本發(fā)明涉及燃料電池的，尤其涉及一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法。

背景技術：

1、質子交換膜燃料電池是目前車輛常用的燃料電池，一個單一的質子交換膜燃料電池是由陰極、陽極和全氟磺酸膜構成，也稱為一個燃料電池膜電極，每個膜電極通過串聯(lián)堆疊在一起，構成一個燃料電池電堆。燃料電池堆還包括位于多個膜電極之間的一系列雙極板，雙極板和膜電極位于兩個端板之間。氫氣和空氣通過電堆中的流道分別到達膜電極的陽極側和膜電極的陰極側參與反應，供燃料電池發(fā)電。燃料電池堆是構成燃料電池系統(tǒng)的關鍵部分。

2、隨著燃料電池系統(tǒng)的使用，系統(tǒng)中燃料電池堆也會逐漸老化，電堆中的各個膜電極性能也會因為各種因素的影響而有所差異，電堆中某個膜電極性能的退化較為直接的表現(xiàn)形式是單個膜電極具有較低的電壓。造成電堆中單個膜電極電壓低的原因有多種，一般有催化劑的損失、燃料電池質子交換膜的失效、電堆中氣體分配不均，物質傳輸受阻等原因。其中導致質子交換膜失效的原因是車載下動態(tài)操作帶來的機械應力、溫度濕度的變化引起膜的熱脹冷縮、隨著燃料電池反應帶來的化學應力等作用下使質子交換膜變薄，甚至出現(xiàn)針孔和裂紋，造成膜泄露情況出現(xiàn)。隨著時間的推移，反應氣體會在陰極和陽極兩側的相對壓力的作用下從膜電極的陰極向陽極側橫穿或從膜電極的陽極側向陰極側橫穿。該氣體穿透現(xiàn)象會降低電堆中單個燃料電池的電壓損失，嚴重時會造成燃料電池電壓的極性反轉，極性的反轉會導致電池的永久性損傷。而這種膜失效的現(xiàn)象會對燃料電池電堆在小電流密度下運行時的影響更大，當燃料電池系統(tǒng)在小電流下運行時，膜泄露帶來的電壓損失越明顯。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺點，而提出的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，步驟包括：

3、s1，接收啟動指令，燃料電池系統(tǒng)完成正常啟動；

4、s2，接收怠速指令，所述燃料電池系統(tǒng)由正常功率輸出切換至怠速狀態(tài)；

5、s3，所述燃料電池系統(tǒng)在初始進入怠速狀態(tài)時，獲取每片燃料電池的單片電壓u1；

6、s4，所述燃料電池系統(tǒng)維持怠速運行狀態(tài)在預設時間后，再次獲取當前狀態(tài)下每片燃料電池的單片電壓u2；

7、s5，計算單片電壓差值δu，若δu大于預設閾值，則判斷該片燃料電池出現(xiàn)膜失效。

8、作為上述技術方案的進一步描述，在步驟s4中，維持所述燃料電池系統(tǒng)在怠速狀態(tài)下穩(wěn)定運行的步驟包括：

9、調節(jié)排水閥開啟時間以及周期；

10、降低空壓機轉速/調節(jié)空氣路三通閥和尾排節(jié)氣門的開度，以對進入燃料電池系統(tǒng)的空氣流量進行控制。

11、作為上述技術方案的進一步描述，維持所述燃料電池系統(tǒng)在怠速狀態(tài)下穩(wěn)定運行的步驟還包括：

12、通過dc/dc電流轉換器以恒流的模式對所述燃料電池系統(tǒng)進行負載輸入，使所述燃料電池系統(tǒng)輸出對應功率，并在恒流模式下控制電流降低至5a以下，控制單片燃料電池電壓在0.85v以下。

13、作為上述技術方案的進一步描述，在步驟s4中，預設時間為2-5min。

14、作為上述技術方案的進一步描述，在步驟s5中，δu＝u2-u1，并且δu的數量與燃料電池單片的數量相匹配。

15、作為上述技術方案的進一步描述，在步驟s2中，所述燃料電池系統(tǒng)在從正常運行狀態(tài)切換至怠速狀態(tài)運行前，先切換至小功率狀態(tài)運行。

16、作為上述技術方案的進一步描述，所述小功率狀態(tài)為10％pe-怠速工況之間的功率點，其中pe為系統(tǒng)的額定功率。

17、作為上述技術方案的進一步描述，在步驟s3中，所述燃料電池系統(tǒng)的控制器采集到本系統(tǒng)內的凈輸出功率實際值達到0±1kw時，所述燃料電池系統(tǒng)為初始進入怠速狀態(tài)。

18、作為上述技術方案的進一步描述，在步驟s3與步驟s4中，所述燃料電池系統(tǒng)的巡檢模塊采集并計算每片燃料電池電壓，并實時發(fā)送至燃料電池控制器，讀取所述控制器中的單片電壓值以獲取u1/u2。

19、本發(fā)明具有如下有益效果：

20、本發(fā)明通過根據燃料電池系統(tǒng)在剛進入怠速狀態(tài)時燃料電池電堆中的單片電壓u1和系統(tǒng)在保持怠速狀態(tài)一定時間后的燃料電池電堆的單片電壓u2的差值來判斷膜是否失效，若電壓差值超過預設的閾值，則表明膜出現(xiàn)失效，以輔助對燃料電池進行檢修，防止膜失效對燃料電池造成永久性且不可逆的性能損失。

技術特征：

1.一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，步驟包括：

2.根據權利要求1所述的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，在步驟s4中，維持所述燃料電池系統(tǒng)在怠速狀態(tài)下穩(wěn)定運行的步驟包括：

3.根據權利要求2所述的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，維持所述燃料電池系統(tǒng)在怠速狀態(tài)下穩(wěn)定運行的步驟還包括：

4.根據權利要求1所述的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，在步驟s4中，預設時間為2-5min。

5.根據權利要求1所述的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，在步驟s5中，δu＝u2-u1，并且δu的數量與燃料電池單片的數量相匹配。

6.根據權利要求1所述的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，在步驟s2中，所述燃料電池系統(tǒng)在從正常運行狀態(tài)切換至怠速狀態(tài)運行前，先切換至小功率狀態(tài)運行。

7.根據權利要求6所述的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，所述小功率狀態(tài)為10％pe-怠速工況之間的功率點，其中pe為系統(tǒng)的額定功率。

8.根據權利要求1所述的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，在步驟s3中，所述燃料電池系統(tǒng)的控制器采集到本系統(tǒng)內的凈輸出功率實際值達到0±1kw時，所述燃料電池系統(tǒng)為初始進入怠速狀態(tài)。

9.根據權利要求1所述的一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，其特征在于，在步驟s3與步驟s4中，所述燃料電池系統(tǒng)的巡檢模塊采集并計算每片燃料電池電壓，并實時發(fā)送至燃料電池控制器，讀取所述控制器中的單片電壓值以獲取u1/u2。

技術總結
本發(fā)明公開了一種燃料電池堆膜電極膜失效判斷方法，步驟包括接收啟動指令，燃料電池系統(tǒng)完成正常啟動；接收怠速指令，燃料電池系統(tǒng)由正常功率輸出切換至怠速狀態(tài)；燃料電池系統(tǒng)在初始進入怠速狀態(tài)，獲取每片燃料電池的單片電壓U1；燃料電池系統(tǒng)維持怠速運行狀態(tài)在預設時間后，再次獲取當前狀態(tài)下每片燃料電池的單片電壓U2；計算單片電壓差值ΔU，若ΔU大于預設閾值，則判斷該片燃料電池出行膜失效。本發(fā)明通過根據燃料電池系統(tǒng)在剛進入怠速狀態(tài)時燃料電池電堆中的單片電壓和系統(tǒng)在保持怠速狀態(tài)一定時間后的燃料電池電堆的單片電壓的差值來判斷膜是否失效，以輔助對燃料電池進行檢修，防止膜失效對燃料電池造成永久性且不可逆的性能損失。

技術研發(fā)人員：趙翼遙,盛有冬,苗佩宇,張瀟丹,趙興旺,方川
受保護的技術使用者：北京億華通科技股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/9