CN109921065A - 一种燃料电池冷启动系统及冷启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池冷启动系统及冷启动控制方法，所述的燃料电池冷启动控制方法是在氢气路系统和冷却回路系统分别安装温度检测单元和电加热单元，温度检测单元检测氢气路系统和冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在氢气路系统和冷却回路系统上的电加热单元通电加热,直到氢气路系统和冷却回路系统的温度达到预定温度后才启动燃料电池。它采用高效的控制技术实效最低功耗的冷启动，启动速度快，无需长时间冷启动等待，结构紧凑，易于实现，生产及组装成本极低；售后维护简单方便。

Description

一种燃料电池冷启动系统及冷启动控制方法

技术领域：

本发明涉及一种燃料电池冷启动系统及冷启动控制方法。

背景技术：

质子交换膜燃料电池是一种能把存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，进行化学反应的装置我们常称“电堆”或者“电堆模块”，只要在阳极侧和阴极侧不断的供给燃料(一般为氢气)和氧化剂(一般为空气)，它就可以通过氧化还原反应，不断地对外输出电能。与一般的充电电池(例如锂电池)不同的是，单纯的一个燃料电池或燃料电池电堆单元是不能工作的，它需要一套复杂的辅助系统与其配合，构成一个燃料电池发电系统才能对外发电。一个典型的燃料电池发电系统，在除了燃料电池电堆外，一般还包括氢气供应质子交换膜燃料电池是一种能把存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置.只要在阳极侧和阴极侧不断的供给燃料 (一般为氢气)和氧化剂(一般为空气)，它就可以通过氧化还原反应，不断地对外输出电能。与一般的充电电池(例如锂电池)不同的是，单纯的一个燃料电池或燃料电池电堆单元是不能工作的，它需要一套复杂的辅助系统与其配合，构成一个燃料电池发电系统才能对外发电。一个典型的燃料电池发电系统，在除了燃料电池电堆外，一般还包括氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统以及电管理和控制子系统等。

氢气路系统是燃料电池发电系统的一个重要子系统之一，为燃料电池发电提供具有一定压力和流量的所需氢气。如图1所示，供氢装置一般通过储氢设备和一系列的减压装置，将氢气输送进入电堆参与反应，氢气压力由装在电堆入口处的氢气压力传感器进行实时测量。为了提高氢气利用率和电堆运行安全性，反应剩余氢气一般不直接排入大气，而是通过使用一个回氢泵，将氢气回路上未反应的氢气从燃料电池电堆阳极侧出口直接泵回阳极侧入口，与入口处新鲜注入的反应气汇合后进入燃料电池重新参加反应。燃料电池在正常使用过程中，电堆阴极侧反应空气中的氮气和反应后的生成水，由于浓度差异，会通过质子交换膜不断的向阳极侧扩散，导致阳极侧氢气的有效浓度不断的降低，影响反应速率和电堆性能。在系统设计中，一般会在电堆阳极侧出口管路上增设一个电磁吹扫阀根据系统控制设计需求，会周期性的开启与关闭，将氢气回路中的部分氢气、氮气和水周期性的向大气排放，防止氮气和水在氢气回路中的不断积聚。

当外界环境温度低于冰点，燃料电池系统关闭时，附着在氢气路系统上液态水凝结成冰，流道被堵，燃料电池发电系统冷启动期间不能正常工作，直至流道上的固态冰融化。才能正常启动，否则整个系统无法正常冷启动及运行，有待改进。另外，冷却回路系统也会因外界环境温度太低无法正常启动，空气路系统也会因外界环境温度太低供应的空气温度太低，影响燃料电池的工作。在低温环境下，关闭电池反应堆后残留在燃料电池质子交换膜上的水将会结冰，进而破坏燃料电池质子交换膜。同时燃料电池的最佳工作温度在60℃-70℃之间，在低温状态下燃料电池的可靠性不足，在低温冷启动时启动的等待时间过长，无法快速提高燃料电池温度，将会严重影响燃料电池的效率。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种燃料电池冷启动系统，能避免燃料电池在较冷地区冷启动可靠性差且不能快速启动的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种燃料电池冷启动控制方法，它解决燃料电池在较冷地区冷启动可靠性差且不能快速启动的技术问题。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种燃料电池冷启动系统，包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和/或冷却回路系统安装若干个温度传感器和若干个电加热单元，温度传感器检测氢气路系统和/或冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在氢气路系统和/或冷却回路系统上的电加热单元通断电。

上述所述的所述的氢气路系统中部件包括进氢集成歧块、回氢泵和吹扫阀，所述的若干个温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述的电加热单元包括第一电热板、第二电热板和第三电热板，所述的第一温度传感器和第一电热板安装在进氢集成歧块上，所述的第二温度传感器和第二电热板安装在回氢泵上，所述的第三温度传感器和第三电热板安装在吹扫阀上。

上述的进氢集成歧块包括歧块、截止阀、比例调节阀、压力传感器和泄压阀；其中截止阀，用于控制氢气入口的通断；比例调节阀，用于控制氢气路的压力；压力传感器，用于检测氢气路的压力；泄压阀，用于保护电堆不被高压损坏；歧块集成截止阀、比例调节阀、压力传感器、泄压阀于一体；第一温度传感器用于检测进氢集成歧块的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在进氢集成歧块上的第一电热板通断电。

上述的歧块内部的多条通道连接安装截止阀、比例调节阀、压力传感器、泄压阀，对氢气在入口端进行通断、调节、压力监控及安全保护，控制进入电堆入口的氢气；歧块的底部安装第一电热板用于低温启动加热，顶部安装第一温度传感器实时检测温度情况。

上述所述的回氢泵连接电堆的氢气出口端和氢气入口端，对氢气出口端的未进行反应的氢气进行再加压返回电堆的氢气入口端；回氢泵底部安装第二电热板，用于低温启动加热；回氢泵底部还安装第二温度传感器实时检测回氢泵温度情况。

上述所述的吹扫阀两侧及底部安装第三电热板用于低温启动加热；侧面安装第三温度传感器实时检测吹扫阀温度情况。

上述所述的所述的冷却回路系统对电堆进行降温，所述冷却回路系统包括穿过电池反应堆的冷却管道、水泵、散热器以及恒温三通阀，电加热单元包括电热器，电热器安装在冷却管道上对冷却液进行加热，冷却管道的第一出水口与冷却管道的第一进水口之间连接有冷却剂补充回路，冷却管道的第一进水口处设有第四温度传感器、冷却管道的第一出水口处设有第五温度传感器，第四温度传感器和第五温度传感器将检测到的冷却剂温度数据传送给燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器控制恒温三通阀、水泵及电热器工作。

上述所述的空气路系统包括空气压缩机，所述的空气压缩机包括电机、电机控制器、变速器以及压缩机，用于吸入空气并压缩空气；空气冷却器，用于冷却压缩空气；空气压缩机受燃料电池控制器控制，在空气路系统的出口端安装第六温度传感器，第六温度传感器检测空气温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制空气压缩机，当输出的空气温度偏低时，燃料电池控制器控制空气压缩机工作对空气进行加热。

一种燃料电池的冷启动控制方法，所述的燃料电池包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和冷却回路系统分别安装温度检测单元和电加热单元，温度检测单元检测氢气路系统和冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在氢气路系统和冷却回路系统上的电加热单元通电加热,直到氢气路系统和冷却回路系统的温度达到预定温度后才启动燃料电池。

上述所述的氢气路系统中的进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀都分别安装温度检测单元和电加热单元，燃料电池控制器监测进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀的温度变化，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀上的电加热单元通电加热,直到达到预定温度后才启动燃料电池。

上述所述的空气路系统包括空气压缩机，空气压缩机受燃料电池控制器控制，在空气路系统的出口端安装第六温度传感器，第六温度传感器检测空气温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制空气压缩机，当输出的空气温度偏低时，燃料电池控制器控制空气压缩机工作对空气进行加热，直到空气的温度达到预定温度才启动燃料电池。

上述所述的氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统加热速率接近。

本发明与现有技术相比，具有如下效果：

1)本发明的燃料电池能避免现有技术中燃料电池系统在低温状态下可靠性不足；相对市场现有的部分产品采用长时间保温策略，本发明采用高效的控制技术实效最低功耗的冷启动，启动速度快，无需长时间冷启动等待；

2)本发明的燃料电池结构紧凑，易于实现，生产及组装成本极低；售后维护简单方便，可靠性好。

3)本发明的燃料电池的冷启动控制方法，控制简单，容易实现，实现成本低，冷启动可靠性好且快速，节省能源，满足客观需求；

4)本发明的其它优点在实施例部分详细展开描述。

附图说明：

图1是现有的燃料电池工作原理方框图；

图2是本发明实施例一提供的燃料电池的一个角度结构立体图；

图3是本发明实施例一提供的燃料电池的另一个角度结构立体图；

图4是本发明实施例一提供的燃料电池的分解图；

图5是本发明实施例一提供的燃料电池的电堆的结构示意图；

图6是本发明实施例一提供的燃料电池的原理方框图；

图7是本发明实施例一提供的燃料电池的电路方框图；

图8是图7进一步展开的电路方框图；

图9是本发明实施例一提供的进氢集成歧块的一个角度立体图；

图10是本发明实施例一提供的进氢集成歧块的另一个角度立体图；

图11是本发明实施例一提供的进氢集成歧块的侧视图；

图12是图11中A-A的剖视图；

图13是本发明实施例一提供的进氢集成歧块的俯视图；

图14是图13中B-B的剖视图；

图15是图13中C-C的剖视图；

图16是本发明实施例一提供的进氢集成歧块的中第一电热板和第一温度传感器的工作方框图。

图17是本发明实施例一提供的回氢泵的立体图；

图18是本发明实施例一提供的回氢泵的局部结构示意图；

图19是本发明实施例一提供的回氢泵的局部剖视图；

图20是图19中D的局部放大图；

图21是本发明实施例一提供的回氢泵的控制线路图；

图22是本发明实施例一提供的吹扫阀的立体图；

图23是本发明实施例一提供的扫阀的立体分解图；

图24是本发明实施例一提供的吹扫阀的局部结构示意图；

图25是本发明实施例一提供的吹扫阀的控制线路图；

图26是本发明实施例一提供的冷却回路系统的结构示意图；

图27是本发明实施例一提供的冷却回路系统的方框原理图；

图28是本发明实施例一提供的空气路系统的结构示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例一：

如图2至图5所示，本实施例提供的是一种燃料电池冷启动系统，包括箱盖1E、箱体2E、底罩3E、电堆4E、燃料电池控制器5E、进氢集成歧块6E、回氢泵7E、吹扫阀8E、冷却回路系统10E和空气路系统9E，其中进氢集成歧块6E、回氢泵7E、吹扫阀8E组成氢气路系统；电堆4E、燃料电池控制器5E、进氢集成歧块6E、回氢泵7E、吹扫阀8E安装在箱体2E的空腔内，冷却回路系统 10E和空气路系统9E安装在箱体2E外并安装在箱体2E的底面，然后用底罩3E 罩住。

如图2至图8所示，本发明的一种燃料电池冷启动系统,包括电堆4E、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和/或冷却回路系统安装若干个温度传感器和若干个电加热单元，温度传感器检测氢气路系统和/或冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在氢气路系统和/或冷却回路系统上的电加热单元通断电。所述的氢气路系统中部件包括进氢集成歧块 6E、回氢泵7E和吹扫阀8E，所述的若干个温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述若干电加热单元包括第一电热板、第二电热板和第三电热板，所述的第一温度传感器和第一电热板安装在进氢集成歧块6E上，所述的第二温度传感器和第二电热板安装在回氢泵7E上，所述的第三温度传感器和第三电热板安装在吹扫阀8E上。

如图4、图5、图9至图16所示，上述所述的进氢集成歧块6E包括歧块 1A，歧块1A里面设置有供氢气流通的流道,还包括安装在歧块1A上的第一电热板101A和第一温度传感器102A。通过第一温度传感器102A检测燃料电池进氢集成歧块6E的温度，在燃料电池进氢集成歧块6E的低温启动时，可使用第一电热板101A对燃料电池进氢集成歧块6E各零件进行加热，则从而实现冷启动功能。上述所述第一电热板101A为电加热板，电加热板贴装在歧块1A表面。加热板结构简单，加热范围广，增强了加热效果。上述所述第一温度传感器102A 和第一电热板101A分别与燃料电池控制器连接，第一温度传感器102A感测歧块1A的温度，当感测温度低于设定值时，燃料电池控制器控制第一电热板101A 工作，当感测温度大于设定值时，燃料电池控制器控制第一电热板101A停止工作。在低温的环境下进行冷启动时，第一温度传感器102A实时检测进氢阀门组件的温度情况给燃料电池控制器，由燃料电池控制器控制第一电热板101A对各零件进行集体加热，在达到预期温度后，冷启动成功；直接由燃料电池控制器控制加热，控制快速简单。上述所述电加热板贴装在歧块1A的底面182A，第一温度传感器102A安装在歧块1A的顶面181A。安装方便，加热范围广。上述所述电加热板还贴装在歧块1的侧面183A。进一步增加加热面积，增强加热效果。上述所述进氢集成歧块6E还包括截止阀2A、比例调节阀3A、压力传感器4A、进氢接头5A和出氢接头7A，设置在歧块1A里面供氢气流通的流道包括第一流道11A、第二流道12A和第三流道13A，第一流道11A的第一入口111A安装进氢接头5A，第一流道11A的第一出口112A与第二流道12A的第二入口121A通过截止阀2A连接，第二流道12A的第二出口122A通过比例调节阀3A与第三流道13A的第三入口131A连接，第三流道13A的第三出口132A安装出氢接头7A，第三流道13A中部与一压力检测通道40A贯通，压力检测通道40A内安装压力传感器4A。通过歧块1A将各零件整合在一起，整体性强，体积灵巧，制造成本低，第一电热板101A的加热效果更有效。上述第一流道11A、第二流道12A和第三流道13A均为直管道，第一流道11A与第三流道13A相互平行，第二流道12A垂直于第一流道11A，各流道分布简单合理。上述歧块1A表面还安装有接地端子17A,接地端子17A通过接地引线与燃料电池的箱体连接，有效消除静电。上述所述压力检测通道40A连接有泄压通道105A，泄压通道105A的端部安装有泄压阀106A。泄压阀106A能保护电堆不被高压损坏。上述所述的进氢接头5A 里面安装有限流块8A，限流块8A中间设置限流孔81A。限流孔81A在比例调节阀3A和截止阀2A失效的情况下，对氢气的进入限流，避免经气瓶过来的氢气直接进入歧块1A对电堆模块组造成损害。上述所述歧块1A的底面182A安装有支架104A，第一电热板101A支撑在支架104A上。支架104A增强了进氢阀门组件的抗振动能力。

如图4、图5、图17至图21所示，所述的回氢泵7E连接电堆的氢气出口端和氢气入口端，对氢气出口端的未进行反应的氢气进行再加压返回电堆的氢气入口端；回氢泵7E底部安装第二电热板，用于低温启动加热；回氢泵7E底部还安装第二温度传感器实时检测回氢泵7E温度情况。回氢泵7E安装有第二电热板1B和第二温度传感器2B，通过第二温度传感器2B检测回氢泵7E的温度，通过第二电热板1B在适当时候对回氢泵7E进行加热，从而实现冷启动功能。所述第二电热板1B为电加热板，通过电加热板在适当时候对回氢泵进行加热，从而实现冷启动功能。所述第二电热板1B和第二温度传感器2B分别与燃料电池控制器连接，第二温度传感器2B检测回氢泵7E的温度并送到燃料电池控制器，当检测温度低于设定值时，燃料电池控制器控制第二电热板1B工作，当检测温度高于设定值时，燃料电池控制器控制第二电热板1B停止工作，由燃料电池控制器控制加热，控制快速简单。回氢泵7E包括第一隔膜泵61、第一安装板62、第一集气块63、电机64、第二隔膜泵65、第二安装板66、第二集气块67、接头68、进氢管道69和出氢管道670，第一安装板62的底部安装第一集气块63，第一安装板62的顶部安装第一隔膜泵61，第二安装板66的底部安装第二集气块67，第二安装板66的顶部安装第二隔膜泵65，第一集气块63与第二集气块 67之间用接头68连接，第一隔膜泵61与第二隔膜泵65之间安装电机64，电机64驱动第一隔膜泵61和第二隔膜泵65，第二集气块67一侧连接连接进氢管道69，第一集气块63的一侧连接出氢管道670，第二电热板1B安装在第二集气块67或者/和第一集气块63上，它结构紧凑，布局合理，安装方便，第二电热板1B的加热效果更有效。第二电热板1B贴装在安装在第二集气块67或者/ 和第一集气块63上的底面上；所述第二温度传感器2B为线耳式温度传感器，线耳式温度传感器通过螺钉固定在第二集气块67的侧面上，安装方便，结构简单。所述第二集气块67包括流道顶板41B和流道底板42B，所述流道顶板41B 和流道底板42B之间形成氢气流道43B，当进氢管道69输进氢气时，氢气经过第二集气块67的氢气流道43B再通过接头68传送至第一集气块63里从出氢管道670传输。所述第二电热板1B贴设在流道底板42B的底部，所述第二温度传感器2B通过螺钉固定在流道顶板41B的侧面上。所述第二电热板1B的底部设有压板11B，所述压板11B与流道底板42B之间通过螺钉固定并将第二电热板 1B压紧，防止第二电热板松脱，导致燃料电池不能实现冷启动功能。所述第一集气块63与第二集气块67结构相同。

如图22至图25所示，所述的吹扫阀，连接电堆的氢气出口端，对氢气出口端的反应副产物水汽及空气端渗透过来的氮气进行排除掉，提高电堆的效率及使用寿命；上述所述的吹扫阀8E是电磁吹扫阀1C，所述电磁吹扫阀1C安装有第三电热板2C和第三温度传感器3C，通过第三温度传感器3C检测电磁吹扫阀 1C的温度，通过第三电热板2C在适当时候对电磁吹扫阀1C进行加热，从而实现冷启动功能。所述的电磁吹扫阀1C包括吹扫阀体11C，第三电加热板2C贴装在吹扫阀体11C的外表面，通过第三电加热板2C在适当时候对电磁吹扫阀进行加热，从而实现冷启动功能。所述第三电热板2C包括底部电加热板21C和侧部电加热板22C，底部电加热板21C和侧部电加热板22C为电加热板，所述底部电加热板21C安装在吹扫阀体11C底面，所述侧部电加热板22C安装在吹扫阀体 11C的侧面，通过底部电加热板21C和侧部电加热板22C对电磁吹扫阀1C加热，使电磁吹扫阀1C快速升温融冰。所述电磁吹扫阀1C包括吹扫阀体11C和支撑吹扫阀体11C的第一支撑架12C，所述第一支撑架12C包括第一底板121C和第一侧板122C，所述第一侧板122C的底部延伸出第一底板121C，所述吹扫阀体 11C支承在第一底板121C的顶面上，所述吹扫阀体11C的一侧设有进氢接头 111C，吹扫阀体11C的另一侧设有出氢接头112C。所述吹扫阀体11C的底部上设有导热心110C。所述底部电加热板21C安装在吹扫阀体11C与第一底板121C 之间，所述底部电加热板21C与导热心110C贴合在一起，通过导热心110C可以快速将热量传递到吹扫阀体11C的内部。所述第三电热板2C和第三温度传感器3C分别与燃料电池控制器连接，第三温度传感器3C感测电磁吹扫阀1C的温度，当感测温度低于设定值时，燃料电池控制器控制第三电热板2C工作，当感测温度高于设定值时，燃料电池控制器控制第三电热板2C停止工作，控制快速简单。所述吹扫阀体11C的底部边缘上设有若干个安装凸耳113C，安装凸耳113C上设有第一安装孔114C，所述第一底板121C上设有与第一安装孔114C对应的第二安装孔1211C，通过螺钉穿过第一安装孔114C和第二安装孔1211C将吹扫阀体11C和第一底板121C锁紧并将底部电加热板21C固定在吹扫阀体11C 和第一底板121C之间，防止底部电加热板松脱，导致电磁吹扫阀1C不能冷启动，结构简单，安装方便。所述安装在吹扫阀体11C侧面的侧部电加热板22C 通过压板5C固定在吹扫阀体11C上，防止侧部电加热板松脱，导致电磁吹扫阀 1C不能冷启动，结构简单，安装方便。所述第一支撑架12C的第一侧板122C的侧面设有L形支架支撑6C。所述第三温度传感器3C安装在压板5C上。

如图26、图27所示，冷却回路系统10E包括冷却回路100和补充回路200，其中所述冷却回路100包括穿过电堆的冷却管道7D、水泵5D、散热器11D、加热器4D以及恒温三通阀6D，冷却管道7D的第一进水口处设有第四温度传感器 1D、冷却管道7D的第一出水口处设有第五温度传感器2D，第四温度传感器1D 和第五温度传感器2D将检测到的冷却剂温度数据传送给燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器控制恒温三通阀6D、水泵5D及加热器4D工作。本实施例所述燃料电池在低温冷启动时，使用加热器4D对冷却回路100中的冷却剂进行加热，使冷却剂迅速升温，缩短了冷启动的等待时间，提高了燃料电池的工作效率。

上述所述恒温三通阀6D的工作温度为55℃。所述恒温三通阀6D用于控制冷却回路100的中冷却剂的流向，由于燃料电池的最佳工作温度在60℃-70℃之间，在燃料电池开始工作时冷却剂温度较低无需散热，此时冷却剂直接从水泵 5D进入恒温三通阀6D；冷却剂温度温度升高至55℃时，恒温三通阀6D的第一入口逐渐打开、第二入口逐渐关闭，冷却剂逐渐从水泵5D经过散热器11D再进入恒温通阀6D，当第一入口完全开启后，冷却剂全部通过散热器11D与外界进行热交换，进一步提高燃料电池的工作效率。

上述所述冷却剂补充回路200包括去离子过滤器9D、膨胀水箱10D和压力传感器3D，去离子过滤器9D一端与冷却管道7D的第一进水口连接，去离子过滤器9D另一端与膨胀水箱10D连接，膨胀水箱10D另一端与水泵5D的第二进水口连接，压力传感器3D位于冷却回路100内并检测冷却回路100的冷却剂液压力。膨胀水箱10D设置在整个冷却系统的最高点。冷却剂补充回路200可自动平衡冷却回路100的液压及冷却剂的补充，去离子过滤器9D可过滤冷却剂中的离子。上述所述压力传感器3D位于冷却管道7D的第一出水口处。上述所述加热器4D由动力电池包8D供电。可选的，所述加热器4D也可由交流电源或直流电源提供能源。加热器4D的输出功率可根据冷却剂温度来设置，保证冷却剂的加热速度。冷却回路系统10E是这样工作的：当燃料电池系统控制器接收启动指令后，第四温度传感器1D、第五温度传感器2D测量冷却剂温度，得到第一温度值T1，当第一温度值T1小于或等于2℃时,燃料电池系统控制器控制加热器4D开启，冷却回路100中的冷却剂迅速升温，同时通过冷却剂与电堆进行热传递，提高了电堆内部的温度，防止残留在质子交换膜上的水结冰，保护了质子交换膜；当冷却剂被加热到温度大于2℃时加热器4D关闭，电堆启动。当第一温度值T1小于恒温三通阀6D的工作温度时常开入口打开，冷却剂直接从水泵5D进入恒温三通阀6D，冷却剂与外界没有进行热交换，冷却剂继续升温；当第一温度值T1升高至恒温三通阀6D的工作温度时，恒温三通阀6D的第一入口逐步开启、第二入口逐步关闭，进入散热器11D的冷却剂逐步增多，当第一入口完全开启后，冷却剂全部从水泵5D经过散热器11D进行散热降温后再进入恒温通阀6D。

如图28所示，空气路系统9E包括电驱动压缩机总成、空气冷却器、过滤器、消音器和增湿器，所述的电驱动压缩机总成包括电机、电机控制器、变速器以及压缩机，用于吸入空气并压缩空气；空气冷却器，用于冷却压缩空气；增湿器，用于对空气冷却器冷却后的空气加湿，加湿后的空气输送至燃料电池堆；空气冷却器连接在压缩机的排气口和增湿器之间；压缩机的进气口连接有空气过滤器，用于净化空气，净化后的空气进入压缩机，在所述的空气过滤器和压缩机进气口之间连接有消声器，用于消除空气急剧流动产生的噪声。在压缩机的输出口安装第六温度传感器，用于检测空气温度，空气压缩机受燃料电池控制器控制，在空气路系统的出口端安装第六温度传感器，第六温度传感器检测空气温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制空气压缩机，当输出的空气温度偏低时，燃料电池控制器控制空气压缩机工作对空气进行加热，当空气的温度达到预设温度时，才启动电堆。

实施例二：

一种燃料电池的冷启动控制方法，所述的燃料电池采用实施例一的燃料电池，燃料电池包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和冷却回路系统分别安装温度检测单元和电加热单元，温度检测单元检测氢气路系统和冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在氢气路系统和冷却回路系统上的电加热单元通电加热,直到氢气路系统和冷却回路系统的温度达到预定温度后才启动燃料电池。

上述的氢气路系统中的进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀都分别安装温度检测单元和电加热单元，燃料电池控制器监测进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀的温度变化，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀上的电加热单元通电加热,直到达到预定温度后才启动燃料电池。

上述所述的空气路系统包括空气压缩机，空气压缩机受燃料电池控制器控制，在空气路系统的出口端安装第六温度传感器，第六温度传感器检测空气温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制空气压缩机，当输出的空气温度偏低时，燃料电池控制器控制空气压缩机工作对空气进行加热，直到空气的温度达到预定温度才启动燃料电池。

氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统加热速率接近，避免各部分加热时间不等，使等待时间过长。

以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种燃料电池冷启动系统，包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和/或冷却回路系统安装若干个温度传感器和若干个电加热单元，温度传感器检测氢气路系统和/或冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在氢气路系统和/或冷却回路系统上的电加热单元通断电。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：所述的氢气路系统中部件包括进氢集成歧块、回氢泵和吹扫阀，所述的若干个温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述的电加热单元包括第一电热板、第二电热板和第三电热板，所述的第一温度传感器和第一电热板安装在进氢集成歧块上，所述的第二温度传感器和第二电热板安装在回氢泵上，所述的第三温度传感器和第三电热板安装在吹扫阀上。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：进氢集成歧块包括歧块、截止阀、比例调节阀、压力传感器和泄压阀；其中截止阀，用于控制氢气入口的通断；比例调节阀，用于控制氢气路的压力；压力传感器，用于检测氢气路的压力；泄压阀，用于保护电堆不被高压损坏；歧块集成截止阀、比例调节阀、压力传感器、泄压阀于一体；第一温度传感器用于检测进氢集成歧块的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制安装在进氢集成歧块上的第一电热板通断电。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：歧块内部的多条通道连接安装截止阀、比例调节阀、压力传感器、泄压阀，对氢气在入口端进行通断、调节、压力监控及安全保护，控制进入电堆入口的氢气；歧块的底部安装第一电热板用于低温启动加热，顶部安装第一温度传感器实时检测温度情况。

5.根据权利要求2所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：所述的回氢泵连接电堆的氢气出口端和氢气入口端，对氢气出口端的未进行反应的氢气进行再加压返回电堆的氢气入口端；回氢泵底部安装第二电热板，用于低温启动加热；回氢泵底部还安装第二温度传感器实时检测回氢泵温度情况。

6.根据权利要求2所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：吹扫阀两侧及底部安装第三电热板用于低温启动加热；侧面安装第三温度传感器实时检测吹扫阀温度情况。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：所述的冷却回路系统对电堆进行降温，所述冷却回路系统包括穿过电池反应堆的冷却管道、水泵、散热器以及恒温三通阀，电加热单元还包括电热器，电热器安装在冷却管道上对冷却液进行加热，冷却管道的第一出水口与冷却管道的第一进水口之间连接有冷却剂补充回路，冷却管道的第一进水口处设有第四温度传感器、冷却管道的第一出水口处设有第五温度传感器，第四温度传感器和第五温度传感器将检测到的冷却剂温度数据传送给燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器控制恒温三通阀、水泵及电热器工作。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池冷启动系统，其特征在于：所述的空气路系统包括空气压缩机，所述的空气压缩机包括电机、电机控制器、变速器以及压缩机，用于吸入空气并压缩空气；空气冷却器，用于冷却压缩空气；空气压缩机受燃料电池控制器控制，在空气路系统的出口端安装第六温度传感器，第六温度传感器检测空气温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制空气压缩机，当输出的空气温度偏低时，燃料电池控制器控制空气压缩机工作对空气进行加热。

9.一种燃料电池冷启动控制方法，所述的燃料电池包括电堆、燃料电池控制器、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，其特征在于：在氢气路系统和冷却回路系统分别安装温度检测单元和电加热单元，温度检测单元检测氢气路系统和冷却回路系统的温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在氢气路系统和冷却回路系统上的电加热单元通电加热,直到氢气路系统和冷却回路系统的温度达到预定温度后才启动燃料电池。

10.一种燃料电池冷启动控制方法，其特征在于：氢气路系统中的进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀都分别安装温度检测单元和电加热单元，燃料电池控制器监测进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀的温度变化，当温度过低时，燃料电池控制器控制安装在进氢集成歧块、回氢泵、吹扫阀上的电加热单元通电加热,直到达到预定温度后才启动燃料电池。

11.根据权利要求9所述的一种燃料电池冷启动控制方法，其特征在于：所述的空气路系统包括空气压缩机，空气压缩机受燃料电池控制器控制，在空气路系统的出口端安装第六温度传感器，第六温度传感器检测空气温度上升情况并将温度信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器根据温度信号控制空气压缩机，当输出的空气温度偏低时，燃料电池控制器控制空气压缩机工作对空气进行加热，直到空气的温度达到预定温度才启动燃料电池。

12.根据权利要求10所述的一种燃料电池冷启动控制方法，其特征在于：氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统加热速率接近。