[发明专利]一种具有低温冷启动功能的燃料电池系统

说明书

本发明公开了一种具有低温冷启动功能的燃料电池系统，本发明通过三通阀的设置，使得在低温冷启动时，空压机出来的热空气直接绕过中冷器，避免热空气经过中冷器后温度降低过多。同时，本发明通过旁通气路的设置，使得满足空压机出口温度适宜的情况下，则空压机出口流量和压力均大于工况需求，多余的流量通过旁通气路直接到尾排空气气路，而不用经过电堆，从而，在不需要降低背压阀开度的情况下，即可使得电堆入口空气流量满足工况需求，确保空压机不会运行在喘振区，避免空压机流量和压力剧烈波动。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种具有低温冷启动功能的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池系统在低温条件下会因为结冰等问题造成启动困难，无法快速达到正常工作状态。

燃料电池系统在进行低温冷启动时，一般利用加热后的冷却液经过中冷器对空气进行加热。其中利用中冷器对空气进行加热需等到冷却液温度大于0℃以上，导致加热时间长，且中冷器为全金属部件，存在大量的对外换热，能量利用率较低。另外，在电堆冷启动失败后，吹扫所用的空气温度低于零度，存在膜电极内水结冰风险。

比如，公开号为CN112582649A的发明专利申请公开了一种电堆加热装置及燃料电池系统分级控制方法，在空气回路中增加了一个预热阀，预热阀的进口管连接于中冷器的第二出口管，且出口管连接于空压机的进气入口管，通过采用预热阀来调节空压机的出口处的空气循环而进入到空压机中进行加热。然而，该技术方案在低温环境下，由于需要利用中冷器后端的气体对进口的空气进行加热，仍然需要等到中冷器的出口温度＞0℃(低温环境下中冷器出口的空气温度和入口温度基本一样)，这个时间也比较长。空压机出来的空气是热空气，而中冷器会冷却空压机出来的热空气，因此在低温环境下，空压机升高的空气温度在经过中冷器后又会被冷却。

公开号为CN113299949A的发明申请公开了一种具有低温冷启动功能的燃料电池热管理系统及控制方法，其中，虽然在中冷器前增加了三通阀，但未考虑系统在开机阶段，拉载电流小，所需空气流量较小，但为实现空压机出口温度＞0℃或提高至电堆适宜工作温度，则需提高空压机转速和空压机出口压力，但是，在高压比、低流量的情况下，很容易造成空压机喘振，或者在低于-30℃的环境下，空压机出口温度无法达到目标值。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的低温冷启动工况下燃料电池电堆启动速率较慢的问题，提供了一种具有低温冷启动功能的燃料电池系统及低温冷启动控制方法

一种具有低温冷启动功能的燃料电池系统，包括燃料电池电堆，以及用于向所述燃料电池电堆进空气的进空气气路、从所述燃料电池电堆尾排剩余空气的尾排空气气路，所述进空气气路具有空压机，空压机的下游还设有中冷器，所述进空气气路上在空压机和中冷器之间还设有三通阀，所述三通阀的其中两个接口分别用于与空压机的出口和中冷器的进口连通，所述三通阀的第三个接口用于连通中冷器的出口，

所述进空气气路上位于中冷器的下游还设有用于调节进入燃料电池电堆的空气流量的调压阀，所述进空气气路上位于中冷器与调压阀之间还设有一端连通所述进空气气路、另一端连通所述尾排空气气路的旁通气路，所述旁通气路上设有用于调节通过旁通气路进入尾排空气气路的空气流量的旁通阀，

所述尾排空气气路上设有背压阀，所述旁通气路连通尾排空气气路位于背压阀下游的一侧。

优选的，所述旁通气路上位于旁通阀的上游端设有第一空气流量计。第一空气流量计用于实时监测旁通气路的气体流量。

优选的，所述进空气气路上位于调压阀的下游设有用于检测进入燃料电池电堆的空气气压的压力传感器，以及用于检测进入燃料电池电堆的空气温度的温度传感器。