(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211137310.9 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 中国汽车工程研究院股份有限公司 地址 401122 重庆市北部新区金渝大道 9号 申请人 中汽院新能源科技有限公司 (72)发明人 万鑫铭　邓波　高艳　毛占鑫　 鲍欢欢　汤浩　 (74)专利代理 机构 重庆强大凯创专利代理事务 所(普通合伙) 50217 专利代理师 范淑萍 (51)Int.Cl. H01M 8/04225(2016.01) H01M 8/04298(2016.01) H01M 8/04302(2016.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种燃料电池启动过程的等效电路模型 (57)摘要 本发明涉及燃料电池技术领域， 公开了一种 燃料电池启动过程的等效电路模型， 包括： 等效 氢气流道， 所述等效氢气流道分为若干个分区， 分区之间通过横向电阻并联， 各个 分区对应一个 等效电路模 型基本电路， 所述等效电路模型基本 电路包括线性电压源， 所述线性电压源用于表示 电堆启动过程中氢气界面到达阳极氢气流道与 氧气反应所产生的电势差。 本发 明以电堆内部氢 气流道的电气行为作为建立电路结构的基础， 通 过等效电路模型能够准确描述电堆启动过程中 的内部电气宏观行为， 减少电堆实际实验所需的 测试次数， 降低实验 对电堆寿 命衰减的影响。 权利要求书2页 说明书8页 附图9页 CN 115411305 A 2022.11.29 CN 115411305 A 1.一种燃料电池启动过程的等效电路模型， 其特征在于， 包括： 等效氢气流道， 所述等 效氢气流道分为若干个分区， 分区之间通过横向电阻并联， 各个分区对应一个等效电路模 型基本电路， 所述等效电路模型基本电路包括线性电压源， 所述线性电压源用于表示电堆 启动过程中氢气界面到 达阳极氢气流道与氧气反应所产生的电势差 。 2.根据权利要求1所述的燃料电池启动过程的等效电路模型， 其特征在于： 所述等效电 路模型基本电路包括依 次串联的阴极回路、 公共电路和阳极回路， 所述阴极回路用于表示 电堆阴极侧的电化学反应过程， 所述阳极回路用于表示电堆阳极侧的电化学反应过程， 所 述公共电路用于表示电堆膜电极组件上的电化学反应过程， 所述线性电压源串联在公共电 路中。 3.根据权利要求2所述的燃料电池启动过程的等效电路模型， 其特征在于： 所述阴极回 路包括依 次并联的阴极电容层、 阴极电荷转移电路和阴极泄漏电路， 所述阳极回路包括依 次并联的阳极电容层、 阳极电荷转移电路和阳极泄漏电路； 所述阴极电容层和阳极电容层用于表示电堆内部双电容层； 所述阴极电荷转移电路和阳极电荷转移电路均用于表示电堆内部离子和电子转移的 传导途径以及电极表面对电荷转移过程中的阻力； 所述阴极泄漏电路用于表示燃料电池启动过程中阴极催化剂层铂载体的氧化还原反 应以及碳载体的腐蚀反应， 所述阳极泄漏电路用于表示燃料电池启动过程中阳极催化剂层 铂载体的氧化还原反应以及其 他氧化还原反应； 所述公共电路用于表示电堆膜内阻变化、 温度和电堆内部水含量对燃料电池内部电气 行为的动态影响。 4.根据权利要求3所述的燃料电池启动过程的等效电路模型， 其特征在于： 所述阴极电 荷转移电路包括依 次串联的阴极电荷转移电阻、 阴极氧还原反应电感和第一二极管， 所述 阴极泄漏电路包括依次串联的阴极泄漏电阻、 阴极泄漏电感和第二 二极管； 所述阳极电荷转移电路包括依次串联的阳极电荷转移电阻、 阳极氢氧化反应电感和第 三二极管， 所述阳极泄漏电路包括依次串联的阳极泄漏电阻、 阳极泄漏电感和第四二极管； 所述公共电路包括依次串联的高频电阻、 高频电感和线性电压源。 5.根据权利要求4所述的燃料电池启动过程的等效电路模型， 其特征在于： 所述阴极泄 漏电阻和阳极泄漏电阻为定值。 6.根据权利要求4所述的燃料电池启动过程的等效电路模型， 其特征在于： 所述线性电 压源E的电压上升时间为t rise， 氢气界面到 达相邻分区的延迟时间为tdelay； 所述等效氢气流道中， 对于第n个分区， 当氢气界面还未到达该分区时， E的值为0； 当氢 气界面到达该分区时， 该分区立刻被激活， E在trise时间内从0线性上升至1V， E的表达式 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115411305 A 2其中， tdelayi为氢气界面从第i ‑1个分区到达第i个分区的延迟时间， 为氢气 界面从等效氢气流道的流道入口到 达第i个分区所需的时间。 7.根据权利要求1所述的燃料电池启动过程的等效电路模型， 其特征在于： 所述分区数 量为8的倍数。 8.根据权利要求1所述的燃料电池启动过程的等效电路模型， 其特征在于： 所述等效氢 气流道与燃料电池电堆的燃料电池基本单元的数量相等， 等效氢气流道之 间通过双极板电 阻首尾串联。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115411305 A 3