本发明属于燃料电池领域，尤其涉及车用燃料电池系统的低温启动。
背景技术：
车用燃料电池系统，在冬天会处于0℃以下的工作环境，甚至会达到-35℃的低温。在这样的低温环境下，燃料电池内催化剂活性很低，其中的水分会结冰，很难启动燃料电池系统向外输出电能。
为解决燃料电池系统的低温启动问题，现有技术中，燃料电池低温启动的策略有两大类型：一类为利用内部热源加热燃料电池，有多种方式，一种方式是采用先将燃料电池在低电流密度下运行的启动系统，如当燃料电池低于一定温度时(零度左右)，开启低电流密度下运行的启动系统，使燃料电池升温，当燃料电池高于一定温度时，启动系统自动关闭，再进入燃料电池的常规运行。这一方式的缺点是燃料消耗大。再如采用把氧化剂与少量的燃料混合引入到燃料电池的阴极腔，在阴极催化剂的作用下，燃料和氧化剂发生化学反应生成水和放出热量，把燃料电池内冰融化为水并加热燃料电池到达一个可以操作的温度。这一方式的问题是：在催化剂上发生化学反应容易烧结催化剂和膜，降低催化剂的电化学活性或造成膜破损，同时浪费燃料和氧化剂，同时，即使低温时启动了系统，由于冷却剂温度还很低，为了防止燃料电池局部过热而启动冷却剂循环时，冷却剂会吸收燃料电池内大量的热量，使燃料电池在输入循环冷却剂时温度突然急剧下降，导致燃料电池性能突降；另外一类为利用外部热源加热燃料电池,例如利用蓄电池加热冷却液，把热量带入燃料电池，这一方式的缺点是蓄电池的电量有限。还有一种方式是另外设计一燃烧室将氢气燃烧，并通过换热器把生成的热量带入冷却液的循环系统，加热燃料电池。利用外部热源加热燃料电池方法的不足是：增加了系统的体积，增加了生产成本，可靠性不确定。
技术实现要素：
现有技术中，燃料电池用的氢燃料储存有两种方式，一种是绝大多数采用的高压气瓶储氢，另一种是采用合金储氢材料储氢。合金储氢材料具有充氢时放热，放氢时吸热的特点。本发明的目的是提供一种利用合金储氢材料充氢时放热的特性，来解决低温启动车用燃料电池的问题。
本发明的技术方案是：一种利用合金储氢材料低温启动车用燃料电池系统，包括燃料电池堆、空气路分系统、氢路分系统、冷却液路分系统和控制电路分系统；燃料电池堆上设有电堆温度传感器，电堆温度传感器通过通讯线与中央控制器相连；空气路分系统包括通过管路依次连接在燃料电池堆空气进口管路上的增湿器、空压机和空气滤清器；其特征在于：所述的氢路分系统包括两个支路，一个为合金储氢罐支路，另一个为高压气瓶支路，所述高压气瓶支路包括高压气瓶、气瓶电磁阀和三通电磁阀，气瓶电磁阀进口与高压气瓶出口通过管路相连，三通电磁阀的1口通过管路与气瓶电磁阀出口相连，三通电磁阀的3口通过管路与电堆减压器相连，电堆减压器与燃料电池堆氢气进口相连，气瓶电磁阀和三通电磁阀通过通讯线与中央控制器相连；所述合金储氢罐支路包括合金储氢罐、储氢罐电磁阀、储氢罐减压器和储氢罐压力传感器，所述合金储氢罐是不锈钢制成的密封罐，罐内充填有储氢材料，合金储氢罐置于冷却液路分系统的水箱内，合金储氢罐上设有进口和出口，储氢罐电磁阀通过管路连接在合金储氢罐出口和三通电磁阀与电堆减压器相连的管路之间，储氢罐减压器通过管路连接在合金储氢罐进口和三通电磁阀的2口之间，储氢罐压力传感器设置在合金储氢罐上，储氢罐压力传感器通过通讯线与中央控制器相连；所述冷却液路分系统包括水箱、循环水泵、散热器和水箱温度传感器，水箱内充满冷却液，水箱出口通过管道与循环水泵进口相连，循环水泵出口与燃料电池堆的冷却液进口相连，散热器连接在水箱进口与燃料电池堆的冷却液出口之间的管路上，水箱温度传感器设置在水箱上，水箱温度传感器通过通讯线与中央控制器相连。
本发明所述一种利用合金储氢材料低温启动车用燃料电池系统，其特征在于：所述的合金储氢罐内充填的储氢材料为镧镍五，化学式为lani5。
本发明所述一种利用合金储氢材料低温启动车用燃料电池系统，其特征在于：所述的水箱内的冷却液为乙二醇水溶液。
本发明所述一种利用合金储氢材料低温启动车用燃料电池系统的运行方法，包括常温启动和低温启动，其特征在于：所述低温启动的方法如下：
中央控制器控制打开气瓶电磁阀，将三通电磁阀的1口和2口接通、3口关闭，关闭储氢罐电磁阀，高压气瓶中的氢气经储氢罐减压器向合金储氢罐充氢，储氢材料充氢时放热，加热水箱中的冷却液，在水箱温度传感器检测到冷却液达到设定温度时，中央控制器启动冷却液路分系统的循环水泵，向燃料电池堆提供冷却液，当电堆温度传感器检测到燃料电池堆达到设定的可操作温度时，中央控制器控制打开储氢罐电磁阀，同时控制开启各分系统，氢路分系统向燃料电池堆供氢，空气路分系统向燃料电池堆供氧，冷却液路分系统进行冷却液循环，燃料电池系统低温启动成功；所述常温启动包括合金储氢罐供氢和高压气瓶供氢两种模式，合金储氢罐供氢模式的方法如下：中央控制器控制关闭气瓶电磁阀，将三通电磁阀的1口和3口接通、2口关闭，打开储氢罐电磁阀，同时控制开启各分系统，氢路分系统向燃料电池堆供氢，空气路分系统向燃料电池堆供氧，冷却液路分系统进行冷却液循环，燃料电池系统合金储氢罐供氢模式的常温启动完成；高压气瓶供氢模式的方法如下：在储氢罐压力传感器检测到合金储氢罐的压力降到设定值时，即合金储氢罐的氢气即将用完，中央控制器控制打开气瓶电磁阀，同时关闭储氢罐电磁阀，三通电磁阀是1口和3口接通、2口关闭的状态，其它分系统维持开启状态，切换成高压气瓶供氢模式。
本发明的有益效果是：
1、克服了燃料电池低温启动的策略中的利用外部热源和内部热源方法的缺点，不消耗燃料，不增加外部加热设备。
2、在一定程度上弥补高压气瓶储氢和储氢材料储氢两种方式的不足。
3、在温暖季节，不需要低温启动时，还可以增加燃料电池车的行车里程。
附图说明
附图1是本发明的利用合金储氢材料低温启动车用燃料电池系统示意图。
图中：1、燃料电池系统，2、燃料电池堆，3、水箱，4、合金储氢罐，5、循环水泵，6、中央控制器，7、气瓶电磁阀，8、三通电磁阀，9、储氢罐减压器，10、储氢罐电磁阀，11、电堆减压器，12、电堆温度传感器，13、散热器，14、储氢罐压力传感器，15、水箱温度传感器，16、高压气瓶，17、空气路分系统。
具体实施方式
以下结合附图1和实施例对本发明作进一步说明。
利用合金储氢材料低温启动车用燃料电池系统，包括燃料电池堆2、空气路分系统17、氢路分系统、冷却液路分系统和控制电路分系统，燃料电池堆2上设有电堆温度传感器12，电堆温度传感器12通过通讯线与中央控制器6相连，空气路分系统包括通过管路依次连接在燃料电池堆2的空气进口管路上的增湿器、空压机和空气滤清器，氢路分系统包括两个支路，一个为合金储氢罐支路，另一个为高压气瓶支路，高压气瓶支路包括高压气瓶16、气瓶电磁阀7和三通电磁阀8，气瓶电磁阀7进口与高压气瓶16出口通过管路相连，三通电磁阀8的1口通过管路与气瓶电磁阀7出口相连，三通电磁阀8的3口通过管路与电堆减压器11相连，电堆减压器11与燃料电池堆2的氢气进口相连，气瓶电磁阀7和三通电磁阀8通过通讯线与中央控制器6相连；合金储氢罐支路包括合金储氢罐4、储氢罐电磁阀10、储氢罐减压器9和储氢罐压力传感器14，所述合金储氢罐4是不锈钢制成的密封罐，罐内充填有储氢材料，合金储氢罐4置于冷却液路分系统的水箱3内，合金储氢罐4上设有进口和出口，储氢罐电磁阀10通过管路连接在合金储氢罐4出口和三通电磁阀8与电堆减压器11相连的管路之间，储氢罐减压器9通过管路连接在合金储氢罐4进口和三通电磁阀8的2口之间，储氢罐压力传感器14设置在合金储氢罐4上，储氢罐压力传感器14通过通讯线与中央控制器6相连；冷却液路分系统包括水箱3、循环水泵5、散热器13和水箱温度传感器15，水箱3内充满冷却液，水箱3出口通过管道与循环水泵5进口相连，循环水泵5出口与燃料电池堆2的冷却液进口相连，散热器13连接在水箱3进口与燃料电池堆2的冷却液出口之间的管路上，水箱温度传感器15设置在水箱3，水箱温度传感器15通过通讯线与中央控制器6相连。合金储氢罐4内充填的储氢材料为镧镍五，化学式为lani5。水箱3内的冷却液为乙二醇水溶液。
利用合金储氢材料低温启动车用燃料电池系统的运行方法，包括常温启动和低温启动，低温启动的方法如下：
中央控制器6控制打开气瓶电磁阀7，将三通电磁阀8的1口和2口接通、3口关闭，关闭储氢罐电磁阀10，高压气瓶中的氢气经储氢罐减压器9向合金储氢罐4充氢，储氢材料充氢时放热，加热水箱3中的冷却液，在水箱温度传感器15检测到冷却液达到设定温度时，中央控制器6启动冷却液路分系统的循环水泵5，向燃料电池堆2提供冷却液，当电堆温度传感器12检测到燃料电池堆2达到设定的可操作温度时，中央控制器6控制打开储氢罐电磁阀10，同时控制开启各分系统，氢路分系统向燃料电池堆2供氢，空气路分系统向燃料电池堆2供氧，冷却液路分系统进行冷却液循环，燃料电池系统1低温启动成功；常温启动包括合金储氢罐4供氢和高压气瓶供氢两种模式，合金储氢罐4供氢模式的方法如下：中央控制器6控制关闭气瓶电磁阀7，将三通电磁阀8的1口和3口接通、2口关闭，打开储氢罐电磁阀10，同时控制开启各分系统，氢路分系统向燃料电池堆2供氢，空气路分系统向燃料电池堆2供氧，冷却液路分系统进行冷却液循环，燃料电池系统1合金储氢罐4供氢模式的常温启动完成；高压气瓶16供氢模式的方法如下：在储氢罐压力传感器14检测到合金储氢罐4的压力降到设定值时，即合金储氢罐的氢气即将用完，中央控制器6控制打开气瓶电磁阀7，同时关闭储氢罐电磁阀10，这时，三通电磁阀8是1口和3口接通、2口关闭的状态，其它分系统维持开启状态，切换成高压气瓶16供氢模式。
以为一台50kw车用燃料电池系统为例，说明燃料电池系统低温启动充氢所需氢气量和所需储氢材料镧镍五(lani5)的量。
一般50kw燃料电池堆的质量为50kg，材料由不锈钢双极板、碳纸和电解质膜构成，比热容为0.3kj/kg.k左右,把这个燃料电池堆由零下35℃加热到5℃需要的热量为：50×0.3×(35+5)＝600kj；50kw的燃料电池系统一般需冷却液15公斤，为零下47℃凝固的乙二醇水溶液，这种乙二醇水溶液的比热容为2.7kj/kg.k，把15公斤乙二醇水溶液由零下35℃加热到5℃需要热量为:15×2.7×(35+5)＝1620kj，燃料电池堆和冷却液共需的热量为：600kj+1620kj＝2220kj，假设热量的利用率为60％，则需要的热量为2220kj/60％＝3700kj。充1摩尔氢气即22.4升氢气，到储氢材料镧镍五(lani5)里，放热30kj，要达到3700kj的热量，要充氢气123.3摩尔，即2763升氢气，每公斤镧镍五可储157升氢气，所以需储氢材料镧镍五(lani5)为17.6kg，体积大约2升。
在温暖季节，不需要低温启动时，可把合金储氢罐和高压气瓶都充满氢气，以增加行车里程。