[发明专利]一种燃料电池启停加速寿命测试的装置及方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池启停加速寿命测试的装置，包括燃料电池电堆、分别与燃料电池堆阳极气体进口连接的氢气进气管路和第一空气进气管路以及与燃料电池堆阴极气体进口连接的第二空气进气管路，所述的氢气进气管路上包括第一气体增湿器，所述的第一空气进气管路上包括第二气体增湿器，所述的第二空气进气管路上包括第三气体增湿器，该装置还包括分别与燃料电池电堆连接的电堆电压内阻监测器、气体含量监测器和电堆温度控制器，与现有技术相比，本发明具有匹配实际运行条件，满足启停优化策略开发等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其是涉及一种燃料电池启停加速寿命测试的装置及方法。

背景技术

燃料电池能够将燃料和氧化剂的化学能转换为电能，其能量转换效率不受卡诺热机循环理论效率的限制，具有高效、环境友好、安静、可靠性高等优点，在众多领域具有广阔的发展前景。其中质子交换膜燃料电池功率密度高、启动快、对负载变化响应快，成为交通运输领域能源重要发展方向。质子交换膜燃料电池作为车用动力必须要经受高电位、大电流、频变载、零下启动、空气杂质等复杂工况和严苛环境的考验，其中常温下的频繁开启而引起的性能衰减是燃料电池汽车在寿命提高的主要障碍之一。因此，需要一种能够快速对燃料电池进行启停测试的装置和方法。

中国专利CN201156078Y和CN101158711B分别公开了一种燃料电池加速启停的寿命试验装置和方法。装置是由空气电池阀、装有压缩空气的瓶体组成，其特征是压缩空气的瓶体通过空气电磁阀连接到燃料电池工作电池阀的阳极氢气进口处。试验的方法包括如下步骤：a)电池阀通电，分别将相应的空气或氧气和氢气分别燃料电池的阴极与阳极；b)给燃料电池加负载运行，负载大小为20mA/cm2,运行时间为5-10分钟后卸载的电池温度保持在60℃左右；c)关闭工作电磁阀，停止空气或氧气和氢气进入燃料电池，停止工作；空气电磁阀通电将压缩空气瓶体内的空气送到燃料电池的氢气腔，时间为10-30秒，关闭空气电磁阀，等待5-10分钟；d)重复a～c步骤。该专利的试验装置只通过电磁阀控制通入燃料电池电堆的氢气和空气，没有对通入气体做进一步处理，无法与实际运行的燃料电池开启状态相匹配，长时间进行多次的气体循环测试后，燃料电池内部环境会因吹扫而改变，验证的结果不能反应实际运行中燃料电池启动中衰减情况，无法准确完成对燃料电池加速启停的寿命试验。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种匹配实际运行条件的燃料电池启停加速寿命测试的装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池启停加速寿命测试的装置，包括燃料电池电堆、分别与燃料电池堆阳极气体进口连接的氢气进气管路和第一空气进气管路以及与燃料电池堆阴极气体进口连接的第二空气进气管路，所述的氢气进气管路上包括第一气体增湿器，所述的第一空气进气管路上包括第二气体增湿器，所述的第二空气进气管路上包括第三气体增湿器，该装置还包括分别与燃料电池电堆连接的电堆电压内阻监测器、气体含量监测器和电堆温度控制器。燃料电池开启过程中在阳极腔体内形成氢空界面，导致阴极催化层的碳与水反应，造成电池性能的衰减。因此，气体的湿度对燃料电池启停寿命测试有很大的影响碳，本发明通过引入气体增湿器，能够与实际运行的燃料电池开启状态相匹配，测试的结果能够较为真实的反映启停机造成的性能衰减情况，使测试结果更加准确。

进一步地，所述的气体含量监测器与燃料电池电堆的阴极气体出口连接，用于检测电堆阴极出口的CO₂和CO的浓度，通过引入气体含量监测器，获取阴极气体出口的实时CO₂和CO的含量变化，检测内部因碳载体发生腐蚀而产生的CO₂和CO，分析出电堆内部的碳腐蚀情况，使计算出的衰减情况更加准确。