[发明专利]一种电堆加热装置及燃料电池系统分级控制方法

说明书

本申请提供一种电堆加热装置及燃料电池系统分级控制方法，属于电池领域。其空压机的进气入口管通过空气流量计连接于空滤的出口管；中冷器的进口管连接于空压机的出口管，且中冷器上分别连接有进口冷却管和出口冷却管；增湿器的干空气侧入口连接于中冷器的第一出口管；增湿器的湿空气侧出口通过背压阀连接于混排器；电堆的空气入口连接于增湿器的干空气侧出口，且空气出口连接于增湿器的湿空气侧入口；预热阀的进口管连接于中冷器的第二出口管，且出口管连接于空压机的进气入口管；控制器分别电连接于空气流量计、空压机、预热阀、背压阀以及电堆。该装置占用空间小，降低了整个燃料电池系统低温冷启动的耗电量。

技术领域

本申请涉及电池领域，尤其涉及一种电堆加热装置及燃料电池系统分级控制方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池系统包括电堆、空气系统、氢气系统、冷却系统以及相应控制系统。燃料电池在低温条件下启动会受到残余水和生成水结冰的阻碍，冰会填充催化层或扩散层孔隙，使电化学反应降低甚至停止，影响电堆的低温启动性能。同时，当水结冰时会产生体积膨胀，而当电池启动之后产生的热量将冰融化成水，体积又会减小，反复相变会对电池材料结构以至电池性能及寿命产生很大的影响。燃料电池在低温下能够在短时间内成功启动，就需要提供热量使冰融化以及加热燃料电池使其快速达到正常工作状态。

现有的技术方案一般是通过在冷却系统中布置加热器，通过加热冷却液或在空气、氢气回路中安装加热器加热气体来使电堆快速升温，实现低温冷启动。这种技术方案的加热效果较差，耗电量较大，升温慢，且加热器体积占用的布置空间大，不利于集成化设计。

发明内容

本申请的目的之一在于提供一种电堆加热装置，旨在改善现有的燃料电池系统低温冷启动过程中电堆升温速度慢且启动加热耗量较大的问题。

本申请的技术方案是：

一种电堆加热装置，包括：

空滤；

空压机，所述空压机的进气入口管通过空气流量计连接于所述空滤的出口管；

中冷器，所述中冷器的进口管连接于所述空压机的出口管，且所述中冷器上分别连接有进口冷却管和出口冷却管；

增湿器，所述增湿器的干空气侧入口连接于所述中冷器的第一出口管；

混排器，所述增湿器的湿空气侧出口通过背压阀连接于所述混排器；

电堆，所述电堆的空气入口连接于所述增湿器的干空气侧出口，且空气出口连接于所述增湿器的湿空气侧入口；

预热阀，所述预热阀的进口管连接于所述中冷器的第二出口管，且出口管连接于所述空压机的进气入口管；

控制器，所述控制器分别电连接于所述空气流量计、所述空压机、所述预热阀、所述背压阀以及所述电堆。

作为本申请的一种技术方案，所述电堆的空气入口通过进堆温度压力传感器连接于所述增湿器的干空气侧出口，且空气出口通过出堆温度压力传感器连接于所述增湿器的湿空气侧入口；所述控制器分别电连接于所述进堆温度压力传感器、所述出堆温度压力传感器。

一种燃料电池系统分级控制方法，包括以上所述的电堆加热装置，包括以下步骤：

S1，当环境温度低于0℃时，启动所述空压机至转速n1，调整所述背压阀至开度V1，同时开启所述预热阀至初始开度H1，使流经所述预热阀的空气流量占所述空压机的出口空气流量的18％-21％；当环境温度低于-10℃时，启动所述空压机至转速n2，调整所述背压阀至开度V2，同时开启所述预热阀至初始开度H2，使流经所述预热阀的空气流量占所述空压机出口空气流量的33％-36％；当环境温度低于-20℃时，启动所述空压机至转速n3，调整所述背压阀至开度V3，同时开启所述预热阀至初始开度H3，使流经所述预热阀的空气流量占所述空压机出口空气流量的49％-51％；