[发明专利]一种具有快速冷启动功能的燃料电池系统及其启动方法

权利要求书

1.一种具有快速冷启动功能的燃料电池系统，其特征在于，包括燃料电池电堆（2）、氢气管路、空气管路和冷却液回路、冷却支路和中空保温盒（5）；

所述氢气管路包括氢气进气管路和氢气出气管路，氢气进气管路的一端连接储氢罐（1），另一端连接燃料电池电堆（2）的氢气入口，所述氢气出气管路连接燃料电池电堆（2）的氢气出口，所述氢气进气管路上设有氢气入口阀（3），所述氢气出气管路上设有氢气出口阀（4）；

所述空气管路包括空气进气管路和空气出气管路，所述空气进气管路连接燃料电池电堆（2）的空气入口，所述空气出气管路连接燃料电池电堆（2）的空气出口，所述空气进气管路上设有空气入口阀（6），所述空气出口管路上设有空气出口阀（9），所述空气进气管路上设有空压机（7），所述空压机（7）具有液体冷却结构，利用所述空压机（7）工作产生的热量对燃料电池电堆（2）的冷却液进行预热；

所述冷却液回路包括储液箱（11）、水泵（12）、冷却液流入管路和冷却液流出管路，所述冷却液流入管路的一端连接储液箱（11），另一端连接燃料电池电堆（2）的冷却液入口，所述冷却液流出管路的一端连接燃料电池电堆（2）的冷却液出口，另一端连接储液箱（11），所述水泵（12）用于输送冷却液；

所述冷却支路包括支路流入管路和支路流出管路，所述支路流入管路的一端连接储液箱（11），另一端连接空压机（7）的冷却入口，所述支路流出管路的一端连接空压机（7）的冷却出口，另一端连接储液箱（11）；

所述中空保温盒（5）内设有两条螺旋形通道，两条螺旋形通道相互缠绕，空气进气管路和氢气进气管路分别穿过一条螺旋形通道；所述中空保温盒（5）为分体式结构，包括两个半盒结构，两个半盒结构沿空气或氢气流动的轴线方向打开或闭合；所述中空保温盒（5）与空气进气管路和氢气进气管路相配合，空气进气管路和氢气进气管路在中空保温盒（5）内进行热交换，使空压机（7）压缩出来的高温空气在中空保温盒（5）中对送入燃料电池电堆（2）的氢气进行预热；

启动方法为：获取燃料电池电堆（2）内部的温度T，获取预设置的临界温度T1、T2，0≥T1T2，当燃料电池电堆（2）温度T大于T1时，正常启动，当T1≥T＞T2时，进行低温启动，当T2≥T时，进行超低温启动；

正常启动时，开启空压机（7）、水泵（12）、空气入口阀（6）、空气出口阀（9）、氢气入口阀（3）和氢气出口阀（4），开启燃料电池电堆（2）并由燃料电池电堆（2）为空压机（7）供电；

低温启动时，开启空压机（7）、水泵（12）、空气入口阀（6）、空气出口阀（9）、氢气入口阀（3）和氢气出口阀（4），当检测到燃料电池电堆（2）内部温度T大于0℃时，由燃料电池电堆（2）为空压机（7）供电，逐步增大燃料电池电堆（2）的输出功率，直至燃料电池电堆（2）到达额定功率，燃料电池电堆（2）启动完成；

超低温启动时，开启空压机（7）、水泵（12）、空气入口阀（6）、空气出口阀（9），当检测到燃料电池电堆（2）的温度上升到T1时，开启储氢罐（1），开启氢气入口阀（3）和氢气出口阀（4），当检测到燃料电池电堆（2）的温度大于0℃时，拉载燃料电池电堆（2），由燃料电池电堆（2）为空压机（7）供电，逐步增大燃料电池电堆（2）的输出功率，直至燃料电池电堆（2）到达额定功率，燃料电池电堆（2）启动完成。

2.根据权利要求1所述的一种具有快速冷启动功能的燃料电池系统，其特征在于，空气进气管路和氢气进气管路内的气体流动方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种具有快速冷启动功能的燃料电池系统，其特征在于，中空保温盒（5）的外壳为保温材料制成，所述中空保温盒（5）内部还填充有保温材料。

4.根据权利要求1所述的一种具有快速冷启动功能的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气入口阀（3）设置在中空保温盒（5）与燃料电池电堆（2）的氢气入口之间。

5.根据权利要求1所述的一种具有快速冷启动功能的燃料电池系统，其特征在于，所述空气入口阀（6）设置在中空保温盒（5）与燃料电池电堆（2）的空气入口之间。

6.根据权利要求1所述的一种具有快速冷启动功能的燃料电池系统，其特征在于，所述空气进气管路上还设有空气过滤器（8），所述空气过滤器（8）设置在空压机（7）的空气入口之前。