[發明專利]一種氫燃料電池啟動系統及方法

在審

• 申請號: 201710169626.9
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106898796A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 周澤鑫;包孟嘉;周科
• 申請（專利權）人: 浙江瀚廣新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04029
• 分類號: H01M8/04029;H01M8/04701
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司11250
• 代理人: 馬永芬

技術領域

本發明涉及應用電池技術領域，具體涉及一種氫燃料電池啟動系統及方法。

背景技術

氫/空質子交換膜燃料電池的原理是利用原電池反應(氧化還原反應)時電子的得失形成電子的定向移動從而形成電流，反應的產物包括電能，熱能以及水。目前的氫燃料電池系統中，由于催化劑特性，需要在電堆內部保持60℃-80℃的溫度以保證鉑催化劑的最大催化效率。由于此溫度高于一般的環境溫度，燃料電池需要利用反應產生的這部分熱能將燃料電池電堆溫度提升上來。在高溫時，需要專門的水道和散熱系統進行冷卻。

然而在氫燃料電池啟動階段，由于電堆溫度沒有達到工作適宜條件，催化劑活性偏低，膜片導電性能差，氫燃料電池反應不劇烈，產生的熱能和水都不多，導致氫燃料電池在啟動之后，無法快速的進入高效率穩態輸出狀態。特別是在北方低溫環境下啟動時，這一問題更加突出。

燃料電池由于膜片特性造成電堆輸出電量電壓相對不高，在許多應用領域包括汽車、航空、備用電源等，都無法直接進行供電，一般需要先接入一個升壓DC/DC，對電能進行升壓從而滿足外接負載的需求。然而在啟動階段，燃料電池反應不劇烈，輸出功率小(電壓電流都小)，不能帶動升壓DC/DC工作，形成有效的電流輸出。但是，電堆啟動階段又需要電量的有效輸出，才能完成啟動，并利用此階段的反應來建立電堆膜片的濕度、溫度等適宜工作條件。所以氫燃料電池啟動階段的電量無法推動升壓DC/DC工作。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種氫燃料電池啟動系統及方法，以解決現有技術中氫燃料電池啟動階段不能快速達到適宜條件，電堆溫度較低，導致電堆啟動時間長，升壓DC/DC輸出困難的問題。

為此，本發明實施例提供了如下技術方案：

根據本發明實施例的一個方面，提供了一種氫燃料電池啟動系統，包括：水管路；所述水管路與氫燃料電池電堆的冷卻水路串聯，與所述氫燃料電池電堆的外部散熱系統并聯；所述水管路中設置有電加熱器，在氫燃料電池啟動進入工作狀態時，所述電加熱器接入所述氫燃料電池電堆發出的電能進行加熱，進而加熱所述水管路的水道，通過循環水道加熱所述氫燃料電池電堆；所述水管路還設置有用于控制所述水管路導通或者斷開的電磁閥。

可選地，氫燃料電池啟動系統還包括：第一繼電器，連接至所述電加熱器，用于控制所述電加熱器接入所述氫燃料電池電堆發出的電能或者斷開從所述氫燃料電池電堆接收電能。

可選地，氫燃料電池啟動系統還包括：溫度傳感器，用于采集所述氫燃料電池電堆的溫度；燃料電池控制器，連接至所述溫度傳感器，用于接收所述氫燃料電池電堆的溫度，在循環水道對所述氫燃料電池電堆加熱預定時間之后，在所述氫燃料電池電堆的溫度大于第一預定閾值時，斷開所述第一繼電器，并且向升壓DC/DC發送啟動信號。

可選地，所述燃料電池控制器還用于在向所述升壓DC/DC發送啟動信號的同時，控制閉合所述電磁閥，使得所述氫燃料電池電堆的冷卻水道與所述氫燃料電池電堆的外部散熱系統的散熱水道相通。

可選地，在所述氫燃料電池電堆的溫度小于第二預定閾值時，通過輔助蓄電池組為所述電加熱器進行加熱，進而加熱所述水管路的水道，通過循環水道加熱所述氫燃料電池電堆。

可選地，氫燃料電池啟動系統還包括：第二繼電器，連接至所述電加熱器，用于控制所述電加熱器與所述輔助蓄電池之間的導通或者斷開。

可選地，氫燃料電池啟動系統還包括：溫度傳感器，用于采集所述氫燃料電池電堆的溫度；燃料電池控制器，連接至所述溫度傳感器，用于接收所述氫燃料電池電堆的溫度，在循環水道對所述氫燃料電池電堆加熱預定時間之后，在所述氫燃料電池電堆的溫度大于第三預定閾值時，斷開所述第二繼電器，并且向電堆發送啟動信號。

根據本發明實施例的另一個方面，還提供了一種氫燃料電池啟動方法，包括：獲取所述氫燃料電池電堆的溫度；判斷所述氫燃料電池電堆的溫度小于第一閾值的情況下，控制電加熱器為水路管加熱，進而加熱所述水管路的水道，通過循環水道加熱所述氫燃料電池電堆；其中，所述電加熱器的電能來自于所述氫燃料電池電堆發出的電能；所述電加熱器設置在所述水管路上，所述水管路與氫燃料電池電堆的冷卻水路串聯，與所述氫燃料電池電堆的外部散熱系統并聯。