[发明专利]一种燃料电池的冷启动方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池的冷启动方法，冷启动方法运行于冷却系统上，冷却系统包括电堆、主水泵、旁通水泵、散热器和单向阀，电堆包括冷却液入口和冷却液出口，电堆的冷却液出口、主水泵、散热器、单向阀和电堆的冷却液入口依次连接；旁通水泵一端连接电堆的冷却液出口、另一端连接电堆的冷却液入口；旁通水泵用于：燃料电池进行冷启动过程时，关闭主水泵、散热器和单向阀，开启旁通水泵以第一转速运行且旁通水泵按设定频率正反交替运转。本发明能够缩短燃料电池的冷启动时间，并提高冷启动效率和成功率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池的冷启动方法。

背景技术

由于现有的质子交换膜燃料电池在工作的时候会产生热量，因此，现有的质子交换膜燃料电池都会设置一个冷却系统，冷却系统的作用是将质子交换膜燃料电池工作中产生的热量带走，并将质子交换膜燃料电池维持在一个最理想的温度状态下。另外，质子交换膜燃料电池在寒冷的天气下，需要对质子交换膜燃料电池在启动时进行冷启动处理，使得质子交换膜燃料电池能够快速地进入最理想的发电状态。

目前质子交换膜燃料电池的冷启动问题仍存在改善的空间，冷启动过程中冷却系统的控制有重要影响。在冰点温度以下，燃料电池通过降低发电效率来增加产生的废热，以加热电堆并尽快使之达到冰点温度以上，该过程中冷却系统维持一定冷却液循环流量使电堆整体均匀升温，防止局部过热，但是电堆冷却液进出口仍会存在较大温差，影响电堆启动性能，除此之外，冷却液循环流动使得需要加热的冷却液体积较大，从而降低了电堆的升温速率，延长了电堆达到冰点温度以上的时间，严重时会导致冷启动失败。

基于以上原因，燃料电池冷却系统和针对冷启动的控制方法还存在优化空间。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一，提供一种燃料电池的冷启动方法，能够缩短燃料电池的冷启动时间，并提高冷启动效率和成功率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池的冷却系统，包括电堆、主水泵、散热器和单向阀，所述电堆包括冷却液入口和冷却液出口，电堆的冷却液出口、主水泵、散热器、单向阀和电堆的冷却液入口依次连接；所述冷却系统还包括旁通水泵，所述旁通水泵一端连接电堆的冷却液出口、另一端连接电堆的冷却液入口；

所述旁通水泵用于：燃料电池进行冷启动过程时，关闭主水泵、散热器和单向阀，开启旁通水泵以第一转速运行且旁通水泵按设定频率正反交替运转。

本发明另一目的是提供一种燃料电池的冷启动方法，其运行于所述一种燃料电池的冷却系统上，包括以下步骤：

在燃料电池启动前，检测冷却液入口起始温度和冷却液出口起始温度，计算电堆起始温度T1=冷却液入口起始温度和冷却液出口起始温度的平均温度；

判定电堆起始温度T1是否小于等于0℃，若起始温度T1大于0℃，则进入燃料电池的常温启动过程；若起始温度T1小于等于0℃，则燃料电池进入冷启动过程；

燃料电池进入冷启动第一阶段：关闭主水泵、散热器和单向阀，开启旁通水泵以第一转速运行且旁通水泵按设定频率正反交替运转；对电堆进行电流拉载，使电堆电压处于低位状态；

实时检测冷却液入口温度和冷却液出口温度，并计算电堆的实时平均温度=冷却液入口温度和冷却液出口温度之间的平均温度；当电堆的实时平均温度达到T2时，燃料电池进入冷启动第二阶段：降低电堆拉载电流，使得电堆电压提升至第二电压状态；停止旁通水泵以第一转速正反交替运转，使旁通水泵以第二转速正向运转；

当电堆的实时平均温度达到T3时，燃料电池进入冷启动第三阶段：恢复电堆电压至正常电压状态；启动主水泵、散热器和单向阀；经过设定时间后，停止旁通水泵运转；当电堆温度达到正常运行温度T4后，冷启动过程完成。