一种可快速标定电堆气量分布的测试方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及燃料电池的技术领域，尤其涉及一种可快速标定电堆气量分布的测试方法及其控制系统。

背景技术

燃料电池电堆是指燃料电池系统中的核心组件，它将氢气和氧气以催化剂的作用在其内部发生化学反应，产生水和电能。而燃料电池电堆内的气体分布量的一致性对于电堆具有至关重要的影响，如果气体流量分配不一致，会导致电堆之间的工作条件不平衡，造成性能差异，影响电堆的性能发挥甚至引发安全问题。而实际上，燃料电池电堆内的气体流量分配一致性会随着电堆内单电池的片数增多而恶化，而现有技术对于气体流量分配一致性的检测大多是采用电堆气体分配诊断仪，但是该技术并未完全成熟，操作较为复杂，并且电堆气体分配诊断仪在使用需要大量的氮气供应，使测试成本增加。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种可快速标定电堆气量分布的测试方法及其控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种可快速标定电堆气量分布的测试方法，具体步骤包括：

S1，选择对照电堆；

S2，将电堆放置于测试台内后，开机启动测试，并拉载至预设恒定电流点；

S3，在预设工况范围内以梯度调节气体流量，并在每个工况点维持预设时间，计算平均电压值以及计算在不同工况内变化的第一平均电压变化幅值；

S4，设定所述第一平均电压变化幅值为标准值；

S5，将测试电堆放置于所述测试台内，并执行步骤S2-步骤S3，计算出第二平均电压变化幅值，在预设工况范围内比对所述第二平均电压变化幅值与所述第一平均电压变化幅值，根据比对结果判断所述测试电堆中单电池位置气量分布状态。

作为上述技术方案的进一步描述，在步骤S1中，所述对照电堆中单电池片数为10-30片，以减少在步骤S3中的计算量。

作为上述技术方案的进一步描述，在步骤S3中，最小预设工况范围为70-90％，最大预设工况范围为110％-200％，所述预设时间为10-60min，单次梯度调节为10％。

作为上述技术方案的进一步描述，在S5中还包括：

S51，在70-90％的工况范围内，若所述第二平均电压变化幅值＞第一平均电压变化幅值，且差值超过安全阈值，则判定该单片电池位置处的气量分布较少；

S52，在110-200％的工况范围内，若所述第二平均电压变化幅值小于第一平均电压变化幅值，且差值超过安全阈值，则判定该单片电池位置处的气量分布较少。

作为上述技术方案的进一步描述，所述安全阈值的范围不小于3mv。

作为上述技术方案的进一步描述，在S2中，所述测试台位为电堆测试台，且在进行所述对照电堆测试时与进行测试电堆测试时，电堆测试台除气流量以梯度变化外，其余参数保持正常运行状态工况。

作为上述技术方案的进一步描述，所述第一平均电压变化幅值的计算公式为：

ΔU第一＝U检-U前次

其中，U

U

U

其中，U

U

作为上述技术方案的进一步描述，所述第二平均电压变化幅值的计算公式为：

ΔU第二＝U检-U前次

其中，U

U

U

一种可快速标定电堆气量分布的控制系统，所述控制系统用以执行上述任一所述的标定电堆气量分布测试方法。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明可简单快速的标定电堆内气量分布，尤其对于单片电池数较多的电堆，由于单电池片数越多，越容易出现气量分布不一致的情况出现，而本申请的检测步骤能够精确定位电堆中每个单片电池的气量分布状态，以检测电堆安全性以及性能稳定性提高保证，同时也能够为后续的电堆优化设计以及运行工况的状态监测提供依据，以进一步的提高电堆的寿命。并且无需采用如电堆气体分布诊断仪等专用检测设备，可减少成本投入。

附图说明

图1为气量分布测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明提供的一种可快速标定电堆气量分布的测试方法的实施例：具体步骤如下：

S1，首先选择对照电堆，设置对照电堆的目的为后续在测试待测电堆时，有可对比的标准值，选择的对照电堆内的单电池片数量不易过多，优选的数量为10-30片，单电池片数量不宜过多的原因一方面是减少后续平均电压值的计算量，同时也减少由于单电池片数过多而导致的对照电堆本身的气量分布不一致的干扰，提高对照电堆的平均电压值以及平均电压变化幅值的参照可靠性。而对照电堆的其余配置与测试电堆的配置需要保持一致，具体包括氢气供应系统，空气供应系统，冷却系统，水处理系统以及控制系统。综上所述，通过使对照电堆与测试电堆的硬件配置均保持一致，只有单电池的片数有差异，以提高对照电堆作为对照标准的精准性，减少误差。

S2，将电堆放置于测试台内后，开启启动测试，并拉载至预设恒定电流点。此处的电堆为对照电堆，而测试台为电堆测试台，电堆测试台是用于测试燃料电池或其他类型电池性能和特性的设备。它通常包括控制系统、测量仪器和电堆承载结构等组成部分。电堆测试台的主要功能即为模拟实际应用环境下电池的工作状态，评估其性能参数和动态特性，因其作为较为成熟的现有技术，在此不做过多赘述。而将对照电堆拉载至预设恒定电流点的目的，为使电堆达到稳定的工作条件，在本实施例中，恒定电流点可为300-600A，具体可根据实际测试需求进行调节，以使后续在对照电堆进行调节时，减少额外的变量对于平均电压变化幅值造成的干扰，提高平均电压变化幅值作为标准值的精准度。

S3，在预设的工况范围内以梯度调节气体流量，并在每个工况点维持预设的时间，计算在对应工况的平均电压值以及相邻工况点的平均电压值的变化幅值。其中在预设的工况范围包括最小范围的工况即气体流量在70-90％，还包括做大范围的工况即气体流量在110-200％，每个梯度的调节量为10％，而在每个工况点维持的时间为10-60min，其余的参数均保持在正常工况内，维持的时间可根据实际情况进行调节。

S4，设定所述第一平均电压变化幅值为标准值，平均电压变化幅值为相邻两个工况点间的平均电压值的差值，而由于工况点是以梯度变化的，则每相邻两个工况点之间的平均电压值均会产生一个平均电压变化幅值，而第一平均电压变化幅值则为多个平均电压变化幅值的平均值，以此作为标准对照值。

S5，在计算出第一平均电压变化幅值后，将电堆测试台关机后，取出对照电堆后，将测试电堆即待测电堆放置在电堆测试台中进行测试，而在对测试电堆进行测试时，参照步骤S2-步骤S3执行进行第二平均电压变化幅值的计算，其中设置的参数与测试步骤均与在测试对照电堆时均相同。

需要说明的是，测试电堆在经过电堆测试台检测后，每片单电池处都会产生一个第二平均电压变化幅值，因此步骤S5还包括以下步骤：

S51，在初始工况的最小范围的70-90％的工况内进行测试的过程中，若某片的第二平均电压变化幅值大于对照电堆的第一平均电压变化幅值超过3-5mv甚至以上，则说明该片电池处所处的位置气量分布比啊较少；

S52，若在初始工况的最大范围的110-200％的测试中，若某片的第二平均电压变化幅值小于对照电堆的第一平均电压变化幅值3-5mv甚至以上，则说明该片单电池所处的位置气量分布较多。

通过上述的检测方法可简单快速的标定电堆内气量分布，其中对于单片电池数较多的电堆，由于单电池片数越多，越容易出现气量分布不一致的情况出现，而本申请的检测步骤能够精确定位电堆中每个单片电池的气量分布状态，以检测电堆安全性以及性能稳定性提高保证，同时也能够为后续的电堆优化设计以及运行工况的状态监测提供依据，以进一步的提高电堆的寿命。

而对于第一平均电压变化幅值与第二平均电压变化幅值的计算可参考下述公式：

所述第一平均电压变化幅值的计算公式为：

ΔU＝U检-U前次

其中，U为平均电压变化幅值，单位为mv；

U

U

其中，U

U

所述第二平均电压变化幅值的计算公式为：

ΔU第二＝U检-U前次

其中，U

U

U

在比对的过程中，将每个单电池片的第二平均电压变化幅值即U

本发明还提供一种可快速保定电堆气量分布的控制系统，控制系统用以执行上述任意所述的标定电堆气量分布测试方法。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。