燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车技术方案

本发明专利技术公开一种燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车，该燃料电池系统包括燃料电池电堆、空气供应系统和氢气供应系统，空气供应系统包括空气压缩机和中冷器，还包括：气体换热器设置在氢气供应系统与燃料电池电堆的阳极气体入口之间；第一控制阀的一端与空气压缩机的出气口相连，另一端与气体换热器相连；第二控制阀的一端与中冷器的出气口相连，另一端与气体换热器相连；加热控制器与第一控制阀和第二控制阀相连，用于控制第一控制阀和第二控制阀工作。该燃料电池系统可使燃料电池电堆获取温度较高的阳极气体，提高化学反应速率，缩短燃料电池的启动时间，使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需增加额外功耗。外功耗。外功耗。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车。

技术介绍

[0002]燃料电池系统是一种能够将氢气和空气反应，产生电能的发电系统。当前燃料电池系统在低温环境下的性能较差，例如，在低温环境下，燃料电池的冷启动时间较长，影响燃料电池性能。因此，需对燃料电池电堆、阳极气体(即氢气)和阴极气体(即空气中的氧气)进行加热，以提高低温环境下燃料电池的性能。
[0003]现有燃料电池系统一般通过在冷却回路中增加PTC加热器，提高冷却回路中冷却液的温度来缩短冷启动时间，这种方式存在功耗大的问题；或者利用空气压缩机压缩后的高温空气加热燃料电池电堆，这种方式存在加热效率低且无法快速升温，导致冷启动时间较长的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车，以解决现有燃料电池系统在低温环境下性能较差的问题。
[0005]本专利技术提供一种燃料电池系统，包括燃料电池电堆、空气供应系统和氢气供应系统，所述空气供应系统包括空气压缩机和中冷器，所述空气压缩机的出气口与所述中冷器的进气口相连，所述中冷器的出气口与所述燃料电池电堆的阴极气体入口相连，所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口和阳极气体出口相连；还包括加热控制器和气体加热回路，所述气体加热回路包括气体换热器、第一控制阀和第二控制阀；所述气体换热器设置在所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口之间；所述第一控制阀的一端与所述空气压缩机的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述第二控制阀的一端与所述中冷器的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述加热控制器与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，用于控制所述第一控制阀和所述第二控制阀工作。
[0006]优选地，所述加热控制器被配置为：获取当前状态数据，根据所述当前状态数据确定当前工作模式；依据所述当前工作模式，控制所述第一控制阀和第二控制阀的开启或关闭。
[0007]优选地，所述加热控制器被配置为：在所述当前工作模式为冷启动模式时，控制所述第一控制阀开启并控制所述第二控制阀关闭；
[0008]或者，在所述当前工作模式为普通启动模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启；
[0009]或者，在所述当前工作模式为正常运行模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启。
[0010]优选地，所述空气供应系统还包括空气滤清器，所述空气滤清器的出气口与所述
空气压缩机的进气口相连；所述燃料电池系统还包括与所述加热控制器相连的温度传感器，所述温度传感器设置在所述空气滤清器的进气口位置或者出气口位置。
[0011]优选地，所述气体换热器包括第一气体换热腔和第二气体换热腔；所述第一气体换热腔的第一气体入口与所述氢气供应系统相连，所述第一气体换热腔的第一气体出口与所述燃料电池电堆的阳极气体入口相连；所述第二气体换热腔的第二气体入口与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，所述第二气体换热腔的第二气体出口与尾气排放管相连。
[0012]优选地，所述氢气供应系统包括供氢装置和氢循环泵；所述供氢装置的出气口与所述气体换热器相连；所述氢循环泵的一端与所述燃料电池电堆的阳极气体出口相连，另一端与所述气体换热器相连。
[0013]本专利技术提供一种燃料电池系统加热控制方法，应用在上述燃料电池系统中，所述燃料电池系统加热控制方法包括加热控制器执行的如下步骤：
[0014]获取当前状态数据；
[0015]根据所述当前状态数据，确定当前工作模式，所述当前工作模式为冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式中的一种；
[0016]依据所述当前工作模式，控制第一控制阀和第二控制阀工作。
[0017]优选地，所述根据所述当前状态数据，确定当前工作模式，包括：
[0018]若所述当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度小于预设温度阈值，则确定所述当前工作模式为冷启动模式；
[0019]若所述当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度不小于预设温度阈值，则确定所述当前工作模式为普通启动模式；
[0020]若所述当前状态数据为监测到启动成功，则确定所述当前工作模式为正常运行模式。
[0021]优选地，所述依据所述当前工作模式，控制第一控制阀和第二控制阀工作，包括：
[0022]若所述当前工作模式为冷启动模式，则控制所述第一控制阀开启并控制所述第二控制阀关闭；
[0023]若所述当前工作模式为普通启动模式，则控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启；
[0024]若所述当前工作模式为正常运行模式，则控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启。
[0025]本专利技术实施例提供一种燃料电池汽车，包括上述燃料电池系统。
[0026]本专利技术实施例提供燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车，加热控制器可控制第一控制阀和第二控制阀的开启和关闭，以将不同温度的高温空气传输至气体换热器中，对传输至气体换热器的室温氢气进行加热，再将加热后的高温氢气通过阳极气体入口传输至燃料电池电堆，以使燃料电池电堆可获取温度较高的阳极气体，利用温度较高的阳极气体与阴极气体进行化学反应，有助于提高阳极气体与阴极气体之间进行化学反应的速率，缩短燃料电池的启动时间，并可使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需增加额外功耗。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术一实施例中燃料电池系统的一示意图；
[0029]图2是本专利技术一实施例中燃料电池系统加热控制方法的一流程图。
[0030]图中：10、燃料电池电堆；20、空气供应系统；21、空气压缩机；22、中冷器；23、空气滤清器；30、氢气供应系统；31、供氢装置；32、氢循环泵；40、气体加热回路；41、气体换热器；42、第一控制阀；43、第二控制阀。
具体实施方式
[0031]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，包括燃料电池电堆、空气供应系统和氢气供应系统，所述空气供应系统包括空气压缩机和中冷器，所述空气压缩机的出气口与所述中冷器的进气口相连，所述中冷器的出气口与所述燃料电池电堆的阴极气体入口相连，所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口和阳极气体出口相连；其特征在于，还包括加热控制器和气体加热回路，所述气体加热回路包括气体换热器、第一控制阀和第二控制阀；所述气体换热器设置在所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口之间；所述第一控制阀的一端与所述空气压缩机的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述第二控制阀的一端与所述中冷器的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述加热控制器与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，用于控制所述第一控制阀和所述第二控制阀工作。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述加热控制器被配置为：获取当前状态数据，根据所述当前状态数据确定当前工作模式；依据所述当前工作模式，控制所述第一控制阀和第二控制阀的开启或关闭。3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述加热控制器被配置为：在所述当前工作模式为冷启动模式时，控制所述第一控制阀开启并控制所述第二控制阀关闭；或者，在所述当前工作模式为普通启动模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启；或者，在所述当前工作模式为正常运行模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启。4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空气供应系统还包括空气滤清器，所述空气滤清器的出气口与所述空气压缩机的进气口相连；所述燃料电池系统还包括与所述加热控制器相连的温度传感器，所述温度传感器设置在所述空气滤清器的进气口位置或者出气口位置。5.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述气体换热器包括第一气体换热腔和第二气体换热腔；所述第一气体换热腔的第一气体入口与所述氢气供应系统相连，所述第一气...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾夏，周飞鲲，李剑铮，朱凤强，卢家伦，
申请(专利权)人：广州汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：