一种燃料电池系统及其控制方法、车辆技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统及其控制方法、车辆，燃料电池系统包括燃料电池电堆、供气系统、电堆冷却系统、控制器以及加热系统；加热系统包括第一加热单元、第一开关单元和第二加热单元；第一加热单元的第一端与燃料电池电堆的正极电连接，第一加热单元的第二端与第一开关单元的第一端电连接；第一开关单元的第二端与第二加热单元的第一端电连接，第二加热单元的第二端与燃料电池电堆的负极电连接；第一加热单元用于加热第一管路内的冷却液；第二加热单元用于加热第二电池部内的至少部分单体电池。本发明专利技术可以使燃料电池电堆在低温环境下使用其产生的电能完成自启动，无需额外的供电电源，从而简化燃料电池系统的结构，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统及其控制方法、车辆


[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控制方法、车辆。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，质子交换膜燃料电池是燃料电池中的一种，具有工作温度低、能量密度高、环境友好等优点，在移动电源、车辆等设备方面具有很好的商业前景。
[0003]但在低温环境中，因燃料电池中的水结冰，导致燃料电池在低温状态下无法正常启动。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种燃料电池系统及其控制方法、车辆，可以使燃料电池电堆在低温环境下使用其产生的电能完成自启动，无需额外的供电电源，从而简化燃料电池系统的结构，降低成本。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种燃料电池系统，燃料电池系统包括：燃料电池电堆、与所述燃料电池电堆的进气口连接的供气系统、与所述燃料电池电堆通过第一管路连接的电堆冷却系统、控制器以及连接在所述燃料电池电堆的正极和负极之间的加热系统；
[0006]所述燃料电池电堆包括第一电池部和第二电池部，所述第一电池部靠近所述燃料电池电堆的进气口，所述第二电池部位于所述第一电池部远离所述进气口的一侧；所述第一电池部和所述第二电池部均包括至少一个单体电池；
[0007]所述加热系统包括第一加热单元、第一开关单元和第二加热单元；所述第一加热单元的第一端与所述燃料电池电堆的正极电连接，所述第一加热单元的第二端与所述第一开关单元的第一端电连接；所述第一开关单元的第二端与所述第二加热单元的第一端电连接，所述第二加热单元的第二端与所述燃料电池电堆的负极电连接；所述第一加热单元用于加热所述第一管路内的冷却液；所述第二加热单元用于加热所述第二电池部内的至少部分单体电池；
[0008]所述控制器与所述第一开关单元的控制端连接，所述控制器用于在所述燃料电池电堆的温度低于第一设定温度时，控制所述供气系统向所述燃料电池电堆的进气口输入氢气和空气、控制所述第一开关单元的第一端与其第二端导通以及控制所述电堆冷却系统内的冷却液在第一管路内流动，在所述第一管路内的冷却液的温度高于第二设定温度时控制所述加热系统与所述燃料电池电堆的正极与负极不导通。
[0009]可选的，所述加热系统还包括第二开关单元；
[0010]所述第二开关单元的第一端与所述第一加热单元的第一端电连接，所述第二开关单元的第二端与所述第一开关单元的第二端电连接，所述第二开关单元的控制端与所述控制器电连接；
[0011]在所述第一开关单元的第一端与其第二端导通时，所述控制器用于在所述燃料电
池电堆中的至少一个单体电池处于反极状态的持续时长超过第一设定时长后，控制所述第一开关单元的第一端与其第二端不导通，同时控制所述第二开关单元的第一端与其第二端导通及所述电堆冷却系统内的冷却液在第一管路内停止流动。
[0012]可选的，在所述第二开关单元的第一端与其第二端导通时，所述控制器用于在所述燃料电池电堆的空气出口处的温度超过第三设定温度时，控制所述第一开关单元的第一端与其第二端导通，同时控制所述第二开关单元的第一端与其第二端不导通及所述电堆冷却系统内的冷却液在第一管路内流动。
[0013]可选的，本实施例提供的燃料电池系统还包括第一温度传感器和第二温度传感器；
[0014]所述第一温度传感器用于检测所述第一管路内的冷却液的温度；
[0015]所述第二温度传感器用于检测所述空气出口处的温度；
[0016]所述控制器与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器电连接，所述控制器用于获取所述冷却液的温度和所述空气出口处的温度。
[0017]可选的，所述第二加热单元包括多个串联连接的加热子单元；所述第二电池部包括多个单体电池；
[0018]所述加热子单元与所述第二电池部内的单体电池一一对应；
[0019]所述加热子单元用于加热其对应的单体电池。
[0020]可选的，所述电堆冷却系统包括冷却泵；
[0021]所述冷却泵用于控制所述冷却液在所述第一管路内流动。
[0022]可选的，所述加热系统还包括保险丝和电阻；
[0023]所述保险丝的第一端与所述第一加热单元的第二端连接，所述保险丝的第二端与所述第一开关单元的第一端连接；
[0024]所述电阻的第一端与所述第一加热单元的第一端连接，所述电阻的第二端与所述第二开关单元的第一端连接。
[0025]可选的，所述第一加热单元包括PCT加热器；
[0026]所述第二加热单元包括加热电阻丝。
[0027]根据本专利技术的另一方面，提供了一种燃料电池系统的控制方法，该控制方法应用于本专利技术任意实施例提供的燃料电池系统；
[0028]所述控制方法包括：
[0029]在所述燃料电池电堆的温度低于第一设定温度时，控制所述供气系统向所述燃料电池电堆的进气口输入氢气和空气、控制所述第一开关单元的第一端与其第二端导通以及控制所述电堆冷却系统内的冷却液在第一管路内流动，在所述第一管路内的冷却液的温度高于第二设定温度时控制所述加热系统与所述燃料电池电堆的正极与负极不导通。
[0030]根据本专利技术的另一方面，提供了一种车辆，该车辆包括本专利技术任意实施例提供的燃料电池系统。
[0031]本实施例提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统中的加热系统连接在燃料电池电堆的正极和负极之间。加热系统中的第一加热单元可以加热第一管路内的冷却液，加热系统中的第二加热单元可以对燃料电池电堆中第二电池部的部分单体电池进行加热，其中，燃料电池电堆的第二电池部位于第一电池部远离进气口的一侧，燃料电池电堆中的第
一电池部靠近进气口。在燃料电池电堆的温度低于第一设定温度时，控制器控制冷却液在第一管路内流动，同时控制第一加热单元和第二加热单元工作，使第一加热单元加热冷却液，第二加热单元加热第二电池部的部分单体电池，直到燃料电池电堆完成自启动，即直到冷却液的温度高于第二设定温度。在冷却液的温度高于第二设定温度后，控制器控制第一加热单元和第二加热单元停止工作。本实施例提供的燃料电池系统可以使燃料电池电堆在低温环境下完成自启动，且燃料电池系统中的加热系统使用燃料电池电堆产生的电能便可正常工作，无需额外的供电电源。综上，本实施例提供的燃料电池系统，可以使燃料电池电堆在低温环境下使用其产生的电能完成自启动，无需额外的供电电源，从而简化燃料电池系统的结构，降低成本。
[0032]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：燃料电池电堆、与所述燃料电池电堆的进气口连接的供气系统、与所述燃料电池电堆通过第一管路连接的电堆冷却系统、控制器以及连接在所述燃料电池电堆的正极和负极之间的加热系统；所述燃料电池电堆包括第一电池部和第二电池部，所述第一电池部靠近所述燃料电池电堆的进气口，所述第二电池部位于所述第一电池部远离所述进气口的一侧；所述第一电池部和所述第二电池部均包括至少一个单体电池；所述加热系统包括第一加热单元、第一开关单元和第二加热单元；所述第一加热单元的第一端与所述燃料电池电堆的正极电连接，所述第一加热单元的第二端与所述第一开关单元的第一端电连接；所述第一开关单元的第二端与所述第二加热单元的第一端电连接，所述第二加热单元的第二端与所述燃料电池电堆的负极电连接；所述第一加热单元用于加热所述第一管路内的冷却液；所述第二加热单元用于加热所述第二电池部内的至少部分单体电池；所述控制器与所述第一开关单元的控制端连接，所述控制器用于在所述燃料电池电堆的温度低于第一设定温度时，控制所述供气系统向所述燃料电池电堆的进气口输入氢气和空气、控制所述第一开关单元的第一端与其第二端导通以及控制所述电堆冷却系统内的冷却液在第一管路内流动，在所述第一管路内的冷却液的温度高于第二设定温度时控制所述加热系统与所述燃料电池电堆的正极与负极不导通。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述加热系统还包括第二开关单元；所述第二开关单元的第一端与所述第一加热单元的第一端电连接，所述第二开关单元的第二端与所述第一开关单元的第二端电连接，所述第二开关单元的控制端与所述控制器电连接；在所述第一开关单元的第一端与其第二端导通时，所述控制器用于在所述燃料电池电堆中的至少一个单体电池处于反极状态的持续时长超过第一设定时长后，控制所述第一开关单元的第一端与其第二端不导通，同时控制所述第二开关单元的第一端与其第二端导通及所述电堆冷却系统内的冷却液在第一管路内停止流动。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述第二开关单元的第一端与其第二端导通时，所述控制器用于在所述燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：时保帆，乔兴年，唐亮，任伟，杨佳超，王新亮，谢超，孙玉玲，
申请(专利权)人：山东国创燃料电池技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：