一种冷启动系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种冷启动系统，包括燃料反应电堆、燃料供应管路、氧化剂供应管路、温度传感器和控制器；所述燃料供应管路用于将燃料输送到所述燃料反应电堆的阳极；所述氧化剂供应管路用于将氧化剂输送到所述燃料反应电堆的阴极，所述氧化剂供应管路包括喷射器，用于在冷启动中将氧化剂喷射到所述燃料反应电堆的阴极；所述温度传感器用于检测所述燃料反应电堆的温度信息，并将所述温度信息传递给所述控制器；所述喷射器和温度传感器均与所述控制器通信连接；本发明专利技术还提供一种用于实施该冷启动系统的方法，本发明专利技术通过降低氧化剂的浓度从而降低燃料电池效率，从而提高产热量，而且还会提高电堆内部氧化剂的均匀性，从而提升车辆的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种冷启动系统及其控制方法
本专利技术涉及燃料电池控制领域，特别涉及一种冷启动系统及其控制方法。
技术介绍
近年来，新能源汽车正受到大家的重视，其中燃料电池汽车也逐渐受到越来越多的关注。燃料电池系统包括燃料电堆，反应气体在其中发生电化学反应产生电能；以及反应气体供应装置，其通过反应气体流路来对燃料电堆供应反应气体。燃料电堆是将数百个单电池进行层叠而得到的堆结构，而单电池是由一对双极板来夹持膜电极MEA而构成的。膜电极结构体由阳电级和阴电级以及中间的高分子电解质膜组成。若对燃料电池的阳极电极供应作为燃料气体的氢，且对阴极电极供应作为氧化剂气体的空气，则电化学反应进行从而发电。如此，由于燃料电池通过电化学反应而直接得到电，因此凭借发电效率高这一点而优选。另外，由于燃料电池在发电时只生成无害的水，因此从对环境的影响的点来说也优选。在以这样的燃料电池系统为动力源的燃料电池车辆中，在低温下启动燃料电池，并在短时间内以增加发电电流值而产生的热量来加热燃料电池是一个难题。同时另一方面，由于随着发电电流的增加，由燃料电池的电化学反应引起水产量会大大增加，从而堵塞了燃料气体的双极板通道和扩散层，而生产的水由于温度很低而凝结成冰，从而恶化燃料扩散，阻止燃料电池电化学作用的发生。从而发电量和发电反应来得是抑制，它最终会降低发热量值。为了克服这些问题，有从燃料电池以脉冲方式输出电流。例如，JP-A-2004-31127公开了一种用于确定燃料电池的冻结状态的冻结确定装置，当燃料电池被判断为冻结时，燃料电池会以脉冲电流的方式输出电流。这种类脉冲电流输出，由于冷启动时以从燃料电池中输出脉冲电流，以通过降低其发电期间的反应效率来增加加热值时，能够提高温度。然而，燃料电池系统需要满足脉冲变化的电流变化来工作，其脉冲状电流源难以控制。而国内常以辅助加热冷却水的方式在低温下加热电堆，此种冷启动模式一般在冷却循环管路中会利用副循环回路中的加热装置对燃料电池进行加热，当燃料电池冷却水出口温度大于5.5℃时判断冷启动成功。此种方式需要额外能源对燃料电池加热，从能源利用的角度来说，不是最优选。专利US6764780B2中采用缺氧加载运行燃料电池的方式，该方式通过加大燃料电池内部电阻来提高燃料电池的温度，该方法虽然简单，但是由于氧化剂以及燃料流量过低难以控制，既容易造成燃料电池电压逆转的问题，又很容易因加载不当造成膜电极的永久性烧坏。专利CN201320253808.1采用在燃料电池内部置入加热片的方式，该方式虽然便于控制，但是极易导致短路，且该方式需要加工专门安装膜电极的安装槽，易导致电堆泄漏。
技术实现思路
针对现有技术的上述问题，本专利技术的目的在于，提供一种冷启动系统及其控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种冷启动系统，包括燃料反应电堆、燃料供应管路、氧化剂供应管路、温度传感器和控制器；所述燃料供应管路与所述燃料反应电堆连通，用于将燃料输送到所述燃料反应电堆的阳极；所述氧化剂供应管路与所述燃料反应电堆连通，用于将氧化剂输送到所述燃料反应电堆的阴极，所述氧化剂供应管路包括喷射器，用于在冷启动中将氧化剂喷射到所述燃料反应电堆的阴极；所述温度传感器设置在所述燃料反应电堆内部，用于检测所述燃料反应电堆的温度信息，并将所述温度信息传递给所述控制器；所述喷射器和温度传感器均与所述控制器通信连接。具体地，所述控制器用于根据燃料反应电堆的温度信息控制所述冷启动系统做出相应的运行模式。进一步地，所述燃料供应管路包括依次设置的燃料供应装置、压力控制阀和流量控制阀，所述压力控制阀和流量控制阀均与所述控制器连接，燃料供应装置用于提供燃料进入燃料供应管路，所述压力控制阀和流量控制阀用于调整管路中燃料的压力和浓度状态。进一步地，所述氧化剂供应管路还包括依次设置的空气过滤器和空压机，所述空压机的出口与所述喷射器的入口连通，并且所述空压机和所述喷射器之间设置第一止通阀，所述空气过滤器用于过滤掉空气中的杂质以及硫化物和碳氧化物，所述空压机用于将空气压力增加到工作压力。进一步地，所述空压机和所述燃料反应电堆的阴极侧之间设有与所述喷射器并联的支管路，所述支管路上设有第二止通阀，并且所述空气过滤器、空压机、第一止通阀和第二止通阀均与所述控制器连接。进一步地，所述燃料反应电堆的阳极和阴极均设有循环管路，所述燃料反应电堆的阳极的循环管路上设有氢循环泵，所述燃料反应电堆的阴极的循环管路上设有第三止通阀，所述氢循环泵和所述第三止通阀与所述控制器连接。进一步地，所述冷启动系统还包括稀释室，所述稀释室分别与所述燃料反应电堆的阳极的出口和阴极的出口连通，用于接收燃料反应电堆产生的废气。另一方面，本专利技术还提供一种冷启动系统的控制方法，利用上述所述的冷启动系统实施该方法，所述方法包括以下步骤：接收车辆启动信号；接收温度传感器检测的燃料反应电堆的温度信息；判断所述燃料反应堆的温度是否达到温度阈值，若是，则控制所述系统进行冷启动操作，以使所述燃料反应堆的温度升高；若否，则控制所述系统为正常启动操作。具体地，当司机执行车辆启动操作时，所述控制器接收到启动信号，并控制所述温度传感器工作，温度传感器检测燃料反应电堆的温度信息，所述控制器通过对接收的温度信息进行分析得到下步的控制流程。具体地，所述冷启动操作包括以下步骤：控制压力控制阀降低所述燃料供应管路中燃料的压力，控制流量控制阀，降低所述燃料供应管路中燃料的流量，同时降低所述轻循环泵的转速；关闭第二止通阀，打开第一止通阀和第三止通阀，同时降低所述空压机的转速。进一步地，所述控制所述冷启动系统为冷启动操作还包括：控制所述喷射器工作，降低所述燃料反应电堆的阴极的氧化剂浓度。具体地，所述正常启动操作包括以下步骤：控制压力控制阀提升所述燃料供应管路中燃料的压力，控制流量控制阀提升所述燃料供应管路中燃料的流量，同时提高所述轻循环泵的转速；打开第二止通阀，关闭第一止通阀和第三止通阀，同时提高所述空压机的转速。采用上述技术方案，本专利技术所述的一种冷启动系统及其控制方法具有如下有益效果：1.本专利技术所述的一种冷启动系统及其控制方法，通过在燃料反应电堆阴极侧的入口处设置喷射器，能够有效降低氧化剂气体的浓度，增加电堆浓差损耗，从而增加电堆产热。2.本专利技术所述的一种冷启动系统及其控制方法，冷启动时氧化剂气体较大的流速可以避免低流速时水淹，避免电堆内产生的水重新结冰等问题。3.本专利技术所述的一种冷启动系统及其控制方法，通过设置喷射器，使在冷启动中，电堆内部氧化剂的均匀性有所提高，有利于避免局部热点以及电流密度不均匀的问题。4.本专利技术所述的一种冷启动系统及其控制方法，在冷启动中空压机的转速无需过低，可有效避免NVH问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1本专利技术所述的一种冷启动系统的简图；图2本专利技术所述的一种冷启动系统的控制方法的流程图。图中：1-燃料供应装置，2-压力控制阀，3-流量控制阀，4-氢循环泵，5-空气过滤器，6-空压机，7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷启动系统，其特征在于，包括燃料反应电堆、燃料供应管路、氧化剂供应管路、温度传感器和控制器；所述燃料供应管路与所述燃料反应电堆连通，用于将燃料输送到所述燃料反应电堆的阳极(10)；所述氧化剂供应管路与所述燃料反应电堆连通，用于将氧化剂输送到所述燃料反应电堆的阴极(12)，所述氧化剂供应管路包括喷射器(8)，用于在冷启动中将氧化剂喷射到所述燃料反应电堆的阴极(12)；所述温度传感器设置在所述燃料反应电堆内部，用于检测所述燃料反应电堆的温度信息，并将所述温度信息传递给所述控制器；所述喷射器(8)和温度传感器均与所述控制器通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种冷启动系统，其特征在于，包括燃料反应电堆、燃料供应管路、氧化剂供应管路、温度传感器和控制器；所述燃料供应管路与所述燃料反应电堆连通，用于将燃料输送到所述燃料反应电堆的阳极(10)；所述氧化剂供应管路与所述燃料反应电堆连通，用于将氧化剂输送到所述燃料反应电堆的阴极(12)，所述氧化剂供应管路包括喷射器(8)，用于在冷启动中将氧化剂喷射到所述燃料反应电堆的阴极(12)；所述温度传感器设置在所述燃料反应电堆内部，用于检测所述燃料反应电堆的温度信息，并将所述温度信息传递给所述控制器；所述喷射器(8)和温度传感器均与所述控制器通信连接。2.根据权利要求1所述的一种冷启动系统，其特征在于，所述燃料供应管路包括依次设置的燃料供应装置(1)、压力控制阀(2)和流量控制阀(3)，所述压力控制阀(2)和流量控制阀(3)均与所述控制器连接。3.根据权利要求1所述的一种冷启动系统，其特征在于，所述氧化剂供应管路还包括依次设置的空气过滤器(5)和空压机(6)，所述空压机(6)的出口与所述喷射器(8)的入口连通，并且所述空压机(6)和所述喷射器(8)之间设置第一止通阀(7)。4.根据权利要求3所述的一种冷启动系统，其特征在于，所述空压机(6)和所述燃料反应电堆的阴极(12)之间设有与所述喷射器(8)并联的支管路，所述支管路上设有第二止通阀(9)，并且所述空气过滤器(5)、空压机(6)、第一止通阀(7)和第二止通阀(9)均与所述控制器连接。5.根据权利要求1所述的一种冷启动系统，其特征在于，所述燃料反应电堆的阳极(10)和阴极(12)均设有循环管路，所述燃料反应电堆的阳极(10)的循环管路上设有氢循环泵(4)，所述燃料反应电堆的阴极(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁鹏程，李健，韩旭，
申请(专利权)人：浙江吉利汽车研究院有限公司，浙江吉利控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33