CN113140759A - 氢燃料电池冷启动系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢燃料电池冷启动系统及其控制方法，氢燃料电池冷启动系统包括电堆、集水箱、循环回路、集水回路以及控制器；集水箱内存储有冷媒，集水箱与循环回路相连，集水箱与循环回路之间设有第一截止阀；循环回路的两端分别与电堆的冷媒进口和电堆的冷媒出口相连；集水回路的两端分别与循环回路及集水箱相连，集水回路上设有第二截止阀；控制器用于控制第一截止阀打开且第二截止阀关闭以导通循环回路，或者控制第一截止阀关闭且第二截止阀打开以导通集水回路。本发明提供的氢燃料电池冷启动系统及其控制方法，能将电堆中的高温冷媒收集至集水箱中，并在电堆再次启动时进入电堆，故缩短了预热时间，延长了电堆寿命。

Description

氢燃料电池冷启动系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及氢燃料电池的技术领域，特别是涉及一种氢燃料电池冷启动系统及其控制方法。
背景技术
随着环保和节能减排要求的不断提高，机动车驱动力由传统能源逐渐向新能源转变，燃料电池作为因具有能量利用率高、能源清洁度、原气料来源广、运行寿命长、续航能力强、功能密度高及环境友好等优势，整体性能非常适宜作为车载动力源使用，是替代传统能源车最有前景的新能源动力产品。
燃料电池工作过程中，消耗氢气和氧气，排放物为水。由于水的三态特性限制，造成氢燃料电池的工作温度窗口较窄，一般在65℃～95℃之间。当处于低温环境运行时，催化剂活性低，氢气反应不充分，同时为了尽快预热冷媒，使车辆进入正常运行程序，通常会加大反应电流，如此更加重了催化剂的负担，缩短了膜电极的寿命。
但现有燃料电池冷启动的方式存在对电芯寿命影响大及时间长的问题。
发明内容
基于此，有必要针对现有燃料电池冷启动的方式存在对电芯寿命影响大及时间长的问题，提供一种对电池寿命影响小及时间短的氢燃料电池冷启动系统及其控制方法。
本申请的一方面，提供一种氢燃料电池冷启动系统，包括电堆、集水箱、循环回路、集水回路以及控制器；
所述集水箱内存储有冷媒，所述集水箱与所述循环回路相连，所述集水箱与所述循环回路之间设有第一截止阀；
所述循环回路的两端分别与所述电堆的冷媒进口和电堆的冷媒出口相连；
所述集水回路的两端分别与所述循环回路及所述集水箱相连，所述集水回路上设有第二截止阀；
其中，所述第一截止阀和所述第二截止阀均与所述控制器通信连接，所述控制器用于控制所述第一截止阀打开且所述第二截止阀关闭以导通所述循环回路，或者控制所述第一截止阀关闭且所述第二截止阀打开以导通所述集水回路。
在其中一个实施例中，所述集水箱为保温集水箱。
在其中一个实施例中，所述集水回路包括连接所述循环回路与所述集水箱的第一管道，所述第一管道由内层为耐热非金属的材料和外层为热不良导体的材料构成。
在其中一个实施例中，所述耐热非金属材料为硅胶，所述热不良导体材料为三元、丁腈、丁苯、氯丁、硅氟橡胶中的一种。
在其中一个实施例中，所述循环回路在所述电堆的冷媒出口与所述集水回路之间包括第一支路、第二支路及选择阀，所述电堆的冷媒出口包括第一冷媒出口和第二冷媒出口，所述第一冷媒出口与所述第一支路的一端相连，所述第二冷媒出口与所述第二支路的一端相连，所述第一冷媒出口和所述第二冷媒出口的另一端均与所述选择阀相连，所述选择阀与所述集水回路相连；
所述选择阀与所述控制器通信连接，所述控制器用于在导通所述循环回路时，控制所述选择阀导通所述第一支路，并用于在导通所述集水回路时，控制所述选择阀导通所述第二支路；
其中，所述第一冷媒出口沿竖直方向位于所述第二冷媒出口的下方，所述冷媒进口沿竖直方向位于所述第一冷媒出口的下方。
在其中一个实施例中，所述循环回路包括节温器及并联设置的第一子循环回路和第二子循环回路，所述第二循环回路上设有散热器；
所述第一子循环回路和所述第二子循环回路的一端均与所述电堆的冷媒进口相连，所述第一子循环回路和所述第二子循环回路的另一端均与所述节温器相连；
所述节温器与所述电堆的冷媒出口相连，所述节温器用于响应所述电堆的冷媒出口的冷媒温度以选择性地导通第一子循环回路或第二子循环回路。
在其中一个实施例中，所述氢燃料电池冷启动系统还包括电加热装置，所述电加热装置与所述电堆相连，所述电堆能够向所述电加热装置提供充电电流，所述电加热装置用于加热所述集水箱内的冷媒。
在其中一个实施例中，所述电加热装置包括超级电容。
本申请的另一方面，还提供过一种氢燃料电池冷启动系统的控制方法，所述氢燃料电池冷启动系统包括电堆、集水箱、循环回路以及集水回路；所述集水箱内存储有冷媒，所述集水箱与所述循环回路相连，所述集水箱与所述循环回路之间设有第一截止阀；所述循环回路的两端分别与所述电堆的冷媒进口和电堆的冷媒出口相连；所述集水回路的两端与所述循环回路及所述集水箱相连，所述集水回路上设有第二截止阀，所述控制方法包括：
获取所述电堆的启动状态；
若所述电堆启动，控制所述第一截止阀打开且所述第二截止阀关闭以导通循环回路；
若所述电堆关闭，控制所述第一截止阀关闭且所述第二截止阀打开以导通集水回路。
在其中一个实施例中，所述氢燃料电池冷启动系统还包括电加热装置，所述电加热装置与所述电堆相连，所述电堆能够向所述电加热装置提供充电电流，所述电加热装置用于加热所述集水箱内的冷媒，所述氢燃料电池冷启动控制方法还包括：
获取所述电加热装置的电容量；
若所述电堆启动，且所述电加热装置的电容量不高于预设容量时，控制所述电堆向所述电加热装置提供充电电流；
若所述电堆启动，且所述电加热装置的电容量高于所述预设容量时，控制所述电堆断开向所述电加热装置提供充电电流。
上述氢燃料电池冷启动系统及其控制方法，电堆启动前，控制第一截止阀打开且第二截止阀关闭以导通循环回路，从而使来自集水箱的冷媒充盈电堆，电堆关闭后，控制第一截止阀关闭且第二截止阀打开以导通集水回路，使得循环回路中的高温冷媒与电堆中的高温冷媒混合后进入集水回路而聚集于集水箱内，进而在电堆再次启动时，集水箱内的高温冷媒即可进入电堆，故使得电堆能够在短时间内进入正常工作状态，大大缩短了预热时间，降低了电堆损耗，延长了电堆的使用寿命。另外，冷媒预热过程属于物理过程，没有消耗其他能量，成本低。
附图说明
图1为本发明一实施例中的氢燃料电池冷启动系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例中的氢燃料电池冷启动系统的结构示意图；
图3为本发明又一实施例中的氢燃料电池冷启动系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。
为了便于理解本申请的技术方案，在详细展开说明之前，首先对现有技术的氢燃料电池冷启动方式进行说明。
现有的燃料电池冷启动的解决方法，一种是通过控制反应物浓度逐步提升反应热，完成自我解冻，其优点是附加结构少，缺点是对电芯寿命影响较大。
另一种是通过外部加热辅助燃料电池升温，包括通过外部能量源加热冷却水、加热双极板、加热进气或加热端板等等。其优点是能最大限度的保证电芯始终在适宜的温度条件下工作，提升寿命，缺点是车辆加热时间长、停车余热耗散快，且无法将热量加以收储利用。
因此，本申请提供一种能提高电芯寿命且减小加热时长的氢燃料电池冷启动系统100及其控制方法。
图1示出本发明一实施例中的氢燃料电池冷启动系统的结构示意图。为便于描述，附图仅示出了与本发明实施例相关的结构。
参阅附图，本发明一实施例提供一种氢燃料电池冷启动系统100，包括电堆10、集水箱20、循环回路30、集水回路40及控制器。
集水箱20内存储有冷媒，集水箱20与循环回路30相连，集水箱20与循环回路30之间设有第一截止阀50。循环回路30的两端分别与电堆10的冷媒进口11和电堆10的冷媒出口12相连。具体地，集水箱20在靠近电堆10的冷媒进口11的一端与循环回路30相连。
集水回路40的两端分别与循环回路30及集水箱20相连，集水回路40上设有第二截止阀60。具体地，集水回路40在靠近电堆10的冷媒出口12的一端与循环回路30相连。
其中，第一截止阀50和第二截止阀60均与控制器通信连接，控制器用于控制第一截止阀50打开且第二截止阀60关闭以导通循环回路30，或者控制第一截止阀50关闭且第二截止阀60打开以导通集水回路40。
如此，电堆10启动前，控制第一截止阀50打开且第二截止阀60关闭以导通循环回路30，从而使来自集水箱20的冷媒充盈电堆10，电堆关闭后，控制第一截止阀50关闭且第二截止阀60打开以导通集水回路40，使得循环回路30中的高温冷媒与电堆10中的高温冷媒混合后进入集水回路40而聚集于集水箱20内，进而在电堆10再次启动时，集水箱20内的高温冷媒即可进入电堆10，故使得电堆10能够在短时间内进入正常工作状态，大大缩短了预热时间，降低了电堆10损耗，延长了电堆10的使用寿命。另外，冷媒预热过程属于物理过程，没有消耗其他能量，成本低。
在本申请的实施例中，冷媒在循环回路30和集水回路40的正常工作可均通过抽吸装置实现，具体地，抽吸装置位于电堆10的冷媒出口12与集水回路40之间。
在一些实施例中，集水箱20为保温集水箱。通过设置保温集水箱可对聚集后的高温冷媒进行长时间的保温，以适应更长的电堆10自关闭状态到启动状态的时间。具体到一实施例中，保温集水箱应具备在不低于5℃环境温度下，持续保温60℃～95℃冷媒10小时，冷媒温度降低不大于30±5℃。
在一些实施例中，集水回路40包括连接循环回路30与集水箱20的第一管道，第一管道由内层为耐热非金属的材料及外层为热不良导体的材料构成。优选地，内层的耐热非金属材料为硅胶，外层的热不良导体材料为三元、丁腈、丁苯、氯丁、硅氟橡胶中的一种。
在一些实施例中，循环回路30包括节温器31及并联设置的第一子循环回路32和第二子循环回路33，第二子循环回路33上设有散热器331，第一子循环回路32和第二子循环回路33的一端均与电堆10的冷媒进口11相连，第一子循环回路32和第二子循环回路33的另一端均与节温器31相连，节温器31与电堆10的冷媒出口12相连，节温器31用于响应电堆10的冷媒出口12的冷媒温度以选择性地导通第一子循环回路32或第二子循环回路33。
具体地，当电堆10的冷媒出口12的冷媒温度低于电堆10的工作温度时，节温器31导通第一子循环回路32，当电堆10的冷媒出口12的冷媒温度高于电堆10的工作温度时，节温器31导通第二子循环回路33。如此，通过节温器31可控制电堆10的冷媒温度在电堆10的工作期间始终处于设定的温度范围。
如图2所示，在一些实施例中，循环回路30在电堆10的冷媒出口12与集水回路40之间包括第一支路34、第二支路35及选择阀36，电堆10的冷媒出口12包括第一冷媒出口121和第二冷媒出口122，第一冷媒出口121与第一支路34的一端相连，第二冷媒出口122与第二支路34的一端相连，第一冷媒出口121和第二冷媒出口122的另一端均与选择阀36相连，选择阀36与集水回路30相连，选择阀36与控制器通信连接，控制器用于在导通循环回路30时，控制选择阀36导通第一支路34，并用于在导通集水回路30时，控制选择阀36导通第二支路35，其中，第一冷媒出口121沿竖直方向位于第二冷媒出口122的下方，冷媒进口11沿竖直方向位于第一冷媒出口的121的下方。
具体地，电堆10启动前，控制第一截止阀50打开且第二截止阀60关闭以导通循环回路30，并控制选择阀36导通第一支路34，从而使来自集水箱20的冷媒从冷媒进口11进入电堆10，并自下而上地从电堆10的第一冷媒出口121排出至第一支路34，故使得冷媒能够尽可能地吸收电堆10各部位的热量，电堆关闭后，控制第一截止阀50关闭且第二截止阀60打开以导通集水回路40，并控制选择阀36导通第二支路35，使得循环回路30中的高温冷媒自电堆10的冷媒进口11进入电堆10与电堆10中的高温冷媒混合后，从第二冷媒出口122排出而进入集水回路40而聚集于集水箱20内，由于第二冷媒出口122位于下方，因此，在重力作用下冷媒流动阻力小，第二冷媒出口122能快速地排出高温冷媒，加快集水过程，避免热量流失。
进一步地，当选择阀36导通第二支路35时，第一支路34可通过选择阀36与外部大气连通，如此，可加快冷媒自电堆10向第二冷媒出口122的排出速度，进一步地加快集水过程。
需要指出的是，上述各实施例的氢燃料电池冷启动系统100，能够适用于温度不低于5℃的环境条件，当环境温度低于5℃时，可另设置电加热装置70为集水箱20中的冷媒进行加热。
如图3所示，具体地，氢燃料电池冷启动系统100还包括电加热装置70，电加热装置70与电堆10相连，电堆10能够向电加热装置70提供充电电流，电加热装置70用于加热集水箱20内的冷媒。如此，在车辆停驶状态或者其他电堆10关闭时间较长时，可通过电加热装置70为集水箱20的冷媒进行供电保温，直至电堆10再次被启动。
优选地，电加热装置70包括超级电容。为了加快对电加热装置70的充电，在一些实施方式中，可使用收集制动的能量以对电加热装置70进行充电，另外，在电加热装置70的电量充足时，也可为车辆座椅进行加热，具体地，车辆座椅设有电加热网80，电加热装置70与电加热网80相连，电加热装置70用于对电加热网80提供电流。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种氢燃料电池冷启动系统的控制方法，氢燃料电池冷启动系统100，包括电堆10、集水箱20、循环回路30、集水回路40及控制器。
集水箱20内存储有冷媒，集水箱20与循环回路30相连，集水箱20与循环回路30之间设有第一截止阀50，循环回路30的两端分别与电堆10的冷媒进口11和电堆10的冷媒出口12相连，集水回路40的两端分别与循环回路30及集水箱20相连，集水回路40上设有第二截止阀60。
氢燃料电池冷启动系统的控制方法包括：
S100：获取电堆10的启动状态；
S200：若电堆10启动，控制第一截止阀50打开且第二截止阀60关闭以导通循环回路30；
S300：若电堆10关闭，控制第一截止阀50关闭且第二截止阀60打开以导通集水回路40。
如此，可持续保持电堆10起始温度接近于电堆10工作温度，保障电堆10在短时间内进入正常工作状态，大大缩短了预热时间，降低了电堆损耗，延长了电堆使用寿命。
进一步地，当氢燃料电池冷启动系统具有电加热装置70时，控制方法还包括：
S400：获取电加热装置70的电容量；
S500：若电堆10启动，且电加热装置70的电容量不高于预设容量时，控制电堆10向电加热装置70提供充电电流；
S600：若电堆10启动，且电加热装置70的电容量高于预设容量时，控制电堆10断开向电加热装置70提供充电电流。
如此，可以通过协调电堆10向电加热装置70提供充电电流，以对集水箱20进行加热保温。
具体到一实施方式中，预设容量为60％。
更进一步地，若电堆10启动，且电加热装置70的电容量不高于预设容量时，可收集制动的能量以对电加热装置70进行充电。具体地，收集40％的电容量。
本发明实施例提供的氢燃料电池冷启动系统100及其控制方法，相较于现有技术，具有以下有益效果：
电堆10启动前，控制第一截止阀50打开且第二截止阀60关闭以导通循环回路30，从而使来自集水箱20的冷媒充盈电堆10，电堆关闭后，控制第一截止阀50关闭且第二截止阀60打开以导通集水回路40，使得循环回路30中的高温冷媒与电堆10中的高温冷媒混合后进入集水回路40而聚集于集水箱20内，进而在电堆10再次启动时，集水箱20内的高温冷媒即可进入电堆10，故使得电堆10能够在短时间内进入正常工作状态，大大缩短了预热时间，降低了电堆10损耗，延长了电堆10的使用寿命。另外，冷媒预热过程属于物理过程，没有消耗其他能量，成本低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池冷启动系统，其特征在于，包括电堆、集水箱、循环回路、集水回路以及控制器；
所述集水箱内存储有冷媒，所述集水箱与所述循环回路相连，所述集水箱与所述循环回路之间设有第一截止阀；
所述循环回路的两端分别与所述电堆的冷媒进口和电堆的冷媒出口相连；
所述集水回路的两端分别与所述循环回路及所述集水箱相连，所述集水回路上设有第二截止阀；
其中，所述第一截止阀和所述第二截止阀均与所述控制器通信连接，所述控制器用于控制所述第一截止阀打开且所述第二截止阀关闭以导通所述循环回路，或者控制所述第一截止阀关闭且所述第二截止阀打开以导通所述集水回路。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池冷启动系统，其特征在于，所述集水箱为保温集水箱。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池冷启动系统，其特征在于，所述集水回路包括连接所述循环回路与所述集水箱的第一管道，所述第一管道由内层为耐热非金属的材料和外层为热不良导体的材料构成。
4.根据权利要求3所述的氢燃料电池冷启动系统，其特征在于，所述耐热非金属材料为硅胶，所述热不良导体材料为三元、丁腈、丁苯、氯丁、硅氟橡胶中的一种。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池冷启动系统，其特征在于，所述循环回路在所述电堆的冷媒出口与所述集水回路之间包括第一支路、第二支路及选择阀，所述电堆的冷媒出口包括第一冷媒出口和第二冷媒出口，所述第一冷媒出口与所述第一支路的一端相连，所述第二冷媒出口与所述第二支路的一端相连，所述第一冷媒出口和所述第二冷媒出口的另一端均与所述选择阀相连，所述选择阀与所述集水回路相连；
所述选择阀与所述控制器通信连接，所述控制器用于在导通所述循环回路时，控制所述选择阀导通所述第一支路，并用于在导通所述集水回路时，控制所述选择阀导通所述第二支路；
其中，所述第一冷媒出口沿竖直方向位于所述第二冷媒出口的下方，所述冷媒进口沿竖直方向位于所述第一冷媒出口的下方。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池冷启动系统，其特征在于，所述循环回路包括节温器及并联设置的第一子循环回路和第二子循环回路，所述第二循环回路上设有散热器；
所述第一子循环回路和所述第二子循环回路的一端均与所述电堆的冷媒进口相连，所述第一子循环回路和所述第二子循环回路的另一端均与所述节温器相连；
所述节温器与所述电堆的冷媒出口相连，所述节温器用于响应所述电堆的冷媒出口的冷媒温度以选择性地导通第一子循环回路或第二子循环回路。
7.根据权利要求1～6任一项所述的氢燃料电池冷启动系统，其特征在于，所述氢燃料电池冷启动系统还包括电加热装置，所述电加热装置与所述电堆相连，所述电堆能够向所述电加热装置提供充电电流，所述电加热装置用于加热所述集水箱内的冷媒。
8.根据权利要求7所述的氢燃料电池冷启动系统，其特征在于，所述电加热装置包括超级电容。
9.一种氢燃料电池冷启动系统的控制方法，其特征在于，所述氢燃料电池冷启动系统包括电堆、集水箱、循环回路以及集水回路；所述集水箱内存储有冷媒，所述集水箱与所述循环回路相连，所述集水箱与所述循环回路之间设有第一截止阀；所述循环回路的两端分别与所述电堆的冷媒进口和电堆的冷媒出口相连；所述集水回路的两端与所述循环回路及所述集水箱相连，所述集水回路上设有第二截止阀，所述控制方法包括：
获取所述电堆的启动状态；
若所述电堆启动，控制所述第一截止阀打开且所述第二截止阀关闭以导通循环回路；
若所述电堆关闭，控制所述第一截止阀关闭且所述第二截止阀打开以导通集水回路。
10.根据权利要求9所述的氢燃料电池冷启动控制方法，其特征在于，所述氢燃料电池冷启动系统还包括电加热装置，所述电加热装置与所述电堆相连，所述电堆能够向所述电加热装置提供充电电流，所述电加热装置用于加热所述集水箱内的冷媒，所述氢燃料电池冷启动控制方法还包括：
获取所述电加热装置的电容量；
若所述电堆启动，且所述电加热装置的电容量不高于预设容量时，控制所述电堆向所述电加热装置提供充电电流；
若所述电堆启动，且所述电加热装置的电容量高于所述预设容量时，控制所述电堆断开向所述电加热装置提供充电电流。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114628734A (zh) * 2022-03-28 2022-06-14 苏州溯驭技术有限公司 一种氢燃料保温系统及其低温启动关机的控制方法

Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002091508A2 (en) * 2001-05-09 2002-11-14 Nuvera Fuel Cells, Inc Cogeneration of power and heat by an integrated fuel cell power system
US20110165484A1 (en) * 2010-07-07 2011-07-07 Ford Global Technologies, Llc Fuel cell system with mechanical check valve
CN104567100A (zh) * 2014-12-30 2015-04-29 合肥万豪环境科技有限责任公司 一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统
CN106898796A (zh) * 2017-03-21 2017-06-27 浙江瀚广新能源科技有限公司 一种氢燃料电池启动系统及方法
CN107591546A (zh) * 2017-08-25 2018-01-16 北京工业大学 一种燃料电池‑锂电池混合动力热管理系统及运行方式
CN107749487A (zh) * 2017-10-21 2018-03-02 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 用于氢燃料电池的尾气消氢系统
WO2018041085A1 (zh) * 2016-08-31 2018-03-08 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种氢能源有轨电车燃料电池的冷却系统
US20180102558A1 (en) * 2016-10-10 2018-04-12 Hyundai Motor Company System and device for water evaporation of fuel cell and control method thereof
CN108511775A (zh) * 2018-02-23 2018-09-07 北京亿华通科技股份有限公司 氢燃料电池系统的冷启动装置
CN207868281U (zh) * 2018-02-23 2018-09-14 北京亿华通科技股份有限公司 氢燃料电池系统的冷启动装置
CN109244505A (zh) * 2018-09-25 2019-01-18 吉林大学 一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法
CN109461951A (zh) * 2018-10-23 2019-03-12 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种新型氢能汽车燃料电池堆的冷却系统
CN109686999A (zh) * 2018-12-26 2019-04-26 潍柴动力股份有限公司 低温冷启动的装置及方法
CN110311154A (zh) * 2019-07-04 2019-10-08 上海电气集团股份有限公司 一种氢燃料电池电堆的冷却系统
CN110931829A (zh) * 2019-12-06 2020-03-27 吉林大学 一种带吹扫装置的燃料电池冷启动系统及控制方法
CN111106367A (zh) * 2019-12-27 2020-05-05 江苏大学 一种避免燃料电池二次结冰冷启动失败的系统及控制方法
CN210668548U (zh) * 2019-11-27 2020-06-02 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池综合热管理系统及燃料电池电动车
CN111370804A (zh) * 2020-02-13 2020-07-03 江苏大学 一种电电混合的燃料电池汽车水热管理系统及其控制方法
CN211125837U (zh) * 2019-12-31 2020-07-28 潍柴动力股份有限公司 一种新型燃料电池发动机冷却系统
CN111554954A (zh) * 2020-05-11 2020-08-18 浙江吉利新能源商用车集团有限公司 一种燃料电池冷启动总成、车辆及控制方法
CN111725536A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 上海捷氢科技有限公司 一种燃料电池快速预冷和辅助加热的系统及方法
CN111799485A (zh) * 2020-06-15 2020-10-20 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢燃料电池低温启动系统及其加热方法
CN112290064A (zh) * 2020-09-23 2021-01-29 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种基于重整制氢的密闭空间燃料电池发电系统
CN112490469A (zh) * 2020-11-26 2021-03-12 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢能汽车电堆温度控制方法及系统

Patent Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002091508A2 (en) * 2001-05-09 2002-11-14 Nuvera Fuel Cells, Inc Cogeneration of power and heat by an integrated fuel cell power system
US20110165484A1 (en) * 2010-07-07 2011-07-07 Ford Global Technologies, Llc Fuel cell system with mechanical check valve
CN104567100A (zh) * 2014-12-30 2015-04-29 合肥万豪环境科技有限责任公司 一种质子膜燃料电池驱动的冷热电及热水联供系统
WO2018041085A1 (zh) * 2016-08-31 2018-03-08 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种氢能源有轨电车燃料电池的冷却系统
US20180102558A1 (en) * 2016-10-10 2018-04-12 Hyundai Motor Company System and device for water evaporation of fuel cell and control method thereof
CN106898796A (zh) * 2017-03-21 2017-06-27 浙江瀚广新能源科技有限公司 一种氢燃料电池启动系统及方法
CN107591546A (zh) * 2017-08-25 2018-01-16 北京工业大学 一种燃料电池‑锂电池混合动力热管理系统及运行方式
CN107749487A (zh) * 2017-10-21 2018-03-02 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） 用于氢燃料电池的尾气消氢系统
CN108511775A (zh) * 2018-02-23 2018-09-07 北京亿华通科技股份有限公司 氢燃料电池系统的冷启动装置
CN207868281U (zh) * 2018-02-23 2018-09-14 北京亿华通科技股份有限公司 氢燃料电池系统的冷启动装置
CN109244505A (zh) * 2018-09-25 2019-01-18 吉林大学 一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法
CN109461951A (zh) * 2018-10-23 2019-03-12 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种新型氢能汽车燃料电池堆的冷却系统
CN109686999A (zh) * 2018-12-26 2019-04-26 潍柴动力股份有限公司 低温冷启动的装置及方法
CN110311154A (zh) * 2019-07-04 2019-10-08 上海电气集团股份有限公司 一种氢燃料电池电堆的冷却系统
CN210668548U (zh) * 2019-11-27 2020-06-02 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池综合热管理系统及燃料电池电动车
CN110931829A (zh) * 2019-12-06 2020-03-27 吉林大学 一种带吹扫装置的燃料电池冷启动系统及控制方法
CN111106367A (zh) * 2019-12-27 2020-05-05 江苏大学 一种避免燃料电池二次结冰冷启动失败的系统及控制方法
CN211125837U (zh) * 2019-12-31 2020-07-28 潍柴动力股份有限公司 一种新型燃料电池发动机冷却系统
CN111370804A (zh) * 2020-02-13 2020-07-03 江苏大学 一种电电混合的燃料电池汽车水热管理系统及其控制方法
CN111554954A (zh) * 2020-05-11 2020-08-18 浙江吉利新能源商用车集团有限公司 一种燃料电池冷启动总成、车辆及控制方法
CN111799485A (zh) * 2020-06-15 2020-10-20 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢燃料电池低温启动系统及其加热方法
CN111725536A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 上海捷氢科技有限公司 一种燃料电池快速预冷和辅助加热的系统及方法
CN112290064A (zh) * 2020-09-23 2021-01-29 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种基于重整制氢的密闭空间燃料电池发电系统
CN112490469A (zh) * 2020-11-26 2021-03-12 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢能汽车电堆温度控制方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114628734A (zh) * 2022-03-28 2022-06-14 苏州溯驭技术有限公司 一种氢燃料保温系统及其低温启动关机的控制方法

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