[发明专利]一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统

说明书

本发明公开一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统，系统包括的气体混合器将通过空气三通阀输入的一路空气，以及储氢罐输入的一路氢气进行混合，得到包含氢气和氧气的混合气体，将混合气体输出到燃料电池的阳极催化层，一部分氢气与氧气发生催化反应，产生额外的热量，提供给低温状态下的燃料电池，辅助冷启动，使其获得更高的升温速率，进而减少了启动时间和能量消耗，以及减少了电极材料损耗。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统。

背景技术

作为电动汽车的动力来源的燃料电池有多种类型。质子交换膜燃料电池具有噪音低、能量转换效率高、无环境污染等优点，是电动汽车的理想电源之一。质子交换膜燃料电池是一种产生氢离子的燃料与氧气或空气等含氧化性气体发生电化学反应而产生电能的装置。质子交换膜燃料电池从0℃以下低温环境中启动(冷启动)的性能，是其在汽车中应用所必须面对的主要挑战之一。

现有的质子交换膜燃料电池的冷启动方案，通常涉及到需要消耗大量的额外能量，并且启动时间较长，不利于在汽车上的应用。现有冷启动方案主要有两种。第一种方案是不借助辅助设备，通过在冷启动阶段使质子交换膜燃料电池工作在高电流，低电压负荷状态下，利用电流产热，加热电池，这种方案的缺陷在于，加热效率低，并且低温工作于高电流工况会对电极材料造成额外损耗；第二种方案是质子交换膜燃料电池上增加电加热装置，利用另外的电源，比如车载动力电池，在冷启动前对质子交换膜燃料电池进行电加热，这种方法的缺陷在于额外的能耗大，并且是从外部加热，时间较长。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统，欲实现减少启动时间和能量消耗，以及减少电极材料损耗的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种燃料电池的冷启动控制系统，包括：空气三通阀、气体混合器、控制器、以及分别与所述控制器连接的空气单向阀和温度传感器；

所述空气三通阀包括一个进气孔和两个出气孔，所述进气孔通过管路连接空气压缩机，一个出气孔通过第一管路连接燃料电池的阴极催化层，另一个出气孔通过第二管路连接所述气体混合器的第一进气孔；

所述气体混合器的第二进气孔通过第三管路连接储氢罐；

所述空气单向阀设置在第二管路，用于使空气只能从所述空气三通阀流向所述气体混合器；

所述气体混合器的出气孔通过第四管路连接所述燃料电池的阳极催化层；

所述温度传感器，用于检测所述阳极催化层的温度；

所述控制器，用于根据用户选择的启动方式以及所述温度传感器的检测数据，控制所述空气单向阀的开度。

一种燃料电池的冷启动控制方法，应用于上述系统中的控制器，所述方法包括：

获取用户选择的启动方式，所述启动方式包括普通启动方式和快速启动方式；

获取阳极催化层的温度；

根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式；

获取燃料电池的质子交换膜中的水含量

根据所述阳极催化层的温度、所述质子交换膜中的水含量、以及确定的所述启动模式，计算得到阳极混入空气的目标体积分数；

根据所述目标体积分数，计算得到所述空气单向阀的目标开度；

控制所述空气单向阀的开度为所述目标开度。

一种燃料电池的冷启动控制装置，应用于上述的控制器，所述装置包括：