[发明专利]用于燃料电池堆高效加热的燃料电池结构、热系统和控制逻辑

权利要求书

1.一种用于调节燃料电池堆温度的方法，所述燃料电池堆包括阳极侧、阴极侧以及用于分别将氢气流和氧气流引导至所述燃料电池堆的第一和第二流体控制装置，所述方法包括：

确定所述燃料电池堆的预启动温度；

针对所述预启动温度，确定将所述燃料电池堆加热至标准最低堆运行温度的目标加热速率；

确定针对所述确定的目标加热速率的氢释放百分比；

执行堆加热操作，所述堆加热操作包括激活所述燃料电池堆并且命令所述第一流体控制装置以所述氢释放百分比将氢气引导至所述阴极侧，使得所述燃料电池堆产生废热；

在执行所述堆加热操作的标准时间段之后，确定所述燃料电池堆的运行温度是否等于或高于所述标准最低堆运行温度；以及

响应于所述运行温度等于或超过所述标准最低堆运行温度，停止所述堆加热操作。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于所述运行温度不等于或超过所述标准最低堆运行温度：

命令所述第一流体控制装置以增加的氢释放百分比将氢气引导至所述阴极侧以产生增加的废热；以及

在氢气以所述增加的氢释放百分比被引导至所述阴极侧的第二标准时间段之后，确定所述燃料电池堆的运行温度是否等于或超过所述标准最低堆运行温度。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定源于所述产生的废热的所述燃料电池堆的实际加热速率是否小于所述目标加热速率；以及

响应于所述实际加热速率小于所述目标加热速率，命令所述第一流体控制装置以增加的氢释放百分比将氢气引导至所述阴极侧，使得所述燃料电池堆产生增加的废热。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

在氢气以所述增加的氢释放百分比被引导至所述阴极侧的第二标准时间段之后，确定所述燃料电池堆的所述运行温度是否等于或高于所述标准最低堆运行温度；以及

响应于所述运行温度等于或超过所述标准最低堆运行温度，暂停所述堆加热操作。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：响应于所述运行温度不等于或超过所述标准最低堆运行温度：

命令所述第一流体控制装置以更多增加的氢释放百分比将氢气引导至所述阴极侧以产生更多增加的废热；

确定源于所述更多增加的废热的所述燃料电池堆的所述实际加热速率是否小于所述目标加热速率；以及

确定所述燃料电池堆的所述运行温度是否等于或超过所述标准最低堆运行温度。

6.根据权利要求3所述的方法，其中对所述运行温度是否等于或超过所述标准最低堆运行温度的确定是响应于所述实际加热速率不小于所述目标加热速率而执行的。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

针对所述确定的目标加热速率，确定改进的氧气流量；以及

命令所述第二流体控制装置在所述堆加热操作期间以所述改进的氧气流量将氧气引导至所述阴极侧。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定针对所述确定的目标加热速率的电池电压输出；以及

命令所述燃料电池堆在所述堆加热操作期间产生所述确定的电池电压输出。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述氢释放百分比为5-15％H₂，所述燃料电池堆的所述电池电压输出为0.4-0.8V，所述阴极侧氧气流量为0.5-1.9标准升每分钟。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述确定的目标加热速率的运行电流密度(CD)；以及

命令所述燃料电池堆在所述堆加热操作期间以所述确定的运行CD运行。