冷启动过程中开始冷却液循环以防膜电极组过热的方法

专利名称：冷启动过程中开始冷却液循环以防膜电极组过热的方法
冷启动过程中开始冷却液循环以防膜电极组过热的方法
背景技术：
1. 发明领域本发明总地涉及在冷启动时控制到达燃料电池组的冷却液
循环的方法，且更具体地讲，涉及包括燃料电池组的燃料电池系统， 其中所述系统釆用 一种控制方案来在冷启动过程的适当时刻使冷却 液循环通过燃料电池组，以防所述燃料电池受到过高温度的损害。
2. 相关技术讨论氢由于其干净并可用在燃料电池中有效地产生电流而成为 备受青睐的燃料。汽车行业投入大量资源来开发氢燃料电池作为车 辆能源。这种车辆将比采用内燃机的现有车辆更有效且产生的排放 更少。氢燃料电池是包括阳极和阴极(两者之间有电解质)的电化 学设备。阳极接受氢气而阴极接受氧或空气。氢气在阳极中离解产 生游离质子和电子。质子通过电解质到达阴极。质子与阴极的氧和 电子反应产生水。阳极的电子不能通过电解质，因此在被输送到阴 极之前通过负荷做功。所做功使车辆运行。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是车辆的常用燃料电池。 PEMFC通常包括固体聚合物电解质质子导电膜，如全氟磺酸膜。阳 极和阴极通常包含细碎分散的催化剂农么粒，通常柏(Pt)以碳颗粒为载 体并与离聚物混合。催化剂混合物沉积在膜的相对面上。阳极催化 剂混合物、阴极催化剂混合物和膜的组合定义为膜电极组(MEA)。 MEA制备相对昂贵并需要一定的条件以有效运行。这些条件包括正 确水管理、湿度和温度控制以及催化剂中毒成分(如一氧化碳(CO))控 制。通常将几个燃料电池组合于燃料电池组中来产生所需能
量。燃料电池组接受阴极输入气体，通常是通过压缩机使空气流强 制通过所述电池组。并非所有氧都被电池组消耗， 一部分空气作为 可能包含电池组副产物水的阴极废气输出。所述燃料电池组还接受 流入电池组阳极侧的阳极氢4ir入气体。燃料电池组包含位于电池组MEA之间的 一 系列流场板或 双极板。双极板包括电池组中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。在 双极板的阳极侧提供阳极气流通道以允许阳极气体流到各MEA的阳 极侧。在双极板的阴极侧提供阴极气流通道以允许阴极气体流到各 MEA的阴极侧。双极板由导电材料制备(如不锈钢)，从而将燃料电 池产生的电流从一个电池传导到下一个电池并传导出电池组。燃料电池必须在最佳相对湿度和温度下工作以提供有效电 池组运行和耐用性。汽车燃料电池组的通常电池组工作温度为60-80 。C。超过最佳温度的过高电池组温度可能损坏燃料电池组件，减少 燃料电池的使用寿命。同样，低于最佳温度的电池组温度降低了电 池组的性能。因此，燃料电池系统采用热子系统来引导冷却液通过 所述燃料电池组的液流通道来控制其温度。车辆启动时，燃料电池组通常远低于其最佳工作温度，尤 其在低温环境中更是如此。希望尽快将燃料电池组的温度提高其工 作温度以提高电池性能，这可能要一分钟或更长时间。为了使燃料 电池组迅速达到其工作温度，启动后一定时间内冷却液不流经电池
燃料电池电池组启动时更快地提高电池组温度的各种操作在本领域 中是已知的，如将氬气供给燃料电池的阴极侧以产生可用于加热电 池组的燃烧。此外，如果在电池组足够暖和之前允许冷的冷却液流 循环，电池组的性能可能受损且电池可能由于冷的冷却液而失效。
重要的是在启动过程中防止MEA过热和持续降解。本领域中已知的是燃料电池启动过程中测量燃料电池组阴极侧的阴极
排气的温度来确定燃料电池组温度，以在适当时刻启动冷却液流。
通常当阴极输出温度达到25。C-4(TC时，启动冷却液泵来使冷却液流 经电池组。然而，已发现当阴极排气温度在此温度范围时，燃料电 池内MEA的某些部分可能超过100。C。认为MEA持续、反复暴露 在这些高温下会导致材料降解和耐久性失效，如在MEA中产生小 孔。
发明概述本发明公开了 一种确定冷启动过程中燃料电池组的内部温
度以在所述电池组的内部温度升到超过可能损害电池组内燃料电池 的温度之前启动冷却液流的系统和方法。所述系统和方法包括从环 境温度传感器或电池组冷却液体集合管中的传感器确定初始电池组 温度，测定电池组的电压并测定来自电池组的电流，通过这些值和 电池组材料的比热确定电池组的废热从而确定其温度。如果在启动 过程中将氢送到电池组的阴极侧，那么所述系统和方法还包括确定
氢的流速。在一个实施方案中，所述方法包括确定燃料电池组的启动 温度；采用低热值或高热值计算燃料电池组的理论电压；计算燃料 电池组中燃料电池的平均电池电压；计算燃料电池组中燃料电池的 平均电流密度；将计算得到的电流密度缩;汰以说明局部化的非均匀 性(non-uniformities);计算燃料电池组的耗热率；根据温度将计算得 到的耗热率缩i文以包含控制巻元件(control volume element)的热损 失；根据电流密度确定采用缩放的耗热率还是未缩放的耗热率来进 行温度计算；根据预定时间间隔内缩放的耗热率或未缩放的耗热率 计算控制元件产生的能量；根据元件中的能量和元件的比热计算控 制元件的温度升高；根据控制元件的提高温度计算所述元件的新温 度；和如果所得新温度超过预定温度则启动冷却液泵。如果在启动
过程中将氢输送到电池组的阴极侧，则所述方法还包括从到达阴极 侧的氢流速计算热量输入并采用耗热率和热输入计算该时间间隔内
控制元件中的能量。通过以下说明书和附录权利要求书及附图，本发明的其它 优点和特征将变得明显。
附图简述

图1是本发明燃料电池系统的结构图，所述燃料电池系统 采用一种技术来在冷系统启动时确定何时将冷却液泵送通过燃料电 池组；和以下为本发明涉及在燃料电池系统启动时启动到达燃料 电池组的冷却液流的系统和方法的实施方案，对该实施方案的讨论 仅为示例，而非对本发明或其应用或用途进行限定。图1是包括燃料电池组12的燃料电池系统10的结构图。 通过泵16将冷却液(如水)泵送通过燃料电池组12中的冷却液流通道 和外部线路14。本发明中，电子控制模块(ECM) 18根据计算的燃料 电池组12的内部温度控制冷车辆启动时泵16的启动，这将在下面 详细讨论。ECM 18通过定义假设的控制巻元件和计算控制巻的温度 来预净艮冷启动过程中当没有冷却液流过电池组12时电池组12中的 最高温度。 一个实施方案中，所述控制巻元件是作为示范的电池组12 的一个燃料电池中的示例板、扩散介质层和MEA的一部分。 ECM18接收来自位于电池组12中冷却液集合管内的温 度传感器20和/或环境温度传感器22的温度信号。ECM 18还接收来 自电池组12中的电压传感器28的电池组电压信号和来自电池组12 中的电流传感器46的电池组电流信号。 一个实施方案中，可在启动
时将氢供给至电池组12的阴极侧来提供燃烧以快速提高电池组12 的温度。ECM 18还接收来自位于电池组12的阴极输入线路26内的 流量计24或脉冲注入器的氬供给流速信号。图2a-2i是本发明计算冷启动时燃料电池组12的内部温度 的运行流程图。注意下面所提及的ECM18采用的各值是根据实验 和最佳性能模拟，针对具体应用确定的值。正如本领域中技术人员 会理解的，其它值可用于其它应用。 ECM 18首先根据来自温度传感器20或22的温度信号确 定判定框32处是否需要冷启动协议。 一个实施方案中，如果环境温 度或集合管中的冷却液的温度超过5 °C则不需要冷启动协议。如果判 定框32处不需要冷启动协议，那么在框34处，ECM18通过立即泵 送冷却液通过燃料电池组12进行正常启动运行。如果判定框32处 需要本发明冷启动协议，那么在框36处ECM18启动到达电池组12 的阳极和阴极反应物流。然后在判定框38处，ECM 18确定电池组12 是否达到开路电压(OCV),以使得电池组12在所有电池产生足够电 压之前无负荷。 一个实施方案中，该开路电压为约700 mV。如果判 定框38处没有达到OCV,那么在框40处ECM 18等待一定的预定 时间直到判定框38处已经达到所需OCV。 一旦判定框38处已经达 到所需OCV,在框42处，ECM 18允许将负荷施加到燃料电池组12。 然后在框44处ECM 18启动计时器和控制模型以采用启动温度计算 电池组温度。在框54处ECM 18设定循环时间间隔。在此实施方案中， 将循环时间间隔设定在一秒。然后在判定框52处ECM 18确定是否 正在使用氢供给。如果正在使用氬供给，在框56处ECM18将启动 温度保存，所述启动温度第一次由温度传感器20或环境温度传感器 22提供，或由下面计算得到的计算温度获得。 ECM 18然后采用低热值(LHV)或高热值(HHV)确定燃料 电池组12的理论电压作为各电池的平均电压。当电池组温度低于预 定温度时采用HHV，因为电化学反应的产物将为液态水。如果保存 温度高于预定温度，ECM18采用LHV,因为电化学反应产物将为 水蒸气。具体地讲，在判定框58处ECM18确定保存的温度高于还 是低于6(TC。如果保存的温度低于60°C,则在框60处ECM18采用 HHV计算理论电压，并在框62处保存所得理论电压。 一个实施方案 中，采用HHV将理论电压计算成1.47995 + (.00005 x保存温度值)。 然而，如果保存温度超过或等于60。C,那么在框64处ECM18采用 LHV计算理论电压，并在框62处保存所得理论电压。 一个实施方案 中，采用LHV将理论电压计算成1.25193 + (.OOOO5 x保存温度值)。然后在框66处ECM 18根据从流速传感器24测得的提供 给燃料电池组12阴极侧的氢流速计算氢供给的热输入值。 一个实施 方案中，ECM1S采用以下等式计算热输入，单位瓦特(W),流速单 位为标准立方厘米/分钟(SCCM)。
流速:"0細49] *120,,瑪=间然后在框68处ECM18按照从电压传感器28测得的电池 组电压除以电池组12中的电池数计算平均电池电压。然后在框70 处ECM 18按照从电流传感器46测得的电池组电流除以每个电池的 有效面积计算燃料电池组12的平均电流密度(CD)。然后ECM 18采用校正因子来将电流密度缩放以说明燃料 电池中的局部不均匀。已通过试验确定如果电流密度大于0.6 A/cm2,不必缩放或校正电流密度，因为电流密度在整个电池将相当 均匀。在判定框62处ECM 18确定平均电流密度是否低于0.6 A/cm2。 如果平均电流密度低于0.6 A/cm2，那么在框74处ECM 18将电流密 度乘以缩放因子1.7，然后在框76处保存所得缩放的电流密度。在 判定框72处，如果平均电流密度等于或大于0.6A/cm2,那么在框78 处ECM 18将电流密度乘以l(没有校正)，并在框76处保存所得未缩 i文的电流密度。然后ECM 18将所得耗热率值缩放以包括控制巻元件的热 损失。在较高温度下，控制元件产生的热量仅约10%保留在控制元 件中而90%的热量从控制元件损失到燃料电池的其它区域或其环境。 具体地讲，在判定框84处ECM 18确定保存的温度是否超过25。C 。 如果在判定框84处，温度不超过25。C，那么ECM18将耗热率值乘 以1(没有缩放)并在框88保存所得未缩放的耗热率值。如果在判定框 84处，温度超过25。C,那么在判定框90处，ECM18确定温度是否 超过45。C。如果在判定框90处，温度不超过45。C，那么在框92处， ECM 18将耗热率值乘以0.5并在框88处保存所得缩放的耗热率值。 如果在判定框90处，温度超过45。C,那么在框94处，ECM18将耗 热率值乘以0.10(10%)并在框88处保存所得缩放的耗热率值。已确定的是仅在较低电流密度时电池組12存在热损失。 较高电流密度时，没有足够的时间将热量传输到控制巻元件和电池 组12之外，因此热损失不大。因此，如果平均电流密度超过预定值， 那么不对耗热率值进行校正，然而，如果平均电流密度低于预定值 且温度超过25。C，那么对耗热率值进行校正以补偿热损失。具体地 讲，在判定框96处，ECM 18确定平均电流密度是否低于0.25 A/cm2。 如果在判定框96处，平均电流密度低于0.25 A/cm2,那么在框98处, ECM l8将采用保存在框88中的缩放耗热率值进行温度计算(以下讨 论)，然后在框100处保存所得校正的耗热率值。如果在判定框96处， 平均电流密度等于或超过0.25 A/cm2,那么在框102处，ECM18将 采用保存在框82中的未缩放耗热率值进行温度计算，然后在框100 处保存所得未缩放的耗热率值。然后在框104处，ECM 18计算循环时间间隔内控制巻元 件中的能量。 一个实施方案中，按照以下进行该计算，单位为焦耳(J):*时间间隔=[习然后在框106处，ECM 18计算控制巻元件中的温度提高。 一个实施方案中，通过循环时间间隔内控制元件中的热量除以控制高。然后在框108处，ECM通过将框106处计算得到的温度 提高加上框56处保存的温度计算控制元件的新温度。框56处的保 存温度将为来自温度传感器20或22的启动温度，或为前面计算得 到的新温度(当ECM 18循环通过流程图30时)。新温度为计算得到 的控制元件温度且代表电池组12中的最热电池。采用新温度确定是 否应该启动冷却液泵16。然后在判定框110处，ECM18确定新温度是否超过70'C。 如果温度低于或等于70°C,那么ECM 18返回到框54通过上述步骤 计算控制巻元件的新温度。然而，如果控制元件的温度超过70。C, 那么在框112处ECM 18启动冷却液泵16并在框114处进行启动后 的正常燃料电池系统运行。 一个实施方案中，泵16可进行脉冲调制 以限制进入电池组12中的冷的冷却液量。在判定框52处，如果ECM18确定没有采用氢供给，那 么ECM 18以与采用氢供给几乎相同的方式，根据差值进行控制巻元 件温度的计算。具体地讲，在框116处保存温度并在判定框118和 框120-124处计算和保存理论电压。采用与氢供给相同的HHV和LHV 确定理论电压。因为该方法中没有氢供给，在框66处，ECM18不 计算热输入。分别在框126和128处计算平均电池电压和平均电流 密度。然后在判定框HO和框130-136处将电流密度缩放。就没有氢 供给的电流密度缩放而言，相乘的值为1.52和1.44。然后分别在框138和140处计算和保存耗热率值。在判定
框142和148和框144、 146、 150和152处，采用与氬供给相同的 校正值将耗热率值缩放和保存。然后在判定框154和框156-160处 ECM确定采用初始耗热率值还是缩放耗热率值进行温度计算。然后 在框162处ECM 18计算循环时间间隔内控制元件中的热量，在框164 处计算控制元件中的温度提高和在框166处计算新温度。然后在判 定框168处，ECM18确定控制元件中的新温度是否超过70。C,如果 没有超过7(TC，则在框116处返回到确定新温度。如果温度超过70 。C,那么在框170处，EGM18启动泵16并在框172处返回到正常 燃:扦电池系统运4亍。以上讨论仅公开并描述了本发明示例实施方案。本领域中 技术人员将容易从这种讨论和附图和权利要求书认识到本文中可 进行各种改变、改进和变化而不背离以下权利要求书中定义的本发 明精神和范围。
权利要求
1.一种在燃料电池系统启动时确定何时启动系统中的冷却液泵的方法，所述燃料电池系统包括燃料电池组，所述燃料电池组包括一组燃料电池，所述方法包括确定所述燃料电池组的启动温度；计算所述燃料电池组的理论电压；计算所述燃料电池组中燃料电池的平均电池电压；计算所述燃料电池组中燃料电池的平均电流密度；将计算得到的电流密度缩放以说明燃料电池中的局部非均匀性；计算预定时间间隔内燃料电池组的初始耗热率；根据所述启动温度将所述初始耗热率缩放来提供校正的耗热率以包含控制卷元件的热损失；根据所述电流密度确定采用校正的耗热率还是初始耗热率来进行温度计算；根据所述时间间隔内确定的耗热率计算控制元件中的能量；根据所述控制元件中的能量计算控制元件的温度升高；根据所述控制元件的温度提高计算控制元件的新温度；如果所得新温度超过预定温度则启动冷却液泵；和如果所得新温度低于预定温度则采用新温度作为启动温度重新计算新温度。
2. 权利要求l的方法，所述方法还包括确定是否提供氬输入到 所述燃料电池组的阴极侧和根据到达所述阴极侧的氬流速计算热量 输入。
3. 权利要求2的方法，其中根据确定的耗热率计算控制元件中的能量的步骤包括将所述确定的耗热率和所述热输入加和，然后将 所得加和结果乘以预定时间间隔。
4. 权利要求l的方法，其中确定所述燃料电池组的启动温度的步骤包括采用从所述电池组中的冷却液集合管中的温度传感器检测 到的温度或从环境温度传感器检测到的温度。
5. 权利要求l的方法，其中计算所述燃料电池组的理论电压的 步骤包括如果所述保存的温度超过预定温度，此时燃料电池组的产 物为水蒸气，则采用低热值和如果所述启动温度低于所述预定温度，此时燃料电池组的产物为液态水，则采用高热值计算燃料电池组的 理i仑电压。
6. 权利要求l的方法，其中将计算得到的电流密度缩放的步骤 包括如果所述电流密度低于预定值则将所述电流密度缩放和如果所 述电流密度超过所述预定值则不将计算得到的电流密度缩放。
7. 权利要求l的方法，其中计算预定时间间隔内燃料电池组的 初始耗热率的步骤包括从所述理论电压减去所述平均电压，然后将 差值乘以所迷电流密度和燃料电池的有效面积。
8. 权利要求l的方法，其中将所述初始耗热率缩放以提供包含 控制巻元件的热损失的校正耗热率的步骤包括如果所述启动温度超 过笫一预定温度，但低于笫二预定温度则将所述初始耗热率乘以第 一预定值；如果所述启动温度超过所述笫二预定温度则将所述初始 耗热率乘以所述第二预定值和如果所述启动温度低于所述第一预定 温度则将初始耗热率乘以1 。
9. 权利要求l的方法，其中确定采用所述校正的耗热率还是所 述初始耗热率进行温度计算的步骤包括如果所述平均电流密度低于 预定电流密度则采用所述校正的耗热率和如果所述平均电流密度超 过所述预定电流密度则采用所述初始耗热率。
10. 权利要求l的方法，其中根据所述控制元件中的能量计算控 制元件的温度提高的步骤包括将所述控制元件中的能量除以控制元 件质量乘以控制元件比热的乘积。
11. 权利要求l的方法，所述方法还包括在计算所述燃料电池组 的理论电压之前确定是否达到所述燃料电池組的预定开路电压。
12. 权利要求l的方法，其中所述控制巻元件是所述电池组中 MEA、扩散介质和双极板的一部分。
13. —种在燃料电池系统启动时确定何时启动燃料电池系统中的 冷却液泵的控制系统，所述燃料电池系统包括燃料电池组，所述燃 料电池组包括一组燃料电池，所述控制系统包括确定所述燃料电池组的启动温度的装置； 计算所述燃料电池组的理论电压的装置； 计算所述燃料电池组中燃料电池的平均电池电压的装置； 计算所述燃料电池组中燃料电池的平均电流密度的装置； 将计算得到的电流密度缩放以说明所述燃料电池中的局部非均匀性的装置；计算预定时间间隔内所述燃料电池组的初始耗热率的装置；根据所述启动温度将所述初始耗热率缩放来提供包含控制巻元件 热损失的校正的耗热率的装置；根据所述电流密度确定采用所述校正的耗热率还是所述初始耗热 率来进行温度计算的装置；根据所述预定时间间隔内的确定耗热率计算控制元件中的能量的 装置；根据控制元件中的能量计算所述元件的温度升高的装置； 根据所述控制元件的温度提高计算所述控制元件的新温度的装置；如果所得新温度超过预定温度则启动冷却液泵的装置，其中如果 计算新温度。
14. 权利要求13的控制系统，所述系统还包括确定是否提供氬 供给到所述燃料电池组的阴极侧的装置和根据到达阴极侧的氬流速 计算热量输入的装置。
15. 权利要求14的控制系统，其中所述根据确定的耗热率计算 所述控制元件中的能量的装置包括将所述确定的耗热率和所述热输 入加和，然后将所得加和结果乘以所述预定时间间隔的装置。
16. 权利要求13的控制系统，其中所述确定燃料电池组的启动 温度的装置包括采用从冷却液集合管中的温度传感器检测到的温度 或从环境温度传感器检测到的温度的装置。
17. 权利要求13的控制系统，其中所述计算燃料电池组的理论 电压的装置包括如果所保存的温度超过预定温度，此时燃料电池组 的产物为水蒸气，则采用低热值和如果所述启动温度低于所述预定 温度，此时燃料电池组的产物为液态水，则采用高热值计算燃料电 池组的理论电压的装置。
18. 权利要求13的控制系统，其中所述将计算得到的电流密度 缩放的装置包括如果所述电流密度低于预定值则将所述电流密度缩 放和如果所述电流密度超过所述预定值则不将计算得到的电流密度 缩放的装置。
19. 权利要求13的控制系统，其中所述计算预定时间间隔内燃 料电池组的初始耗热率的装置包括从所述理论电压减去所述平均电 压，然后将所得差值乘以所述电流密度和所述燃料电池的有效面积 的装置。
20. 权利要求13的控制系统，其中所述将初始耗热率缩放以提 供包括控制巻元件热损失的校正耗热率的装置包括如果所述启动温 度超过第一预定温度，但低于第二预定温度则将所述初始耗热率乘 以第 一预定值，如果启动温度超过笫二预定温度则将所述初始耗热 率乘以第二预定值，和如果所述启动温度低于第一预定温度则将初 始耗热率乘以1的装置。
21. 权利要求13的控制系统，其中所述确定采用校正的耗热率 还是初始耗热率的装置包括如果所述平均电流密度低于预定电流密 度则采用所述校正的耗热率和如果所述平均电流密度超过所述预定 电流密度则采用所述初始耗热率的装置。
22. 权利要求13的控制系统，其中所述根据控制元件中的能量 计算控制元件的温度提高的装置包括将所述控制元件中的能量除以 控制元件质量乘以控制元件比热的乘积的装置。
23. 权利要求13的控制系统，所述控制系统还包括在计算所述 燃料电池组的理论电压之前确定是否达到燃料电池组的开路电压的 装置。
24. 权利要求13的控制系统，其中所述控制巻元件是所述电池 组中MEA、扩散介质和双极板的一部分。
25. —种包括一组燃料电池的燃料电池组，所述燃料电池组包括:测量所述电池组电流并^是供电池组电流信号的电流传感器； 将冷却液泵送通过所述燃津十电池组的泵；和燃料电池组的电子控制模块，所述电子控制模块采用所述温度信号、 电压信号和电流信号来确定所述电池组内的控制巻元件的温度。
26. 权利要求25的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括测 定启动过程中到达燃料电池组阴极侧的氢气流量并提供氢气供给信 号的流量传感器，所述电子控制模块同样采用所述氩气供给信号来 确定所述控制巻元件的温度。
27. 权利要求25的燃料电池系统，其中所述温度传感器选自冷 却液集合管温度传感器和环境温度传感器。
28. 权利要求25的燃料电池系统，其中所述电子控制模块根据 所述电池组产生液态水产物还是蒸气产物计算所述燃料电池组的理 论电压，计算所述燃料电池组内燃料电池的平均电池电压，计算所 述燃料电池组内燃料电池的平均电流密度和将计算得到的电流密度度。
29. 权利要求28的燃料电池系统，其中所述电子控制模块计算 预定时间间隔内所述燃料电池组的初始耗热率，才艮据所述温度信号 将所述初始耗热率缩放以提供包含控制元件的热损失的校正耗热率 和根据所述燃料电池的电流密度确定采用所述校正的耗热率或所述 初始耗热率进行温度计算。
30. 权利要求29的燃料电池系统，其中所述电子控制模块根据 所述时间间隔内确定的耗热率计算所述控制元件中的能量，根据所 述控制元件中的能量计算控制元件的温度提高和根据所述温度提高 计算所述控制元件的温度。
31. 权利要求28的燃料电池系统，其中所述电子控制模块如下 计算所述燃料电池组的理论电压如果所述保存温度超过预定温度， 此时产物为水蒸气，则采用低热值，如果所述启动温度低于所述预 定温度，此时产物为液态水，则采用高热值。
32. 权利要求28的燃料电池系统，其中如果所述电流密度低于 预定值，则所述电子控制模块将所述计算得到的电流密度缩放；如 果所述电流密度超过所述预定值则不将计算得到的电流密度缩放。
33. 权利要求29的燃料电池系统，其中所述电子控制模块通过 从所述理论电压减去所述平均电压，然后将所得差值乘以所述电流 密度和燃料电池的有效面积计算所述燃料电池组的初始耗热率。
34. 权利要求29的燃料电池系统，其中所述电子控制模块将所 述初始耗热率进行如下缩放如果所述启动温度超过第一预定温度， 但低于第二预定温度则将所述初始耗热率乘以第一预定值，如果所 述启动温度超过第二预定温度则将所述初始耗热率乘以第二预定 值，和如果所述温度信号低于笫一预定温度则将所述初始耗热率乘 以1。
35. 权利要求34的燃料电池系统，其中如果所述平均电流密度 低于预定电流密度则所述电子控制模块采用所述校正的耗热率和如 果所述平均电流密度超过所述预定电流密度则所述电子控制模块采用所述初始耗热率。
36. 权利要求30的燃料电池系统，其中所述电子控制模块通过 将所述控制元件中的能量除以控制元件质量乘以控制元件比热的乘 积计算所述控制元件的温度提高。
37. 权利要求28的燃料电池系统，其中所述电子控制模块在计 算所述燃料电池组的理论电压之前确定是否达到所述燃料电池组的 开路电压。
38. 权利要求25的燃料电池系统，其中所述控制巻元件是所述 电池组中MEA、扩散介质和双极板的一部分。
全文摘要
在燃料电池组启动过程中确定电池组的内部温度从而在所述电池组的内部温度提高到超过可能损害所述电池组内的燃料电池的某一温度之前启动冷却液流的系统和方法。所述系统和方法包括从环境温度传感器或电池组冷却液体集合管中的传感器确定初始温度，测定所述电池组的电压和来自所述电池组的电流和通过这些值确定电池组的废热而确定其温度。如果在启动过程中将氢送到电池组的阴极侧，那么所述系统和方法还包括确定氢的流速。
文档编号H01M8/00GK101199067SQ200680021071
公开日2008年6月11日 申请日期2006年1月3日 优先权日2005年4月14日
发明者E·L·汤普森, 艳 张 申请人:通用汽车环球科技运作公司