本发明专利技术提供的一种新型车用燃料电池冷启动装置及其控制方法，包括电池堆，电池堆阴极外侧设有阴极气体供应系统，阴极气体供应系统上设有阴极气体加热器，阴极气体加热器电性连接有电源，电源与所诉控制器电性连接，电池堆阳极外侧设有阳极气体供应系统，电池堆内部设置有电加热膜，电加热膜上设置有温湿度感应组件，温湿度感应组件电性连接有控制器，电加热膜与电源电性连接；电池堆运行时，电池堆停机时，阳极气体供应系统用于向电池堆内吹第一干燥气体；阴极气体供应系统用于向电池堆内吹第二干燥气体。本发明专利技术结构简单、集成度高、操作方便，具有很强的实用性和可操作性。具有很强的实用性和可操作性。具有很强的实用性和可操作性。
【技术实现步骤摘要】
一种新型车用燃料电池冷启动装置及其控制方法
[0001]本专利技术涉及燃料电池冷启动领域，具体是一种新型车用燃料电池冷启动装置及其控制方法。
技术介绍
[0002]燃料电池是通过电化学反应将燃料中的化学能里的吉布斯自由能部分转换为电能因为其不受卡罗循环效应的限制，具有较高的热效率。同时受当前传统汽车造成的环境污染、能源短缺等问题的影响，质子交换膜燃料电池(PEMFC)应运而生，质子交换膜燃料电池作为一种新型的动力装置，以其零污染以及功率密度高、负载响应快、能量转化效率高等优点，在电动汽车、固定电站以及移动电源等诸多领域有着广泛的应用前景，然而要将其商业化依然存在诸多阻碍，除了成本高及耐久性能差以外，冷启动困难也成为了制约PEMFC商业化应用的主要障碍之一。
[0003]质子交换膜燃料电池的反应机理是氢气和空气分别通过双极板阴阳极流场的传导进入气体扩散层，然后透过扩散层进入催化层，氢气被阳极催化剂颗粒吸附后分解为质子和电子，质子以水合质子的形式透过质子交换膜到达阴极催化层。电子无法通过质子交换膜，只能从外电路电子负载到达阴极。在阴极催化层处，氧原子、质子和电子在催化剂的作用下发生化学反应生成水。
[0004]燃料电池在环境温度处于冰点以下的启动称为冷启动，冷启动前由于燃料电池的温度低于冰点温度，反应产生的水以及残余的水会迅速冻结，填充催化层或扩散层孔隙，降低甚至中止电池堆的电化学反应，影响电池堆的低温启动性能，同时在启动过程中电池堆升温会使冰融为水，水
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冰的相变反应将会对膜电极组件尤其是催化层造成严重的破坏。此外反复的结冰
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解冻过程还会造成伤害效应的累积，严重影响电池的正常工作和使用寿命。
[0005]传统的冷启动启动方式大多采用辅助启动，如：利用直流电加热电阻通过电阻对电池进行加热、加热冷却液并涉及加热管路、利用热空气吹扫、使燃料在催化层反应加热等，然后这类先预热后充电的冷启动方式存在能耗高、充电时间长、成本高、结构复杂等缺点，且影响动力电池的使用寿命，严重的甚至会引发安全事故，目前提出了一种电池自加热技术，将加热源放置在电池堆内部，直接对电池堆进行加热，该技术具有升温快、耗能低、加热均匀的优点，能够很好的解决电池堆在极寒环境下的冷启动问题，但是高温反应物在电池堆中反应存在着极大的安全隐患。
[0006]同时目前燃料电池的冷启动方式多为单一加热方式，因此需要开发出一种结构简单、安全可靠、能量利用率高、升温迅速、避免出现水
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冰反复相变情况的复合式燃料电池冷启动加热装置。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种新型车用燃料电池冷启动装置及其控制方法，以解决上述问题，达到实现燃料电池快速冷启动，降低电池堆的损耗、延长电池堆的使用寿命、增加
系统冷启动的容错性、增强燃料电池的可靠性和稳定性的目的。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种车用燃料电池冷启动装置，包括电池堆，所述电池堆阴极外侧设有阴极气体供应系统，所述阴极气体供应系统上设有阴极气体加热器，所述阴极气体加热器电性连接有电源，所述电源与所诉控制器电性连接，所述电池堆阳极外侧设有阳极气体供应系统，所述电池堆内部设置有电加热膜，所述电加热膜上设置有温湿度感应组件，所述温湿度感应组件电性连接有控制器，所述电加热膜与所述电源电性连接；
[0009]所述电池堆运行时，所述阳极气体供应系统用于向所述电池堆内供应阳极气体，所述阴极气体供应系统用于向所述电池堆内供应阴极气体；
[0010]所述电池堆停机时，所述阳极气体供应系统用于向所述电池堆内吹第一干燥气体；所述阴极气体供应系统用于向所述电池堆内吹第二干燥气体。
[0011]优选的，所述电加热膜为石墨烯加热膜，所述电加热膜外侧包覆有绝缘防水外膜，所述电加热膜的厚度为20～30μm，所述电加热膜面上开设有若干通气孔，所述通气孔直径为20mm。
[0012]优选的，所述阳极气体为氢气，所述阴极气体为空气；
[0013]所述第一干燥气体为氮气，所述第二干燥气体为空气。
[0014]优选的，所述电池堆包括阳极气体扩散层，所述阳极气体扩散层一侧按序依次设置有阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层阴极气体扩散层；
[0015]所述电加热膜位于所述阴极催化层和所述阴极气体扩散层之间，并平行设置，所述电加热膜与所述电源电性连接。
[0016]优选的，所述温湿度感应组件包括温度传感器、湿度传感器，所述温度传感器、湿度传感器位于所述电加热膜表面，所述温度传感器和所述湿度传感器分别与所述控制器电性连接。
[0017]优选的，所述控制器为整车ECU，所述整车ECU与所述电源、所述温湿度感应组件，所述阳极气体供应系统和所述阴极气体供应系统电性连接。
[0018]优选的，所述电源为车载蓄电池,所述车载蓄电池与所述电加热膜电性连接，所述车载蓄电池与所述控制器电性连接。
[0019]优选的，所述阴极气体加热器为空气加热器，所述空气加热器设置在所述阴极气体供应系统内部，所述阴极气体供应系统内部设有若干个折流板。
[0020]一种车用燃料电池冷启动系统的控制方法，该方法包括开机控制方法和停机控制方法，开机控制方法包括以下步骤：
[0021]S110、获取电池堆内部的实时温度；
[0022]S120、判断当前温度是否小于预设温度；
[0023]如果是则进行如下步骤：
[0024]S130、电池堆内部所述电加热膜通电；
[0025]S140、所述阴极气体加热器通电，所述阴极气体供应系统开机通入热风；
[0026]S150、当温度达到预设开机温度后断开供电，完成冷启动；
[0027]S160、所述阳极气体供应系统供入所述第一干燥气体，所述阴极气体供应系统供入所述第二干燥气体，所述电池堆开始正常工作；
[0028]如果否则进行如下步骤：
[0029]S170、所述阳极气体供应系统供入所述第一干燥气体，所述阴极气体供应系统供入所述第二干燥气体；
[0030]S180、所述电池堆开始工作；
[0031]所述停机控制方法包括以下步骤：
[0032]S210、获取当前外部环境温度；
[0033]S220、判断外部温度是否低于预设值；
[0034]如果是则执行进行如下步骤：
[0035]S230、执行停机吹扫功能；
[0036]S240、第一阶段吹扫，第一阶段的吹扫时间为10min；
[0037]所述阳极气体供应系统吹入第一干燥气体；
[0038]所述阴极气体供应系统吹入第二干燥气体；
[0039]S250、第二阶段吹扫，第二阶段吹扫在第一阶段吹扫结束10min后开始；
[0040]所述阳极气体供应系统吹入第一干燥气体；
[0041]所述阴极气体供应系统吹入第二干燥气体；
[0042]S260、当所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种车用燃料电池冷启动装置，其特征在于：包括电池堆，所述电池堆阴极外侧设有阴极气体供应系统，所述阴极气体供应系统上设有阴极气体加热器，所述阴极气体加热器电性连接有电源，所述电源与所诉控制器电性连接，所述电池堆阳极外侧设有阳极气体供应系统，所述电池堆内部设置有电加热膜(5)，所述电加热膜(5)上设置有温湿度感应组件，所述温湿度感应组件电性连接有控制器，所述电加热膜(5)与所述电源电性连接；所述电池堆运行时，所述阳极气体供应系统用于向所述电池堆内供应阳极气体，所述阴极气体供应系统用于向所述电池堆内供应阴极气体；所述电池堆停机时，所述阳极气体供应系统用于向所述电池堆内吹第一干燥气体；所述阴极气体供应系统用于向所述电池堆内吹第二干燥气体。2.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池冷启动装置，其特征在于：所述电加热膜(5)为石墨烯加热膜，所述电加热膜(5)外侧包覆有绝缘防水外膜，所述电加热膜(5)的厚度为20～30μm，所述电加热膜(5)面上开设有若干通气孔，所述通气孔直径为20mm。3.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池冷启动装置，其特征在于：所述阳极气体为氢气，所述阴极气体为空气；所述第一干燥气体为氮气，所述第二干燥气体为空气。4.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池冷启动装置，其特征在于：所述电池堆包括阳极气体扩散层(1)，所述阳极气体扩散层(1)一侧按序依次设置有阳极催化层(2)、质子交换膜(3)、阴极催化层(4)阴极气体扩散层(6)；所述电加热膜(5)位于所述阴极催化层(4)和所述阴极气体扩散层(6)之间，并平行设置，所述电加热膜(5)与所述电源电性连接。5.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池冷启动装置，其特征在于：所述温湿度感应组件包括温度传感器(7)、湿度传感器(8)，所述温度传感器(7)、湿度传感器(8)位于所述电加热膜(5)表面，所述温度传感器(7)和所述湿度传感器(8)分别与所述控制器电性连接。6.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池冷启动装置，其特征在于：所述控制器为整车ECU，所述整车ECU与所述电源、所述温湿度感应组件，所述阳极气体供应系统和所述阴极气体供应系统电性连接。7.根据权利要求1所述的一种车用燃料电池冷启动装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：闵海涛，撒朗，孙维毅，王鹏宇，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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