[发明专利]一种燃料电池快速冷启动系统及快速冷启动方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池快速冷启动系统及快速冷启动方法，系统包括控制器和分别与电堆连接的空气子系统和氢气子系统，空气子系统包括背压阀和依次连接的空气过滤器、空压机、中冷器和进气截止阀，空气子系统还包括进气调节阀，进气调节阀分别与空气过滤器和空压机连接，控制器控制进气调节阀；方法包括：控制器控制进气调节阀的开度，从而控制过量空气系数以降低燃料电池对外输出效率，同时调节空压机的压缩比，增加空压机的功耗以提高空气进气的温度。与现有技术相比，可以实现无辅助预热的快速冷启动以及冷启动的成功率。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池快速冷启动系统及快速冷启动方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的发电装置，燃料电池系统能量转换效率高，是一种理想的能源利用方式，商业化应用存在着广阔的发展前景。对于车载的燃料电池系统，需要具有快速的冷启动性能。冷启动目前主要问题是在电堆启动过程中生成水在燃料电池流道、气体扩散层以及催化层结冰造成反应停止，导致启动失败；另外也存在零部件在启动过程中结冰导致系统启动失败的风险。

目前冷启动的方法主要还是外部辅助加热以及保温等方法，外部辅助加热也分为外部热源和内部热源两种。上述的方法首先要增加额外的附件，提高了系统的复杂程度、成本、功耗，且启动时间普遍较长。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池快速冷启动系统及快速冷启动方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池快速冷启动系统，包括控制器和分别与电堆连接的空气子系统和氢气子系统，所述空气子系统包括背压阀和依次连接的空气过滤器、空压机、中冷器和进气截止阀，所述进气截止阀与电堆的空气入口连接，所述背压阀分别与排气管和电堆的空气出口连接，所述氢气子系统包括分水器、排水电磁阀和依次连接的比例阀和引射器，所述引射器与电堆的氢气入口连接，所述分水器分别连接电堆的氢气出口、引射器和排水电磁阀，所述排水电磁阀与排气管连接，所述空气子系统还包括进气调节阀，所述进气调节阀分别与空气过滤器和空压机连接，所述控制器控制进气调节阀。

所述的比例阀和引射器通过中冷器连接。

所述的排水电磁阀包括阀座、阀杆和电磁线圈，所述电磁线圈通过通电和断电使阀杆运动，所述阀杆和电磁线圈安装于阀座，所述阀座形成流体进入流道和流体排出流道，所述流体进入流道和流体排出流道与阀杆之间设有隔膜，所述隔膜阻止流体进入流道和流体排出流道的流体进入阀杆与阀座之间形成的滑动间隙。

所述的流体进入流道和流体排出流道相对于阀杆平齐，所述隔膜设置于阀杆的流道接触面。

所述的隔膜与阀杆一体成型。

所述的隔膜与阀座连接，阀杆的运动使隔膜绷紧或松弛。

所述隔膜为橡胶隔膜。

所述的电磁线圈的功率为100W。

一种利用所述的燃料电池快速冷启动系统的快速冷启动方法，该方法包括：

控制器控制进气调节阀的开度，从而控制过量空气系数以降低燃料电池对外输出效率，同时调节空压机的压缩比，增加空压机的功耗以提高空气进气的温度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过进气调节阀控制控制浓差过电势以及空压机的压缩比：通过进气调节阀与空压机的控制，降低空气过量系数，从而降低氧气分压，增加浓差过电势，拉低燃料电池对外输出效率，将尽可能多的化学能转化为热能用于燃料电池堆本体加热；同时降低空压机进气压力，提高空压机压比，产热增加，提高空气进口温度，进一步提升燃料电池堆的升温速率。