本实用新型专利技术属于燃料电池启动装置技术领域，涉及一种燃料电池动力系统组合低温冷启动装置及控制方法，解决燃料电池于低温状态下采用不同的加热方式来应对难以启动的问题，从而使燃料电池稳定的运行。该组合低温冷启动装置具备：温度传感器a、电加热器、冷却液循环泵a、动力电池和电加热器用于电加热器加热启动模式；温度传感器b、冷却液循环泵b、燃烧气加热器和燃料电池堆用于高温燃气加热启动模式；温度传感器c、混合气加热器和燃料电池堆用于燃料电池堆电极催化加热启动模式；本实用新型专利技术还提供了该燃料电池动力系统组合低温冷启动装置的控制方法，通过检测温度，选择不同的启动模式。
A Combined Low Temperature Cold Start Device for Fuel Cell Power System
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池动力系统组合低温冷启动装置
本技术属于燃料电池启动装置
，涉及一种燃料电池动力系统组合低温冷启动装置。
技术介绍
当燃料电池内的温度低于冰点时，燃料电池内的水会发生冻结。在电池内的温度上升到零度之前，催化层内的水如果发生冻结，电化学反应将会因反应区域内的水冻结而终止，同时水结冰膨胀同时会损坏燃料电池电堆结构。这便引起了燃料电池低温适应性问题。在零度以下的低温状态，燃料电池需要克服水结冰的问题，燃料电池动力系统性能差甚至无法正常工作，需要利用暖机升温。现有的冷启动主要有自启动和辅助启动两种方式，自启动方案虽然可以很好的控制燃料电池动力系统的成本和燃料电池的复杂程度，但可用温度范围较窄，冷启动性较差；辅助启动方案虽然成本较高，系统复杂度高、可靠性低，但冷启动性好且冷启动可靠性高。
技术实现思路
为了克服上述技术缺点，本技术的目的是提供一种用于燃料电池动力系统冷启动的装置及该系统的控制方法。本技术的技术方案：一种燃料电池动力系统组合低温冷启动装置，包括电加热器加热系统、电极催化加热系统和高温燃气加热系统。所述电加热器加热系统主要由冷却液管路、温度传感器、电加热器、调制控制器、冷却液循环泵和电控通断阀组成，通过电加热器对冷却液加热进而对整个系统进行加热。所述电极催化加热系统主要由氢-空混合气流通管、温度传感器和混合气加热器组成，通过电极催化对混合气进行加热后通入燃料电池堆以对燃料电池动力系统进行加热。所述高温燃气加热系统主要由冷却液管路、温度传感器、燃烧气加热器、调制控制器、冷却液循环泵和电控通断阀组成，通过燃烧气加热器对冷却液加热进而对整个系统进行加热。所述电加热器加热系统与高温燃气加热系统通过电控通断阀连通或断开；所述电控通断阀具有通和断两种工作状态，且在未通电时处于断开状态，由调制控制器控制通电或未通电状态。上述燃料电池动力系统组合低温冷启动装置还包括电流调节部，通过调制控制器控制电控通断阀和电控三位两通阀处的通电状态。上述燃料电池动力系统组合低温冷启动装置还包括温度获取部，通过温度传感器检测燃料电池堆和动力电池温度。根据这种条件可以确定电流调节部的操作条件，并估算动力电池的剩余电量。一种燃料电池动力系统组合低温冷启动装置的控制方法，基于图2-图5的的判定原则判定燃料电池动力系统启动工作模式，主要包括模式一：电加热启动模式，模式二：电加热和电极催化加热组合加热模式，模式三：电加热、电极催化加热和高温燃气加热组合加热模式，模式四：电极催化加热模式，模式五：高温燃气组合燃料电池堆电极催化加热模式。本技术的有益效果：燃料电池启动时，若燃料电池温度低无法正常启动，可以根据动力电池剩余电量和环境实际情况，判定选用五种加热模式之一以保证燃料电池正常启动，稳定有效的解决燃料电池低温冷启动问题；同时不单独使用高温燃气加热模式，从而减少了燃料电池的废热、废气排放，在提高能源利用效率同时又减少对环境的污染。附图说明图1为本燃料电池动力系统组合低温冷启动装置的结构图。图2为本燃料电池动力系统组合低温冷启动装置启动流程图。图3为本燃料电池动力系统组合低温冷启动装置控制方法图。图4为本燃料电池动力系统组合低温冷启动装置模式一、模式二、模式三启动方式的判别方法图。图5为本燃料电池动力系统组合低温冷启动装置模式四、模式五启动方式的判别方法图。图中：1冷却液管路a；2温度传感器a；3电加热器；4冷却液循环泵a；5冷却液管路b；6电控通断阀a；7冷却液管路c；8冷却液箱；9电控通断阀b；10电控通断阀c；11冷却液管路d；12温度传感器b；13冷却液循环泵b；14冷却液管路e；15燃烧气加热器；16燃烧气管路a；17电控三位两通阀a；18空气供给管a；19调压阀；20空气罐；21空气供给管b；22空气泵；23氢-空混合气流通管a；24电控通断阀d；25燃烧气流通管a；26燃烧罐；27火花塞；28燃烧气流通管b；29混合气回流管a；30单向阀；31氢-空混合气流通管b；32温度传感器c；33混合气加热器；34氢-空混合气流通管c；35氢-空混合气流通管d；36电控通断阀e；37混合罐；38氢-空混合气流通管e；39空气供给管c；40氢气供给管a；41氢气罐；42手动温度压力调节阀；43电控通断阀f；44氢气供给管b；45电控通断阀g；46电控通断阀h；47空气供给管d；48电控三位两通阀b；49电控三位两通阀c；50氢循环管路a；51氢循环泵；52氢循环管路b；53水气分离器；54混合气回流管b；55燃料电池堆；56电控三位两通阀d；57电控通断阀i；58冷却液管路f；59冷却液管路g；60电控通断阀j；61调制控制器；62动力电池；63电控通断阀k。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。1.如图1所示，该燃料电池动力系统组合低温冷启动装置包括：冷却液管路a1、温度传感器a2、电加热器3、冷却液循环泵a4、冷却液管路b5、电控通断阀a6、冷却液管路c7、冷却液箱8、电控通断阀b9、电控通断阀c10、冷却液管路d11、温度传感器b12、冷却液循环泵b13、冷却液管路e14、燃烧气加热器15、燃烧气管路a16、电控三位两通阀a17、空气供给管a18、调压阀19、空气罐20、空气供给管b21、空气泵22、氢-空混合气流通管a23、电控通断阀d24、燃烧气流通管a25、燃烧罐26、火花塞27、燃烧气流通管b28、混合气回流管a29、单向阀30、氢-空混合气流通管b31、温度传感器c32、混合气加热器33、氢-空混合气流通管c34、氢-空混合气流通管d35、电控通断阀e36、混合罐37、氢-空混合气流通管e38、空气供给管c39、氢气供给管a40、氢气罐41、手动温度压力调节阀42、电控通断阀f43、氢气供给管b44、电控通断阀g45、电控通断阀h46、空气供给管d47、电控三位两通阀b48、电控三位两通阀c49、氢循环管路a50、氢循环泵51、氢循环管路b52、水气分离器53、混合气回流管b54、燃料电池堆55、电控三位两通阀d56、电控通断阀i57、冷却液管路f58、冷却液管路g59、电控通断阀j60、调制控制器61、动力电池62和电控通断阀k63组成。冷却液管路a1一端与动力电池62的冷却液通道相连，二者间通过电控通断阀k63控制；冷却液管路a1另一端与冷却液循环泵a4入口端相连，二者间设有温度传感器a2和电加热器3；冷却液管路b5一端与冷却液循环泵a4出口端相通；冷却液管路b5另一端与冷却液箱8相连，其上设有电控通断阀a6；冷却液管路b5与冷却液管路c7十字相通，冷却液管路c7两端均与冷却液管路f58相连通，两端连通处分别通过电控通断阀i57和电控通断阀j60控制，冷却液管路c7上还设有电控通断阀b9；冷却液管路c7与冷却液管路d11十字相通；冷却液管路d11一端与冷却液箱8相连，其上设有电控通断阀c10；冷却液管路d11另一端与冷却液循环泵b13出口端相连，其上设有温度传感器b12；冷却液管路f58分为三个通路，一路与动力电池62的冷却液通道相连，二路与燃料电池堆55的冷却液通道相连，三路通过冷却液管路g59与冷却液箱8相通；冷却液管路e14一端与冷却液循环泵b13入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池动力系统组合低温冷启动装置，其特征在于，所述的燃料电池动力系统组合低温冷启动装置主要由冷却液管路a(1)、温度传感器a(2)、电加热器(3)、冷却液循环泵a(4)、冷却液管路b(5)、电控通断阀a(6)、冷却液管路c(7)、冷却液箱(8)、电控通断阀b(9)、电控通断阀c(10)、冷却液管路d(11)、温度传感器b(12)、冷却液循环泵b(13)、冷却液管路e(14)、燃烧气加热器(15)、燃烧气管路a(16)、电控三位两通阀a(17)、空气供给管a(18)、调压阀(19)、空气罐(20)、空气供给管b(21)、空气泵(22)、氢‑空混合气流通管a(23)、电控通断阀d(24)、燃烧气流通管a(25)、燃烧罐(26)、火花塞(27)、燃烧气流通管b(28)、混合气回流管a(29)、单向阀(30)、氢‑空混合气流通管b(31)、温度传感器c(32)、混合气加热器(33)、氢‑空混合气流通管c(34)、氢‑空混合气流通管d(35)、电控通断阀e(36)、混合罐(37)、氢‑空混合气流通管e(38)、空气供给管c(39)、氢气供给管a(40)、氢气罐(41)、手动温度压力调节阀(42)、电控通断阀f(43)、氢气供给管b(44)、电控通断阀g(45)、电控通断阀h(46)、空气供给管d(47)、电控三位两通阀b(48)、电控三位两通阀c(49)、氢循环管路a(50)、氢循环泵(51)、氢循环管路b(52)、水气分离器(53)、混合气回流管b(54)、燃料电池堆(55)、电控三位两通阀d(56)、电控通断阀i(57)、冷却液管路f(58)、冷却液管路g(59)、电控通断阀j(60)、调制控制器(61)、动力电池(62)和电控通断阀k(63)组成；冷却液管路a(1)一端与动力电池(62)的冷却液通道相连，二者间通过电控通断阀k(63)控制；冷却液管路a(1)另一端与冷却液循环泵a(4)入口端相连，二者间设有温度传感器a(2)和电加热器(3)；冷却液管路b(5)一端与冷却液循环泵a(4)出口端相通；冷却液管路b(5)另一端与冷却液箱(8)相连，其上设有电控通断阀a(6)；冷却液管路b(5)与冷却液管路c(7)十字相通，冷却液管路c(7)两端均与冷却液管路f(58)相连通，两端连通处分别通过电控通断阀i(57)和电控通断阀j(60)控制，冷却液管路c(7)上还设有电控通断阀b(9)；冷却液管路c(7)与冷却液管路d(11)十字相通；冷却液管路d(11)一端与冷却液箱(8)相连，其上设有电控通断阀c(10)；冷却液管路d(11)另一端与冷却液循环泵b(13)出口端相连，其上设有温度传感器b(12)；冷却液管路f(58)分为三个通路，一路与动力电池(62)的冷却液通道相连，二路与燃料电池堆(55)的冷却液通道相连，三路通过冷却液管路g(59)与冷却液箱(8)相通；冷却液管路e(14)一端与冷却液循环泵b(13)入口端相连，另一端与燃料电池堆(55)的冷却液通道相连通；冷却液管路e(14)上设有燃烧气加热器(15)，燃烧气加热器(15)通过燃烧气管路a(16)与燃烧罐(26)相连通；燃烧气流通管a(25)一端与混合气加热器(33)的燃烧气加热通道相连通；燃烧气流通管a(25)另一端与燃烧气管路a(16)相通，通过电控通断阀d(24)控制；燃烧气流通管b(28)一端与混合气加热器(33)的燃烧气加热通道相连通，另一端与燃烧罐(26)相连，燃烧罐(26)上设有火花塞(27)；氢‑空混合气流通管a(23)一端与混合气加热器(33)的混合气流动通道相连通，另一端与空气供给管a(18)相连通；空气供给管a(18)一端与燃料电池堆(55)的冷却液通道相通，另一端与空气罐(20)入口端相通；氢‑空混合气流通管a(23)和空气供给管a(18)的交汇处通过电控三位两通阀a(17)控制；空气供给管a(18)上设有调压阀(19)，用于控制空气罐(20)内的空气进入空气供给管a(18)；空气罐(20)通过空气供给管b(21)与空气泵(22)相连；氢‑空混合气流通管e(38)一端与混合气加热器(33)的混合气流动通道相通，另一端与氢气供给管b(44)相连通；氢气供给管b(44)一端与燃料电池堆(55)的冷却液通道相通，另一端与氢气罐(41)相通；氢气罐(41)与氢气供给管b(44)之间设有手动温度压力调节阀(42)和电控通断阀f(43)；氢‑空混合气流通管e(38)与氢气供给管b(44)的交汇处通过电控三位两通阀b(48)控制；混合气加热器(33)上设有温度传感器c(32)；混合罐(37)分为四个支路，一路通过氢‑空混合气流通管c(34)与混合气加热器(33)相通；二路通过串联的氢‑空混合气流通管b(31)和氢‑空混合气流通管d(35)，与燃烧罐(26)相...
【技术特征摘要】
2018.11.20 CN 20182190880411.一种燃料电池动力系统组合低温冷启动装置，其特征在于，所述的燃料电池动力系统组合低温冷启动装置主要由冷却液管路a(1)、温度传感器a(2)、电加热器(3)、冷却液循环泵a(4)、冷却液管路b(5)、电控通断阀a(6)、冷却液管路c(7)、冷却液箱(8)、电控通断阀b(9)、电控通断阀c(10)、冷却液管路d(11)、温度传感器b(12)、冷却液循环泵b(13)、冷却液管路e(14)、燃烧气加热器(15)、燃烧气管路a(16)、电控三位两通阀a(17)、空气供给管a(18)、调压阀(19)、空气罐(20)、空气供给管b(21)、空气泵(22)、氢-空混合气流通管a(23)、电控通断阀d(24)、燃烧气流通管a(25)、燃烧罐(26)、火花塞(27)、燃烧气流通管b(28)、混合气回流管a(29)、单向阀(30)、氢-空混合气流通管b(31)、温度传感器c(32)、混合气加热器(33)、氢-空混合气流通管c(34)、氢-空混合气流通管d(35)、电控通断阀e(36)、混合罐(37)、氢-空混合气流通管e(38)、空气供给管c(39)、氢气供给管a(40)、氢气罐(41)、手动温度压力调节阀(42)、电控通断阀f(43)、氢气供给管b(44)、电控通断阀g(45)、电控通断阀h(46)、空气供给管d(47)、电控三位两通阀b(48)、电控三位两通阀c(49)、氢循环管路a(50)、氢循环泵(51)、氢循环管路b(52)、水气分离器(53)、混合气回流管b(54)、燃料电池堆(55)、电控三位两通阀d(56)、电控通断阀i(57)、冷却液管路f(58)、冷却液管路g(59)、电控通断阀j(60)、调制控制器(61)、动力电池(62)和电控通断阀k(63)组成；冷却液管路a(1)一端与动力电池(62)的冷却液通道相连，二者间通过电控通断阀k(63)控制；冷却液管路a(1)另一端与冷却液循环泵a(4)入口端相连，二者间设有温度传感器a(2)和电加热器(3)；冷却液管路b(5)一端与冷却液循环泵a(4)出口端相通；冷却液管路b(5)另一端与冷却液箱(8)相连，其上设有电控通断阀a(6)；冷却液管路b(5)与冷却液管路c(7)十字相通，冷却液管路c(7)两端均与冷却液管路f(58)相连通，两端连通处分别通过电控通断阀i(57)和电控通断阀j(60)控制，冷却液管路c(7)上还设有电控通断阀b(9)；冷却液管路c(7)与冷却液管路d(11)十字相通；冷却液管路d(11)一端与冷却液箱(8)相连，其上设有电控通断阀c(10)；冷却液管路d(11)另一端与冷却液循环泵b(13)出口端相连，其上设有温度传感器b(12)；冷却液管路f(58)分为三个通路，一路与动力电池(62)的冷却液通道相连，二路与燃料电池堆(55)的冷却液通道相连，三路通过冷却液管路g(59)与冷却液箱(8)相通；冷却液管路e(14)一端与冷却液循环泵b(13)入口端相连，另一端与燃料电池堆(55)的冷却液通道相连通；冷却液管路e(14)上设有燃烧气加热器(15)，燃烧气加热器(15)通过燃烧气管路a(16)与燃烧罐(26)相连通；燃烧气流通管a(25)一端与混合气加热器(33)的燃烧气加热通道相连通；燃烧气流通管a(25)另一端与燃烧气管路a(16)相通，通过电控通断阀d(24)控制；燃烧气流通管b(28)一端与混合气加热器(33)的燃烧气加热通道相连通，另一端与燃烧罐(26)相连，燃烧罐(26)上设有火花塞(27)；氢-空混合气流通管a(23)一端与混合气加热器(33)的混合气流动...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩睿钰，洪伟，解方喜，陈虹，胡云峰，赵靖华，高金武，苏岩，刘宇，李小平，姜北平，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22
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