[发明专利]一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统及控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，用于加速车用燃料电池的低温启动，包括传感器组件、燃料电池电堆(10)、出口背压阀(6)以及依次通过管道连接的空气过滤器(1)、空压机(4)、中冷器(5)和加湿器(7)，所述的加湿器(7)分别与出口背压阀(6)以及燃料电池电堆(10)的进口和出口通过管道连接，其特征在于，该系统还包括加热器(14)、设置于空气过滤器(1)和空压机(4)之间的入口三通阀(2)和设置于加湿器(7)与燃料电池电堆(10)出口之间的出口三通阀(13)，所述的入口三通阀(2)与出口三通阀(13)通过管道连接，且加热器(14)设置于入口三通阀(2)与出口三通阀(13)之间；

该系统还包括蓄电池(15)，所述的加热器(14)和空压机(4)分别与燃料电池电堆(10)和蓄电池(15)电连接；

当燃料电池电堆温度T₁低于0℃时低温启动燃料电池，低温启动燃料电池时依次包括预热阶段和正常启动阶段；

当该系统处于预热阶段时，所述的加热器(14)工作，所述的入口三通阀(2)和出口三通阀(13)的全部端口打开，所述的中冷器(5)、加湿器(7)和出口背压阀(6)关闭，空气排出燃料电池电堆(10)并通过加热器(14)加热后，在入口三通阀(2)处与外部通入空气混合，形成热空气，最后空压机(4)向燃料电池电堆(10)鼓入热空气，对燃料电池电堆(10)加热，实现循环回流，并通过调节加热器(14)、空压机(4)、入口三通阀(2)和出口三通阀(13)，控制入堆空气温度T₂、含氧量和化学计量比λ在设定范围内，预热阶段中，当蓄电池SOC≥40％时，所述的蓄电池(15)为加热器(14)和空压机(4)供电，当蓄电池SOC＜40％时，所述的燃料电池电堆(10)为加热器(14)和空压机(4)供电；

当该系统处于正常启动阶段时，所述的加热器(14)停止工作，所述的入口三通阀(2)和出口三通阀(13)与加热器(14)相连的端口关闭，燃料电池电堆(10)正常启动，空气排出燃料电池电堆(10)后通过加湿器(7)和出口背压阀(6)排至大气，所述的加湿器(7)为入堆气体加湿，所述的中冷器(5)降低燃料电池电堆(10)入口的温度，所述的出口背压阀(6)调节入堆空气的压力。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，所述的传感器组件包括设置于管道上的质量流量传感器(3)、电堆进口温度传感器(8)和电堆进口压力传感器(9)以及设置于燃料电池电堆(10)上的电堆温度传感器(11)。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，所述的质量流量传感器(3)设置于入口三通阀(2)与空压机(4)之间，所述的电堆进口温度传感器(8)和电堆进口压力传感器(9)分别设置于加湿器(7)与燃料电池电堆(10)进口之间。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，所述的入口三通阀(2)包括a端口、b端口和c端口，其a端口与空气过滤器(1)连接，b端口与空压机(4)连接，c端口与加热器(14)连接，所述的出口三通阀(13)包括d端口、e端口和f端口，其d端口与加热器(14)连接，e端口与燃料电池电堆(10)连接，f端口与加湿器(7)连接。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，该系统启动燃料电池时，包括预热阶段和正常启动阶段，当电堆温度传感器(11)检测燃料电池电堆温度T1低于0℃时，该系统进入预热阶段；当电堆温度传感器(11)检测燃料电池电堆温度T1大于等于0℃时，该系统进入正常启动阶段。