燃料电池启动系统及方法与流程

本发明涉及能量应用技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池启动系统及方法。

背景技术

燃料电池是一种采用电化学反应的方式将燃料中的化学能转化为电能的发电装置，其中，质子交换膜燃料电池发电作为新一代发电技术，由于发电过程中不受卡诺循环的限制，能量转换率高其直接发电效率可达45％，热电联供效率可达90％以上，可广泛应用于备用电源、分布式电站和汽车动力等多个领域。而质子交换膜燃料电池的环境适应性是其能否广泛商业化应用的重要因素，特别是在交通领域中，如低温环境下(例如，0℃以下的低温环境下)的燃料电池冷启动是目前燃料电池汽车面临的重要挑战之一。

燃料电池发电系统要快速启动，目前常用的方法在燃料电池系统中加入辅助的电加热器，由蓄电池为该电加热器供电，使电加热器加热后的进堆空气进入电池堆，迅速使电化学反应位点升温，并将融化的液态水吹出电池堆。同时，蓄电池还需要给燃料电池发电系统中的其他发电器件进行供电。然而，蓄电池的电量是有限的，尤其低温环境下，蓄电池本身的电能也会发生衰减，其能输出的总电量变少，在冷启动效率较低的情况下，长时间消耗蓄电池的电量可能到导致蓄电池电量耗尽甚至损坏，使燃料电池发电系统(balanceofplant，简称为bop)供电中断，系统启动失败。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种燃料电池启动系统及方法，以至少解决燃料电池启动过程中蓄电池未得到合理使用的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种燃料电池启动系统，包括：入堆空气加热器，电池堆和控制器，其中，所述入堆空气加热器，用于对入堆空气进行加热；所述电池堆，用于被加热后的入堆空气进行加热后，进行发电；所述控制器，用于根据所述电池堆的温度，通过对所述入堆空气加热器进行控制，完成所述燃料电池的启动。

可选的，所述系统还包括：换热装置，其中，所述换热装置用于将从所述电池堆排出的出堆空气与所述电池堆的冷却液进行换热。

可选的，所述换热装置包括：换热盘管，其中，在所述换热盘管中流动有所述出堆空气，所述换热盘管浸至于冷却液储箱中装载的所述冷却液中。

可选的，所述换热装置包括：气液换热器，其中，所述气液换热器用于接收所述出堆空气，其中，所述出堆空气在所述气液换热器中对所述冷却液进行加热。

可选的，所述控制器，还用于在所述电池堆的温度低于第一温度阈值的情况下，开启所述入堆空气加热器对所述入堆空气进行加热；在所述电池堆的温度高于所述第一温度阈值以及小于第二温度阈值的情况下，关闭所述入堆空气加热器，停止对所述入堆空气进行加热；以及在所述电池堆的温度高于所述第二温度阈值的情况下，维持所述入堆空气加热器的关闭状态。

可选的，所述系统还包括：液体泵，其中，所述液体泵用于根据所述控制器发出的控制信号，在所述电池堆的温度低于所述第二温度阈值的情况下，执行关闭处理或者以低于额定功率的功率进行运转；在所述电池堆的温度高于所述第二温度阈值的情况下，进行开启处理或者以所述额定功率进行运转。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种燃料电池启动方法，包括：采集电池堆的温度，其中，所述电池堆由采用入堆空气加热器加热后的入堆空气加热后，进行发电；根据所述电池堆的温度，通过对所述入堆空气加热器进行控制，完成所述燃料电池的启动。

可选的，根据所述电池堆的温度，通过对所述入堆空气加热器进行控制，完成所述燃料电池的启动包括以下至少之一：在所述电池堆的温度低于第一温度阈值的情况下，开启所述入堆空气加热器对所述入堆空气进行加热；在所述电池堆的温度高于所述第一温度阈值以及小于第二温度阈值的情况下，关闭所述入堆空气加热器，停止对所述入堆空气进行加热；在所述电池堆的温度高于所述第二温度阈值的情况下，维持所述入堆空气加热器的关闭状态。

可选的，在根据所述电池堆的温度，通过对所述入堆空气加热器进行控制，完成所述燃料电池的启动之前，还包括：将从所述电池堆排出的出堆空气与所述电池堆的冷却液进行换热，通过换热后的冷却液为所述电池堆供热。

可选的，将从所述电池堆排出的出堆空气与所述电池堆的冷却液进行换热包括：将从所述电池堆排出的出堆空气输出至换热盘管中，以及通过将所述换热盘管浸至于冷却液储箱中装载的冷却液中的方式，将所述出堆空气与所述冷却液进行换热；或者，通过气液换热器接收所述出堆空气，通过所述气液换热器中的出堆空气加热所述冷却液的方式，将所述出堆空气与所述冷却液进行换热。

在本发明实施例中，通过采用燃料电池启动系统中的入堆空气加热器对入堆空气进行加热，及电池堆采用加热后的入堆空气加热进行发电的方式，再结合利用控制器，根据电池堆的温度，对入堆空气加热器进行控制，达到了完成燃料电池的启动的目的，从而实现了依据控制器对燃料电池启动系统中相关器件的控制来实现避免长时间地使用蓄电池的技术效果，进而解决了燃料电池启动过程中蓄电池未得到合理使用的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统的示意图；

图2是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统所采用的质子交换膜燃料电池中单电池的工作原理示意图；

图3是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统的优选结构示意图一；

图4是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统的优选结构示意图二；

图5是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统的优选结构示意图三；

图6是根据本发明实施例二的高效燃料电池低温启动系统的示意图；

图7是根据本发明实施例三的高效燃料电池低温启动系统的示意图；

图8是根据本发明实施例四的燃料电池启动方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

本发明实施例提出了一种燃料电池启动系统，图1是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统的示意图，如图1所示，该燃料电池启动系统可以包括：入堆空气加热器1，电池堆2和控制器3。

其中，入堆空气加热器1，用于对入堆空气进行加热；

电池堆2，连接于上述入堆空气加热器1，用于被加热后的入堆空气进行加热后，进行发电；

控制器3，连接于上述入堆空气加热器1，用于根据电池堆的温度，通过对入堆空气加热器进行控制，完成燃料电池的启动。

在上述系统中，采用控制器3根据电池堆温度对入堆空气加热器1的控制，使入堆空气加热器1能够根据电池堆的温度对入堆空气进行加热，使得蓄电池能够合理地为入堆空气加热器1供电，相对于相关技术中，在燃料电池启动系统在整个启动的过程中，蓄电池均需要不停止地对入堆空气加热器1进行加热，有效地节省了蓄电池对入堆空气加热器1的供电，达到了在保护蓄电池的前提下完成燃料电池的启动的目的。实现了依据控制器对燃料电池启动系统中的入堆空气加热器的控制来实现避免长时间地使用蓄电池的技术效果，解决了燃料电池启动过程中蓄电池未得到合理使用的技术问题。

需要说明的是，在燃料电池的电池堆进行电化学反应的过程中，除了需要给燃料电池提供氢气外，还需要提供入堆空气，以保证足够的氧气进行电化学反应，相关技术中，常用基于空气泵供气的常压供气方式。

其中，在该燃料电池启动系统中的燃料电池的性能受环境温度影响较大，在低温环境下，如温度低于0℃时，燃料电池容易启动失败。因此，其环境适应性是制约其广泛商业化应用的重要因素，如0℃以下的低温环境下的燃料电池冷启动是目前采用燃料电池汽车面临的重要挑战之一。

为清楚说明将上述燃料电池在低温环境下启动失败的原因，下面对本发明实施例的燃料电池启动系统所涉及的燃料电池(以下以质子交换膜燃料电池为例)进行简单说明。

图2是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统所采用的质子交换膜燃料电池中单电池的工作原理示意图，如图2所示，每个单电池可以包括阳极、阴极和质子交换膜。质子交换膜燃料电池相当于水电解的“逆”装置，工作时相当于一个直流电源，其中，阳极为电源负极，阴极为电源正极。将多个单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的质子交换膜燃料电池中的电池堆。

在环境温度低于0℃时，电池内部的游离态水会结晶成冰，尽管经过关机过程的吹扫等处理，但还是会有微量的冰晶存在，影响质子和水的传递，使燃料电池无法发电；且在电池堆温度处于0℃以下时，若是部分单电池可以发电，其电化学反应生成的水在没有排出电池堆前会结冰，进而堵塞气体通道和催化剂活性位，从而导致电化学反应终止，燃料电池启动失败。因而，在燃料电池启动过程中，采用入堆空气加热器1除了对入堆空气进行加热外，产生的热气流还能够将游离态水吹出电池堆，避免其结晶而导致燃料电池启动失败。

其中，控制器3对入堆空气加热器1进行的控制，可以包括对入堆空气加热器1的开关的控制，即通过对入堆空气加热器1的开关的控制可以确定蓄电池是否对入堆空气加热器1进行供电；也可以包括对入堆空气加热器1的功率大小的控制，即通过对入堆空气加热器1的功率大小的控制可以有效地实现蓄电池对入堆空气加热器1的供电多少进行控制。通过上述控制，可以使控制器4根据电池堆的温度变化，对入堆空气加热器1的开关和功率进行灵活调节，有效地实现了蓄电池对入堆空气加热器1定性和定量两个方面的供电控制，完整全面地实现了对蓄电池用电的保护。

为实现尽可能的节约蓄电池的用电，控制器还可以对采用蓄电池进行供电的器件执行相应的控制。比如，蓄电池进行供电的器件可以包括：用于对冷却液进行散热的冷却液散热器，用于驱动冷却液流动的液体泵等。

例如，控制器对上述冷却液散热器的开关或者运行功率进行控制，进行控制时，控制器可以对冷却液散热器执行运行的条件进行设置，在达到设置的条件时才运行该冷却液散热器，否则停止该冷却液散热器的运行；控制器还可以对冷却液散热器采用运行功率进行运行的条件进行设置，当达到该条件时才以该运行功率进行运行。

又例如，控制器还可以对上述液体泵的开关或者运行功率进行控制，在进行控制时，控制器可以对液体泵是否执行运行的条件进行设置，在达到设置的条件时才运行该液体泵，否则停止该液体泵的运行；控制器还可以对液体泵采用运行功率进行运行的条件进行设置，当达到该条件时才以该运行功率进行运行。

通过上述对燃料电池启动系统中的其它由蓄电池供电的器件的相应控制，实现了最大限度地控制蓄电池的使用，有效地提高了蓄电池的供电能力，延长了蓄电池的使用寿命。

需要说明的是，虽然在燃料电池启动系统中采用电加热器对入堆空气进行加热，可以迅速使电化学反应位点升温。但电池堆反应后排出的出堆空气中还带有热量，将热量直接排出，使热量并未被充分利用，还是会造成燃料电池冷启动过程中能量利用效率较低。

故在一种可选的实施例中，燃料电池启动系统除包含图1中的所有结构外，还可以包括：换热装置，其中，该换热装置用于将从电池堆2排出的出堆空气与电池堆的冷却液进行换热。

通过上述换热装置，可以将从电池堆2中排出的出堆空气与将要流过电池堆2的冷却液进行换热，从而利用换热后的冷却液为电池堆2供热，达到了将要排出的出堆空气所携带的热量重新利用的目的，进而使得该重新利用的热量能够用于为电池堆快速升温，提高了燃料电池启动过程中能量利用率，进而使蓄电池对入堆空气加热器1的供电得到进一步优化调节。

其中，换热装置用于对将从电池堆2排出的出堆空气与电池堆2的冷却液进行换热，为实现两者的换热，换热装置可以采用多种实现方式，例如，该换热装置可以为一种换热盘管，也可以为一种气液换热器，还可以为两者的简单变形或者明显组合变化。下面就分别以换热装置为换热盘管和气液换热器举例进行说明。

在一种可选的实施例中，换热装置可以包括：换热盘管，其中，在换热盘管中流动有出堆空气，换热盘管浸至于冷却液储箱中装载的冷却液中。

图3是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统的优选结构示意图一，如图3所示，该燃料电池启动系统除包含图1中的所有结构外，还包括：换热装置4，其中，该换热装置4包括：换热盘管。

其中，上述换热盘管可以采用高导热系数的材料，通过浸至在冷却液储箱装载的冷却液中，使换热盘管中流动的出堆空气与冷却液之间进行换热，即在出堆空气的温度高于冷却液的温度时，可以迅速而高效的将热量传递给冷却液，进而通过加热后的冷却液在电池堆2中进一步为对电池堆2进行供热，进而保证和加速了燃料电池的启动，提高了燃料电池启动过程中的能量利用效率。

在采用换热盘管时，由于在换热盘管中流动有出堆空气，形成了流动的出堆空气与冷却液之间的相对运动，相对运动有利于充分换热，高效地实现了热量的交换。另外，为提高换热效率，较佳地，可以将该换热盘管完全浸没在冷却液储箱装载的冷却液中，使换热盘管中流动的出堆空气与冷却液之间进行充分换热，实现快速高效地换热。

在另一种可选的实施例中，换热装置也可以包括：气液换热器，其中，气液换热器用于接收出堆空气，其中，该出堆空气在气液换热器中对冷却液进行加热。

图4是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统的优选结构示意图二，如图4所示，该燃料电池启动系统除包含图1中的所有结构外，还包括：换热装置4，其中，该换热装置4包括：气液换热器。

需要说明的是，该换热装置4为气液换热器时，也可以采用多种方式实现，下面分别说明。

在一种可选方案中，气液换热器可以为板式换热器。其中，该板式换热器包含至少一片传热板片，各传热板片根据一定的顺序相叠形成板片间的流道，出堆空气和冷却液分别在传热板片两侧各自的通道内流动，进而通过上述传热板片进行热量交换。其中，上述传热板片的材料可以包括高导热系数材料。

在另一种可选方案中，气液换热器可以为管式换热器。其中，气液换热器中有流通冷却液的第一管道，也有流通出堆空气的第二管道，上述第一管道与第二管道的构成材料可以包括高导热系数材料，并根据一定的顺序排列。通过冷却液和出堆空气在第一管道与第二管道之中的流动，进行相互之间的热量交换。

在再一种可选方案中，气液换热器可以为容器式换热器。其中，气液换热器中有可以盛放流动的液体或气体的第一容器，也有可以流通液体或气体的第三管道，其中，上述第三管道包含在上述第一容器中。具体的，在第一容器中盛放冷却液时，第三管道中为出堆空气；在第一容器中盛放出堆空气时，第三管道中为冷却液。上述第三管道的构成材料可以包括高导热系数材料。通过冷却液和出堆空气在第一容器与第三管道之中的流动，进行相互之间的热量交换。

采用气液换热器来实现出堆空气与冷却液之间的相对运动，从而有效实现换热，相对于上述采用换热盘管的方式，可以采用独立于冷却液储箱的其它结构来实现出堆空气与冷却液之间的换热，不仅实现了换热的多样性，为换热提供多种选择，而且可以通过采用对多种换热的比较和改进来提高换热效率，进一步提高燃料电池在启动过程中的能量利用效率，从而保证和加速了燃料电池的启动，缓解了蓄电池的供电压力。

在一种可选的实施例中，控制器3，还用于在电池堆的温度低于第一温度阈值的情况下，开启入堆空气加热器1对入堆空气进行加热；在电池堆2的温度高于第一温度阈值以及小于第二温度阈值的情况下，关闭入堆空气加热器1，停止对入堆空气进行加热；以及在电池堆的温度高于第二温度阈值的情况下，维持入堆空气加热器1的关闭状态。

其中，上述第一温度阈值小于第二温度阈值，其中第一温度阈值可以为低于常温的某一温度值，如-5℃、-1℃、0℃、或5℃；第二温度阈值可以为高于常温的某一温度值，如10℃、15℃、20℃、或25℃。具体的，可以根据用户需求、燃料电池的供电性能或所处环境而定，在此不做限定。且上述两温度阈值可以为燃料电池启动系统出厂前设定，也可以由用户在使用过程中自行设定。例如，上述第一温度阈值和第二温度阈值的取值可以分别为-5℃，25℃；也可以分别为0℃，10℃；或者还可以分别为5℃，15℃，可以依据具体需求灵活选择。

通过上述根据电池堆温度与第一温度阈值和第二温度阈值的大小对比，控制器3可以通过控制入堆空气加热器1的开启和关闭，来调节入堆空气加热器1的用电需求，进而对实现了蓄电池的供电性能优化。尤其是在低温情况下，随着启动过程中，电池堆温度的逐步提高，使入堆空气加热器1在控制器3的控制下，可以由开启转为关闭的状态，进而在蓄电池本身的电能发生衰减使可供电量减少的情况下，节省了用电量，对蓄电池的使用进行了保护。

在另一种可选的实施例中，燃料电池启动系统除包含图1中的所有结构外，还可以包括：液体泵，其中，液体泵用于根据控制器3发出的控制信号，在电池堆的温度低于第二温度阈值的情况下，执行关闭处理或者以低于额定功率的功率进行运转；在电池堆的温度高于第二温度阈值的情况下，进行开启处理或者以额定功率进行运转。

具体的，该液体泵可以用于在需要的时候促进冷却液在燃料电池启动系统中的循环。

其中，在换热装置4采用换热盘管结构时，因换热盘管浸至于冷却液储箱中，冷却液储箱中装载有含量较多的冷却液，故在出堆空气的温度高于冷却液时，冷却液在燃料电池启动系统中的循环可以不用依靠液体泵的运转，仅靠冷却液储箱中的液体压力即可实现出堆空气对冷却液的供热传至电池堆2。

在换热装置4采用气液换热器结构时，因气液换热器中冷却液含量较少，故在出堆空气的温度高于冷却液时，冷却液在燃料电池启动系统中的循环需要依靠液体泵的运转，来促进冷却液在燃料电池启动系统中的循环流动，进而实现出堆空气对冷却液的供热传至电池堆2。此时，液体泵的转速可以以低于额定转速的低转速进行运转，即能实现冷却液的流动即可，以减少蓄电池中电能的消耗。其中，上述额定转速为与液体泵额定功率相对应的转速。另外，此处所指的低于额定转速的低转速可以是指至少低于额定转速一半的转速或者是更低的转速，以实现最大可能的降低蓄电池能耗。

图5是根据本发明实施例一的燃料电池启动系统的优选结构示意图三，如图5所示，该燃料电池启动系统除包含图1中的所有结构外，还包括：液体泵5。

其中，在液体泵5的运行过程中，控制器3还可以用于对液体泵5进行控制，其中，该控制器3可以用于对液体泵5的开启和关闭的控制，也可以用于对液体泵5的功率大小的控制。例如，在换热装置4采用换热盘管结构时，采用控制器3对液体泵5执行开启或者关闭的控制，而在换热装置4采用气液换热器结构时，采用控制器3对液体泵5执行功率大小的控制。在需要的时候也可以将开闭控制和功率大小控制联合起来。通过上述控制，可以使控制器3根据电池堆的温度变化，对液体泵5的开关和功率进行灵活调节，进而使蓄电池对液体泵5的供电实现合理的变化和调整。

故上述控制器3对液体泵5的用电性能的调节，还可以使蓄电池对液体泵5的供电实现合理的变化和调整，在不需要液体泵的动力时，可以通过控制器3控制蓄电池对液体泵5的供电，进而降低对蓄电池的电量消耗。

因此，由于该蓄电池还可以为燃料电池启动系统中的其它用电装置提供电能，在低温环境中，蓄电池本身的电能发生衰减进而使输出的总电量变少的情况下，上述通过控制器3根据电池堆2的温度范围调节燃料电池启动系统中用电装置(如入堆空气加热器1和液体泵5)的开关或功率大小，实现了提高燃料电池启动过程中的能量利用率进而加速了燃料电池启动，进而对蓄电池的使用进行了保护，延长了蓄电池的使用寿命。

实施例二

针对燃料电池冷启动过程中蓄电池未得到合理使用的技术问题，本发明实施例提出了一种高效燃料电池低温启动系统，图6是根据本发明实施例二的高效燃料电池低温启动系统的示意图，如图6所示，该高效燃料电池低温启动系统包括：入堆空气加热器1、电池堆2、控制器3、换热装置4(图中为换热盘管)、液体泵5、空气泵6、蓄电池7、电池堆温度传感器8、冷却液散热器9、三通电磁阀10、电磁阀11、减压阀12、氢气瓶13、冷却液储箱14。

其中，蓄电池7可以与入堆空气加热器1、控制器3、液体泵5、冷却液散热器9、三通电磁阀10等低温启动系统中多个用电器件连接(部分连线图中未标出)，为其提供电能；控制器3接收电池堆温度传感器8所监测的电池堆温度信号，并控制入堆空气加热器1的开关和功率大小，同时控制冷却液散热器9的风扇的开关、液体泵5的开关和三通电磁阀10的流向；其中，换热盘管可以采用高导热系数的材料，浸没在冷却液储箱14的液体中，使出堆空气与冷却液之间进行换热；三通电磁阀10根据控制器3的指令，选择将空气直接排空，即选择p-1管路，或者经过换热盘管进行换热，即选择p-2管路。

具体的，本发明实施例中的燃料电池低温启动系统，其运行方法包括以下步骤：

(1)燃料电池系统发出开机信号后，系统控制器3接收电池堆温度传感器8的检测温度数据ts(℃)，根据ts的数值判断系统进入相应的启动步骤，开始系统启动程序。

(2-1)当电池堆温度ts≤-5℃时，打开入堆空气加热器1给入堆空气加热，并且控制三通电磁阀10经过p-2管路，不开启液体泵5。此时经过加热的入堆热空气给电池堆2的流道和膜电极加热，出堆空气进入换热盘管，给冷却液储箱14中的冷却液进行加热。

其中，经过加热，当监测到电池堆温度-5＜ts≤25℃时，为减少能量消耗，关闭入堆空气加热器1，此时程序转入步骤(2-2)。

(2-2)当电池堆温度-5＜ts≤25℃时，不启动入堆空气加热器1，若入堆空气加热器1为开启状态，则关闭入堆空气加热器1以停止加热。打开电磁阀11给电池堆2供应燃料气体，电池堆2开始发生电化学反应，产生电能和热能。控制三通电磁阀10经过p-2管路，不开启液体泵5。此时电池堆2仅依靠自身反应热量升温，并且出堆空气进入换热盘管，使冷却液储箱14中的冷却液继续升温。

其中，经过加热，当监测到电池堆温度ts＞25℃时，控制三通电磁阀10转为接通p-1管路，控制液体泵5启动，此时程序转入步骤(2-3)。

(2-3)当电池堆温度ts＞25℃时，不启动入堆空气加热器1，电池堆直接进入常温启动运行程序。即系统控制器3控制三通电磁阀10接通p-1管路，控制启动液体泵5，电池堆进入常温启动运行程序，打开电磁阀11，或保持电磁阀11的开启状态。当电池堆温度升至预定运行温度时，控制器3启动冷却液散热器9的风扇进行散热，维持电池堆2的运行温度。

本发明实施例通过监测燃料电池系统启动时电池堆2内部的温度范围，采用分温度区间的启动步骤，利用控制器3接收到的电池堆温度信号，控制入堆空气加热器1的开关和功率大小，还控制液体泵5的开关、冷却液散热器9的风扇的开关和三通电磁阀10的流向，进而在利用换热盘管充分提高出堆空气的能量利用率的情况下，解决了燃料电池启动过程中蓄电池未得到合理使用的技术问题，在快速升温的同时保证启动的成功性，并延长了蓄电池的使用寿命。

实施例三

针对燃料电池冷启动过程中蓄电池未得到合理使用的技术问题，本发明实施例还提出了另一种高效燃料电池低温启动系统，图7是根据本发明实施例三的高效燃料电池低温启动系统的示意图，如图7所示，该高效燃料电池低温启动系统包括：入堆空气加热器1、电池堆2、控制器3、换热装置4(图中为气液换热器)、液体泵5、空气泵6、蓄电池7、电池堆温度传感器8、冷却液散热器9、三通电磁阀10、电磁阀11、减压阀12、氢气瓶13、冷却液储箱14。

其中，蓄电池7可以与入堆空气加热器1、控制器3、液体泵5、冷却液散热器9、三通电磁阀10等低温启动系统中多个用电器件连接(部分连线图中未标出)，为其提供电能；控制器3接收电池堆温度传感器8所监测的电池堆温度信号，并控制入堆空气加热器1的开关和功率大小，同时控制冷却液散热器9的风扇的开关、液体泵5的开关和三通电磁阀10的流向；其中，气液换热器可以采用高导热系数的材料，使出堆空气与冷却液之间进行换热；三通电磁阀10根据控制器3的指令选择空气直接排空，即进入p-1管路，或者经过气液换热器，即p-2管路。

具体的，本发明实施例中的燃料电池低温启动系统，其运行方法包括以下步骤：

(1)燃料电池系统发出开机信号后，系统控制器3接收电池堆温度传感器8的检测温度数据ts(℃)，根据ts的数值判断系统进入相应的启动步骤，开始系统启动程序。

(2-1)当电池堆温度ts≤-5℃时，打开入堆空气加热器1给入堆空气加热，并且控制三通电磁阀10经过p-2管路，同时开启液体泵5低转速运行。此时经过加热的入堆空气给电池堆2的流道和膜电极加热，出堆空气进入气液换热器，给冷却液进行加热，经过预热的冷却热流入电池堆2，以实现电池堆2的升温。需要说明的是，此处液体泵5低转速运行的低转速可以认为是低于液体泵5的额定功率下的转速的一半以下，具体取值可以依据具体需求而定。

其中，经过加热，当监测到电池堆温度-5＜ts≤25℃时，为减少能量消耗，关闭入堆空气加热器1，此时程序转入步骤(2-2)。

(2-2)当电池堆温度-5＜ts≤25℃时，在入堆空气加热器1处于开启的状态下，关闭入堆空气加热器1，使其停止给入堆空气加热。打开电磁阀11给电池堆2供应燃料气体，电池堆2开始发生电化学反应，产生电能和热能。并且控制三通电磁阀10经过p-2管路，同时保持液体泵5低转速运行。此时电池堆2仅依靠自身反应热量升温，并且出堆空气进入气液换热器，使冷却液继续升温。

其中，经过加热，当监测到电池堆温度ts＞25℃时，控制三通电磁阀10转为接通p-1管路，控制液体泵5按照额定转速运行，此时程序转入步骤(2-3)。

(2-3)当电池堆温度ts＞25℃时，不启动入堆空气加热器1，电池堆2直接进入常温启动运行程序。即系统控制器3控制三通电磁阀10接通p-1管路，控制启动液体泵5按照额定转速运行，电池堆2进入常温启动运行程序，打开电磁阀11，或保持电磁阀11的开启状态。当电池堆2温度升至预定运行温度时，控制器3启动冷却液散热器9的风扇进行散热，维持电池堆2的运行温度。

本发明实施例通过监测燃料电池系统启动时电池堆2内部的温度范围，采用分温度区间的启动步骤，利用控制器3接收到的电池堆温度信号，控制入堆空气加热器1的开关和功率大小，还控制液体泵5的开关、冷却液散热器9的风扇的开关和三通电磁阀10的流向，进而在利用气液换热器充分提高出堆空气的能量利用率的情况下，解决了燃料电池启动过程中蓄电池未得到合理使用的技术问题，在快速升温的同时保证启动的成功性，并延长了蓄电池的使用寿命。

实施例四

根据本发明实施例，提供了一种燃料电池启动的方法实施例，图8是根据本发明实施例四的燃料电池启动方法的流程图，如图8所示，该方法包括如下步骤：

步骤s802，采集电池堆的温度，其中，电池堆由采用入堆空气加热器加热后的入堆空气加热后，进行发电；

步骤s804，根据电池堆的温度，通过对入堆空气加热器进行控制，完成燃料电池的启动。

在本发明实施例中，通过上述步骤，采用燃料电池启动系统中的入堆空气加热器对入堆空气进行加热，及电池堆采用加热后的入堆空气加热进行发电的方式，再根据电池堆的温度，对入堆空气加热器进行控制，达到了完成燃料电池的启动的目的，从而实现了依据对燃料电池启动系统中相关器件的控制来实现避免长时间地使用蓄电池的技术效果，进而解决了燃料电池启动过程中蓄电池未得到合理使用，引发的因蓄电池电量耗尽而导致的燃料电池启动失败，或蓄电池损坏的技术问题。

在一种可选的实施例中，步骤s804，根据电池堆的温度，通过对入堆空气加热器进行控制，完成燃料电池的启动，可以包括以下至少之一：

步骤s8041，在电池堆的温度低于第一温度阈值的情况下，开启入堆空气加热器对入堆空气进行加热；

步骤s8042，在电池堆的温度高于第一温度阈值以及小于第二温度阈值的情况下，关闭入堆空气加热器，停止对入堆空气进行加热；

步骤s8043，在电池堆的温度高于第二温度阈值的情况下，维持入堆空气加热器的关闭状态。

其中，上述第一温度阈值小于第二温度阈值，其中第一温度阈值可以为低于常温的某一温度值，如-5℃、-1℃、0℃、或5℃；第二温度阈值可以为高于常温的某一温度值，如10℃、15℃、20℃、或25℃。具体的，可以根据用户需求、燃料电池的供电性能或所处环境而定，在此不做限定。且上述两温度阈值可以为燃料电池启动系统出厂前设定，也可以由用户在使用过程中自行设定。例如，上述第一温度阈值和第二温度阈值的取值可以分别为-5℃，25℃；也可以分别为0℃，10℃；或者还可以分别为5℃，15℃，可以依据具体需求灵活选择。

根据上述电池堆温度，可以通过控制入堆空气加热器的开启和关闭，来调节入堆空气加热器的用电需求，进而对实现了蓄电池的供电性能优化。尤其是在低温情况下，随着启动过程中，电池堆温度的逐步提高，使入堆空气加热器在控制器的控制下，可以由开启转为关闭的状态，进而在蓄电池本身的电能发生衰减使可供电量减少的情况下，节省了用电量，对蓄电池的使用进行了保护。

在一种可选的实施例中，在步骤s804，根据电池堆的温度，通过对入堆空气加热器进行控制，完成燃料电池的启动之前，还可以包括：

步骤s806，将从电池堆排出的出堆空气与电池堆的冷却液进行换热，通过换热后的冷却液为电池堆供热。

通过上述步骤中的换热操作，可以将从电池堆中排出的出堆空气与将要流经电池堆的冷却液进行换热，从而进一步利用换热后的冷却液为电池堆供热，达到了将要排出的出堆空气所携带的热量重新利用的目的，进而使得该重新利用的热量能够用于为电池堆快速升温，提高了燃料电池启动过程中能量利用率，进而使蓄电池对入堆空气加热器1的供电得到进一步优化调节。

在一种可选的方案中，步骤s806可以包括：

步骤s8061，将从电池堆排出的出堆空气输出至换热盘管中，以及通过将换热盘管浸至于冷却液储箱中装载的冷却液中的方式，将出堆空气与冷却液进行换热。

其中，上述换热盘管可以采用高导热系数的材料，通过浸没在冷却液储箱装载的冷却液中，使换热盘管中流动的出堆空气与冷却液之间进行换热，即在出堆空气的温度高于冷却液的温度时，可以迅速而高效的将热量传递给冷却液，进而通过加热后的冷却液在电池堆中进一步为对电池堆进行供热，进而保证和加速了燃料电池的启动，提高了燃料电池启动过程中的能量利用效率，缓解了蓄电池的供电压力。

在另一种可选的方案中，步骤s806也可以包括：

步骤s8062，通过气液换热器接收出堆空气，通过气液换热器中的出堆空气加热冷却液的方式，将出堆空气与冷却液进行换热。

可选的，气液换热器可以为板式换热器、管式换热器或容器式换热器。通过上述几种可选的不同类型换热器中的热量交换方式，可以充分利用温度较高的出堆空气在气液换热器中为低温的冷却液的进行加热，进而通过加热后的冷却液在电池堆中进一步为对电池堆进行供热，保证和加速了燃料电池的启动，提高了燃料电池启动过程中的能量利用效率。

另外，采用气液换热器来实现出堆空气与冷却液之间的相对运动，从而有效实现换热，相对于上述采用换热盘管的方式，可以采用独立于冷却液储箱的其它结构来实现出堆空气与冷却液之间的换热，不仅实现了换热的多样性，为换热提供多种选择，而且可以通过采用对多种换热的比较和改进来提高换热效率，进一步提高燃料电池在启动过程中的能量利用效率，从而保证和加速了燃料电池的启动，缓解了蓄电池的供电压力。

需要说明的是，根据本发明实施例，提供的上述燃料电池启动的方法实施例，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例五

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述任意一项的燃料电池启动方法。

实施例六

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的燃料电池启动方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。