技術分享 | 氫燃料電池電堆老化預測方法

背景

氫燃料電池電堆耐久性是制約燃料電池商業化應用的重要指標。質子交換膜燃料電池在平穩工作時壽命可以高達1萬小時，其耐久性主要受電池性能衰退和壽命極限影響。有效的電堆壽命預測手段可以根據觀測結果及時對系統進行保養與維護，以延長電堆耐久性。在車用環境下，燃料電池電堆老化過程加劇，且老化成因分析變得十分復雜，導致每輛車的老化趨勢和周期都不盡相同。

目前老化預測模型主要分為機理老化模型、經驗老化模型以及數據驅動模型，然而這些模型分別有著精度不高或適用性不佳等問題。如何把先驗知識遷移應用到其他電堆的老化預測上，以及如何構造具有辨識度的特征參量成為重點問題。

方法介紹

以下分享一種基于老化經驗庫實現面向氫燃料車輛的電堆老化預測方法的思路：

技術分享 | 氫燃料電池電堆老化預測方法

氫燃料電池電堆老化建模架構

對電堆在實際運行條件的性能變化進行數據跟蹤,可以得到電堆實際運行中輸出電壓的緩慢變化,即同樣電流(電流密度)及工作條件下,輸出的功率降低，因此將電壓衰退率當做電堆老化速率的表征指標。

根據電堆衰減機理，提煉電堆工況特征參數。根據影響電堆耐久性的操作條件主要包括電堆溫度、反應氣體的流速與壓力、反應氣體的溫濕度、電堆內液態水的分布及電堆負載的變化特征。擬提取電堆溫度、兩極進氣濕度、兩極進氣壓力、進氣口頻率、幅度等。

聯合對應的特征參數與電堆老化速率，構造老化經驗庫；通過老化經驗庫查表，查找電堆相同工況所在索引的衰減率，實現全生命周期的剩余壽命預測（如圖所示）。

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電堆老化預測流程圖

撰文：楊學森

審核：劉鵬

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