專利名稱：燃料電池堆中的膜和電極失效的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及用于檢測(cè)燃料電池堆中的燃料電池內(nèi)的膜失效的系統(tǒng)和方法，并 且更具體地涉及用于檢測(cè)燃料電池堆中的燃料電池內(nèi)的膜失效的如下系統(tǒng)和方法，其包括 計(jì)算絕對(duì)德爾塔(δ )電壓值，該絕對(duì)δ電壓值是針對(duì)低堆電流密度被濾波的多個(gè)采樣點(diǎn) 處的平均電池電壓和最小電池電壓之間的差的平均值。
背景技術(shù)：
氫是非常引人注意的燃料，因?yàn)槠涫乔鍧嵉牟⑶铱梢员挥糜谠谌剂想姵刂杏行У?產(chǎn)生電。氫燃料電池是包括陽極和陰極以及其間的電解質(zhì)的電化學(xué)裝置。陽極接收氫氣并 且陰極接收氧或空氣。氫氣在陽極中離解從而產(chǎn)生自由質(zhì)子和電子。質(zhì)子穿過電解質(zhì)到達(dá) 陰極。質(zhì)子與陰極中的氧和電子反應(yīng)從而產(chǎn)生水。來自陽極的電子不能穿過電解質(zhì)，并且 因而被引導(dǎo)通過負(fù)載從而在被傳送到陰極之前做功。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是車輛常用的燃料電池。PEMFC通常包括固體聚合 物電解質(zhì)質(zhì)子傳導(dǎo)膜，例如全氟磺酸膜。陽極和陰極通常包括被支撐在碳顆粒上且與離聚 物混合的磨碎的催化顆粒，通常是鉬(Pt)。催化混合物被沉積在膜的相對(duì)側(cè)上。陽極催化 混合物、陰極催化混合物和膜的組合限定了膜電極組件(MEA)。MEA可以通過其他技術(shù)被制 得，例如通過催化劑涂覆的擴(kuò)散介質(zhì)(CCDM)和物理氣相沉積(PVD)過程。MEA的制造是相 對(duì)昂貴的并且需要特定條件來有效操作。在燃料電池堆中通常組合多個(gè)燃料電池來產(chǎn)生所需功率。例如，用于車輛的常用 燃料電池堆可以具有兩百個(gè)或更多個(gè)堆疊的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入反應(yīng)物氣 體(通常是被壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)通過堆的空氣流)。并不是所有的氧均被堆所消耗，一些空氣作為 陰極排出氣體被輸出，該陰極排出氣體可以包括水作為堆副產(chǎn)品。燃料電池堆也接收流入 堆陽極側(cè)的陽極氫反應(yīng)物氣體。所述堆也包括冷卻流體所流動(dòng)通過的流動(dòng)通道。燃料電池堆包括位于堆內(nèi)的多個(gè)MEA之間的一系列雙極板，其中雙極板和MEA位 于兩個(gè)端板之間。雙極板包括堆中相鄰燃料電池的陽極側(cè)和陰極側(cè)。陽極氣體流動(dòng)通道被 設(shè)置在雙極板的陽極側(cè)上從而允許陽極反應(yīng)物氣體流動(dòng)到相應(yīng)ΜΕΑ。陰極氣體流動(dòng)通道被 設(shè)置在雙極板的陰極側(cè)上從而允許陰極反應(yīng)物氣體流動(dòng)到相應(yīng)ΜΕΑ。一個(gè)端板包括陽極氣 體流動(dòng)通道，而另一個(gè)端板包括陰極氣體流動(dòng)通道。雙極板和端板是傳導(dǎo)性材料制成的，例 如不銹鋼或?qū)щ姾铣晌铩６税鍖⑷剂想姵禺a(chǎn)生的電傳導(dǎo)到堆之外。雙極板也包括冷卻流體 所流動(dòng)通過的流動(dòng)通道。隨著燃料電池堆老化，堆中的各個(gè)電池的性能因各種因素的原因而有差別地退 化。低性能電池的所述原因不同，例如因?yàn)殡姵匾缌?、催化劑損失等，一些是暫時(shí)的而一些 是永久的，一些需要維修而一些需要堆或燃料電池替換從而更換那些低性能電池。雖然燃 料電池被串聯(lián)地電性聯(lián)接，不過當(dāng)負(fù)載被聯(lián)接于堆兩端上時(shí)每個(gè)電池的電壓有區(qū)別地減 小，其中作為低性能電池的那些電池具有較小電壓。因此，必要的是監(jiān)控堆中燃料電池的電 池電壓來確保電池的電壓不會(huì)降低到預(yù)定閾值電壓之下從而防止可能導(dǎo)致對(duì)電池的永久性損壞的電池電壓極性倒轉(zhuǎn)。一種已知類型的燃料電池退化是電池膜失效，這會(huì)導(dǎo)致在低堆電流密度時(shí)的電池 電壓損失。膜失效通常因?yàn)槎喾N因素。對(duì)于燃料和氧化劑的低效隔離會(huì)導(dǎo)致膜和MEA的加 速失效。膜失效本身也由低堆電流密度時(shí)的較高電壓損失所表征。膜失效的原因之一是機(jī) 械應(yīng)力，該機(jī)械應(yīng)力是由于動(dòng)態(tài)操作和操作情況的動(dòng)態(tài)改變所引發(fā)的，特別是因?yàn)闇囟群?濕度的恒定變化會(huì)導(dǎo)致膜失效?？梢詫?dǎo)致膜失效的另一個(gè)原因是可能在操作的燃料電池中 產(chǎn)生的化學(xué)應(yīng)力。膜失效也可能因?yàn)槠渌蛩?，例如機(jī)械或疲勞失效、短路等。電池膜失效通常導(dǎo)致兩個(gè)因素中的一者或兩者。所述因素之一包括反應(yīng)物氣體 橫穿通過燃料電池內(nèi)的膜，這是因?yàn)槟?nèi)的針孔和其他開口而導(dǎo)致的，并且這會(huì)導(dǎo)致燃料 電池的電壓損失。因?yàn)槠洳僮鞫憫?yīng)燃料電池內(nèi)的電氣環(huán)境隨時(shí)間產(chǎn)生針孔。根據(jù)陽極 和陰極之間的相對(duì)壓力和分壓力會(huì)產(chǎn)生從陰極到陽極或從陽極到陰極的反應(yīng)物氣體橫穿 (cross-over)，這會(huì)具有相同的失效結(jié)果。隨著針孔的尺寸增加并且穿過膜的氣體量增加， 最終會(huì)產(chǎn)生電池失效。此外，在從燃料電池堆汲取顯著功率的大負(fù)載的情況下，因?yàn)闄M穿而 導(dǎo)致的低性能電池會(huì)導(dǎo)致堆急速停機(jī)。電池膜失效的另一結(jié)果是因?yàn)殡姵囟搪?，其中陰極和陽極因?yàn)橐恍┎涣记闆r而彼 此直接電性接觸。其他類型的燃料電池退化通常被稱作電極失效，這也導(dǎo)致了電池電壓損失并且通 常在所有堆電流密度的情況下或者至少在高堆電流密度的情況下產(chǎn)生。燃料電池電極失效 通常是因?yàn)榱鲃?dòng)通道溢流和隨時(shí)間而產(chǎn)生的總體電池退化、催化劑活性損失、催化劑支撐 件侵蝕、電極孔隙度損失等。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了用于確定燃料電池堆中的燃料電池內(nèi)的膜失效的方 法。該方法包括測(cè)量燃料電池堆中每個(gè)燃料電池的電壓，從燃料電池堆中所有燃料電池的 電池電壓計(jì)算平均電池電壓，以及從燃料電池堆中所有燃料電池的電池電壓中識(shí)別最小電 池電壓。之后該方法確定絕對(duì)S電壓值，該絕對(duì)S電壓值是在針對(duì)低堆電流密度被濾波 的采樣周期期間在多個(gè)采樣點(diǎn)處的燃料電池的平均電池電壓與燃料電池的最小電池電壓 之間的差。針對(duì)低電流密度被濾波的多個(gè)采樣周期內(nèi)確定的多個(gè)絕對(duì)S電壓值被用于確 定是否存在膜失效，并且通過針對(duì)高電流密度濾波來確定是否存在電極失效。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案。方案1. 一種識(shí)別作為燃料電池堆中多個(gè)燃料電池中的一個(gè)燃料電池的燃料電池 內(nèi)的膜失效的方法，所述方法包括
測(cè)量所述燃料電池堆中每個(gè)燃料電池的電壓；
從采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆中所有燃料電池的電池電壓來計(jì)算平 均電池電壓；
從所述采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆中所有燃料電池的電池電壓中識(shí) 別最小電池電壓；
確定絕對(duì)δ電壓值，該絕對(duì)δ電壓值是所述采樣周期內(nèi)所述燃料電池的所述平均電 池電壓和所述燃料電池的所述最小電池電壓之間的差的平均值；以及使用所述絕對(duì)S電壓值來確定是否存在膜失效。方案2.根據(jù)方案1所述的方法，還包括確定所述燃料電池堆的電流密度，并且如 果所述電流密度低于預(yù)定最小電流密度值則僅使用所述絕對(duì)S電壓值來確定是否存在膜 失效。方案3.根據(jù)方案2所述的方法，其中所述預(yù)定最小電流密度值是0. 05A/cm2。方案4.根據(jù)方案2所述的方法，其中使用所述絕對(duì)δ電壓值來確定是否存在膜 失效包括確定當(dāng)所述燃料電池堆的所述電流密度低于所述預(yù)定最小電流密度值時(shí)所述絕 對(duì)δ電壓值高于預(yù)定閾值。方案5.根據(jù)方案2所述的方法，還包括確定當(dāng)所述燃料電池堆的所述電流密度 高于預(yù)定最大電流密度值時(shí)的所述絕對(duì)S電壓值，其中針對(duì)所述最大電流密度和所述最 小電流密度這二者的所述絕對(duì)S電壓值的組合指示出電池電極失效。方案6.根據(jù)方案5所述的方法，其中所述預(yù)定最大電流密度值是0. 6A/cm2。方案7.根據(jù)方案1所述的方法，還包括監(jiān)控隨時(shí)間的所述絕對(duì)δ電壓值從而確 定在連續(xù)的采樣周期所述絕對(duì)S電壓值是否逼近指示出電池膜失效的閾值。方案8.根據(jù)方案1所述的方法，還包括使用所述絕對(duì)δ電壓值來確定所述燃料 電池堆是否逼近氫替代失效。方案9. 一種識(shí)別作為燃料電池堆中多個(gè)燃料電池中的一個(gè)燃料電池的燃料電池 內(nèi)的膜失效的方法，所述方法包括
測(cè)量所述燃料電池堆中每個(gè)燃料電池的電壓；
從采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆內(nèi)所有燃料電池的電池電壓來計(jì)算平 均電池電壓；
從所述采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆內(nèi)所有燃料電池的電池電壓中識(shí) 別最小電池電壓；
確定絕對(duì)S電壓值，該絕對(duì)S電壓值是所述采樣周期內(nèi)所述燃料電池的所述平均電 池電壓和所述燃料電池的所述最小電池電壓之間的差的平均值； 確定所述燃料電池堆的電流密度小于預(yù)定最小電流密度值；以及 監(jiān)控當(dāng)堆電流密度小于最小電流密度值時(shí)隨時(shí)間處于連續(xù)采樣周期的所述絕對(duì)δ電 壓值以便確定所述絕對(duì)S電壓值是否逼近指示出電池膜失效的閾值。方案10.根據(jù)方案9所述的方法，其中所述預(yù)定最小電流密度值是0. 05A/cm2。方案11.根據(jù)方案9所述的方法，還包括確定當(dāng)所述燃料電池堆的電流密度高于 預(yù)定最大電流密度值時(shí)的所述絕對(duì)S電壓值，其中針對(duì)所述最大電流密度和所述最小電 流密度這二者的所述絕對(duì)S電壓值的組合指示出電池電極失效。方案12.根據(jù)方案11所述的方法，其中所述預(yù)定最大電流密度值是0. 6A/cm2。方案13.根據(jù)方案9所述的方法，還包括使用所述絕對(duì)δ電壓值來確定所述燃料 電池堆是否逼近氫替代失效。方案14. 一種用于識(shí)別作為燃料電池堆中多個(gè)燃料電池中的一個(gè)燃料電池的燃 料電池內(nèi)的膜失效的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
測(cè)量器件，其用于測(cè)量所述燃料電池堆中每個(gè)燃料電池的電壓； 計(jì)算器件，其用于從采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆內(nèi)所有燃料電池的電池電壓計(jì)算平均電池電壓；
識(shí)別器件，其用于從所述采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆內(nèi)所有燃料電池 的電池電壓中識(shí)別最小電池電壓；
確定器件，其用于確定絕對(duì)δ電壓值，該絕對(duì)δ電壓值是所述采樣周期的所述燃料電 池的所述平均電池電壓和所述燃料電池的所述最小電池電壓之間的差的平均值；以及 使用所述絕對(duì)S電壓值來確定是否存在膜失效的器件。方案15.根據(jù)方案14所述的系統(tǒng)，還包括用于確定所述燃料電池堆的電流密度 的器件，如果所述電流密度小于預(yù)定最小電流密度值則其僅使用所述絕對(duì)δ電壓值來確 定是否存在膜失效。方案16.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定最小電流密度值是0. 05A/cm2。方案17.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，其中使用所述絕對(duì)δ電壓值來確定是否存在 膜失效的器件確定當(dāng)所述燃料電池堆的所述電流密度低于所述預(yù)定最小電流密度值時(shí)所 述絕對(duì)δ電壓值高于預(yù)定閾值。方案18.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，還包括用于確定當(dāng)所述燃料電池堆的電流密 度高于預(yù)定最大電流密度值時(shí)的所述絕對(duì)S電壓值的器件，其中針對(duì)所述最大電流密度 和所述最小電流密度這二者的所述絕對(duì)S電壓值的組合指示出電池電極失效。方案19.根據(jù)方案18所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定最大電流密度值是0. 6A/cm2。方案20.根據(jù)方案15所述的系統(tǒng)，還包括監(jiān)控隨時(shí)間的所述絕對(duì)δ電壓值從而 確定在連續(xù)采樣周期所述絕對(duì)S電壓值是否逼近指示出電池膜失效的閾值的器件。結(jié)合附圖從下述說明和所附權(quán)利要求中可以顯而易見到本發(fā)明的附加特征。


圖1是燃料電池堆的簡(jiǎn)化框圖，以及
圖2是水平軸線上為時(shí)間、左豎直軸線上為低電流密度時(shí)的絕對(duì)δ電壓(平均-最小 電池電壓)、在左豎直軸線上為氫替代(hydrogen take-over)時(shí)間以及在右豎直軸線上為 橫穿泄漏率的圖解。
具體實(shí)施例方式對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例(涉及用于通過計(jì)算絕對(duì)δ電壓值來識(shí)別燃料電池堆中的燃 料電池內(nèi)的膜失效的系統(tǒng)和方法，其中所述絕對(duì)S電壓值是低堆電流密度下多個(gè)采樣點(diǎn) 的平均電池電壓和最小電池電壓之間的差的平均值)的下述討論實(shí)質(zhì)上僅是示例性的并且 不以任何方式限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。圖1是燃料電池堆10的平面圖，該燃料電池堆10包括串聯(lián)地電性聯(lián)接的多個(gè)燃 料電池12。燃料電池堆10也包括被電性聯(lián)接到燃料電池12的正端子14和負(fù)端子16。系 統(tǒng)負(fù)載18被電性聯(lián)接到端子14和16。電壓監(jiān)控電路20被電性聯(lián)接到燃料電池12，從而 測(cè)量并監(jiān)控燃料電池12中每一個(gè)燃料電池的電壓。如下面將詳細(xì)討論的，燃料電池監(jiān)控電 路20測(cè)量燃料電池12的電壓并且計(jì)算絕對(duì)δ電壓值abs CleltaUra，所述絕對(duì)δ電壓值 abs deltaULCD是采樣周期期間多個(gè)連續(xù)采樣點(diǎn)處的平均電池電壓Uavg和最小電池電壓Umin 之間的差的平均值。
7
根據(jù)本發(fā)明，絕對(duì)δ電壓值abs CleltaUra作為預(yù)定時(shí)間段(例如一小時(shí))期間若 干采樣點(diǎn)處的平均電池電壓和最小電池電壓Ullin之間的差的平均值被計(jì)算。因此，在每 個(gè)采樣點(diǎn)處，從所有電池電壓來計(jì)算平均電池電壓Uavg，識(shí)別最小電池電壓Umin并且從平均 電池電壓Uavg減去最小電池電壓umin。所有差值的平均值提供了采樣周期內(nèi)的絕對(duì)δ電壓 值abs deltaura。這種計(jì)算可以通過下述等式表達(dá)
abs deltaULCD = avg (Uavg-Umin)0如上所述，低堆電流密度下的電池電壓可以僅用于確定膜失效。因此，如果堆電流 密度低于某預(yù)定值，例如0.05A/cm2，則僅計(jì)算絕對(duì)δ電壓值abs deltaUra，并且/或者僅 使用該絕對(duì)δ電壓值abs CbltaUra來確定膜失效。本發(fā)明提出了一種技術(shù)，該技術(shù)通過 計(jì)算當(dāng)堆電流密度低于某預(yù)定最小值時(shí)各采樣周期的絕對(duì)δ電壓值abs deltaULCD (隨時(shí) 間在多個(gè)采樣周期內(nèi)被分析)，來確定膜失效，即明顯的膜針孔或電池短路。圖2的圖示中，水平軸線上是運(yùn)行時(shí)間，左豎直軸線上以圖線30表示低電流密度 (IXD)時(shí)的絕對(duì)δ電壓，在左豎直軸線上以圖線32表示氫替代時(shí)間，并且在右豎直軸線上 是橫穿泄漏率。最小電池LCD δ代表了僅用于低堆電流密度的已濾波的絕對(duì)δ電壓值 abs deltaUra。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，氫替代是可以測(cè)試燃料電池堆由于橫穿泄漏 或電短路而造成的膜失效的已知測(cè)試過程。在該測(cè)試中，使用氫氣加壓所述堆的陽極側(cè)，并 且使用空氣加壓陰極側(cè)，以便陽極壓力高于陰極壓力。通過監(jiān)控燃料電池堆中的每個(gè)單個(gè) 燃料電池隨時(shí)間的開路電壓，可以確定由于橫穿或短路而造成的膜失效。開路電壓隨時(shí)間 下降的斜率直接關(guān)聯(lián)于橫穿泄漏率。檢測(cè)橫穿泄漏的另一已知測(cè)試過程是物理橫穿測(cè)試(physical cross-over test)。在該測(cè)試中，使用惰性氣體(例如氮?dú)?加壓堆的僅僅一側(cè)，以便可以通過在堆的另 一側(cè)上的測(cè)量來確定泄漏氣體流率。該泄漏率代表了多少氣體橫穿通過堆中的膜，通常通 過針孔。不過，氫替代測(cè)試以及物理橫穿測(cè)試需要從車輛拆下燃料電池堆并且將該燃料電 池堆置于適當(dāng)測(cè)試設(shè)備上，因而具有明顯缺點(diǎn)。圖2中的圖示出了與氫替代測(cè)試相比絕對(duì)δ電壓值abs CbltaUra提供了對(duì)于通 過膜的橫穿泄漏的準(zhǔn)確確定。因此，代替周期性地執(zhí)行氫替代測(cè)試，絕對(duì)S電壓值計(jì)算所 接收的信息顯示了何時(shí)絕對(duì)δ電壓值abs CbltaUra逼近圖線34，而在此發(fā)生之前不需要 執(zhí)行氫替代測(cè)試。線34是將發(fā)生替代測(cè)試的氫替代失效的氫替代失效線，并且線36是橫穿失效線， 其中電池測(cè)試指示出膜失效將因?yàn)榉磻?yīng)物氣體橫穿而產(chǎn)生。這些閾值被經(jīng)驗(yàn)地確定，并且 反映出因?yàn)榇嬖谶^高的橫穿泄漏而需要更換和修復(fù)跨過這些閾值的燃料電池堆。圖線30 示出了當(dāng)堆電流密度低于預(yù)定最小值時(shí)每個(gè)采樣周期的絕對(duì)δ電壓值abs如1切隊(duì)^采用 點(diǎn)。隨著時(shí)間流逝，絕對(duì)S電壓值abs CleltaUra在某點(diǎn)開始增加從而指示出橫穿開始發(fā) 生。明顯地，圖線30逼近氫替代失效標(biāo)準(zhǔn)線34，并且因此可以被用于指示出何時(shí)會(huì)因氫替 代而發(fā)生電池失效。因此，通過繪制并分析絕對(duì)δ電壓值abs deltaUwD，可以確定何時(shí)膜 失效會(huì)成為問題。當(dāng)絕對(duì)δ電壓值abs deltaUm隨連續(xù)采樣周期而逼近某預(yù)定閾值時(shí)， 可以在發(fā)生堆失效之前確定何時(shí)可能發(fā)生堆失效。通過考察被濾波出的低于最小電流密度(例如0. 05A/cm2)的絕對(duì)δ電壓值abs CleltaUra，可以確定在何處具有因橫穿泄漏或電池短路而造成可能的膜失效。沒有被濾波以用于低電流密度情況的絕對(duì)δ電壓值abs CleltaUra可以針對(duì)更高的堆電流密度情況被 考察從而指示出其他電池問題，例如電池電壓退化或流動(dòng)通道溢流。因此，可以使用針對(duì)低 電流密度帶(即，低于0.05A/cm2)和高電流密度帶(例如高于(0.6A/cm2)的絕對(duì)δ電壓值 來區(qū)分膜失效和電極失效。更具體地，如果確定了絕對(duì)δ電壓值abs deltaU^高于低電 流密度濾波器的閾值并且不高于高堆電流密度濾波器的閾值，則可以確定失效是因橫穿泄 漏或電池短路的膜失效而造成的。不過，如果絕對(duì)δ電壓值顯示出對(duì)于高電流密度濾波器 和低電流密度濾波器而言均已經(jīng)超過了閾值，則可以作為電極失效被識(shí)別出。為了減少動(dòng)態(tài)操作(這也會(huì)導(dǎo)致暫時(shí)的大電壓差)的影響，在一段合理時(shí)間內(nèi)的所 有電壓差被平均。如討論的，通過針對(duì)兩個(gè)電流密度帶濾波可以得到大部分信息。這種關(guān) 聯(lián)性使得不管堆的臨時(shí)操作情況變化如何均能有效。上述討論僅公開且描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員從這些討論 以及從附圖和權(quán)利要求中可以容易地認(rèn)識(shí)到在不脫離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的 精神和范圍的情況下可以做出各種變化、改進(jìn)和變型。
權(quán)利要求
1.一種識(shí)別作為燃料電池堆中多個(gè)燃料電池中的一個(gè)燃料電池的燃料電池內(nèi)的膜失 效的方法，所述方法包括測(cè)量所述燃料電池堆中每個(gè)燃料電池的電壓；從采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆中所有燃料電池的電池電壓來計(jì)算平 均電池電壓；從所述采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆中所有燃料電池的電池電壓中識(shí) 別最小電池電壓；確定絕對(duì)δ電壓值，該絕對(duì)δ電壓值是所述采樣周期內(nèi)所述燃料電池的所述平均電 池電壓和所述燃料電池的所述最小電池電壓之間的差的平均值；以及使用所述絕對(duì)S電壓值來確定是否存在膜失效。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定所述燃料電池堆的電流密度，并且如果 所述電流密度低于預(yù)定最小電流密度值則僅使用所述絕對(duì)S電壓值來確定是否存在膜失 效。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定最小電流密度值是0.05A/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中使用所述絕對(duì)δ電壓值來確定是否存在膜失效 包括確定當(dāng)所述燃料電池堆的所述電流密度低于所述預(yù)定最小電流密度值時(shí)所述絕對(duì)S 電壓值高于預(yù)定閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括確定當(dāng)所述燃料電池堆的所述電流密度高于 預(yù)定最大電流密度值時(shí)的所述絕對(duì)S電壓值，其中針對(duì)所述最大電流密度和所述最小電 流密度這二者的所述絕對(duì)S電壓值的組合指示出電池電極失效。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述預(yù)定最大電流密度值是0.6A/cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括監(jiān)控隨時(shí)間的所述絕對(duì)δ電壓值從而確定在 連續(xù)的采樣周期所述絕對(duì)S電壓值是否逼近指示出電池膜失效的閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用所述絕對(duì)δ電壓值來確定所述燃料電池 堆是否逼近氫替代失效。
9.一種識(shí)別作為燃料電池堆中多個(gè)燃料電池中的一個(gè)燃料電池的燃料電池內(nèi)的膜失 效的方法，所述方法包括測(cè)量所述燃料電池堆中每個(gè)燃料電池的電壓；從采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆內(nèi)所有燃料電池的電池電壓來計(jì)算平 均電池電壓；從所述采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆內(nèi)所有燃料電池的電池電壓中識(shí) 別最小電池電壓；確定絕對(duì)S電壓值，該絕對(duì)S電壓值是所述采樣周期內(nèi)所述燃料電池的所述平均電 池電壓和所述燃料電池的所述最小電池電壓之間的差的平均值；確定所述燃料電池堆的電流密度小于預(yù)定最小電流密度值；以及監(jiān)控當(dāng)堆電流密度小于最小電流密度值時(shí)隨時(shí)間處于連續(xù)采樣周期的所述絕對(duì)δ電 壓值以便確定所述絕對(duì)S電壓值是否逼近指示出電池膜失效的閾值。
10.一種用于識(shí)別作為燃料電池堆中多個(gè)燃料電池中的一個(gè)燃料電池的燃料電池內(nèi) 的膜失效的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括測(cè)量器件，其用于測(cè)量所述燃料電池堆中每個(gè)燃料電池的電壓； 計(jì)算器件，其用于從采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆內(nèi)所有燃料電池的電 池電壓計(jì)算平均電池電壓；識(shí)別器件，其用于從所述采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處的所述燃料電池堆內(nèi)所有燃料電池 的電池電壓中識(shí)別最小電池電壓；確定器件，其用于確定絕對(duì)δ電壓值，該絕對(duì)δ電壓值是所述采樣周期的所述燃料電 池的所述平均電池電壓和所述燃料電池的所述最小電池電壓之間的差的平均值；以及 使用所述絕對(duì)S電壓值來確定是否存在膜失效的器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃料電池堆中的膜和電極失效的檢測(cè)方法。一種確定燃料電池堆中的燃料電池內(nèi)的膜失效的方法。所述方法包括測(cè)量所述燃料電池堆中每個(gè)燃料電池的電壓，從所述燃料電池堆內(nèi)的所有所述燃料電池的電池電壓來計(jì)算平均電池電壓，以及從所述燃料電池堆內(nèi)的所有所述燃料電池的電池電壓中識(shí)別出最小電池電壓。之后所述方法確定絕對(duì)δ電壓值，該絕對(duì)δ電壓值是采樣周期內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)處所述燃料電池的所述平均電池電壓和所述燃料電池的所述最小電池電壓之間的差值。針對(duì)低電流密度被濾波的在多個(gè)采樣周期內(nèi)確定的多個(gè)絕對(duì)δ電壓值被用于確定是否存在膜失效，并且通過針對(duì)高電流密度濾波來確定是否存在電極失效。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102130349SQ20111002279
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者J. 馬斯利恩 A., 克勞斯 B., 拉克什馬南 B., 森納 R. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司