[发明专利]燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车

说明书

本发明公开一种燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车，该燃料电池系统包括燃料电池电堆、空气供应系统和氢气供应系统，空气供应系统包括空气压缩机和中冷器，还包括：气体换热器设置在氢气供应系统与燃料电池电堆的阳极气体入口之间；第一控制阀的一端与空气压缩机的出气口相连，另一端与气体换热器相连；第二控制阀的一端与中冷器的出气口相连，另一端与气体换热器相连；加热控制器与第一控制阀和第二控制阀相连，用于控制第一控制阀和第二控制阀工作。该燃料电池系统可使燃料电池电堆获取温度较高的阳极气体，提高化学反应速率，缩短燃料电池的启动时间，使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需增加额外功耗。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车。

背景技术

燃料电池系统是一种能够将氢气和空气反应，产生电能的发电系统。当前燃料电池系统在低温环境下的性能较差，例如，在低温环境下，燃料电池的冷启动时间较长，影响燃料电池性能。因此，需对燃料电池电堆、阳极气体(即氢气)和阴极气体(即空气中的氧气)进行加热，以提高低温环境下燃料电池的性能。

现有燃料电池系统一般通过在冷却回路中增加PTC加热器，提高冷却回路中冷却液的温度来缩短冷启动时间，这种方式存在功耗大的问题；或者利用空气压缩机压缩后的高温空气加热燃料电池电堆，这种方式存在加热效率低且无法快速升温，导致冷启动时间较长的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车，以解决现有燃料电池系统在低温环境下性能较差的问题。

本发明提供一种燃料电池系统，包括燃料电池电堆、空气供应系统和氢气供应系统，所述空气供应系统包括空气压缩机和中冷器，所述空气压缩机的出气口与所述中冷器的进气口相连，所述中冷器的出气口与所述燃料电池电堆的阴极气体入口相连，所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口和阳极气体出口相连；还包括加热控制器和气体加热回路，所述气体加热回路包括气体换热器、第一控制阀和第二控制阀；所述气体换热器设置在所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口之间；所述第一控制阀的一端与所述空气压缩机的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述第二控制阀的一端与所述中冷器的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述加热控制器与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，用于控制所述第一控制阀和所述第二控制阀工作。

优选地，所述加热控制器被配置为：获取当前状态数据，根据所述当前状态数据确定当前工作模式；依据所述当前工作模式，控制所述第一控制阀和第二控制阀的开启或关闭。

优选地，所述加热控制器被配置为：在所述当前工作模式为冷启动模式时，控制所述第一控制阀开启并控制所述第二控制阀关闭；

或者，在所述当前工作模式为普通启动模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启；

或者，在所述当前工作模式为正常运行模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启。

优选地，所述空气供应系统还包括空气滤清器，所述空气滤清器的出气口与所述空气压缩机的进气口相连；所述燃料电池系统还包括与所述加热控制器相连的温度传感器，所述温度传感器设置在所述空气滤清器的进气口位置或者出气口位置。

优选地，所述气体换热器包括第一气体换热腔和第二气体换热腔；所述第一气体换热腔的第一气体入口与所述氢气供应系统相连，所述第一气体换热腔的第一气体出口与所述燃料电池电堆的阳极气体入口相连；所述第二气体换热腔的第二气体入口与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，所述第二气体换热腔的第二气体出口与尾气排放管相连。

优选地，所述氢气供应系统包括供氢装置和氢循环泵；所述供氢装置的出气口与所述气体换热器相连；所述氢循环泵的一端与所述燃料电池电堆的阳极气体出口相连，另一端与所述气体换热器相连。