CN110021768A - 一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统 - Google Patents

一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统，系统包括的气体混合器将通过空气三通阀输入的一路空气，以及储氢罐输入的一路氢气进行混合，得到包含氢气和氧气的混合气体，将混合气体输出到燃料电池的阳极催化层，一部分氢气与氧气发生催化反应，产生额外的热量，提供给低温状态下的燃料电池，辅助冷启动，使其获得更高的升温速率，进而减少了启动时间和能量消耗，以及减少了电极材料损耗。

Description

一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统。
背景技术
作为电动汽车的动力来源的燃料电池有多种类型。质子交换膜燃料电池具有噪音低、能量转换效率高、无环境污染等优点，是电动汽车的理想电源之一。质子交换膜燃料电池是一种产生氢离子的燃料与氧气或空气等含氧化性气体发生电化学反应而产生电能的装置。质子交换膜燃料电池从0℃以下低温环境中启动(冷启动)的性能，是其在汽车中应用所必须面对的主要挑战之一。
现有的质子交换膜燃料电池的冷启动方案，通常涉及到需要消耗大量的额外能量，并且启动时间较长，不利于在汽车上的应用。现有冷启动方案主要有两种。第一种方案是不借助辅助设备，通过在冷启动阶段使质子交换膜燃料电池工作在高电流，低电压负荷状态下，利用电流产热，加热电池，这种方案的缺陷在于，加热效率低，并且低温工作于高电流工况会对电极材料造成额外损耗；第二种方案是质子交换膜燃料电池上增加电加热装置，利用另外的电源，比如车载动力电池，在冷启动前对质子交换膜燃料电池进行电加热，这种方法的缺陷在于额外的能耗大，并且是从外部加热，时间较长。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种燃料电池的冷启动控制方法、装置及系统，欲实现减少启动时间和能量消耗，以及减少电极材料损耗的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种燃料电池的冷启动控制系统，包括：空气三通阀、气体混合器、控制器、以及分别与所述控制器连接的空气单向阀和温度传感器；
所述空气三通阀包括一个进气孔和两个出气孔，所述进气孔通过管路连接空气压缩机，一个出气孔通过第一管路连接燃料电池的阴极催化层，另一个出气孔通过第二管路连接所述气体混合器的第一进气孔；
所述气体混合器的第二进气孔通过第三管路连接储氢罐；
所述空气单向阀设置在第二管路，用于使空气只能从所述空气三通阀流向所述气体混合器；
所述气体混合器的出气孔通过第四管路连接所述燃料电池的阳极催化层；
所述温度传感器，用于检测所述阳极催化层的温度；
所述控制器，用于根据用户选择的启动方式以及所述温度传感器的检测数据，控制所述空气单向阀的开度。
一种燃料电池的冷启动控制方法，应用于上述系统中的控制器，所述方法包括：
获取用户选择的启动方式，所述启动方式包括普通启动方式和快速启动方式；
获取阳极催化层的温度；
根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式；
获取燃料电池的质子交换膜中的水含量
根据所述阳极催化层的温度、所述质子交换膜中的水含量、以及确定的所述启动模式，计算得到阳极混入空气的目标体积分数；
根据所述目标体积分数，计算得到所述空气单向阀的目标开度；
控制所述空气单向阀的开度为所述目标开度。
一种燃料电池的冷启动控制装置，应用于上述的控制器，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取用户选择的启动方式，所述启动方式包括普通启动方式和快速启动方式；
第二获取单元，用于获取阳极催化层的温度；
启动模式确定单元，用于根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式；
第三获取单元，用于获取燃料电池的质子交换膜中的水含量
第一计算单元，用于根据所述阳极催化层的温度、所述质子交换膜中的水含量、以及确定的所述启动模式，计算得到阳极混入空气的目标体积分数；
第二计算单元，用于根据所述目标体积分数，计算得到所述空气单向阀的目标开度；
开度控制单元，用于控制所述空气单向阀的开度为所述目标开度。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种燃料电池的冷启动控制系统，气体混合器将通过空气三通阀输入的一路空气，以及储氢罐输入的一路氢气进行混合，得到包含氢气和氧气的混合气体，将混合气体输出到燃料电池的阳极催化层，一部分氢气与氧气发生催化反应，产生额外的热量，提供给低温状态下的燃料电池，辅助冷启动，使其获得更高的升温速率，进而减少了启动时间和能量消耗，以及减少了电极材料损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种燃料电池的冷启动控制系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的采用本发明技术方案的实验效果图；
图5为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种燃料电池的冷启动控制装置的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种燃料电池的冷启动控制装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心内容在于，在燃料电池的阳极催化层实时氢-氧催化反应，以产生额外的热量，以提供给低温状态下的燃料电池，提高其升温速率。进而减少启动时间和能量消耗，以及减少电极材料损耗。
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，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种燃料电池的冷启动控制系统，参见图1，该系统包括：空气三通阀11、气体混合器12、控制器13、以及分别与控制器13连接的空气单向阀14和温度传感器15。
空气三通阀11包括一个进气孔和两个出气孔，所述进气孔通过管路连接空气压缩机21，一个出气孔通过第一管路连接燃料电池的阴极催化层22，另一个出气孔通过第二管路连接气体混合器12的第一进气孔。
气体混合器12的第二进气孔通过第三管路连接储氢罐23。气体混合器12对输入的氢气和空气进行充分混合。
空气单向阀14设置在第二管路，用于使空气只能从空气三通阀11流向气体混合器12。
气体混合器12的出气孔通过第四管路连接燃料电池的阳极催化层24。
温度传感器15，用于检测阳极催化层24的温度；
控制器13，用于根据用户选择的启动方式以及温度传感器15的检测数据，控制空气单向阀14的开度。通过控制空气单向阀14的开度，调节进入气体混合器12的空气流量，进而实现混合气体中空气体积分数的调节。
本实施例提供的燃料电池冷启动控制系统，温度传感器15实时检测阳极催化层24的温度，当温度过低时，可以控制空气单向阀14打开，使得氢气和空气在气体混合器12中混合，并将混合气体输出至燃料电池的阳极催化层24。空气中包含的氧气与氢气在阳极催化层24发生催化反应，产生额外的热量提供给低温状态下的燃料电池，提高其升温速率。进而减少启动时间和能量消耗，以及减少电极材料损耗。进一步的，控制器13还根据用户选择的启动方式，以及温度传感器15的检测数据，调节空气单向阀14的开度，实现混合气体中氧气比例的调节，进而控制氢-氧催化反应的强度以调节阳极催化层24的升温速率，保证了不同的条件下最优的启动性能。
本实施例提供了另一种燃料电池的冷启动控制系统，参见图2，该系统包括：空气三通阀11、气体混合器12、控制器13、以及分别与控制器13连接的空气单向阀14、温度传感器15、空气流量计16、氢气流量计17和氢气含量检测器18。
空气流量计16，用于检测从第二管路流向气体混合器12的空气流量。氢气流量计17，用于检测从第三管路流向气体混合器12的氢气流量。控制器13根据空气流量计16和氢气流量计17的检测数据，实时确认空气流量和氢气流量，进而调节空气单向阀14更加准确。
氢气含量检测器18，用于检测第四管路中氢气的体积分数。当氢气的体积分数在某个范围内时，存在爆炸危险，为了保证系统安全，设置氢气含量检测器18，检测第四管路中氢气的体积分数，当其在爆炸范围内时，控制器13控制空气单向阀14关闭，避免存在爆炸风险的混合气体进入燃料电池的阳极催化层24。
本实施例提供了一种燃料电池的冷启动控制方法，参见图3，应用于图1或图2所示的控制器13，该方法包括步骤：
S11：获取用户选择的启动方式。
用户根据需要选择启动方式。启动方式包括普通启动方式和快速启动方式。
S12：获取阳极催化层的温度。
控制器13通过温度传感器15获取阳极催化层24的温度。
S13：根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式。
启动模式包括最大功率启动模式、恒定电压启动模式和恒定电流启动模式。在最大功率启动模式下，燃料电池将始终处于最大功率输出状态。燃料电池的输出电流和输出电压是随着启动进程而变化的，起始阶段，温度较低，燃料电池中水含量也低，这时电阻较大，因此，燃料电池能输出的最大功率不高。随着启动过程的进行，产生了水，电阻降低，燃料电池能输出的最大功率升高了。最大功率启动模式就是要始终保持住燃料电池在当前状态下能达到的最大宫丽丽。
恒定电压启动模式是通过逆变器控制住燃料电池的输出电压在一个恒定值，保持这个恒定值输出，随着启动的进行电阻变化，相应的输出电流也发生变化。
恒定电流启动模式是控制住燃料电池的输出电流在一个恒定值，让输出电压随着电阻的变化而变化。
以上三种启动模式对冷启动的效果是不同的，其能耗也不同。在获取用户选择的启动方式以及阳极催化层的温度后，根据预先设定的规则，确定启动模式。
S14：获取燃料电池的质子交换膜中的水含量。
质子交换膜中的水含量是通过燃料电池排气中的湿度计算出的，现有的燃料电池都会通过排气中的湿度计算得到质子交换膜中的水含量，本发明直接获取该参数即可。
S15：根据所述阳极催化层的温度、所述质子交换膜中的水含量、以及确定的所述启动模式，计算得到阳极混入空气的目标体积分数。
不同的启动模式对应不同的计算公式，将获取的阳极催化层公式和质子交换膜中的水含量输入与启动模式对应的计算公式，即可计算得到当前启动模式下阳极混入空气的目标体积分数。
S16：根据所述目标体积分数，计算得到所述空气单向阀的目标开度。
预先通过标定得到目标体积分数与空气单向阀的目标开度的对应关系，因此，在得到阳极混入空气的目标体积分数后，即可计算得到空气单向阀的目标开度。
S17：控制所述空气单向阀的开度为所述目标开度。
控制空气单向阀的开度为目标开度，即将阳极混入空气的体积分数的调节为目标体积分数，实现了阳极催化层的氢-氧催化反应的强度调节，进而实现了阳极催化层的升温速率控制。通过本实施例的燃料电池的冷启动控制方法，可以保证在各种不同条件下，获得最优化的启动性能。
当用户启动车辆时，如果温度传感器15检测到的温度低于0℃，则进入冷启动阶段，储氢罐23将氢气输入气体混合器12，同时，空气压缩机21开始工作，压缩空气通过管路，首先进入空气三通阀11，在这里空气分为两路，一路空气占大部分，直接进入燃料电池的阴极催化层22，进行电化学反应，反应方程式如下：
另一路，少量的空气进入气体混合器12，空气单向阀14的开度受到控制器13的控制，因此，可以实时调节进入气体混合器12的空气流量，以确保混合气的比例按照为控制策略里的相应值。氢气和空气的混合气经过燃料电池的阳极催化层。混合气体中氢气一部分作为电化学反应的气体，在阳极产生电子，反应方式如下：
H2→2H++2e-
混合气体中氢气另一部分与空气中的氧气在催化层发生催化反应，放出热量，同时也在阳极的催化层中生成水，这部分水直接给阳极加湿。这样一来既达到了快速加热的效果，又达到了阳极加湿，降低燃料电池电阻的目的。氢氧催化反应的方程如下：
当温度传感器15检测到的温度升高到0℃以后，空气单向阀14关闭，不再产生混合气体，燃料电池完成冷启动，进入正常工作阶段。
根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式，具体包括：
若所述启动方式为普通启动方式，以及所述阳极催化层的温度大于等于第一温度且小于第二温度，所述第一温度小于所述第二温度，则确定启动模式为恒定电流启动模式，在所述恒定电流启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，表示恒定电流启动模式下阳极混入空气的目标体积分数，λini表示质子交换膜中的水含量，Tini表示阳极催化层的温度。
若所述启动方式为普通启动方式，且所述阳极催化层的温度大于等于所述第二温度且小于第三温度，所述第二温度小于所述第三温度，则确定启动模式为恒定电压启动模式，在所述恒定电压启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，表示恒定电压启动模式下阳极混入空气的目标体积分数；
若所述启动方式为快速启动方式，且所述阳极催化层的温度大于等于所述第一温度且小于所述第三温度，则确定启动模式为最大功率启动模式，在所述最大功率启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，FAir表示最大功率启动模式下阳极混入空气的目标体积分数。
例如，第一温度设置为-40℃，第二温度设置为-20℃，第三温度设置为0℃。若用户选择的启动方式为普通启动方式，且检测到的阳极催化层的温度在[-40℃，-20℃)范围内，则确定为恒定电流启动模式；若用户选择的启动方式为普通启动方式，且检测到的阳极催化成的温度在[-20℃，0℃)范围内，则确定为恒定电压启动模式；若用户选择的启动方式为快速启动方式，且检测到的阳极催化成的温度在[-40℃，0℃)范围内，则确定为最大功率启动模式。
阳极催化层的温度较低的情况下，选择恒定电流启动模式，启动的成功率更高。因此在阳极催化层的温度较低的情况下，升到0℃以上(正常工作温度)所需的时间较长，而冷启动成功的关键在于，从启动开始到温度升到0℃以上这段时间内，燃料电池工作生成的水结冰量不足以完全覆盖催化层，因为冰完全覆盖催化层的话会彻底切断反应，从而造成电池启动失败。燃料电池生成水速率与电流大小成正比，也就是说，燃料电池的输出电流越大，生成水的速率越大，那么结冰就越多，就越有可能启动失败。因此，如果启动初始阶段，阳极催化层的温度较低，通过恒定电流启动模式将燃料电池的输出电流控制在较低数值，这样生成水的速率较低，生成的水有足够的时间被质子交换膜吸收，而不是直接在催化层结冰，这样一来，就可以减少结冰量，从而有利于冷启动成功。
阳极催化层的温度较高的情况下，选择恒定电压启动模式，减少能耗。如果启动初始阶段，温度较高，例如-20℃，则并不需要较长的时间就能将燃料电池的温度升高到0℃以上，因此，生成水的结冰总量在有限的时间内并不足以完全覆盖催化层，因此，采用较大的电流，已获得足够大的产热，从而尽可能快速地完成冷启动。恒定电压启动模式能够在获得较大电流的同时也稳定地控制电池工况，因此，是本条件下最优的启动模式。
在所述阳极催化层的温度步骤后，还包括步骤：
S21：计算得到所述阳极催化层的升温速率；
S22：若所述阳极催化层的温度高于预设的温度阈值，或，所述升温速率高于预设的升温速率阈值，则控制所述空气单向阀闭合。
通过控制空气单向阀闭合，切断对阳极催化层的空气供给，停止氢氧催化反应。
本发明的技术方案涉及氢氧催化反应，为保障系统安全，设置与所述控制器连接的氢气含量检测器，用于检测所述第四管路中氢气的体积分数；
本实施例提供了一种燃料电池的冷启动控制方法，相比图2公开的方案，还包括：若检测到所述第四管路中氢气的体积分数在预设的爆炸范围内，则控制所述空气单向阀闭合。例如检测到氢气比例处于(4％，75％)的范围时，则控制空气单向阀闭合，避免处于爆炸范围内的混合气体进入阳极催化层。
实验效果如图4所示，在较低的初始温度条件下，配置更高的阳极空气的体积分数，可以获得更多的额外热量，从而使得燃料电池的温升升高更快，冷启动所需的时间更短。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。
本实施例提供一种燃料电池的冷启动控制装置，参见图5，该装置应用于图1或图2所述的控制器，该装置包括：第一获取单元311、第二获取单元312、启动模式确定单元313、第三获取单元314、第一计算单元315、第二计算单元316和开度控制单元317。
第一获取单元311，用于获取用户选择的启动方式，所述启动方式包括普通启动方式和快速启动方式；
第二获取单元312，用于获取阳极催化层的温度；
启动模式确定单元313，用于根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式；
第三获取单元314，用于获取燃料电池的质子交换膜中的水含量
第一计算单元315，用于根据所述阳极催化层的温度、所述质子交换膜中的水含量、以及确定的所述启动模式，计算得到阳极混入空气的目标体积分数；
第二计算单元316，用于根据所述目标体积分数，计算得到所述空气单向阀的目标开度。
开度控制单元317，用于控制所述空气单向阀的开度为所述目标开度。
开度控制单元317控制空气单向阀的开度为目标开度，即将阳极混入空气的体积分数的调节为目标体积分数，实现了阳极催化层的氢-氧催化反应的强度调节，进而实现了阳极催化层的升温速率控制。通过本实施例的燃料电池的冷启动控制装置，可以保证在各种不同条件下，获得最优化的启动性能。
优选的，启动模式确定单元313，具体包括：第一确定子单元、第二确定子单元和第三确定子单元。
第一确定子单元，用于若所述启动方式为普通启动方式，以及所述阳极催化层的温度大于等于第一温度且小于第二温度，所述第一温度小于所述第二温度，则确定启动模式为恒定电流启动模式，在所述恒定电流启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，表示恒定电流启动模式下阳极混入空气的目标体积分数，λini表示质子交换膜中的水含量，Tini表示阳极催化层的温度；
第二确定子单元，用于若所述启动方式为普通启动方式，且所述阳极催化层的温度大于等于所述第二温度且小于第三温度，所述第二温度小于所述第三温度，则确定启动模式为恒定电压启动模式，在所述恒定电压启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，表示恒定电压启动模式下阳极混入空气的目标体积分数；
第三确定子单元，用于若所述启动方式为快速启动方式，且所述阳极催化层的温度大于等于所述第一温度且小于所述第三温度，则确定启动模式为最大功率启动模式，在所述恒定电压启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，FAir表示最大功率启动模式下阳极混入空气的目标体积分数。
本实施例提供另一种燃料电池的冷启动控制装置，参见图6，该装置相对图5公开的装置还包括：第三计算单元318和第一闭合控制单元319。
第三计算单元318，用于计算得到所述阳极催化层的升温速率；
第一闭合控制单元319，用于若所述阳极催化层的温度高于预设的温度阈值，或，所述升温速率高于预设的升温速率阈值，则控制所述空气单向阀闭合。
本实施例提供另一种燃料电池的冷启动控制装置，参见图7，该装置相对图6公开的装置还包括：第二闭合控制单元320
第二闭合控制单元320，用于若检测到所述第四管路中氢气的体积分数在预设的爆炸范围内，则控制所述空气单向阀闭合。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种燃料电池的冷启动控制系统，其特征在于，包括：空气三通阀、气体混合器、控制器、以及分别与所述控制器连接的空气单向阀和温度传感器；
所述空气三通阀包括一个进气孔和两个出气孔，所述进气孔通过管路连接空气压缩机，一个出气孔通过第一管路连接燃料电池的阴极催化层，另一个出气孔通过第二管路连接所述气体混合器的第一进气孔；
所述气体混合器的第二进气孔通过第三管路连接储氢罐；
所述空气单向阀设置在第二管路，用于使空气只能从所述空气三通阀流向所述气体混合器；
所述气体混合器的出气孔通过第四管路连接所述燃料电池的阳极催化层；
所述温度传感器，用于检测所述阳极催化层的温度；
所述控制器，用于根据用户选择的启动方式以及所述温度传感器的检测数据，控制所述空气单向阀的开度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：分别与所述控制器连接的空气流量计和氢气流量计；
所述空气流量计，用于检测从所述第二管路流向所述气体混合器的空气流量；
所述氢气流量计，用于检测从所述第三管路流向所述气体混合器的氢气流量。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：与所述控制器连接的氢气含量检测器，用于检测所述第四管路中氢气的体积分数。
4.一种燃料电池的冷启动控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1或2所述的控制器，所述方法包括：
获取用户选择的启动方式，所述启动方式包括普通启动方式和快速启动方式；
获取阳极催化层的温度；
根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式；
获取燃料电池的质子交换膜中的水含量
根据所述阳极催化层的温度、所述质子交换膜中的水含量、以及确定的所述启动模式，计算得到阳极混入空气的目标体积分数；
根据所述目标体积分数，计算得到所述空气单向阀的目标开度；
控制所述空气单向阀的开度为所述目标开度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式，包括：
若所述启动方式为普通启动方式，以及所述阳极催化层的温度大于等于第一温度且小于第二温度，所述第一温度小于所述第二温度，则确定启动模式为恒定电流启动模式，在所述恒定电流启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，表示恒定电流启动模式下阳极混入空气的目标体积分数，λini表示质子交换膜中的水含量，Tini表示阳极催化层的温度；
若所述启动方式为普通启动方式，且所述阳极催化层的温度大于等于所述第二温度且小于第三温度，所述第二温度小于所述第三温度，则确定启动模式为恒定电压启动模式，在所述恒定电压启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，表示恒定电压启动模式下阳极混入空气的目标体积分数；
若所述启动方式为快速启动方式，且所述阳极催化层的温度大于等于所述第一温度且小于所述第三温度，则确定启动模式为最大功率启动模式，在所述最大功率启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，FAir表示最大功率启动模式下阳极混入空气的目标体积分数。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述阳极催化层的温度步骤后，还包括：
计算得到所述阳极催化层的升温速率；
若所述阳极催化层的温度高于预设的温度阈值，或，所述升温速率高于预设的升温速率阈值，则控制所述空气单向阀闭合。
7.根据权利要求4～6任意一项所述的方法，其特征在于，所述系统还包括：与所述控制器连接的氢气含量检测器，用于检测所述第四管路中氢气的体积分数；
所述方法还包括：若检测到所述第四管路中氢气的体积分数在预设的爆炸范围内，则控制所述空气单向阀闭合。
8.一种燃料电池的冷启动控制装置，其特征在于，应用于如权利要求1或2所述的控制器，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取用户选择的启动方式，所述启动方式包括普通启动方式和快速启动方式；
第二获取单元，用于获取阳极催化层的温度；
启动模式确定单元，用于根据用户选择的所述启动方式以及所述阳极催化层的温度，确定启动模式；
第三获取单元，用于获取燃料电池的质子交换膜中的水含量
第一计算单元，用于根据所述阳极催化层的温度、所述质子交换膜中的水含量、以及确定的所述启动模式，计算得到阳极混入空气的目标体积分数；
第二计算单元，用于根据所述目标体积分数，计算得到所述空气单向阀的目标开度；
开度控制单元，用于控制所述空气单向阀的开度为所述目标开度。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述启动模式确定单元，包括：
第一确定子单元，用于若所述启动方式为普通启动方式，以及所述阳极催化层的温度大于等于第一温度且小于第二温度，所述第一温度小于所述第二温度，则确定启动模式为恒定电流启动模式，在所述恒定电流启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，表示恒定电流启动模式下阳极混入空气的目标体积分数，λini表示质子交换膜中的水含量，Tini表示阳极催化层的温度；
第二确定子单元，用于若所述启动方式为普通启动方式，且所述阳极催化层的温度大于等于所述第二温度且小于第三温度，所述第二温度小于所述第三温度，则确定启动模式为恒定电压启动模式，在所述恒定电压启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，表示恒定电压启动模式下阳极混入空气的目标体积分数；
第三确定子单元，用于若所述启动方式为快速启动方式，且所述阳极催化层的温度大于等于所述第一温度且小于所述第三温度，则确定启动模式为最大功率启动模式，在所述最大功率启动模式，计算阳极混入空气的目标体积分数的公式为，
其中，FAir表示最大功率启动模式下阳极混入空气的目标体积分数。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第三计算单元，用于计算得到所述阳极催化层的升温速率；
第一闭合控制单元，用于若所述阳极催化层的温度高于预设的温度阈值，或，所述升温速率高于预设的升温速率阈值，则控制所述空气单向阀闭合。
11.根据权利要求8～10任意一项所述的装置，其特征在于，所述系统还包括：与所述控制器连接的氢气含量检测器，用于检测所述第四管路中氢气的体积分数；
所述装置还包括：
第二闭合控制单元，用于若检测到所述第四管路中氢气的体积分数在预设的爆炸范围内，则控制所述空气单向阀闭合。
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