[发明专利]一种燃料电池低温启动分级预热控制方法

摘要

本发明公开了一种燃料电池低温启动分级预热控制方法。包括电堆、测量电堆温度的传感器、燃料供给系统、氧化剂供给系、冷却介质循环系统、电堆功率输出电路、外热源加热系统、内热源加热系统以及总控制系统；其中，所述外热源加热系统利用加热丝对电堆直接加热或冷却介质升温后循环加热电堆或空气升温后加热电堆的方式；所述内热源加热系统利用电堆电化学反应产生的热或者利用氢氧在电堆内部的催化燃烧产生的热。本发明基于过冷度和受多孔介质材料组份以及微孔结构影响的液态水结冰的诱导时间的变化关系，根据燃料电池低温启动的环境温度，确定电堆的预热方式，确保电堆安全、快速、高效启动，延长电堆耐久性。

主权项

1.一种燃料电池系统的低温启动分级预热控制方法，所述燃料电池系统包括电堆、测量电堆温度的传感器、燃料供给系统、氧化剂供给系统、冷却介质循环系统、电堆功率输出电路、外热源加热系统、内热源加热系统以及总控制系统；其中，所述外热源加热系统利用加热丝对电堆直接加热或冷却介质升温后循环加热电堆或空气升温后加热电堆的方式；所述内热源加热系统利用电堆电化学反应产生的热或者利用氢氧在电堆内部的催化燃烧产生的热；其特征在于包括以下步骤：1)根据电堆MEA材料的特性，测定MEA中水结晶过冷度和诱导时间之间的关系图；通过差示扫描量热法，在一定的过冷度下，测定出MEA的热流率、温度随时间的变化曲线，然后通过这个曲线得出此过冷度下的诱导时间，最后求出不同过冷度下对应的诱导时间，得出MEA中水结晶过冷度和诱导时间之间的关系图；同时计算电堆热容；2)通过温度传感器检测电堆温度T℃，计算电堆过冷度△T℃，其中△T＝0‑T；根据过冷度△T以及过冷度和诱导时间的关系图，确定诱导时间τ；3)由电堆的MEA的材料特性及系统启动时间，确定预热分级温度T₀℃，△T₀＝0‑T₀；其中T₀在‑15℃到‑25℃之间；当△T≥△T₀时，利用外热源加热系统对电堆进行初级预热升温；并根据启动时间t要求、电堆热容和诱导时间τ的大小，确定预热强度；当△T＜△T₀时，利用内热源加热系统使得电堆温度升高；4)电堆逐渐加载和升温，各子系统逐渐投入运行，最后至正常运行状态。