一种燃料电池冷启动系统及冷启动控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池冷启动系统及冷启动控制方法，所述的燃料电池冷启动控制方法是在氢气路系统和冷却回路系统分别安装温度检测单元和电加热单元，温度检测单元检测氢气路系统和冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在氢气路系统和冷却回路系统上的电加热单元通电加热,直到氢气路系统和冷却回路系统的温度达到预定温度后才启动燃料电池。它采用高效的控制技术实效最低功耗的冷启动，启动速度快，无需长时间冷启动等待，结构紧凑，易于实现，生产及组装成本极低；售后维护简单方便。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池冷启动系统及冷启动控制方法
：本专利技术涉及一种燃料电池冷启动系统及冷启动控制方法。
技术介绍
：质子交换膜燃料电池是一种能把存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，进行化学反应的装置我们常称“电堆”或者“电堆模块”，只要在阳极侧和阴极侧不断的供给燃料(一般为氢气)和氧化剂(一般为空气)，它就可以通过氧化还原反应，不断地对外输出电能。与一般的充电电池(例如锂电池)不同的是，单纯的一个燃料电池或燃料电池电堆单元是不能工作的，它需要一套复杂的辅助系统与其配合，构成一个燃料电池发电系统才能对外发电。一个典型的燃料电池发电系统，在除了燃料电池电堆外，一般还包括氢气供应质子交换膜燃料电池是一种能把存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置.只要在阳极侧和阴极侧不断的供给燃料(一般为氢气)和氧化剂(一般为空气)，它就可以通过氧化还原反应，不断地对外输出电能。与一般的充电电池(例如锂电池)不同的是，单纯的一个燃料电池或燃料电池电堆单元是不能工作的，它需要一套复杂的辅助系统与其配合，构成一个燃料电池发电系统才能对外发电。一个典型的燃料电池发电系统，在除了燃料电池电堆外，一般还包括氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统以及电管理和控制子系统等。氢气路系统是燃料电池发电系统的一个重要子系统之一，为燃料电池发电提供具有一定压力和流量的所需氢气。如图1所示，供氢装置一般通过储氢设备和一系列的减压装置，将氢气输送进入电堆参与反应，氢气压力由装在电堆入口处的氢气压力传感器进行实时测量。为了提高氢气利用率和电堆运行安全性，反应剩余氢气一般不直接排入大气，而是通过使用一个回氢泵，将氢气回路上未反应的氢气从燃料电池电堆阳极侧出口直接泵回阳极侧入口，与入口处新鲜注入的反应气汇合后进入燃料电池重新参加反应。燃料电池在正常使用过程中，电堆阴极侧反应空气中的氮气和反应后的生成水，由于浓度差异，会通过质子交换膜不断的向阳极侧扩散，导致阳极侧氢气的有效浓度不断的降低，影响反应速率和电堆性能。在系统设计中，一般会在电堆阳极侧出口管路上增设一个电磁吹扫阀根据系统控制设计需求，会周期性的开启与关闭，将氢气回路中的部分氢气、氮气和水周期性的向大气排放，防止氮气和水在氢气回路中的不断积聚。当外界环境温度低于冰点，燃料电池系统关闭时，附着在氢气路系统上液态水凝结成冰，流道被堵，燃料电池发电系统冷启动期间不能正常工作，直至流道上的固态冰融化。才能正常启动，否则整个系统无法正常冷启动及运行，有待改进。另外，冷却回路系统也会因外界环境温度太低无法正常启动，空气路系统也会因外界环境温度太低供应的空气温度太低，影响燃料电池的工作。在低温环境下，关闭电池反应堆后残留在燃料电池质子交换膜上的水将会结冰，进而破坏燃料电池质子交换膜。同时燃料电池的最佳工作温度在60℃-70℃之间，在低温状态下燃料电池的可靠性不足，在低温冷启动时启动的等待时间过长，无法快速提高燃料电池温度，将会严重影响燃料电池的效率。
技术实现思路
：本专利技术的一个目的是提供一种燃料电池冷启动系统，能避免燃料电池在较冷地区冷启动可靠性差且不能快速启动的技术问题。本专利技术的另一个目的是提供一种燃料电池冷启动控制方法，它解决燃料电池在较冷地区冷启动可靠性差且不能快速启动的技术问题。本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。一种燃料电池冷启动系统，包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和/或冷却回路系统安装若干个温度传感器和若干个电加热单元，温度传感器检测氢气路系统和/或冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在氢气路系统和/或冷却回路系统上的电加热单元通断电。上述所述的所述的氢气路系统中部件包括进氢集成歧块、回氢泵和吹扫阀，所述的若干个温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述的电加热单元包括第一电热板、第二电热板和第三电热板，所述的第一温度传感器和第一电热板安装在进氢集成歧块上，所述的第二温度传感器和第二电热板安装在回氢泵上，所述的第三温度传感器和第三电热板安装在吹扫阀上。上述的进氢集成歧块包括歧块、截止阀、比例调节阀、压力传感器和泄压阀；其中截止阀，用于控制氢气入口的通断；比例调节阀，用于控制氢气路的压力；压力传感器，用于检测氢气路的压力；泄压阀，用于保护电堆不被高压损坏；歧块集成截止阀、比例调节阀、压力传感器、泄压阀于一体；第一温度传感器用于检测进氢集成歧块的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在进氢集成歧块上的第一电热板通断电。上述的歧块内部的多条通道连接安装截止阀、比例调节阀、压力传感器、泄压阀，对氢气在入口端进行通断、调节、压力监控及安全保护，控制进入电堆入口的氢气；歧块的底部安装第一电热板用于低温启动加热，顶部安装第一温度传感器实时检测温度情况。上述所述的回氢泵连接电堆的氢气出口端和氢气入口端，对氢气出口端的未进行反应的氢气进行再加压返回电堆的氢气入口端；回氢泵底部安装第二电热板，用于低温启动加热；回氢泵底部还安装第二温度传感器实时检测回氢泵温度情况。上述所述的吹扫阀两侧及底部安装第三电热板用于低温启动加热；侧面安装第三温度传感器实时检测吹扫阀温度情况。上述所述的所述的冷却回路系统对电堆进行降温，所述冷却回路系统包括穿过电池反应堆的冷却管道、水泵、散热器以及恒温三通阀，电加热单元包括电热器，电热器安装在冷却管道上对冷却液进行加热，冷却管道的第一出水口与冷却管道的第一进水口之间连接有冷却剂补充回路，冷却管道的第一进水口处设有第四温度传感器、冷却管道的第一出水口处设有第五温度传感器，第四温度传感器和第五温度传感器将检测到的冷却剂温度数据传送给燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器控制恒温三通阀、水泵及电热器工作。上述所述的空气路系统包括空气压缩机，所述的空气压缩机包括电机、电机控制器、变速器以及压缩机，用于吸入空气并压缩空气；空气冷却器，用于冷却压缩空气；空气压缩机受燃料电池控制器控制，在空气路系统的出口端安装第六温度传感器，第六温度传感器检测空气温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制空气压缩机，当输出的空气温度偏低时，燃料电池控制器控制空气压缩机工作对空气进行加热。一种燃料电池的冷启动控制方法，所述的燃料电池包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和冷却回路系统分别安装温度检测单元和电加热单元，温度检测单元检测氢气路系统和冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在氢气路系统和冷却回路系统上的电加热单元通电加热,直到氢气路系统和冷却回路系统的温度达到预定温度后才启动燃料电池。上述所述的氢气路系统中的进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀都分别安装温度检测单元和电加热单元，燃料电池控制器监测进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀的温度变化，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀上的电加热单元通电加热,直到达到预定温度后才启动燃料电池。上述所述的空气路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池冷启动系统，包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和/或冷却回路系统安装若干个温度传感器和若干个电加热单元，温度传感器检测氢气路系统和/或冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在氢气路系统和/或冷却回路系统上的电加热单元通断电。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池冷启动系统，包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和/或冷却回路系统安装若干个温度传感器和若干个电加热单元，温度传感器检测氢气路系统和/或冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在氢气路系统和/或冷却回路系统上的电加热单元通断电。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：所述的氢气路系统中部件包括进氢集成歧块、回氢泵和吹扫阀，所述的若干个温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述的电加热单元包括第一电热板、第二电热板和第三电热板，所述的第一温度传感器和第一电热板安装在进氢集成歧块上，所述的第二温度传感器和第二电热板安装在回氢泵上，所述的第三温度传感器和第三电热板安装在吹扫阀上。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：进氢集成歧块包括歧块、截止阀、比例调节阀、压力传感器和泄压阀；其中截止阀，用于控制氢气入口的通断；比例调节阀，用于控制氢气路的压力；压力传感器，用于检测氢气路的压力；泄压阀，用于保护电堆不被高压损坏；歧块集成截止阀、比例调节阀、压力传感器、泄压阀于一体；第一温度传感器用于检测进氢集成歧块的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在进氢集成歧块上的第一电热板通断电。4.根据权利要求3所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：歧块内部的多条通道连接安装截止阀、比例调节阀、压力传感器、泄压阀，对氢气在入口端进行通断、调节、压力监控及安全保护，控制进入电堆入口的氢气；歧块的底部安装第一电热板用于低温启动加热，顶部安装第一温度传感器实时检测温度情况。5.根据权利要求2所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：所述的回氢泵连接电堆的氢气出口端和氢气入口端，对氢气出口端的未进行反应的氢气进行再加压返回电堆的氢气入口端；回氢泵底部安装第二电热板，用于低温启动加热；回氢泵底部还安装第二温度传感器实时检测回氢泵温度情况。6.根据权利要求2所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：吹扫阀两侧及底部安装第三电热板用于低温启动加热；侧面安装第三温度传感器实时检测吹扫阀温度情况。7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：所述的冷却回路系统对电堆进行降温，所述冷却回路系统包括穿过电池反应堆的冷却管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，邓佳，韦庆省，王宏旭，赵勇富，梁未栋，易勇，张振涛，郭志军，
申请(专利权)人：中山大洋电机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44