[发明专利]一种燃料电池系统低温启动装置及方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池系统低温启动装置及方法，装置包括燃料电池电堆、电子开关、DCDC控制器、阳极加热电阻、阴极加热电阻；其中，燃料电池电堆、DCDC控制器电连接构成控制回路；电子开关、阳极加热电阻、燃料电池电堆、阴极加热电阻电连接构成加热回路；方法包括闭合电子开关连通加热回路，使加热电阻在燃料电池电堆的电流作用下产生热量，加热燃料电池电堆的阴阳极侧的单片电池。与现有技术相比，本发明结构简单，操作方便，只需控制加热回路与控制回路即可实现对燃料电池两端进行加热，改进过程对燃料电池电堆影响较小，切断加热回路即可停止加热电阻工作，不影响两端单片温度，并且不会出现高电压，不影响燃料电池效率及寿命。

技术领域

本发明属于燃料电池系统技术领域，涉及一种燃料电池系统低温启动装置及方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)，也叫聚电解质燃料电池(PEFC)是一种将还原剂与氧化剂的化学能直接转化为电能的装置。因为其高效、清洁等特性，燃料电池得到越来越多的重视。

当燃料电池温度低于零度启动时，由于燃料电池产物为水，产生的水会在燃料电池内部结冰。燃料电池内部结冰后，阻碍了反应气体到达催化剂表面。当结冰完全堵死燃料电池内部前，如果燃料电池温度没有升高到零度以上，导致低温启动失败。同时，内部的结冰会对燃料电池材料关键材料造成破坏，导致性能降低，缩短燃料电池寿命。随着燃料电池的商业化应用，低温启动成为燃料电池越来越重要的一个指标。

现有的燃料电池低温启动的解决方法，一种是燃料电池自启动，另外一种是通过外部加热装置辅助燃料电池启动。前者主要是通过控制电流电压、反应物计量比等方式，提高电流，降低燃料电池输出电压，从而提高反应热。后者则通过外部能量加热冷却水、加热双极板、加热进气或加热端板。

燃料电池低温启动时靠近端板的两片电池由于一侧接触端板，热量来源较少，导致该两片电池温度较低，结冰多，输出电压较低，成为燃料电池低温自启动的瓶颈，制约了燃料电池从更低温度以及快速启动。

中国专利CN109904488A披露了一种燃料电池系统及其低温启动方法，在燃料电池电堆和端板之间增加加热单元，采用燃料电池自身的电流加热燃料电池电堆。但是由于直接接在燃料电池中，额外增加了集流板的数量，增加了电堆成本和装配难度；此外由于加热单元接入正常负载中，如果正常运行过程中不停止加热单元，首先造成功率浪费，降低燃料电池效率，其次集流板处单片由于加热单元的作用温度较高，造成该单片易损坏，导致燃料电池失效；并且由于燃料电池系统DCDC控制器与加热电阻串联设置，造成在正常运行过程中如果需要停止加热单元，则在停止加热切换时必须先停止燃料电池的运行，再重新开启燃料电池，操作复杂，而且燃料电池每次开机会形成高电位，损坏燃料电池性能，造成电堆寿命减少。

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系统低温启动装置及方法，用于解决由于燃料电池中端板附近的单片电池温度较低，从而使燃料电池低温启动受限，以及用于低温启动的加热电阻因接入燃料电池的正常负载导致电池效率降低，或者因切断接入燃料电池的正常负载线路中的加热电阻而产生高电位进而影响燃料电池性能及燃料电池寿命的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种燃料电池系统低温启动装置，包括燃料电池电堆、电子开关、燃料电池系统DCDC控制器、阳极加热电阻、阴极加热电阻；

所述的燃料电池电堆、燃料电池系统DCDC控制器电连接构成控制回路；

所述的电子开关、阳极加热电阻、燃料电池电堆、阴极加热电阻电连接构成加热回路；

通过控制回路控制燃料电池电堆的输出电流，使加热回路中的阳极加热电阻、阴极加热电阻在输出电流的作用下，加热燃料电池电堆的阴阳极侧的单片电池，进而完成低温启动。