一种膜电极制造过程能力指数的评估方法
阅读说明：本技术 一种膜电极制造过程能力指数的评估方法 (Method for evaluating membrane electrode manufacturing process capability index ) 是由 王志强 关晓雨 王胜利 王朝云 于 2021-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种膜电极制造过程能力指数的评估方法,涉及燃料电池技术领域；为了解决难以准确的评估膜电极的制造过程能力问题；具体包括以下步骤：将产线上的膜电极组装电堆进行测试,获取操作电流下的电压巡检信息；对电堆中单节的电压巡检信息进行分组处理；根据电压分组信息计算膜电极制造过程中的变差；最后根据计算的变差计算膜电极制造过程能力指数；所述将产线上的膜电极组装电堆进行测试,具体为将产线上生产的膜电极组装产品电堆进行下线活化与测试,获取额定电流下的电压信息：V1,V2,V3,……Vk-2,Vk-1。本发明检测过程简单有效,可以有效去除电堆设计变差的影响,对膜电极的制造变差进行精准的预估。(The invention discloses an evaluation method of membrane electrode manufacturing process capability index, relating to the technical field of fuel cells; the method aims to solve the problem that the capability of the membrane electrode in the manufacturing process is difficult to accurately evaluate; the method specifically comprises the following steps: testing a membrane electrode assembly galvanic pile on a production line to obtain voltage inspection information under operating current; grouping the voltage inspection information of a single section in the galvanic pile; calculating the variation in the membrane electrode manufacturing process according to the voltage grouping information; finally, calculating the membrane electrode manufacturing process capability index according to the calculated variation; the membrane electrode assembly galvanic pile on the production line is tested, specifically, the membrane electrode assembly product galvanic pile produced on the production line is subjected to offline activation and testing, and voltage information under rated current is obtained: v1, V2, V3, … … Vk-2, Vk-1. The method has simple and effective detection process, can effectively remove the influence of the design variation of the galvanic pile, and accurately estimate the manufacturing variation of the membrane electrode.)
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种膜电极制造过程能力指数的评估方法。
背景技术
随着环境问题与能源问题的不断加剧，氢能与燃料电池技术受到了国内外企业与研究机构的广泛关注。目前燃料电池技术应用处于商业化初期的阶段，尤其对于大功率电堆而言，通常由300～400片单池组成，其一致性是燃料电池设计与制造的关键问题，对于燃料电池的成本与寿命均有着重大影响。对于电堆一致性的提升，一方面是电堆设计的优化，而另一方面是关键部件在生产制造过程中的质量控制。其中膜电极是燃料电池电堆中的关键部件，是电化学反应发生的场所，其制造的过程控制对于电堆一致性有着举足轻重的影响。现有技术中，在生产过程中通常会对膜电极进行外观、厚度、重量、气密性等离线检测，但对于膜电极制造过程的变差缺乏简易有效的评估方法。
为解决上述问题，经检索，中国专利申请号为CN201410779579.6的专利，公开了一种质子交换膜燃料电池电堆一致性的检测方法及检测装置，包括一质子交换膜燃料电池电堆，由2节以上的依次堆叠的单电池组成；所述质子交换膜燃料电池电堆包括一阳极入口和一阴极入口，于所述质子交换膜燃料电池电堆阳极入口或阴极入口通入氢气同惰性气体的混合气。上述专利中的质子交换膜燃料电池电堆一致性的检测方法及检测装置存在以下不足：该检测方法与过程离线检测相比更加接近实际的输出性能，但是检测过程繁琐，而在产品电堆中直接计算电堆的均方差包含着电堆流体分配不均引起的设计变差以及膜电极生产过程中的制造变差，难以准确的评估膜电极的制造过程能力。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种膜电极制造过程能力指数的评估方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种膜电极制造过程能力指数的评估方法，包括以下步骤：
S1：将产线上的膜电极组装电堆进行测试，获取操作电流下的电压巡检信息；
S2：对电堆中单节的电压巡检信息进行分组处理；
S3：根据电压分组信息计算膜电极制造过程中的变差；
S4：最后根据计算的变差计算膜电极制造过程能力指数；
所述将产线上的膜电极组装电堆进行测试，具体为将产线上生产的膜电极组装产品电堆进行下线活化与测试，获取额定电流下的电压信息：V1，V2，V3，……Vk-2，Vk-1，Vk，其中Vj为电堆中第j节的电压信息，电堆节数为k，根据产品需求电堆节数设为100～400之间。
优选地：所述对电堆中单节的电压巡检信息进行分组处理，具体为将膜电极的电压信息分为n组，每一组描述如下：
第1组：U1＝[V1，V2，……Vi-1，Vi]
第2组：U2＝[Vi+1，Vi+2，……V2i-1，V2i]
……
第n-1组：Un＝[V(n-2)i+1，V(n-2)i+2，……V(n-1)i-1，V(n-1)i]
第n组：Un＝[V(n-1)i+1，V(n-1)i+2，……Vni-1，Vni]
其中i为每一组所含电压信息的数量，取3～20之间的整数，n为整个电堆的分组数，取10～100之间的整数，保证n*i≈k。
优选地：所述根据电压分组信息计算膜电极制造过程中的变差，包括以下步骤：
S21：首先计算每一分组内电压的均方差，计算公式如下：
S22：再根据每一份组的均方差来估计膜电极的制造变差，计算公式如下：
其中σn为第n组电压信息的均方差，σ为整个电堆中由于膜电极制造过程引起的变差。
优选地：所述最后根据计算的变差计算膜电极制造过程能力指数，其计算公式如下：
其中USL为膜电极过程的上规范限，LSL为膜电极过程的下规范限，Cp为膜电极的过程能力指数。
优选地：所述将产线上的膜电极组装电堆进行测试，所用测试工具包括但不限于电流检测仪器和电压检测仪器、巡检仪。
优选地：所述电流检测仪器的正负极分别与稳流电源负极、产线上的膜电极组装电堆集电板阳极相连接。
优选地：所述电流检测仪器包括电流表、霍尔电流传感器、电流检测模块中的一种。
优选地：所述电压检测仪器包括电压表、电压传感器、电压监测仪中的一种。
本发明的有益效果为：
1.本发明中的该膜电极制造过程能力指数的评估方法，检测过程简单有效，可以有效去除电堆设计变差的影响，对膜电极的制造变差进行精准的预估。
2.本发明中的该膜电极制造过程能力指数的评估方法，无需额外增加设备与检测工时，仅需在电堆活化测试时进行数据分析即可。
3.本发明中的该膜电极制造过程能力指数的评估方法，不仅能够对膜电极的生产制造过程进行优化，还可以在电堆运行过程中检测膜电极的变差，实时监测膜电极的一致性状态。
附图说明
图1为本发明提出的一种膜电极制造过程能力指数的评估方法的算法流程示意图；
图2为本发明提出的一种膜电极制造过程能力指数的评估方法中电堆电压信息的分组示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，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，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
实施例1：
一种膜电极制造过程能力指数的评估方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
S1：将产线上的膜电极组装电堆进行测试，获取操作电流下的电压巡检信息；
S2：对电堆中单节的电压巡检信息进行分组处理；
S3：根据电压分组信息计算膜电极制造过程中的变差；
S4：最后根据计算的变差计算膜电极制造过程能力指数。
所述将产线上的膜电极组装电堆进行测试，具体为将产线上生产的膜电极组装产品电堆进行下线活化与测试，获取额定电流下的电压信息：V1，V2，V3，……Vk-2，Vk-1，Vk。
其中Vj为电堆中第j节的电压信息，电堆节数为k，根据产品需求电堆节数设为100～400之间。
所述对电堆中单节的电压巡检信息进行分组处理，具体为将膜电极的电压信息分为n组，其中每一组描述如下：
第1组：U1＝[V1，V2，……Vi-1，Vi]
第2组：U2＝[Vi+1，Vi+2，……V2i-1，V2i]
……
第n-1组：Un＝[V(n-2)i+1，V(n-2)i+2，……V(n-1)i-1，V(n-1)i]
第n组：Un＝[V(n-1)i+1，V(n-1)i+2，……Vni-1，Vni]
其中i为每一组所含电压信息的数量，可以取3～20之间的整数，n为整个电堆的分组数，可以取10～100之间的整数，其中保证n*i≈k。
所述根据电压分组信息计算膜电极制造过程中的变差，包括以下步骤：
S21：首先计算每一分组内电压的均方差，计算公式如下：
S22：再根据每一份组的均方差来估计膜电极的制造变差，计算公式如下：
其中σn为第n组电压信息的均方差，σ为整个电堆中由于膜电极制造过程引起的变差。
所述最后根据计算的变差计算膜电极制造过程能力指数，其计算公式如下：
其中USL为膜电极过程的上规范限，LSL为膜电极过程的下规范限，Cp为膜电极的过程能力指数。
本实施例在使用时，将产线下线的膜电极组装商品电堆，其中电堆节数为300节，采用标准流程进行活化后进行计划曲线的测试，获取1.0A/cm2下的电堆电压巡检信息，将电压信息按照10个为一组进行分组，共计30组，首先计算每一组的电压均方差，在对均方差求平均，获得膜电极的制造变差为3.1mV，根据计算公式计算膜电极制造过程的过程能力为1.07。
实施例2：
一种膜电极制造过程能力指数的评估方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
S1：将产线上的膜电极组装电堆进行测试，获取操作电流下的电压巡检信息；
S2：对电堆中单节的电压巡检信息进行分组处理；
S3：根据电压分组信息计算膜电极制造过程中的变差；
S4：最后根据计算的变差计算膜电极制造过程能力指数。
所述将产线上的膜电极组装电堆进行测试，具体为将产线上生产的膜电极组装产品电堆进行下线活化与测试，获取额定电流下的电压信息：V1，V2，V3，……Vk-2，Vk-1，Vk。
其中Vj为电堆中第j节的电压信息，电堆节数为k，根据产品需求电堆节数设为100～400之间。
所述对电堆中单节的电压巡检信息进行分组处理，具体为将膜电极的电压信息分为n组，其中每一组描述如下：
第1组：U1＝[V1，V2，……Vi-1，Vi]
第2组：U2＝[Vi+1，Vi+2，……V2i-1，V2i]
……
第n-1组：Un＝[V(n-2)i+1，V(n-2)i+2，……V(n-1)i-1，V(n-1)i]
第n组：Un＝[V(n-1)i+1，V(n-1)i+2，……Vni-1，Vni]
其中i为每一组所含电压信息的数量，可以取3～20之间的整数，n为整个电堆的分组数，可以取10～100之间的整数，其中保证n*i≈k。
所述根据电压分组信息计算膜电极制造过程中的变差，包括以下步骤：
S21：首先计算每一分组内电压的均方差，计算公式如下：
S22：再根据每一份组的均方差来估计膜电极的制造变差，计算公式如下：
其中σn为第n组电压信息的均方差，σ为整个电堆中由于膜电极制造过程引起的变差。
所述最后根据计算的变差计算膜电极制造过程能力指数，其计算公式如下：
其中USL为膜电极过程的上规范限，LSL为膜电极过程的下规范限，Cp为膜电极的过程能力指数。
所述将产线上的膜电极组装电堆进行测试，所用测试工具包括但不限于电流检测仪器和电压检测仪器、巡检仪等，电流检测仪器的正负极分别与稳流电源负极、产线上的膜电极组装电堆集电板阳极相连接。稳流电源给产线上的膜电极组装电堆集电板进行恒定电流充电，电流检测仪器实时测量电压巡检信息，便于准确获得产线上的膜电极组装电堆测试的电压巡检信息。
所述电流检测仪器包括电流表、霍尔电流传感器、电流检测模块中的一种。
所述电压检测仪器包括电压表、电压传感器、电压监测仪中的一种。
本实施例在使用时，该膜电极制造过程能力指数的评估方法，可以有效去除电堆设计变差的影响，对膜电极的制造变差进行精准的预估；该膜电极制造过程能力指数的评估方法，无需额外增加设备与检测工时，仅需在电堆活化测试时进行数据分析即可；该膜电极制造过程能力指数的评估方法，不仅能够对膜电极的生产制造过程进行优化，还可以在电堆运行过程中检测膜电极的变差，实时监测膜电极的一致性状态。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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