CN114188570B - 一种燃料电池电堆的冷启动方法、装置及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池电堆的冷启动方法、装置及车辆，所述方法包括：在完成停机吹扫后，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气。若检测到电堆内电池的最低电压与平均电压满足第一预设条件，则按预设电流密度梯度逐级向电堆加载第一电流。若检测到的最低电压与平均电压满足第二预设条件，则基于第二预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气，并向电堆加载目标电流密度值的第二电流。若检测到的最低电压与平均电压满足第三预设条件，且检测到的电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成电堆的冷启动。该方法无需加热辅助装置，能够以更简单的结构解决电堆低温冷启动问题。

Description

一种燃料电池电堆的冷启动方法、装置及车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆的冷启动方法、装置及车辆。
背景技术
质子交换膜燃料电池，是一种以氢气为燃料，直接将化学能转换为电能的发电装置。燃料电池的能量密度高、启动速度快、操作温度低、产物无污染等优点，使其在新能源汽车领域具有潜在的应用价值。燃料电池堆的结构，通常为数百片膜电极、双极板和密封件堆叠而成，通过两侧的端板、绝缘板和集流板施加紧固力，组成燃料电池堆。然后，通过高压铜排、高压贯穿端子、电压巡检器、氢浓度传感器、低压线束、低压插座、防水透气阀和上下外壳以及密封圈一起将燃料电池堆封装集成为燃料电池电堆模块。燃料电池电堆模块在低温下启动时，由于电堆反应生成液态水，水结冰，冰层导致后续电化学反应发生，导致电堆低温启动失败，影响整车的使用。
因此，质子交换膜燃料电池电堆低温冷启功能力影响到氢燃料电池汽车的使用的可靠性。
但是，现有的电堆冷启动方法需借助外加热工具，或增加外部电源和控制回路的方式，实现燃料电池冷启动，这些方式会导致燃料电池系统复杂化，增加了系统的空间和成本。
发明内容
本申请实施例提供了一种燃料电池电堆的冷启动方法、装置及车辆，该方法无需加热辅助装置，能够以更简单的结构、更低成本来解决电堆低温冷启动问题。
第一方面，本发明通过本发明的一实施例提供如下技术方案：
一种燃料电池电堆的冷启动方法，包括：
在完成停机吹扫后，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气；若检测到所述电堆内电池的最低电压与平均电压满足第一预设条件，则按预设电流密度梯度逐级向所述电堆加载第一电流，其中，所述预设电流密度梯度包括电流密度依次增大的多个电流密度值；若所述第一电流加载完成后，检测到的所述最低电压与平均电压满足第二预设条件，则基于第二预设参数向所述电堆阳极入口通入氢气，以及向所述电堆阴极入口通入氧气，并向所述电堆加载目标电流密度值的第二电流，所述目标电流密度值大于所述第一电流的最大电流密度值，其中，所述第一预设参数中氢气的流量与压力以及氧气的流量与压力均大于所述第二预设参数；若所述第二电流加载完成后，检测到的所述最低电压与平均电压满足第三预设条件，且检测到的所述电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成所述电堆的冷启动。
优选地，所述预设电流密度梯度包括五个电流密度值，所述按预设电流密度梯度逐级向所述电堆加载电流，包括：将所述预设电流密度梯度中的最低电流密度值作为当前电流密度值，并向所述电堆加载所述当前电流密度值；直至检测到所述最低电压与平均电压满足第四预设条件；按电流密度从低到高的顺序，将所述预设电流密度梯度中的下一电流密度值作为当前电流密度值，并重复执行所述向所述电堆加载所述当前电流密度值，直至检测到所述最低电压与平均电压满足第四预设条件的步骤，直至完成所述五个电流密度值的加载。
优选地，所述第一预设参数包括：第一氢气流量值、第一氢气压力值、第一氧气流量值以及第一氧气压力值，所述第一氢气流量值在300-400L/min之间，所述第一氢气压力值在90-110Kpag之间，以及所述第一氧气流量值在1000-1100L/min之间，所述第一氧气压力值在70-90Kpag之间。
优选地，所述第二预设参数包括：第一氢气流量值、第一氢气压力值、第一氧气流量值以及第一氧气压力值，所述第一氢气流量值在400-500L/min之间，所述第一氢气压力值在110-130Kpag之间，以及所述第一氧气流量值在1200-1300L/min之间，所述第一氧气压力值在90-110Kpag之间。
优选地，所述向停机吹扫后的电堆阳极通入氢气，所述电堆阴极通入氧气之前，包括：将电堆冷却液出口的温度控制在第一预设温度；对所述电堆进行停机吹扫，直至检测到所述电堆阳极出口的气体与所述电堆阴极出口的气体的相对湿度均在预设湿度范围内，且所述电堆的内阻在预设的参考电阻范围内，则停止吹扫，判定所述停机吹扫完成。
优选地，在所述判定所述停机吹扫完成之前，还包括：等待预设时长后，继续对所述电堆进行吹扫；若检测到的所述电堆阳极出口的气体与所述电堆阴极出口的气体的相对湿度仍均在预设湿度范围内，且所述电堆的内阻仍在参考电阻范围内，则停止吹扫，判定所述停机吹扫完成。
优选地，所述预设湿度范围为：10-30％，所述参考电阻范围为：120-200mΩcm2。
优选地，每次向所述电堆通气的第一持续时间以及向所述电堆加载电流的第二持续时间均根据所述电堆的冷启动温度确定。
第二方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
一种燃料电池电堆的冷启动装置，包括：
气体控制模块，用于在完成停机吹扫后，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气；
第一电流加载模块，用于若检测到所述电堆内电池的最低电压与平均电压满足第一预设条件，则按预设电流密度梯度逐级向所述电堆加载第一电流，其中，所述预设电流密度梯度包括电流密度依次增大的多个电流密度值；
第二电流加载模块，用于若所述第一电流加载完成后，检测到的所述最低电压与平均电压满足第二预设条件，则基于第二预设参数向所述电堆阳极入口通入氢气，以及向所述电堆阴极入口通入氧气，并向所述电堆加载目标电流密度值的第二电流，所述目标电流密度值大于所述第一电流的最大电流密度值，其中，所述第一预设参数中氢气的流量与压力以及氧气的流量与压力均大于所述第二预设参数；
第一检测模块，用于若所述第二电流加载完成后，检测到的所述最低电压与平均电压满足第三预设条件，且检测到的所述电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成所述电堆的冷启动；
第三方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述第一方面所述方法的步骤。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的一种燃料电池电堆的冷启动方法、装置及车辆，在完成停机吹扫后，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气；若检测到电堆内全部电池的电压中，最低电压与平均电压满足第一预设条件，则按预设电流密度梯度逐级向电堆加载第一电流；若第一电流加载完成后，检测到的最低电压与平均电压满足第二预设条件，则基于第二预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气，并向电堆加载目标电流密度值的第二电流；若第二电流加载完成后，检测到的最低电压与平均电压满足第三预设条件，且检测到的电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成电堆的冷启动。因此，通过向电堆进行梯度电流加载，且在每一次电流加载后检测电堆中电池的最低电压与平均电压是否满足预设条件，以表明对应的加载过程是否充分，若满足，则进行梯度电流加载的下一次电流加载，在完成加载后，重新建立开路电压，再向电堆加载大电流，直到检测到电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成电堆的冷启动。该方法通过向电堆进行多次电流加载，无需加热辅助装置，能够以较低成本解决电堆低温冷启动问题，利于实际应用。且每次加载后都进行了电堆内单电池电压的检测，保证了电堆在实际低温环境下使用的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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燃料电池电堆的冷启动方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的停机吹扫方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的电流加载方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的燃料电池电堆的冷启动装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的车辆的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供了一种燃料电池电堆的冷启动方法、装置及车辆，该方法无需加热辅助装置，能够以更简单的结构、更低成本来解决电堆低温冷启动问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
第一方面，本发明实施例提供的一种燃料电池电堆的冷启动方法，具体来讲，如图1所示，所述方法包括以下步骤S101至步骤S104。
步骤S101，在完成停机吹扫后，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气。
具体地，在基于第一预设参数向电堆阳极通入氢气，所述电堆阴极通入氧气之前，包括：将电堆冷却液出口的温度控制在第一预设温度；对电堆进行停机吹扫，直至检测到电堆阳极出口的气体与电堆阴极出口的气体的相对湿度均在预设湿度范围内，且电堆的内阻在预设的参考电阻范围内，则停止吹扫，判定停机吹扫完成。
若燃料电池电堆冷启动温度为零下20度。在具体实施过程中，首先将电堆从正常运行状态进行停机吹扫，如图2所示，逐步降低负载至开路V0，同时控制电堆冷却液循环系统，保持电堆冷却液出口温度为第一预设温度T0；在一段时间内，向电堆阳极通氢气，向电堆阴极通氧气，其中，它们的温度均为T0。
优选地，通入的氢气的体积流量Q-H2可以为250-750L/min，氧气的体积流量Q-Air可以为250-1500L/min，吹扫时间t0可以为2-3分钟。另外，电压V0可以在0.95到1.05之间。
具体来说，控制电堆冷却液出口的温度T0在60到70度之间，吹入的氢气的温度以及氧气的温度T0为60-70℃，向电堆进行2-3分钟的吹扫。举例来说，在本申请实施例中，温度T0设置为65℃。
检测电堆阳极出口气体的相对湿度RH-H2和阴极出口气体的相对湿度RH-Air是否均在预设湿度范围内，以及检测电堆内阻R是否在参考电阻范围内；若RH-H2与RH-Air均在预设湿度范围内，且R在参考范围内，则停止吹扫，判定所述停机吹扫完成，若不满足，则继续向阳极和阴极分别通氢气与氧气。其中，氢气体积流量为Q-H2，氧气体积流量为Q-Air，它们的温度均为T0，吹扫时间为t0，并继续进行相对湿度与电堆内阻的检测。最终使得RH-H2与RH-Air均在预设湿度范围内，以及R在参考范围内。
优选地，预设湿度范围可以为：10-30％，参考电阻范围可以为：120-200mΩcm2。
需要说明的是，由于电堆内的水可能会发生二次液态水分布，使得电堆内阻发生变化，为了更加准确地获取到电堆内阻，需对二次分布后的水再进行吹扫。具体地，在判定停机吹扫完成之前，还可以包括：等待预设时长后，继续对电堆进行吹扫；若检测到的电堆阳极出口的气体与电堆阴极出口的气体的相对湿度仍均在预设湿度范围内，且电堆内阻仍在参考电阻范围内，则停止吹扫，判定停机吹扫完成。
具体而言，通过向电堆阳极入口通入氢气Q-H2，向电堆阴极入口通入氧气Q-Air，它们的温度均为T0，吹扫时间t0分钟。再次检测电堆阳极和阴极出口气体的相对湿度RH-H2、RH-Air和电堆内阻R，是否在预设范围内，若是，则完成停机吹扫过程，否则，继续重复上述吹扫过程，直到满足条件为止。
需要说明的是，为了获取到温度为零下20度的电堆模块，本申请通过将电堆模块置于零下20度的环境中保存12小时以上，然后进行低温冷启动。
在具体实施例中，第一预设参数包括：第一氢气流量值、第一氢气压力值、第一氧气流量值以及第一氧气压力值，第一氢气流量值在300-400L/min之间，第一氢气压力值在90-110Kpag之间，以及第一氧气流量值在1000-1100L/min之间，第一氧气压力值在70-90Kpag之间。
由此，如图3所示，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气，具体包括：向电堆阳极入口通过流量在300-400L/min之间、压力在90-110Kpag之间的氢气，向电堆阴极入口通过流量在1000-1100L/min之间、压力在70-90Kpag之间的氧气。
步骤S102，若检测到电堆内电池的最低电压与平均电压满足第一预设条件，则按预设电流密度梯度逐级向所述电堆加载第一电流，其中，预设电流密度梯度包括电流密度依次增大的多个电流密度值。
在具体实施例中，如图3所示，在通入时间稳定ta秒后，即待电堆开路电压建立以后，此时，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V0-0.02V，V-avg≥V0，则进行按预设电流密度梯度逐级向电堆加载第一电流的电流加载控制。否则，继续重复上述基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气的吹扫过程，直到满足条件为止。优选地，稳定时间ta可以为3-10秒，电压V0可以在0.95到1.05之间。
具体地，所述预设电流密度梯度包括五个电流密度值，按预设电流密度梯度逐级向电堆加载电流，可以包括：将预设电流密度梯度中的最低电流密度值作为当前电流密度值，并向电堆加载当前电流密度值；直至检测到最低电压与平均电压满足第四预设条件；按电流密度从低到高的顺序，将预设电流密度梯度中的下一电流密度值作为当前电流密度值，并重复执行向电堆加载当前电流密度值，直至检测到最低电压与平均电压满足第四预设条件的步骤，直至完成五个电流密度值的加载。
具体而言，电流密度梯度可以包括50-500mAcm-2，第一次加载电流密度为50mAcm-2，稳定时间tb，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg。若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V1-0.05V，V-avg≥V1，则继续第二次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。
第二次加载电流密度为100mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V2-0.05V，V-avg≥V2，则继续第三次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。
第三次加载电流密度为200mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V3-0.05V；V-avg≥V3，则继续第四次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。
第四次加载电流密度为300mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V4-0.05V；V-avg≥V4，则继续第五次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。
第五次加载电流密度为400mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V5-0.05V，V-avg≥V5，则继续第六次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。结束第一次电流加载。
具体来说，这里的稳定时间tb可以为3-5秒，其中，电压V1、V2、V3、V4以及V5分别可以为：0.9V、0.7V、0.55V、0.55V以及0.48V。
步骤S103，若第一电流加载完成后，检测到的最低电压与平均电压满足第二预设条件，则基于第二预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气，并向电堆加载目标电流密度值的第二电流，目标电流密度值大于第一电流的最大电流密度值，其中，第一预设参数中氢气的流量与压力以及氧气的流量与压力均大于第二预设参数。
在具体实施中，为了使得电堆快速达到冷启动温度，则通过高电荷加载的方式。具体地，在第一次电流加载完成后，检测到的最低电压与平均电压满足第二预设条件，则调整向电堆阳极通入的氢气的流量为Q2-H2，压力为P2-H2，向电堆阴极通入的氧气的流量为Q2-Air，压力为P2-Air，继续向电堆加载目标电流密度值的第二电流，其中，目标电流密度值大于第一电流的最大电流密度值。举例来说，目标电流密度值可以为500mAcm-2。
其中，所述第二预设参数包括：第一氢气流量值、第一氢气压力值、第一氧气流量值以及第一氧气压力值，第一氢气流量值在400-500L/min之间，第一氢气压力值在110-130Kpag之间，以及第一氧气流量值在1200-1300L/min之间，第一氧气压力值在90-110Kpag之间。
步骤S104，若第二电流加载完成后，检测到的最低电压与平均电压满足第三预设条件，且检测到的电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成电堆的冷启动。
具体而言，第六次加载电流密度为500mAcm-2，稳定时间tb，跟踪记录电堆的所有单电池的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V6-0.05V；V-avg≥V6，且冷却液出口温度Temp-coolant≥20-30℃，则冷启动成功，加载结束，否则，继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压，以及冷却液出口温度均满足条件为止。
与上述的第一电流加载过程对应，这里的稳定时间tb可以为3-5秒，电压V6可以为0.48V。
需要说明的是，每次向电堆通气的第一持续时间以及向所述电堆加载电流的第二持续时间均根据电堆的冷启动温度确定。即在调整了向电堆通气的第一持续时间以及向电堆加载电流的第二持续时间之后，能完成对其他燃料电池电堆冷启动温度进行冷启动，从而本申请能完成对多种燃料电池电堆冷启动温度进行冷启动。举例来说，本申请针对的燃料电池电堆冷启动温度可以为零下30度、35度、40度等等。
作为另一种可选地实施例，若燃料电池电堆冷启动温度为零下30度时，燃料电池电堆的冷启动方法如下：
首先将电堆由正常运行状态进行停机吹扫，逐步降低负载至开路V0，同时控制电堆冷却液循环系统，保持电堆冷却液出口温度为T0，阳极和阴极分别通氢气和氧气进行吹扫，其中，氢气和氧气的体积流量分别为Q-H2与Q-Air，温度均为T0，吹扫时间为t0分钟。检测电堆阳极和阴极出口气体的相对湿度RH-H2，RH-Air和电堆内阻R是否均在预设范围内。若RH-H2，RH-Air的值介于10％-30％，且R处于150-200mΩcm2之间，则停止吹扫t1秒。然后，再向阳极和阴极分别通氢气和氧气进行吹扫，其中氢气与氧气的体积流量分别为Q-H2与Q-Air，温度均为T0，吹扫时间t0分钟，再次检测电堆阳极和阴极出口气体的相对湿度RH-H2、RH-Air，以及电堆内阻R，若RH-H2与RH-Air的值均在10％-30％之间，且R处于150-200mΩcm2之间，则完成停机吹扫过程，否则继续重复上述吹扫过程，只到满足要求为止。
优选地，电堆冷却液出口温度T0为60-70℃，吹扫气体温度为60-70℃，吹扫时间t0为2-3分钟，停止吹扫时间t1为20-30秒。另外，氢气体积流量可以为250-750L/min，氧气体积流量Q-Air可以为250-1500L/min。
进一步地，为了获取到温度为零下30度的电堆模块，则将电堆模块置于零下30度的环境中保存12小时以上，然后进行低温冷启动。
阳极通入氢气，流量为Q1-H2，压力为P1-H2，阴极通入氧气，流量为Q1-Air，压力为P1-Air，稳定时间均为ta，待电堆开路电压建立以后，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg。若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V0-0.02V，V-avg≥V0，则进行电流加载控制，否则维持不变。
具体而言，电流密度梯度可以包括50-500mAcm-2，第一次加载电流密度为50mAcm-2，稳定时间tb，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg。若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V1-0.05V，V-avg≥V1，则继续第二次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。
第二次加载电流密度为100mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V2-0.05V，V-avg≥V2，则继续第三次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。
第三次加载电流密度为200mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V3-0.05V；V-avg≥V3，则继续第四次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。
第四次加载电流密度为300mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V4-0.05V；V-avg≥V4，则继续第五次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。
第五次加载电流密度为400mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V5-0.05V，V-avg≥V5，则继续第六次加载，若不满足，则继续跟踪记录，直到最低电压与平均电压均满足条件为止。结束第一次电流加载。
在进行第六次加载前，调整阳极通入的氢气的流量为Q2-H2，压力为P2-H2，阴极通入的空气的流量为Q2-Air，压力为P2-Air，继续第六次加载。
第六次加载电流密度为500mAcm-2，稳定时间tb，同样地，跟踪记录电堆的所有单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg，若当前单电池中的最低电压V-min和平均电压V-avg满足V-min≥V6-0.05V，V-avg≥V6，Temp-coolant≥20-30℃，则冷启动成功，降载结束，否则维持不变。
优选地，电堆阳极和阴极出口气体的相对湿度RH-H2与RH-Air的范围在10-30％之间，电堆内阻R的范围在150-200mΩcm2之间。另外，单电池电压V1、V2、V3、V4、V5以及V6分别可以为0.85V、0.65V、0.5V、0.5V、0.45V以及0.45V。
其中，稳定时间ta为3-15秒，稳定时间tb为3-15秒。小循环的体积为1.0-4.4L。阳极通入氢气流量Q1-H2为300-400L/min，压力P1-H2为90-110Kpag，阴极通入空气Q1-Air流量为1000-1100L/min，P1-Air为70-90Kpag，阳极通入氢气，流量Q2-H2为400-500L/min，压力P2-H2为110-130Kpag，阴极通入空气Q2-Air流量为1200-1300L/min，P2-Air为90-110Kpag。
综上所述，通过本发明实施例提供的一种燃料电池电堆的冷启动方法，该方法无需加热辅助装置，能够以更简单的结构、更低成本来解决电堆低温冷启动问题。
第二方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种燃料电池电堆的冷启动装置，如图4所示，包括：
气体控制模块401，用于在完成停机吹扫后，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气；
第一电流加载模块402，用于若检测到电堆内电池的最低电压与平均电压满足第一预设条件，则按预设电流密度梯度逐级向电堆加载第一电流，其中，预设电流密度梯度包括电流密度依次增大的多个电流密度值；
第二电流加载模块403，用于若第一电流加载完成后，检测到的最低电压与平均电压满足第二预设条件，则基于第二预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气，并向电堆加载目标电流密度值的第二电流，目标电流密度值大于第一电流的最大电流密度值，其中，第一预设参数中氢气的流量与压力以及氧气的流量与压力均大于第二预设参数；
第一检测模块404，用于若第二电流加载完成后，检测到的最低电压与平均电压满足第三预设条件，且检测到的电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成电堆的冷启动。
作为一种可选的实施例，所述预设电流密度梯度包括五个电流密度值，所述第一电流加载模块402，具体用于：将预设电流密度梯度中的最低电流密度值作为当前电流密度值，并向电堆加载当前电流密度值；直至检测到最低电压与平均电压满足第四预设条件；按电流密度从低到高的顺序，将预设电流密度梯度中的下一电流密度值作为当前电流密度值，并重复执行向电堆加载当前电流密度值，直至检测到最低电压与平均电压满足第四预设条件的步骤，直至完成五个电流密度值的加载。
作为一种可选的实施例，所述第一预设参数包括：第一氢气流量值、第一氢气压力值、第一氧气流量值以及第一氧气压力值，第一氢气流量值在300-400L/min之间，第一氢气压力值在90-110Kpag之间，以及第一氧气流量值在1000-1100L/min之间，第一氧气压力值在70-90Kpag之间。
作为一种可选的实施例，所述第二预设参数包括：第一氢气流量值、第一氢气压力值、第一氧气流量值以及第一氧气压力值，第一氢气流量值在400-500L/min之间，第一氢气压力值在110-130Kpag之间，以及第一氧气流量值在1200-1300L/min之间，第一氧气压力值在90-110Kpag之间。
作为一种可选的实施例，所述装置，还包括：
温度控制模块，用于将电堆冷却液出口的温度控制在第一预设温度；
第二检测模块，用于对电堆进行停机吹扫，直至检测到电堆阳极出口的气体与电堆阴极出口的气体的相对湿度均在预设湿度范围内，且电堆的内阻在预设的参考电阻范围内，则停止吹扫，判定停机吹扫完成。
作为一种可选的实施例，所述第二检测模块，具体用于：等待预设时长后，继续对电堆进行吹扫；若检测到的电堆阳极出口的气体与电堆阴极出口的气体的相对湿度仍均在预设湿度范围内，且电堆的内阻仍在参考电阻范围内，则停止吹扫，判定停机吹扫完成。
作为一种可选的实施例，所述第二检测模块，具体包括：所述预设湿度范围为：10-30％，所述参考电阻范围为：120-200mΩcm2。
作为一种可选的实施例，每次向电堆通气的第一持续时间以及向电堆加载电流的第二持续时间均根据电堆的冷启动温度确定。
以上各模块可以是由软件代码实现，此时，上述的各模块可存储于控制设备的存储器内。以上各模块同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。
本发明实施例所提供的一种燃料电池电堆的冷启动装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
第三方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种车辆500，如图5所示，包括：存储器501、处理器502及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序503，所述处理器502执行所述程序时实现前述第一方面所述燃料电池电堆的冷启动方法的步骤。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种燃料电池电堆的冷启动方法，其特征在于，包括：
在完成停机吹扫后，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气；
若检测到所述电堆内电池的最低电压与平均电压满足第一预设条件，则按预设电流密度梯度逐级向所述电堆加载第一电流，其中，所述预设电流密度梯度包括电流密度依次增大的多个电流密度值；
若所述第一电流加载完成后，检测到的所述最低电压与平均电压满足第二预设条件，则基于第二预设参数向所述电堆阳极入口通入氢气，以及向所述电堆阴极入口通入氧气，并向所述电堆加载目标电流密度值的第二电流，所述目标电流密度值大于所述第一电流的最大电流密度值，其中，所述第一预设参数中氢气的流量与压力以及氧气的流量与压力均大于所述第二预设参数；
若所述第二电流加载完成后，检测到的所述最低电压与平均电压满足第三预设条件，且检测到的所述电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成所述电堆的冷启动；
其中，每次向所述电堆通气的第一持续时间以及向所述电堆加载电流的第二持续时间均根据所述电堆的冷启动温度确定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设电流密度梯度包括五个电流密度值，所述按预设电流密度梯度逐级向所述电堆加载电流，包括：
将所述预设电流密度梯度中的最低电流密度值作为当前电流密度值，并向所述电堆加载所述当前电流密度值，直至检测到所述最低电压与平均电压满足第四预设条件；
按电流密度从低到高的顺序，将所述预设电流密度梯度中的下一电流密度值作为当前电流密度值，并重复执行所述向所述电堆加载所述当前电流密度值，直至检测到所述最低电压与平均电压满足第四预设条件的步骤，直至完成所述五个电流密度值的加载。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设参数包括：第一氢气流量值、第一氢气压力值、第一氧气流量值以及第一氧气压力值，所述第一氢气流量值在300-400L/min之间，所述第一氢气压力值在90-110Kpag之间，以及所述第一氧气流量值在1000-1100L/min之间，所述第一氧气压力值在70-90Kpag之间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二预设参数包括：第一氢气流量值、第一氢气压力值、第一氧气流量值以及第一氧气压力值，所述第一氢气流量值在400-500L/min之间，所述第一氢气压力值在110-130Kpag之间，以及所述第一氧气流量值在1200-1300L/min之间，所述第一氧气压力值在90-110Kpag之间。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于第一预设参数向电堆阳极通入氢气，所述电堆阴极通入氧气之前，包括：
将电堆冷却液出口的温度控制在第一预设温度；
对所述电堆进行停机吹扫，直至检测到所述电堆阳极出口的气体与所述电堆阴极出口的气体的相对湿度均在预设湿度范围内，且所述电堆的内阻在预设的参考电阻范围内，则停止吹扫，判定所述停机吹扫完成。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述判定所述停机吹扫完成之前，还包括：
等待预设时长后，继续对所述电堆进行吹扫；
若检测到的所述电堆阳极出口的气体与所述电堆阴极出口的气体的相对湿度仍均在所述预设湿度范围内，且所述电堆的内阻仍在所述参考电阻范围内，则停止吹扫，判定所述停机吹扫完成。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设湿度范围为：10-30％，所述参考电阻范围为：120-200mΩcm2。
8.一种燃料电池电堆的冷启动装置，其特征在于，包括：
气体控制模块，用于在完成停机吹扫后，基于第一预设参数向电堆阳极入口通入氢气，以及向电堆阴极入口通入氧气；
第一电流加载模块，用于若检测到所述电堆内电池的最低电压与平均电压满足第一预设条件，则按预设电流密度梯度逐级向所述电堆加载第一电流，其中，所述预设电流密度梯度包括电流密度依次增大的多个电流密度值；
第二电流加载模块，用于若所述第一电流加载完成后，检测到的所述最低电压与平均电压满足第二预设条件，则基于第二预设参数向所述电堆阳极入口通入氢气，以及向所述电堆阴极入口通入氧气，并向所述电堆加载目标电流密度值的第二电流，所述目标电流密度值大于所述第一电流的最大电流密度值，其中，所述第一预设参数中氢气的流量与压力以及氧气的流量与压力均大于所述第二预设参数；
第一检测模块，用于若所述第二电流加载完成后，检测到的所述最低电压与平均电压满足第三预设条件，且检测到的所述电堆冷却液出口的温度在预设温度范围内，则完成所述电堆的冷启动。
9.一种车辆，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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