阅读说明：本技术 燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法及装置 (Logarithmic prediction method and device for service life and residual life of fuel cell ) 是由 裴普成 王博正 陈东方 黄尚尉 任棚 于 2020-04-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法及装置,该方法包括：对待测燃料电池进行活化,获取活化后待测燃料电池的初始极化曲线中定电压下的电流为第一电流；根据初始极化曲线中定电压下电流或者功率的衰减比确定待测燃料电池的寿命终结点；将待测燃料电池运行预设时间,获取待测燃料电池的当前极化曲线中同一定电压下的电流为第二电流；根据第一电流和第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测待测燃料电池的使用寿命,根据待测燃料电池的使用寿命和待测燃料电池的寿命终结点预测待测燃料电池的剩余寿命。该方法操作流程简单,高效,能够大幅缩短燃料电池寿命预测的检测时间。(The invention discloses a logarithmic prediction method and a device for service life and residual life of a fuel cell, wherein the method comprises the following steps: activating the fuel cell to be tested, and acquiring the current under the constant voltage in the initial polarization curve of the activated fuel cell to be tested as a first current; determining the service life endpoint of the fuel cell to be tested according to the attenuation ratio of current or power under the constant voltage in the initial polarization curve; operating the fuel cell to be tested for a preset time, and acquiring a current of the fuel cell to be tested under the same constant voltage in a current polarization curve as a second current; and predicting the service life of the fuel cell to be tested according to the first current and the second current and a logarithmic characteristic formula between the current and the time under the constant voltage in the aging process of the fuel cell, and predicting the residual life of the fuel cell to be tested according to the service life of the fuel cell to be tested and the service life endpoint of the fuel cell to be tested. The method is simple in operation process and high in efficiency, and can greatly shorten the detection time of the service life prediction of the fuel cell.)

燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法及装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法及装置。

背景技术

燃料电池作为一种新型能源形式，在国家的节能减排进程中将会发挥重要的作用。而制约目前燃料电池发展的主要是成本和寿命。因此需要对燃料电池进行寿命的评价。

目前已有的燃料电池寿命预测方法有且不限于以下几种：通过实验数据仿真获得拟合公式进行预测；通过在实验室进行稳态实验进行获得；通过在实验室进行分工况运行并获取相应的寿命预测公式；将燃料电池装车进行实车运行。以上方法或多或少的存在着预测用时长、适用对象范围窄的情形。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法，该方法通过燃料电池电流衰减的对数特性规律预测燃料电池的使用寿命和剩余寿命，从而有效减少预测过程使用的时间，有效提高测试的准确度和适用性。

本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法，包括：

对待测燃料电池进行活化，获取活化后所述待测燃料电池的初始极化曲线，获取所述初始极化曲线中定电压下的电流为第一电流；

根据所述初始极化曲线中定电压下电流或者功率的衰减比确定所述待测燃料电池的寿命终结点；

将所述待测燃料电池运行预设时间，获取所述待测燃料电池的当前极化曲线，获取所述当前极化曲线中同一定电压下的电流为第二电流；

根据所述第一电流和所述第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测所述待测燃料电池的使用寿命，根据所述待测燃料电池的使用寿命和所述待测燃料电池的寿命终结点预测所述待测燃料电池的剩余寿命。

本发明实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法，运用燃料电池寿命老化中电流和寿命之间所具有的对数关系，通过在燃料电池活化后获取两次不同时间的燃料电池的极化曲线，即可快速获得寿命。该方法操作简便，减少了预测成本和时间，可适用于多种类型的燃料电池。

另外，根据本发明上述实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法还可以具有以下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，还包括：

获取活化后的所述待测燃料电池两个不同时间段的极化曲线，在第一条极化曲线上获取定电压对应的第一目标点，将第一条极化曲线中所述第一目标点对应的电流作为第三电流；

根据所述第一目标点对应的电压值，在第二条极化曲线上获取对应的第二目标点，将第二条极化曲线中所述第二目标点对应的电流作为第四电流；

根据所述第三电流和所述第四电流确定燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式中的电流对数衰减系数。

在本发明的一个实施例中，所述根据所述第三电流和所述第四电流确定燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式中的电流对数衰减系数B，包括：

其中，I_m为第一条极化曲线中定电压V_s对应的第三电流，I_n为第二条极化曲线中定电压V_s对应的第四电流，t_m为待测燃料电池活化完成的时间距离获取第一条极化曲线的时间，t_n为待测燃料电池活化完成的时间距离获取第二条极化曲线的时间。

在本发明的一个实施例中，所述根据所述第一电流和所述第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测所述待测燃料电池的使用寿命，包括：

其中，t_fc为使用寿命，I₀为初始极化曲线中定电压V_s对应的第一电流，I为当前极化曲线中定电压V_s对应的第二电流，B为电流对数衰减常数，t₀为从燃料电池活化完成到获取初始极化曲线所经历的时间，t为从燃料电池活化完成到获取当前极化曲线所经历的时间，I_b为待测燃料电池达到使用寿命t_fc之后的极化曲线中定电压V_s对应的电流。

在本发明的一个实施例中，所述燃料电池包括质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和固体氧化物燃料电池。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置，包括：

第一获取模块，用于对待测燃料电池进行活化，获取活化后所述待测燃料电池的初始极化曲线，获取所述初始极化曲线中定电压下的电流为第一电流；

第一确定模块，用于根据所述初始极化曲线中定电压下电流或者功率的衰减比确定所述待测燃料电池的寿命终结点；

第二获取模块，用于将所述待测燃料电池运行预设时间，获取所述待测燃料电池的当前极化曲线，获取所述当前极化曲线中同一定电压下的电流为第二电流；

预测模块，用于根据所述第一电流和所述第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测所述待测燃料电池的使用寿命，根据所述待测燃料电池的使用寿命和所述待测燃料电池的寿命终结点预测所述待测燃料电池的剩余寿命。

本发明实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置，运用燃料电池寿命老化中电流和寿命之间所具有的对数关系，通过在燃料电池活化后获取两次不同时间的燃料电池的极化曲线，即可快速获得寿命。该装置操作简便，减少了预测成本和时间，可适用于多种类型的燃料电池。

另外，根据本发明上述实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置还可以具有以下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，还包括：

第三获取模块，用于获取活化后的所述待测燃料电池两个不同时间段的极化曲线，在第一条极化曲线上获取定电压对应的第一目标点，将第一条极化曲线中所述第一目标点对应的电流作为第三电流；

第四获取模块，用于根据所述第一目标点对应的电压值，在第二条极化曲线上获取对应的第二目标点，将第二条极化曲线中所述第二目标点对应的电流作为第四电流；

第二确定模块，用于根据所述第三电流和所述第四电流确定燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式中的电流对数衰减系数。

在本发明的一个实施例中，所述根据所述第三电流和所述第四电流确定燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式中的电流对数衰减系数，包括：

其中，I_m为第一条极化曲线中定电压V_s对应的第三电流，I_n为第二条极化曲线中定电压V_s对应的第四电流，t_m为待测燃料电池活化完成的时间距离获取第一条极化曲线的时间，t_n为待测燃料电池活化完成的时间距离获取第二条极化曲线的时间。

在本发明的一个实施例中，所述根据所述第一电流和所述第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测所述待测燃料电池的使用寿命，包括：

其中，t_fc为使用寿命，I₀为初始极化曲线中定电压V_s对应的第一电流，I为当前极化曲线中定电压V_s对应的第二电流，B为电流对数衰减常数，t₀为从燃料电池活化完成到获取初始极化曲线所经历的时间，t为从燃料电池活化完成到获取当前极化曲线所经历的时间，I_b为待测燃料电池达到使用寿命t_fc之后的极化曲线中定电压V_s对应的电流。

在本发明的一个实施例中，所述燃料电池包括质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和固体氧化物燃料电池。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法流程图；

图2为根据本发明一个实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测的剩余寿命示意图；

图3为根据本发明另一个实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法；

图4为根据本发明另一个实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法及装置。

首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法。

图1为根据本发明一个实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法流程图。

如图1所示，该燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法包括以下步骤：

步骤S1，对待测燃料电池进行活化，获取活化后待测燃料电池的初始极化曲线，获取初始极化曲线中定电压下的电流为第一电流。

具体地，首先对待测燃料电池进行活化，活化完成后获取待测燃料电池的初始状态的极化曲线，如图2所示，图2中的实线代表初始极化曲线，在初始极化曲线中选定点P(t₀，V_s)，Vs为该点的电压，t₀为从燃料电池活化完成到获取初始极化曲线所经历的时间，将该点对应的电流作为第一电流I₀。

需要说明的是，在对待测燃料电池进行活化时，如果活化期间出现性能下降等非正常现象，则需更换新的燃料电池并重新进行活化。

步骤S2，根据初始极化曲线中定电压下电流或者功率的衰减比确定待测燃料电池的寿命终结点。

可以理解的是，在获取到待测燃料电池初始状态下的极化曲线后，通过初始极化曲线中定电压下电流或者功率的衰减比确定待测燃料电池的寿命终结点，作为一种实现的方式，在初始极化曲线中，在电流或者功率的衰减比达到10％时，则认为待测燃料电池达到了寿命终结点，具体地可以根据实际情况进行调整。

步骤S3，将待测燃料电池运行预设时间，获取待测燃料电池的当前极化曲线，获取当前极化曲线中同一定电压下的电流为第二电流。

进一步地，将活化后的燃料电池运行一段时间，再获取当前状态下的极化曲线，如图2所示，虚线代表运行一段时间后的当前极化曲线，在初始极化曲线中定电压为Vs，在当前极化曲线中，获取定电压Vs对应的点P(t，V_s)，t为从燃料电池活化完成到获取当前极化曲线所经历的时间，将当前极化曲线中P(t，V_s)点对应的电流作为第二电流I。

步骤S4，根据第一电流和第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测待测燃料电池的使用寿命，根据待测燃料电池的使用寿命和待测燃料电池的寿命终结点预测待测燃料电池的剩余寿命。

根据第一电流和第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测待测燃料电池的使用寿命，包括：

其中，t_fc为使用寿命，I₀为初始极化曲线中定电压V_s对应的第一电流，I为当前极化曲线中定电压V_s对应的第二电流，B为电流对数衰减常数，t₀为从燃料电池活化完成到获取初始极化曲线所经历的时间，t为从燃料电池活化完成到获取当前极化曲线所经历的时间，I_b为待测燃料电池达到使用寿命t_fc之后的极化曲线中定电压V_s对应的电流，由燃料电池定电压下电流或功率的衰减确定。

通过上述公式可以得到待测燃料电池的使用寿命，再根据得到的寿命终结点，最终得到待测燃料电池的剩余寿命。

进一步地，利用燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式计算待测燃料电池的使用寿命时，公式(2)中包含电流对数衰减常数，其中，电流对数衰减常数B可以根据公式(1)求得。作为另一种实现方式，如图3所示，电流对数衰减常数B还可以通过下述方式求得。

步骤S301，获取活化后的待测燃料电池两个不同时间段的极化曲线，在第一条极化曲线上获取定电压对应的第一目标点，将第一条极化曲线中第一目标点对应的电流作为第三电流。

步骤S302，根据第一目标点对应的电压值，在第二条极化曲线上获取对应的第二目标点，将第二条极化曲线中第二目标点对应的电流作为第四电流。

步骤S303，根据第三电流和第四电流确定燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式中的电流对数衰减系数。

可以理解是，获取待测燃料电池在运行过程中不同时间的两条极化曲线，在两条极化曲线中，获取定电压Vs对应的电流，作为第三电流和第四电流。这里的定电压Vs与初始极化曲线和当前极化曲线中的定电压Vs值相等。

根据第三电流和第四电流确定燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式中的电流对数衰减系数B，包括：

其中，I_m为第一条极化曲线中定电压V_s对应的第三电流，I_n为第二条极化曲线中定电压V_s对应的第四电流，t_m为待测燃料电池活化完成的时间距离获取第一条极化曲线的时间，t_n为待测燃料电池活化完成的时间距离获取第二条极化曲线的时间。

通过公式(3)求得电流对数衰减系数B，将电流对数衰减系数B代入公式(2)计算待测燃料电池的使用寿命，进而得到待测燃料电池的剩余寿命。

具体地，通过上述方法可以预测燃料电池的使用寿命和剩余寿命，其中，燃料电池可以包括质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和固体氧化物燃料电池等。

根据本发明实施例提出的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法，运用燃料电池寿命老化中电流和寿命之间所具有的对数关系，通过在燃料电池活化后获取两次不同时间的燃料电池的极化曲线，即可快速获得寿命。该方法操作简便，减少了预测成本和时间，可适用于多种类型的燃料电池。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置。

图4为根据本发明一个实施例的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置结构示意图。

如图4所示，该燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置包括：第一获取模块100、第一确定模块200、第二获取模块300和预测模块400。

其中，第一获取模块100，用于对待测燃料电池进行活化，获取活化后待测燃料电池的初始极化曲线，获取初始极化曲线中定电压下的电流为第一电流。

第一确定模块200，用于根据初始极化曲线中定电压下电流或者功率的衰减比确定待测燃料电池的寿命终结点。

第二获取模块300，用于将待测燃料电池运行预设时间，获取待测燃料电池的当前极化曲线，获取当前极化曲线中同一定电压下的电流为第二电流。

预测模块400，用于根据第一电流和第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测待测燃料电池的使用寿命，根据待测燃料电池的使用寿命和待测燃料电池的寿命终结点预测待测燃料电池的剩余寿命。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：

第三获取模块，用于获取活化后的待测燃料电池两个不同时间段的极化曲线，在第一条极化曲线上获取定电压对应的第一目标点，将第一条极化曲线中第一目标点对应的电流作为第三电流；

第四获取模块，用于根据第一目标点对应的电压值，在第二条极化曲线上获取对应的第二目标点，将第二条极化曲线中第二目标点对应的电流作为第四电流；

第二确定模块，用于根据第三电流和第四电流确定燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式中的电流对数衰减系数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据第三电流和第四电流确定燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式中的电流对数衰减系数，包括：

其中，I_m为第一条极化曲线中定电压V_s对应的第三电流，I_n为第二条极化曲线中定电压V_s对应的第四电流，t_m为待测燃料电池活化完成的时间距离获取第一条极化曲线的时间，t_n为待测燃料电池活化完成的时间距离获取第二条极化曲线的时间。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据第一电流和第二电流以及燃料电池老化过程中定电压下的电流和时间之间的对数特性公式预测待测燃料电池的使用寿命，包括：

其中，t_fc为使用寿命，I₀为初始极化曲线中定电压V_s对应的第一电流，I为当前极化曲线中定电压V_s对应的第二电流，B为电流对数衰减常数，t₀为从燃料电池活化完成到获取初始极化曲线所经历的时间，t为从燃料电池活化完成到获取当前极化曲线所经历的时间，I_b为待测燃料电池达到使用寿命t_fc之后的极化曲线中定电压V_s对应的电流。

进一步地，在本发明的一个实施例中，燃料电池包括质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和固体氧化物燃料电池。

需要说明的是，前述对燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的燃料电池使用寿命和剩余寿命的对数预测装置，运用燃料电池寿命老化中电流和寿命之间所具有的对数关系，通过在燃料电池活化后获取两次不同时间的燃料电池的极化曲线，即可快速获得寿命。该装置操作简便，减少了预测成本和时间，可适用于多种类型的燃料电池。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。