[发明专利]一种燃料电池电堆低温快速启动系统和启动方法

说明书

一种燃料电池电堆低温快速启动系统和启动方法，系统包括由低温启动水箱、低温启动水泵、四个阀门和一个换热装置组成的低温启动专用小循环系统，换热装置串接在燃料电池电堆冷却腔体的出口与入口之间。启动方法是：先开启阀门Ⅰ与阀门Ⅲ，关闭阀门Ⅱ和阀门Ⅳ，启动燃料电池，对电堆进行活化与吹扫；完成后，关闭阀门Ⅰ与阀门Ⅲ，开启阀门Ⅱ和阀门Ⅳ，开启低温启动水泵，低温启动专用小循环系统运行，进入低温启动；成功后，开启阀门Ⅰ与阀门Ⅲ，关闭阀门Ⅱ和阀门Ⅳ，关闭低温启动水泵，进入电堆正常运行。有益效果是：启动方法简单、实用、有效，缩短低温启动时间，提升低温启动的功率输出，无外加热单元，无额外能量消耗，对电堆无损伤。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及燃料电池电堆低温快速启动技 术。

背景技术

燃料电池低温启动一直是制约燃料电池汽车商用化的关键因素之一。燃 料电池电堆在零度以下快速启动时，由于低温环境下电池内部反应生成的水 容易结冰，从而降低电堆反应面积并阻塞气体通道，致使低温启动失败。因 此，将电堆内部温度快速升高到零度以上，是燃料电池低温启动的关关键。

为解决低温快速启动的问题，现有技术中有多种方法，与本发明最接近 的是：

一种设置有低温启动专用小循环系统的低温启动系统，低温启动专用小 循环系统包括一个低温启动水箱、低温启动水泵和四个阀门，低温启动水箱 的出水口通过管路与低温启动水泵进口相连，低温启动水泵出口通过管路与 燃料电池电堆冷却腔体入口管路相连，低温启动水箱的进水口通过管路与燃 料电池电堆冷却腔体出口管路相连，四个阀门两个分别设置在燃料电池电堆 冷却腔体出口管路和进口管路上，两个分别设置在低温启动专用小循环系统 与燃料电池电堆冷却腔体出口管路和进口管路上，通过四个阀门两两的开和 闭，实现冷却系统在正常运行和低温启动专用小循环系统运行的切换，用低 温启动专用小循环系统的水箱小，能快速的使小循环系统的水箱内的冷却液 升温，用热的冷却液加热电堆，达到低温快速启动。

其他燃料电池低温启动的技术如：

专利“一种燃料电池低温启动的空气回流加热系统及其方法”公开了用 空气回流加热的系统及其方法，其利用空压机压缩后的高温空气对电堆及其 零部件进行加热，加速电极上冰晶的融化，使燃料电池能够在较低温度下快 速启动。

专利“一种-20℃快速启动质子交换膜燃料电池系统”公开了一种对电堆 空气入口外加辅热的低温启动系统，通过在空气入口侧外加加热带来加热电 堆入口空气，缩短低温启动时间。同时，在端电池与电堆端板间加装了导热 系数很小的高分子聚合物，来减小热量向外部的传递，改善启动过程中的边 缘单低现象。

专利“一种燃料电池发电系统低温启动的热管理系统及其方法”公开了 对内循环水箱加装加热器的系统，通过对水箱进行加热来提升冷却液温度， 使电堆温度迅速升高，避免启动过程中电池发生冻结现象。

专利“一种0℃以下快速启动的质子交换膜燃料电池”提出了在端板上 刻蚀凹槽，并在沟槽中密封铺设电热丝，利用外部热源加热使边缘温度迅速 升高，保证边缘温度分布均匀，降低边缘单低对低温启动性能的影响。

专利“一种质子交换膜燃料电池在零度以下的启动方法”提出了将一定 比例的氢氧混合气通入阴极或阳极，利用氢气在MEA催化剂上氧化放热提高 电池温度，可使燃料电池在较低的温度下实现快速启动。

现有技术的不足是：

设置有低温启动专用小循环系统的低温启动系统可以实现低温启动，但 启动速度较慢，没充分利用燃料电池电堆冷却腔体出口高温度的冷却液，而 是将燃料电池电堆冷却腔体出口高温度的冷却液进入水箱，将水箱内的冷却 液加热。

其他专利技术的不足是：