[发明专利]一种基于电化学阻抗谱的燃料电池短路电阻测量方法

说明书

本发明涉及一种基于电化学阻抗谱的燃料电池短路电阻测量方法，包括以下步骤：S1、向燃料电池的阳极通入氢气，阴极通入氮气；S2、测量燃料电池在恒定偏置电压下的电化学阻抗谱；S3、构建等效电路模型并据此拟合电化学阻抗谱获取短路电阻值。与现有技术相比，本发明采用电化学技术对质子交换膜燃料电池测试，能够得到定量准确的短路电阻检测结果，所使用的等效电路模型和相应的数据过程较为简单，且无需人为筛选数据，检测结果稳定性较强。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其是涉及一种基于电化学阻抗谱的燃料电池短路电阻测量方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池是以氢气为燃料，通过电化学反应将燃料中的化学能直接转变为电能的发电装置，具有工作温度低、启动速度快、模块式安装和操作方便等优点，被认为是电动车、潜艇、各种可移动电源、供电电网和固定电源等的最佳替代电源。质子交换膜作为燃料电池的核心组件，其主要功能是充当质子通道实现质子快速传导，同时还起阻隔阳极燃料和阴极氧化物的作用，防止两极反应气体相互窜漏，为了压缩燃料电池堆的体积以及降低燃料电池运行过程中的欧姆损失，薄膜化成为目前膜电极设计制造的主流趋势。

然而质子交换膜厚度的降低可能造成其机械强度和耐久性降低。随着燃料电池使用时间的增长，质子交换膜的降解将导致膜厚度逐渐减小，使得电堆运行过程中出现短路甚至爆炸的风险进一步增加。燃料电池的短路电阻是膜电极内部短路的重要表征量，理论上说，电子无法直接穿过质子交换膜，但实际制造出的膜产品通常具备微小的电子传导能力，并且随着膜的老化，相应的短路电阻值逐渐降低，因此燃料电池短路电阻的定量检测对于燃料电池的质量控制、故障诊断和寿命评估具有积极意义，由于氢气渗透电流的存在，对燃料电池施加恒定直流电压很难直接获取其准确的短路电阻值，所以有必要针对质子交换膜燃料电池开发一种定量、准确的短路电阻检测方法，以克服现有技术的局限性。

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基于电化学阻抗谱的燃料电池短路电阻测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电化学阻抗谱的燃料电池短路电阻测量方法，包括以下步骤：

S1、向燃料电池的阳极通入氢气，阴极通入氮气；

S2、测量燃料电池在恒定偏置电压下的电化学阻抗谱；

S3、构建等效电路模型并据此拟合电化学阻抗谱获取短路电阻值。

所述的步骤S1中，向燃料电池通入气体的湿度以及燃料电池堆的温度保持在恒定水平。

向燃料电池通入气体的湿度保持为50％，燃料电池堆的温度保持为60℃。

所述的步骤S2中，在测量过程中采用的激励信号为具有设定幅值的扰动电压，其频率取值范围为0.02～1000Hz或者为0.02～1000Hz区间内一个设定的频率范围。

所述的步骤S2中，恒定偏置电压的取值范围为0.2～0.5V，并且燃料电池阴极为高电位点，阳极为低电位点。

优选地，所述的恒定偏置电压的取值为0.3V。

所述的步骤S3中，等效电路模型由第一电阻元件R_E、第二电阻元件R_P以及常相位角元件CPE组成，所述的第二阻元件R_P和常相位角元件CPE在串联后与第一电阻元件R_E并联。

所述的步骤S3中，拟合基于完整频率范围的阻抗数据得到拟合结果。

所述的步骤S3中，短路电阻值即为拟合得到的第一电阻元件R_E的阻值。

所述的燃料电池包括单片质子交换膜燃料电池。