本發(fā)明屬于燃料電池，具體涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)是一種高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換裝置，具有清潔、高效、低噪音等特點(diǎn)。極化測(cè)試是評(píng)估pemfc性能的直接方法，通過(guò)測(cè)量燃料電池電堆在不同電流密度下的電壓輸出來(lái)反映其性能的優(yōu)劣。通過(guò)極化測(cè)試能夠揭示燃料電池電堆的發(fā)電性能、一致性以及內(nèi)部電阻等影響性能輸出的關(guān)鍵信息，進(jìn)而優(yōu)化燃料電池的設(shè)計(jì)和操作條件，提高燃料電池電堆的性能及其穩(wěn)定性。因此，確定更加合理的極化工況對(duì)提高燃料電池電堆的整體性能至關(guān)重要。

2、目前，行業(yè)內(nèi)極化工況往往是由技術(shù)人員按照設(shè)計(jì)工況進(jìn)行設(shè)定，并按照測(cè)試經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正確定，通過(guò)這種方式得到的極化曲線在進(jìn)行“上極化”(從ocv到高電流點(diǎn)逐漸增加電流的極化過(guò)程)和“下極化”(從高電流點(diǎn)到ocv逐漸減小電流的極化過(guò)程)時(shí)，得到的極化曲線會(huì)有明顯的差異，且不利于發(fā)揮燃料電池的最佳性能。并因此會(huì)對(duì)燃料電池電堆的實(shí)際性能界定和同行業(yè)技術(shù)交流產(chǎn)生較大的影響。

3、隨著燃料電池技術(shù)向更大功率，更精準(zhǔn)控制發(fā)展，使用合理的方法消除極化曲線的差異化將越來(lái)越受到研發(fā)人員與企業(yè)的重視。本專利提出了一種基于極化參數(shù)差異分析的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，通過(guò)對(duì)燃料電池的“上極化”和“下極化”參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析和聯(lián)合求解，能夠獲得差異程度更小、更平滑穩(wěn)定的極化曲線，對(duì)燃料電池的精準(zhǔn)化和規(guī)范化測(cè)試具有積極的意義。

4、公開號(hào)為cn116505038a的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種燃料電池的性能優(yōu)化方法，其中包括：獲取電堆中單個(gè)燃料電池的第一優(yōu)化參數(shù)；基于不同運(yùn)行環(huán)境下的環(huán)境數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)遺傳算法，對(duì)第一優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到第一優(yōu)化參數(shù)在不同運(yùn)行環(huán)境下的最優(yōu)參數(shù)值；基于第一優(yōu)化參數(shù)在不同運(yùn)行環(huán)境下的最優(yōu)參數(shù)值，確定燃料電池在不同運(yùn)行環(huán)境下的極化曲線，其中，極化曲線為電壓關(guān)于電流密度的三段式函數(shù)曲線；基于預(yù)設(shè)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)電堆的第二優(yōu)化參數(shù)的參數(shù)值進(jìn)行更新迭代，直至滿足預(yù)設(shè)配流條件時(shí)，輸出電堆的最優(yōu)配流系數(shù)；基于最優(yōu)配流系數(shù)和不同運(yùn)行環(huán)境下的極化曲線，確定電堆的優(yōu)化結(jié)果。該文獻(xiàn)解決的是燃料電池電堆配流不均勻性的問(wèn)題。并未解決“上、下極化”差異大的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的一種質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中上、下極化曲線差異大的問(wèn)題。

2、為此，本發(fā)明提供了一種質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，包括如下步驟：

3、1)按照燃料電池電堆的設(shè)計(jì)工況進(jìn)行極化測(cè)試，獲得極化測(cè)試數(shù)據(jù)；所述極化測(cè)試數(shù)據(jù)包括上極化工況點(diǎn)的電流值i、上極化工況點(diǎn)的平均電壓值u、下極化工況點(diǎn)的電流值i’和下極化工況點(diǎn)的平均電壓值u’；

4、2)根據(jù)極化測(cè)試數(shù)據(jù)繪制上極化曲線和下極化曲線；

5、3)在上極化曲線和下極化曲線中均取電流點(diǎn)ik，在上極化曲線中找到對(duì)應(yīng)的電壓值uk，在下極化曲線中找到對(duì)應(yīng)的電壓值u’k，計(jì)算上極化曲線和下極化曲線中電流點(diǎn)ik對(duì)應(yīng)的電壓值的平均值

6、4)當(dāng)|uk-u’k|符合目標(biāo)值時(shí)，輸出新工況；否則，進(jìn)入步驟5)；

7、5)在上極化曲線中取得電壓值的平均值對(duì)應(yīng)的電流值ix，在下極化曲線中取得電壓值的平均值對(duì)應(yīng)的電流值iy；

8、6)根據(jù)電流點(diǎn)ik對(duì)應(yīng)的電流密度，找到上極化曲線中電流值ix對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值，以及下極化曲線中電流值iy對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值，根據(jù)電流值ix對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值和電流值iy對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值得到電流點(diǎn)ik的新的測(cè)試參數(shù)值；

9、7)重復(fù)步驟3)至步驟6)得到電流值i中所有電流點(diǎn)的新的測(cè)試參數(shù)值，采用電流值i的新的測(cè)試參數(shù)值再次進(jìn)行極化測(cè)試；

10、8)重復(fù)步驟2)至步驟7)，直至電流值i中所有電流點(diǎn)滿足步驟4)中輸出新工況的條件為止，得到所需的極化曲線。

11、優(yōu)選的，所述

12、優(yōu)選的，所述步驟4)中當(dāng)|uk-u’k|≤5mv時(shí)，輸出新工況。

13、優(yōu)選的，所述步驟6)根據(jù)電流點(diǎn)ik對(duì)應(yīng)的電流密度，通過(guò)線性取值找到上極化曲線中電流值ix對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值，通過(guò)線性取值找到下極化曲線中電流值iy對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值。

14、優(yōu)選的，所述電流值ix對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值和電流值iy對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值的平均值及為電流點(diǎn)ik的新的測(cè)試參數(shù)值。

15、優(yōu)選的，所述測(cè)試參數(shù)包括進(jìn)氣溫度、冷卻進(jìn)水溫度、進(jìn)氣壓力。

16、優(yōu)選的，所述當(dāng)電流點(diǎn)ik對(duì)應(yīng)的電流密度jk∈[0.1,0.4]a/cm2時(shí)，得到電流點(diǎn)ik的新的進(jìn)氣溫度。

17、優(yōu)選的，所述當(dāng)ik對(duì)應(yīng)的電流密度jk∈[0.5,1.4]a/cm2時(shí)，得到電流點(diǎn)ik的新的進(jìn)氣溫度和新的冷卻進(jìn)水溫度。

18、優(yōu)選的，所述當(dāng)ik對(duì)應(yīng)的電流密度jk>1.4a/cm2時(shí)，得到電流點(diǎn)ik的新的進(jìn)氣溫度、新的冷卻進(jìn)水溫度和新的進(jìn)氣壓力。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、1、本發(fā)明提供的這種質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，通過(guò)步驟1)至步驟8)得到的極化曲線，電流值i中所有電流點(diǎn)滿足步驟4)中輸出新工況，即|uk-u’k|≤5mv，該極化曲線的誤差更小，能夠更好的展現(xiàn)燃料電池電堆各個(gè)工況點(diǎn)的實(shí)際能量輸出，以便于科研人員更好，更精確的對(duì)燃料電池進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化；方便技術(shù)交流時(shí)能夠使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和工況條件對(duì)現(xiàn)有的燃料電池產(chǎn)品性能進(jìn)行對(duì)比。

21、2、本發(fā)明提供的這種質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，通過(guò)步驟1)至步驟8)得到的極化曲線，更小的“上、下極化”誤差使得極化測(cè)試結(jié)果更加可信，可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試，從而減少測(cè)試過(guò)程電能、氫氣和人力的浪費(fèi)，節(jié)約大量的氫氣和電力資源浪費(fèi)。

技術(shù)特征：

1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：所述

3.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟4)中當(dāng)|uk-u’k|≤5mv時(shí)，輸出新工況。

4.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟6)根據(jù)電流點(diǎn)ik對(duì)應(yīng)的電流密度，通過(guò)線性取值找到上極化曲線中電流值ix對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值，通過(guò)線性取值找到下極化曲線中電流值iy對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值。

5.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：所述電流值ix對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值和電流值iy對(duì)應(yīng)的測(cè)試參數(shù)值的平均值及為電流點(diǎn)ik的新的測(cè)試參數(shù)值。

6.如權(quán)利要求5所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：所述測(cè)試參數(shù)包括進(jìn)氣溫度、冷卻進(jìn)水溫度、進(jìn)氣壓力。

7.如權(quán)利要求6所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：所述當(dāng)電流點(diǎn)ik對(duì)應(yīng)的電流密度jk∈[0.1,0.4]a/cm2時(shí)，得到電流點(diǎn)ik的新的進(jìn)氣溫度。

8.如權(quán)利要求6所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：所述當(dāng)ik對(duì)應(yīng)的電流密度jk∈[0.5,1.4]a/cm2時(shí)，得到電流點(diǎn)ik的新的進(jìn)氣溫度和新的冷卻進(jìn)水溫度。

9.如權(quán)利要求6所述的質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，其特征在于：所述當(dāng)ik對(duì)應(yīng)的電流密度jk>1.4a/cm2時(shí)，得到電流點(diǎn)ik的新的進(jìn)氣溫度、新的冷卻進(jìn)水溫度和新的進(jìn)氣壓力。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體提供了一種質(zhì)子交換膜燃料電池極化工況優(yōu)化方法，1)進(jìn)行極化測(cè)試，獲得極化測(cè)試數(shù)據(jù)；2)繪制極化曲線；3)計(jì)算上、下極化曲線中電流點(diǎn)I<subgt;k</subgt;對(duì)應(yīng)的電壓值的平均值4)當(dāng)|U<subgt;k?</subgt;U’<subgt;k</subgt;|符合目標(biāo)值時(shí)，輸出新工況；否則，進(jìn)入步驟5)；5)在上、下極化曲線中取得電壓值的平均值對(duì)應(yīng)的電流值I<subgt;x</subgt;和I<subgt;y</subgt;，6)根據(jù)電流點(diǎn)I<subgt;k</subgt;對(duì)應(yīng)的電流密度，找到上、下極化曲線中電流值I<subgt;x、</subgt;I<subgt;y</subgt;對(duì)應(yīng)的新的測(cè)試參數(shù)值；7)得到電流值I中所有電流點(diǎn)的新的測(cè)試參數(shù)值，再次進(jìn)行極化測(cè)試；8)使電流值I中所有電流點(diǎn)滿足輸出新工況的條件為止，得到所需的極化曲線。解決了現(xiàn)有上、下極化曲線差異大的問(wèn)題；本發(fā)明極化曲線的差異小，誤差更小。

技術(shù)研發(fā)人員：陳康,王海峰,黃佳樂(lè),張偉龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西旭氫時(shí)代科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2