在本实用新型的该优选实施例中，由所述启停控制系统基于设定的特定电堆启停条件重复启停待检测的所述电堆100，并检测所述电堆100的性能衰减以及寿命缩短。

通过试验找到不同工况下的所述燃料电池启停衰减曲线，指导燃料电池在应用中最优启动和停机条件。为了加速寿命测试，所述氢气供给系统10和所述空气供给系统20可为所述燃料电池的所述电堆100创造不同的温湿度环境，其中所述热管理系统40可以给所述燃料电池的所述电堆100创造不同的电堆温度。在停机阶段，由所述氮气供给系统20基于所述启停控制系统50的控制指令，将氮气通往所述电堆100的氢气入口端，即所述燃料电池阳极，通过氮气排除所述电堆100中的氢气。

所述空气供给系统30基于所述启停控制系统50的控制指令将空气在一定时间内通往所述电堆100的所述氢气入口端，从而使得空气快速充满所述燃料电池的阳极，以模拟所述燃料电池停机后阴极空气扩散到阳极。当燃料电池启动时，由所述氢气供给系统10基于所述启停控制系统50的控制指令，将氢气通入所述电堆100的阳极，与存在里面的空气形成氢空界面。循环启停试验，描绘多条不同温湿度条件下，启停对寿命的影响曲线，根据曲线找到最优的启停状态。

如图3所示，所述燃料电池启停寿命测试设备基于设定的启停条件得到对应于所述燃料电池的启停寿命曲线，随着启停次数的累积，所述燃料电池寿命逐渐降低，所述电堆100的阳极(阴极)活化面积逐渐变小。

值得一提的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述启停控制系统50基于设定的特定启停条件模拟出所述燃料电池在真实工况下的启停条件。优选地，所述启停控制系统50通过控制所述电子负载60的所述接触器64工作状态，在所述电堆100启停过程中限制高电位，以保护所述电堆100。

值得一提的是，质子交换膜燃料电池启动速度非常快，将反应气体(氢气)通入到待测的所述电堆100后，所述电堆100的各单电池电压迅速攀升到大于0.95V以上开路电压，在开路电压的高电位下，所述燃料电池的所述电堆100的阴极催化层碳载体材料会发生氧化腐蚀，造成电堆性能衰减以及寿命缩短。因此在电堆启动过程中限制启动高电位对保护电堆性能是很有必要的。

所述燃料电池启停寿命测试设备基于设定的启停条件，由所述启停控制系统50控制所述电子负载60的所述接触器64，使得所述电堆100进行单一启动电阻测试试验和双启动电阻试验，以在电堆启动过程中限制启动高电位。

为了防止严重的反极现象出现，当所述燃料电池启停寿命测试设备基于设定的启停条件对待测的所述电堆100测试时，在第一阶段可以选择电阻值更大的电阻，此时所述电堆的放电电流比较小，不容易出现阳极局部缺氢，导致反极现象的发生。值得一提的是，放电电阻可以让更高电压的单电池放更大电流，起到均衡电压的作用，有效避免单电池电压差异大，试验方案可以等大电阻下做了带载启动测试。

详细地说，当所述启停控制系统50控制所述电堆100进行单一启动电阻测试试验时，所述启停控制系统50控制所述接触器64的所述第一接触器641闭合，并且所述第二接触器642断开，以使得所述第一负载支路611导通，所述第二负载支路612断开。值得一提的是，在本实用新型的该优选实施例中，所述第一电阻631的阻值大于所述第二电阻632的阻值。换言之，在单一启动电阻测试时，由所述启停控制系统50选择所述第一负载支路611导通。

述启停控制系统50控制所述电堆100进行双启动电阻试验，此外为了大幅度降低所述电堆的启动高电位，可以在电堆总压达到设定值后，导通电阻只较小的电阻，以便快速进行放电。这样既避免了反极情况的出现，而且也达到了快速降低开路电压的目的。

当所述启停控制系统50控制所述电堆100进行单一启动电阻测试试验后，所述启停控制系统50控制所述接触器64的所述第一接触器641断开，并控制所述第二接触器642闭合，以使得所述第一负载支路611断开，所述第二负载支路512导通。可选地，在本实用新型的其他可选实施方式中，所述启停控制系统50控制所述接触器64的所述第一接触器641和/或所述第二接触器642同时处于闭合状态，以便快速进行放电，这样既避免了反极情况的出现，而且也达到了快速降低开路电压的目的。

值得一提的是，所述燃料电池启停寿命测试设备在对所述电堆100完成一次测试后，由所述启停控制系统50以启动时相反的方法控制各所述系统断开，以使得所述电堆100停机。简言之，在本实用新型的该优选实施例中，所述测试设备的停机策略试验是启动策略试验的逆方法。

依据所述启停控制系统设定的所述启停寿命测试策略由所述启停控制系统50控制电堆100进行相同条件下的循环测试，并将测试的结果统计成燃料电池启停衰减曲线，以指导燃料电池在应用中最优启动和停机条件。值得一提的是，当所述燃料电池启停寿命测试设备在同一测试策略条件下对所述电堆100进行启停寿命检测后，切换不同的启停测试条件，并更换新的电堆100，并根据新的启停测试条件继续测试，以便找到合适的启停策略。

如图4所示出了所述燃料电池启停寿命测试设备的测试方法，其中所述测试方法包括如下步骤：

(1)在停机状态下，通氮气至待测的一电堆100的氢气入口端，通过氮气吹扫所述电堆100的阳极，以排除氢气；

(2)通入空气到所述电堆100的氢气入口端，以至空气充满所述电堆100的阳极；

(3)通入氢气至所述电堆100的所述氢气入口端，以便在所述电堆100的阳极形成氢空界面；以及

(4)通入空气至所述电堆的一空气入口端，启动所述电堆100，随后停机以完成一次启停测试。

根据本实用新型上述测试方法，其中在上述测试方法进一步包括步骤：制定一启停策略，并依据该启停策略循环地执行所述步骤(1)至所述步骤(4)，并检测所述电堆100的寿命衰减程度，根据所述启动策略和测试循环次数得到所述燃料电池的衰减曲线。

在上述测试方法的步骤(3)和步骤(4)中，依据设定的启停策略，通过通入的氢气和空气调节所述电堆100的温度和湿度，以符合所述电堆100的所述启停策略。在上述测试方法的步骤(3)中，进一步包括以下步骤：基于所述启停策略，启动一热管理系统40，借以所述热管理系统40基于所述启停策略控制所述电堆100的温度。

根据本实用新型上述测试方法，其中在上述测试方法进一步包括步骤：导通与所述电堆100相电气连接的一电子负载60的一第一负载支路611，并断开所述电子负载60的一第二负载支路612，进行单一启动电阻测试试验。根据本实用新型上述测试方法，其中在上述测试方法进一步包括步骤：当所述电堆100总压达到设定值后，导通与所述电堆100相电气连接的所述电子负载60的所述第二负载支路612，并断开所述电子负载60的所述第一负载支路611，以进行双启动电阻测试试验。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (12)

1.一燃料电池启停寿命测试设备，适于测试一电堆，其特征在于，所述测试设备包括：

一氢气供给系统；

一氮气供给系统；

一空气供给系统；以及

一启停控制系统，其中所述氢气供给系统、所述氮气供给系统以及所述空气供给系统被可通信地连接于所述启停控制系统，由所述启停控制系统制定一启停策略；以供所述启停控制系统基于所述启停策略控制所述氮气供给系统在所述电堆停机状态下将氮气通入所述电堆的氢气入口端，通过氮气吹扫电堆的阳极，所述启停控制系统控制所述空气供给系统将空气通入所述电堆的氢气入口端，使得电堆的阳极充满空气，当所述电堆启动时，由所述启停控制系统控制所述氢气供给系统将氢气通入所述电堆的氢气入口端，以在所述电堆的阳极形成氢空界面，并控制所述空气供给系统将空气通往所述电堆的空气入口端，以模拟所述电堆正常工况下的启停。

2.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述测试设备进一步包括一热管理系统，其中所述热管理系统与所述启停控制系统相电气连接，由所述启停控制系统基于所述启停策略控制所述热管理系统，以模拟所述电堆启停时的温度。

3.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述氢气供给系统包括一氢气源，与所述氢气源相连通的一供氢管道，被设置于所述供氢管道的至少一压力控制器以及一流量控制器，其中所述氢气供给系统的所述供氢管道的一端被可导通地连接于所述电堆的一氢气入口端。

4.根据权利要求3所述的测试设备，其中所述氢气供给系统进一步包括一氢气加湿器，所述氢气加湿器被设置于所述供氢管道，由所述氢气加湿器基于所述启停控制系统的控制策略控制通往所述电堆的氢气的湿度。

5.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述氮气供给系统包括一氮气源，与所述氮气源相连通的一氮气供给管道，其中所述氮气供给管道的一端与所述氮气源相连通，所述氮气供给管道的另一端被可导通地连接于所述电堆的所述氢气入口端。

6.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述空气供给系统包括一空气源、一空气供给管道、一空气压力控制器以及一空气流量控制器，其中所述空气源与所述空气供给管道的一端相连通，所述空气供给管道的另一端可与所述燃料电池的所述电堆相连通。

7.根据权利要求6所述的测试设备，其中所述空气供给管道包括一氢气入口支路和一空气入口支路，其中所述氢气入口支路的入口端被可导通地连接于所述电堆的所述氢气入口端，所述空气入口支路的一端被可导通地连接于所述电堆的所述空气入口端。

8.根据权利要求7所述的测试设备，其中所述空气供给系统进一步包括一空气加湿器，所述空气加湿器被设置于所述空气供给管道，其被用于调整所述空气供给管道内空气的湿度。

9.根据权利要求7所述的测试设备，其中所述测试设备进一步包括一电子负载，其中所述电子负载可被电气连接于所述电堆，并且所述电子负载与所述启停控制系统相通信地连接，由所述启停控制系统基于设定的启停控制策略控制所述电子负载，以模拟所述电堆的真实工况环境。

10.根据权利要求9所述的测试设备，其中所述电子负载包括电子负载电路，被设置于所述电子负载电路的一电流传感器，至少一检测电阻以及用于控制所述检测电阻的至少一接触器。

11.根据权利要求10所述的测试设备，其中所述电子负载电路进一步包括一第一负载支路和一第二负载支路，所述检测电阻进一步包括至少一第一电阻和一第二电阻，其中所述第一电阻被设置于第一负载支路，所述第二电阻被设置于所述第二负载支路，其中所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。

12.根据权利要求10所述的测试设备，其中所述测试设备的所述电子负载进一步包括至少一单电池巡检装置，其中所述单电池巡检装置可被电气连接于所述燃料电池的所述电堆，借由所述单电池巡检装置检测所述电堆的各电池单元的启停工作状态。

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