一种车用燃料电池电堆及模块耐久性考核工况及考核方法

摘要

一种车用燃料电池堆及模块耐久性考核工况，包括暖机过程、市区工况和郊区工况，市区工况怠速载荷功率下运行时间占市区工况运行时间的60%，常用载荷功率下运行时间占市区工况运行时间的30%，高速载荷功率下运行时间占市区工况运行时间的10%；郊区工况怠速载荷功率下运行时间占郊区工况运行时间的20%，常用载荷功率下运行时间占郊区工况运行时间的50%，高速载荷功率下运行时间占郊区工况运行时间的30%。测试在郊区工况和市区工况间交替运行，直至被测燃料电池电堆衰减到规定的值。本耐久性考核工况能有效模拟车用燃料电池电动汽车实际运行情况，缩短试验时间，节约成本，及时发现影响燃料电池寿命的因素。

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及车用燃料电池电堆及模块耐久性测试技术。

背景技术

现有技术中已有多款燃料电池汽车，并且部分已经进行了示范运行。然而，现有燃料电池汽车距离大规模商业化应用仍有一段距离，其制约因素除氢源外主要为车用燃料电池的成本和寿命。

车用燃料电池的寿命需达到5,000h以上才符合商业化生产的要求，现有技术的燃料电池寿命只有2,000h左右，与商业化生产要求的指标差距较大（U.S.Department of Energy.Multi-year research,department,and demonstrationplan:Planned program activities for 2003-2010.Available from:http://www1.eere.energy.gov/hydrogen andfuelcells/mypp/pdfs/fuel_cells.pdf）。车用燃料电池耐久性欠佳的主要原因是由于车载工况加速了燃料电池的衰减。在稳定工况下运行时燃料电池的寿命较长，可达到26,300h（S.J.C.Cleghorn,D.K.Mayfield,D.A.Moore,et al.A polymer electrolyte fuel cell lifetest:3years of continuous operation.J.Power Sources,2006(158):446-454）。而在车载工况下，由于快速变载、频繁启动/停车等动态操作以及低温、杂质环境等影响，燃料电池的寿命会大大缩短（侯明,衣宝廉.燃料电池技术发展现状.电源技术,2008(32):649-654）。因此近年来，车载工况对燃料电池耐久性的影响是本领域中的一个需解决的技术问题。

现有技术中对燃料电池电堆寿命的研究较多，主要在电堆材料老化和操作条件两方面对燃料电池寿命的影响进行研究，目前对材料老化的研究较多，如燃料电池催化剂寿命衰减研究（Durability studies on performancedegradation of Pt/C catalysts of proton exchange membrane fuel cell，i n t e r n a t i o n a l j o u rna l o f hydrogen energy 34(2009)4387–4394）；操作条件的对电堆寿命的影响研究也逐渐增多，如载荷变化下的电堆寿命、启停循环下的燃料电池寿命等（Lee SY,Cho EA,LeeJH,Kim HJ,Lim TH,Oh IH,et al.Effects of purging on the degradationof PEMFCs operating with repetitive on/off cycles.J Electrochem Soc2007;154(2):B194–200.）。但具体的燃料电池寿命测试方法不多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车用燃料电池电堆及模块寿命测试方法，对燃料电池电堆及模块的耐久性进行考核。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是:一种车用燃料电池堆模块耐久性考核工况，包括暖机过程，其特征在于所述燃料电池堆模块耐久性考核工况还包括市区工况和郊区工况，所述市区工况包括怠速载荷、常用载荷高速高载载荷，其中怠速载荷功率下运行时间占市区工况运行时间的的50-70%，平均为60%，常用载荷功率下运行时间占市区工况运行时间的的20-40%，平均为30%，高速载荷功率下运行时间占市区工况运行时间的的5-15%，平均为10%；所述郊区工况包括怠速载荷、常用载荷高速高载载荷，其中怠速载荷功率下运行时间占郊区工况运行时间的的10-30%，平均为20%，常用载荷功率下运行时间占郊区工况运行时间的的40-60%，平均为50%，高速载荷功率下运行时间占郊区工况运行时间的的20-40%，平均为30%。

本发明所述车用燃料电池堆模块耐久性考核工况的考核方法，其特征在于所述考核方法包括一些步骤：

（1）将被测试车用燃料电池电堆置于燃料电池电堆测试台上，启动电堆，在一定功率下暖机至额定工作条件；

（2）暖机后进行郊区工况测试，测试时间为一小时，其中在怠速载荷功率下运行时间6-18分钟，平均为12分钟，再常用载荷功率下运行24-36分钟，平均为30分钟，高速载荷功率下运行12-24，平均为18分钟；

（3）郊区工况测试完成后进行市区工况测试，测试时间为一小时，其中在怠速载荷功率下运行时间30-42分钟，平均为36分钟，再在常用载荷功率下运行12-24分钟，平均为18分钟，高速载荷功率下运行3-9，平均为6分钟；

（4）郊区工况测试和市区工况测试交替运行，每天每个工况运行3次循环后停机；

（5）上述测试直至被测试车用燃料电池电堆衰减到规定的值，则被测试车用燃料电池电堆测试所用的总的运行时间即为该车用燃料电池电堆的耐久性指标。

本发明所述一种车用燃料电池电堆及模块耐久性考核工况的考核方法，其特征在于所郊区工况测试和市区工况测试的每次循环经过10-20次变载过程。

本发明与以往质子交换膜燃料电池电堆寿命测试相比的优点是：充分考虑了燃料电池电动汽车在郊区和市区实际行驶状况，考核指标更接近燃料电池电动汽车实际使用情况，缩短试验时间，节约成本，及时发现影响燃料电池寿命的因素，考核指标更可靠、适用。

是一种有效的车用燃料电池电堆模块耐久性测试方法。

附图说明

本发明共有三张附图，其中：

图1是车用燃料电池电堆或模块郊区测试工况，

图2是车用燃料电池电堆或模块市区测试工况，

图3是车用燃料电池电堆或模块耐久性测试工况。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

首先将被测试车用燃料电池电堆置于燃料电池电堆测试台上，启动电堆，在一定功率下暖机至额定工作条件；

暖机后进行郊区工况测试，测试时间为一小时，其中在1.6Kw下运行1分钟，然后在30Kw下运行5分钟，再降至2Kw下运行1.5分钟，再在24Kw下运行3分钟，再降至8Kw下运行2分钟，再在36Kw下运行9分钟，再降至1.6Kw下运行1.5分钟，再在24Kw下运行12分钟，再降至1.6Kw下运行1分钟，再在36Kw下运行9分钟，再降至1.6Kw下运行2分钟，再在30Kw下运行5分钟，再降至1.6Kw下运行1分钟，再在30Kw下运行5分钟，再降至暖机状态；

后进行城区工况测试，测试时间为一小时，其中在8Kw下运行6分钟，然后在30Kw下运行3分钟，再降至8Kw下运行8分钟，再在24Kw下运行6分钟，再降至8Kw下运行3分钟，再在24Kw下运行3分钟，再在36Kw下运行3分钟，再降至8Kw下运行2分钟，再在24Kw下运行3分钟，再降至8Kw下运行3分钟，再在36Kw下运行3分钟，再降至8Kw下运行5分钟，再在30Kw下运行3分钟，再降至8Kw下运行2分钟，再在30Kw下运行3分钟，再降至8Kw下运行3分钟，再降至暖机状态；

每天每个工况运行3次循环后停机；第二天重复前一天的测试，直至被测试车用燃料电池电堆衰减到规定的值，则被测试车用燃料电池电堆测试所用的总的运行时间即为该车用燃料电池电堆的耐久性指标。