一种极化曲线评价方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体地讲，是涉及一种极化曲线评价方法。

背景技术

燃料电池是解决碳问题的理想方案，目前燃料电池正处于技术更新迭代的黄金时期，伴随着材料的更新换代，燃料电池电堆的研发设计急需一套科学有效的评价体系。

极化曲线作为燃料电池的经典评价方法，能够基于全工况对燃料电池的性能进行评价，通过极化曲线，不同的电堆也能进行一定程度上的横向对比。极化曲线测试的工况控制和评价标准，一直以来是衡量测试结果的准确性的一大重要指标，一个科学合理的极化曲线测试方法，需要同时满足准确、稳定、可重复等测试需求。

目前在电堆研究中，测试评价技术都是基于成型的极化曲线，对数据处理方式进行优化，能够提高数据处理的客观性，以更适用于生产端，其更多集中于活化方法及数据处理方法等方面。而如何针对极化曲线测试时电堆的状态进行控制，如何通过控制变量，横向对比不同的电堆测试结果，现有技术并没有明确；由于现有技术对电堆在极化曲线测试前的状态缺少把控，对极化曲线测试中测试结果是否真实有效缺乏探究。因此，在电堆产品开发迭代的研究过程中，亟需一套极化曲线评价方法，来服务数据积累、分析以及对比。

发明内容

针对上述现有技术存在的上述问题，本发明提供一种极化曲线评价方法，通过引入前置工况作为电堆测试前状态的控制，保证电堆处于适宜的工作状态，从而提高极化曲线测试的准确率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种极化曲线评价方法，包括以下步骤：

S10、前置工况配置：在氢燃料电池电堆完成活化后进行降载极化曲线测试，同步记录高频阻抗值，选取其中一个或几个低电密点的平均单片电压以及高频阻抗值作为参考值；

S20、前置工况标定：电堆在极化曲线开始拉载时的高频阻抗值和相应低电密点的平均单片电压匹配参考值；

S30、极化曲线测试：依次对电堆进行极化曲线升载和极化曲线降载并获取测试数据，其中在每一个工况点达到规定工况条件后，至少平稳运行5min，然后取平稳运行最后1min的性能平均值为测量值；

S40、结果评价：采集升载极化曲线的测试数据作为极化曲线测试结果，采集降载极化曲线的测试数据作为评价标准值，将极化曲线测试结果与评价标准值进行对比，输出评价结果，其中对于极化曲线测试结果中相比评价标准值相差超过设定阈值的点，通过敏感性测试分析对极化曲线工况进行优化迭代；

S50、反馈优化：采集降载极化曲线的测试数据中的高频阻抗值及低电密点的平均单片电压，与前置工况中的参考值进行对比，对前置工况进行优化。

具体地，所述步骤S20中电堆在极化曲线开始拉载时的高频阻抗值与高频阻抗值的参考值相等。

具体地，所述步骤S20中电堆在极化曲线开始拉载时的相应低电密点的平均单片电压处于平均单片电压的参考值相差10mV范围内。

具体地，所述步骤S30中在每一个工况点达到规定工况条件后，若性能存在波动或持续变化，则持续运行直至平稳。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在电堆进行极化曲线测试前先进行前置工况运行，使电堆处于适宜的工作状态，不会受到不确定的前置测试影响，本发明以高频阻抗值和降载极化曲线两个方法作为前置工况的配置指标，可以更准确地评价电堆的工作状态，保证测试的准确度。并且本发明设计简单巧妙，实现方便，适于在氢燃料电池电堆测试中应用。

本发明在电堆前置状态控制时，利用低电密点的平均单片电压作为参考值，可以保证低电密点的测试结果准确、可重复。并且利用降载极化曲线测试数据作为电堆稳定运行的参考指标，可以更好地对极化曲线工况进行评价并可以实现量化的优化效果，从而提高电堆研发进度。

附图说明

图1为本发明-实施例的流程示意图。

图2为本发明-实施例中有无前置工况控制的极化曲线对比图。

图3为本发明-实施例中有无前置工况控制的三组极化曲线试验结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，该极化曲线评价方法，包括以下步骤：

S10、前置工况配置：在氢燃料电池电堆完成活化后进行降载极化曲线测试，同步记录高频阻抗值，选取其中一个或几个低电密点的平均单片电压以及高频阻抗值作为参考值。

S20、前置工况标定：电堆在极化曲线开始拉载时的高频阻抗值和相应低电密点的平均单片电压匹配参考值；其中，高频阻抗值与高频阻抗值的参考值相等，相应低电密点的平均单片电压处于平均单片电压的参考值相差10mV范围内。

S30、极化曲线测试：依次对电堆进行极化曲线升载和极化曲线降载并获取测试数据，其中在每一个工况点达到规定工况条件后，至少平稳运行5min，然后取平稳运行最后1min的性能平均值为测量值；若性能存在波动或持续变化，则持续运行直至平稳。

S40、结果评价：采集升载极化曲线的测试数据作为极化曲线测试结果，采集降载极化曲线的测试数据作为评价标准值，将极化曲线测试结果与评价标准值进行对比，输出评价结果，其中对于极化曲线测试结果中相比评价标准值相差超过设定阈值的点，通过敏感性测试分析对极化曲线工况进行优化迭代。对于评价结果，例如当降载极化曲线的一个工况点，相比于升载极化曲线的同一个工况点性能高出10mV以上同时高频阻抗值明显减小，那么可以判断升载极化曲线的工况设计过干；如果升载极化曲线的这个工况点下出现单片电池性能过低而降载极化曲线中没有出现单片电池性能过低，那么可以判断为升载极化曲线的工况设计的计量比过小或者湿度过高等情况，从而通过对极化曲线的测试数据实现对工况评价。

S50、反馈优化：采集降载极化曲线的测试数据中的高频阻抗值及低电密点的平均单片电压，与前置工况中的参考值进行对比，对前置工况进行优化。

以高频阻抗值作为评价标准的说明，高频阻抗值在电堆中又称为电堆内阻，例如在电堆降载极化曲线的过程中，工况拉载到0.8A/cm

本发明通过前置工况的配置和运行，使电堆在测试中不会因为初始状态过干性能过低，也不会因为初始状态过湿而在小气量低电密的工况出现水淹，并且结合高频阻抗值和低电密点的平均单片电压，可以准确地标定前置工况，使电堆在极化曲线测试时可以处于合适的工作状态，从而提高极化曲线测试的准确率。在对极化曲线评价时，利用降载极化曲线测试数据作为参考标准，能够更好地量化极化曲线测试结果的问题及优化目标，以便于对极化曲线工况进一步探究，实现对极化曲线工况的优化迭代。

如图2所示，通过试验进行两组极化曲线的性能对比，其中一组为有前置工况的电堆状态标定操作，另一组为没有前置工况的电堆状态标定。可以看出，没有前置工况的前提下，可能会由于电堆状态的不可控，得到更低的试验结果。

如图3所示，通过对照试验获得三组极化曲线，其中第一组和第二组均为有前置工况的电堆状态标定操作，第三组为没有前置工况的电堆状态标定。可以看出，两次具有前置工况的试验中，获得试验结果的极化曲线基本吻合，而没有前置工况的试验获得的极化曲线明显更低。进一步分析可知，通过前置工况的配置可以使电堆状态进行恢复，使其在获得极化曲线时能够完全反映出电堆稳定的测试状态，从而使获得的数据更准确。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。