[发明专利]一种燃料电池单体缺气诊断方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池单体缺气诊断方法，包括以下步骤：1)定义判定是否发生缺气的临界条件以及判定是否发生严重缺气的临界条件，并进行现场标定；2)实时采集燃料电池阴极侧在氧气流道的出口流道区域S2及入口流道区域S1的分区平均电流密度；3)计算获得差异系数α；4)根据差异系数α分别与判定是否发生缺气的临界条件以及判定是否发生严重缺气的临界条件进行比较，完成诊断并作出预警。与现有技术相比，本发明通过印刷电路板测试技术在线监测燃料电池单体氧气进出口流道所对应区域的电流密度，实时诊断燃料电池缺气，降低诊断成本，能够在缺气导致的催化层降解发生前诊断出出口区域发生缺气，避免碳载体的腐蚀和催化剂的流失。

技术领域

本发明涉及燃料电池诊断领域，尤其是涉及一种燃料电池单体缺气诊断方法。

背景技术

随着能源危机与环境保护问题日趋严重，世界各国和各主要汽车整车厂、零部件供应商都在致力于新能源汽车的研发与推广，纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车发展迅速。其中，燃料电池汽车具有补充能量迅速、续航里程长、清洁高效等优点，其发展前景受到广泛地肯定。

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)具有零排放、无污染、高效率、工作温度低等优势，被用作燃料电池汽车动力源，PEMFC作为固定能源时寿命可达30000小时，作为车用动力源时寿命仅为2500-3000小时，燃料电池寿命问题严重制约了燃料电池汽车的大规模商业化。

车辆运行工况复杂多变，由此引发的反应气体供应不足、燃料电池内部气体分布不均问题是燃料电池寿命衰减的重要原因之一，缺气现象主要由工作条件、结构参数、大幅度变载等引起，会导致碳载体的腐蚀和催化剂的流失，使燃料电池寿命和性能严重衰退，因此需要在燃料电池的结构设计、工作条件选择和控制策略制定中应尽量避免燃料电池缺气现象的产生。

目前对燃料电池缺气诊断主要是通过检测电池电压、出口气体流量、电流变化或者记录和分析燃料电池运行时的噪声来进行缺气判断，也可以借助中子成像，气相色谱，X射线捕捉和红外捕捉方法，但以上检测方法采用的设备复杂，诊断成本很高。

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燃料电池单体缺气诊断方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池单体缺气诊断方法，包括以下步骤：

1)定义判定是否发生缺气的临界条件以及判定是否发生严重缺气的临界条件，并进行现场标定；

2)实时采集燃料电池阴极侧在氧气流道的出口流道区域S2及入口流道区域S1的分区平均电流密度；

3)计算获得差异系数α；

4)根据差异系数α分别与判定是否发生缺气的临界条件以及判定是否发生严重缺气的临界条件进行比较，完成诊断并作出预警。

所述的步骤1)中，以阴极过量系数为2工况下的差异系数α₂作为判定是否发生缺气的临界条件。

所述的步骤1)中，以阴极过量系数为1.5工况下的差异系数α_1.5作为判定是否发生严重缺气的临界条件。

所述的步骤2)中，对燃料电池阴极石墨板端面进行开沟槽分区，制作PCB板，通过将PCB板设置在石墨板与集流板之间实时采集阴极石墨板氧气流道的出口流道区域S2的分区平均电流密度s2以及氧气流道的入口流道区域S1的分区平均电流密度s1。

所述的步骤3)中，差异系数α的计算式为：