[發明專利]燃料電池啟動系統及方法

有效

• 申請號: 201810259062.2
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108470925B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 劉煜;宋彥彬;方明;謝光有
• 申請（專利權）人: 東方電氣（成都）氫燃料電池科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04302
• 分類號: H01M8/04302;H01M8/04029
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 賈年龍

本發明公開了一種燃料電池啟動系統及方法。其中，該燃料電池啟動系統包括：入堆空氣加熱器，電池堆和換熱裝置，其中，入堆空氣加熱器，用于對入堆空氣進行加熱；電池堆，用于被加熱后的入堆空氣進行加熱后，進行發電；換熱裝置，用于將從電池堆排出的出堆空氣與電池堆的冷卻液進行換熱，通過冷卻液為電池堆供熱，完成燃料電池的啟動。本發明解決了低溫環境下燃料電池啟動過程中能量利用率低的技術問題。

技術領域

本發明涉及能量應用技術領域，具體而言，涉及一種燃料電池啟動系統及方法。

背景技術

燃料電池是一種采用電化學反應的方式將燃料中的化學能轉化為電能的發電裝置，其中，質子交換膜燃料電池發電作為新一代發電技術，由于發電過程中不受卡諾循環的限制，能量轉換率高其直接發電效率可達45％，熱電聯供效率可達90％以上，可廣泛應用于備用電源、分布式電站和汽車動力等多個領域。而質子交換膜燃料電池的環境適應性是其能否廣泛商業化應用的重要因素，特別是在交通領域中，如低溫環境下(例如，0℃以下的低溫環境下)的燃料電池冷啟動是目前燃料電池汽車面臨的重要挑戰之一。

燃料電池發電系統要在低溫環境下實現快速啟動，目前常用的方法是在燃料電池系統中加入輔助的電加熱器，由蓄電池為該電加熱器供電，電加熱器直接給進堆空氣加熱后，將加熱后的熱空氣直接送入電池堆中的流道和膜電極表面，迅速使電化學反應位點升溫，同時，若有融化的液態水，熱氣流也將會迅速將其吹出電池堆，該方法是最為簡單快速的冷啟動策略之一。然而，該方法的電池堆加熱后的出堆熱空氣的熱量直接被排出，未被充分利用，造成燃料電池冷啟動過程中能量利用效率偏低。

針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明實施例提供了一種燃料電池啟動系統及方法，以至少解決低溫環境下燃料電池啟動過程中能量利用率低的技術問題。

根據本發明實施例的一個方面，提供了一種燃料電池啟動系統，包括：入堆空氣加熱器，電池堆和換熱裝置，其中，所述入堆空氣加熱器，用于對入堆空氣進行加熱；所述電池堆，用于被加熱后的入堆空氣進行加熱后，進行發電；所述換熱裝置，用于將從所述電池堆排出的出堆空氣與所述電池堆的冷卻液進行換熱，通過所述冷卻液為所述電池堆供熱，完成所述燃料電池的啟動。

可選的，所述換熱裝置包括：換熱盤管，其中，在所述換熱盤管中流動有所述出堆空氣，流動有所述出堆空氣的所述換熱盤管浸至于冷卻液儲箱裝載的所述冷卻液中。

可選的，所述換熱裝置包括：氣液換熱器，其中，所述氣液換熱器用于接收所述出堆空氣，其中，所述出堆空氣在所述氣液換熱器中對所述冷卻液進行加熱。

可選的，所述系統還包括：控制閥，其中，所述控制閥用于控制將所述出堆空氣輸出至所述換熱裝置中，還是直接排出。

可選的，所述系統還包括：控制器，用于根據所述電池堆的溫度，對所述入堆空氣加熱器進行控制，完成所述燃料電池的啟動。

可選的，所述控制器，還用于在所述電池堆的溫度低于第一溫度閾值的情況下，開啟所述入堆空氣加熱器對所述入堆空氣進行加熱；在所述電池堆的溫度高于所述第一溫度閾值以及小于第二溫度閾值的情況下，關閉所述入堆空氣加熱器，停止對所述入堆空氣進行加熱；以及在所述電池堆的溫度高于所述第二溫度閾值的情況下，維持所述入堆空氣加熱器的關閉狀態。

可選的，所述系統還包括：液體泵，其中，所述液體泵用于根據所述控制器發出的控制信號，在所述電池堆的溫度低于所述第二溫度閾值的情況下，執行關閉處理或者以低于額定功率的功率進行運轉；在所述電池堆的溫度高于所述第二溫度閾值的情況下，進行開啟處理或者以所述額定功率進行運轉。