CN101067646A - 一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法，它包括以下步骤：1.定义燃料电池性能下降多少为寿命终结；2.进行燃料电池台架实验，确定燃料电池性能随加载次数的下降率、随起停次数的下降率、随怠速时间的下降率；3.对燃料电池在实际使用过程中的情况进行统计，所述统计的内容包括平均每小时大幅度加载次数、平均每小时起停次数和平均每小时怠速时间；4.将步骤1～3中的结果按本发明方法提供的公式进行计算。本发明方法反映了在使用过程中各种关键影响因素对燃料电池寿命的影响，能够以150小时之内较短的实验时间得到燃料电池的可用寿命。

Description

一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法

技术领域

本发明涉及的是一种评价燃料电池使用寿命的方法，特别是关于一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法。

背景技术

燃料电池使用寿命的评价方法，一般可以通过长时间连续稳态工况运行进行测试(如Lifetime behavior of a PEM fuel cell with low humidification offeed stream，PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 7(2)：373-378，2005)，或是通过长时间连续稳态运行和间断运行相结合进行测试，如500小时连续运行加50小时间断运行(Degradation study on MEA in H₃PO₄/PBI high-temperaturePEMFC life test，Journal of the Electrochemical Society vol.154(1)：B72-6，2007)，还可以采用反复变载动态工况运行进行测试的方法，如电压从1.2V到0.8V反复变载运行(见PtCo/C cathode catalyst for improved durability in PEMFCs，J POWER SOURCES 144(1)：11-20，2005)。连续稳态工况运行进行测试的方法，时间长成本高；反复变载动态工况运行的测试方法，可以用较短的时间评价出燃料电池的相对寿命，但较难确定燃料电池的实际使用寿命。美国福特汽车公司正在研究一种通过反复变载和起停试验的方法，试图以300小时的考核时间当量于实际5500小时的使用寿命，但还没有报道研究的结果。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法，该方法可在短时间内评价出燃料电池的可用寿命。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)定义燃料电池性能下降多少为寿命终结；(2)进行燃料电池台架实验，在加载的速度与实际在汽车上的使用情况相同的条件下，确定所述燃料电池性能随加载次数的下降率、随起停次数的下降率、随怠速时间的下降率；(3)对所述燃料电池在实际使用过程中的情况进行统计，所述统计的内容包括平均每小时大幅度加载次数、平均每小时起停次数和平均每小时怠速时间；(4)将步骤(1)～(3)中的结果代入以下公式，得到车用燃料电池的可用寿命L_f：

$L_f=k\·\frac{\mathrm{\ΔP}}{\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1}{n_1}{N}_1+\frac{{\mathrm{\ΔP}}_2}{n_2}{N}_2+\frac{{\mathrm{\ΔP}}_3}{t}T}$

所述燃料电池的性能是指平均单片电池的最大功率(W/cm²)。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明的评价方法由于是基于燃料电池部分实验考核基础上的预测方法，其反映了在使用过程中各种关键影响因素对燃料电池寿命的影响，所以能够以150小时之内以较短的实验时间得到燃料电池的可用寿命。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明方法进行详细的描述。

本发明方法是基于燃料电池部分实验考核基础上的预测方法，其具体操作步骤如下：

(1)首先定义燃料电池性能下降多少为寿命终结。本实施例把单片电池最大功率从0.6W/cm²降到0.4W/cm²定义为寿命终结，ΔP＝0.2W/cm²。

(2)然后进行燃料电池台架实验，确定燃料电池性能随加载次数的下降率、随起停次数的下降率、随怠速时间的下降率。本实施例进行的燃料电池堆台架实验，得到的测试结果是：3000次加载实验，加载幅度为从平均单片电池电压从0.9V以上降低到0.6V以下，平均单片电池最大功率降低0.001W/cm²；300次起停实验，单片电池最大功率降低0.001W/cm²；30小时怠速实验，平均单片电池最大功率降低0.001W/cm²。

(3)再对燃料电池在实际使用过程中的情况进行统计，统计的内容包括平均每小时大幅度加载次数、平均每小时起停次数和平均每小时怠速时间。本实施例对燃料电池在实际使用过程中的情况进行统计，得到的统计平均结果是：燃料电池平均每小时大幅度加载(电压从0.9V降到0.6V以下)60次/h，平均每小时起停3次，平均每小时怠速0.3小时。

(4)将上述各步骤中的结果按以下公式进行计算：

$L_f=k\·\frac{\mathrm{\ΔP}}{\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1}{n_1}{N}_1+\frac{{\mathrm{\ΔP}}_2}{n_2}{N}_2+\frac{{\mathrm{\ΔP}}_3}{t}T}$

其中，L_f是车用燃料电池的可用寿命；

ΔP是平均单片燃料电池最大功率许可降低值；

是n₁次起停实验平均单片燃料电池最大功率降低ΔP₁；

是n₂次起停实验平均单片燃料电池最大功率降低ΔP₂；

是t小时怠速实验平均单片燃料电池最大功率降低ΔP₃；

N₁是实际使用时平均每小时大幅度加载次数；

N₂是实际使用时平均每小时起停次数；

T是实际使用时每小时怠速所占时间；

k是修正系数，且k≤1；

初次使用该公式时，取修正系数为1。待有实际运行的燃料电池寿命结果后，对计算公式中的修正系数进行修改，以提高预测的准确性。

本实施例经过公式计算，结果预测燃料电池的可用寿命为5000小时。

采用本发明方法预测燃料电池使用寿命的结果与已有的燃料寿命测试评价结果相比，本发明方法反映了在使用过程中各种关键影响因素对燃料电池寿命的影响，能够以150小时之内较短的实验时间得到燃料电池的可用寿命。

Claims (2)

1、一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)定义燃料电池性能下降多少为寿命终结；

(2)进行燃料电池台架实验，在加载的速度与实际在汽车上的使用情况相同的条件下，确定所述燃料电池性能随加载次数的下降率、随起停次数的下降率、随怠速时间的下降率；

(3)对所述燃料电池在实际使用过程中的情况进行统计，所述统计的内容包括平均每小时大幅度加载次数、平均每小时起停次数和平均每小时怠速时间；

(4)将步骤(1)～(3)中的结果代入以下公式，得到车用燃料电池的可用寿命L_f：

$L_f=k\·\frac{\mathrm{\Δ}}{\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1}{n_1}{N}_1+\frac{\mathrm{\Δ}{P}_2}{n_2}{N}_2+\frac{\mathrm{\Δ}{P}_3}{t}T}$

其中，ΔP是平均单片燃料电池最大功率许可降低值；

是n₁次加载实验平均单片燃料电池最大功率降低ΔP₁；

是n₂次起停实验平均单片燃料电池最大功率降低ΔP₂；

是t小时怠速实验平均单片燃料电池最大功率降低ΔP₃；

N₁是实际使用时平均每小时大幅度加载次数；

N₂是实际使用时平均每小时起停次数；

T是实际使用时每小时怠速所占时间；

k是修正系数，且k≤1。

2、如权利要求1所述的一种快速评价车用燃料电池使用寿命的方法，其特征在于：所述燃料电池的性能是指平均单片电池的最大功率(W/cm²)。