CN114665130A - 一种长寿命氢燃料电池电堆装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种长寿命氢燃料电池电堆装置，属于燃料电池技术领域，解决了现有燃料电池开机后出现阳极氢氧界面导致反向电流效应造成电堆衰减的问题。该装置包括控制器、冷却单元、质子交换膜、阳极单元和阴极单元。其中，阴、阳极单元均采用两端开口的中空结构；阳极单元内部设有氢气循环通道，该侧的质子交换膜上涂覆有阳极氧化剂；阴极单元侧的质子交换膜上涂覆有阴极氧化剂，并且，远离质子交换膜的一侧设有冷却单元。电堆启动时，控制器控制阳极单元通入氢气，并且，根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元内的冷却液流量和温度，直到识别阳极残余氧气消耗完毕，再正常启动。该装置能够避免反向电流效应，延长电堆寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种长寿命氢燃料电池电堆装置及其控制方法。
背景技术
氢燃料电池是一种高效、零排放、低噪音的能源，非常适合应用于新能源汽车领域。在氢燃料电池系统中，外围辅助系统为燃料电池电堆的阴极提供空气，并为阳极提供氢气。阳极的氢气在阳极催化剂的作用下失去电子变成质子，穿过质子交换膜到达[1] ，与阴极空气中的氧气在阴极催化剂的作用下结合生成水，同时得到电子。
影响氢燃料电池耐久性的主要因素之一为停机后再次启动产生的氢氧界面。图1是开机过程中阳极氢氧界面导致反向电流效应造成电堆衰减原理的示意。长时间停机后，阴极的氧气缓慢透过质子交换膜扩散到阳极，再次开机时，沿着氢气流动的方向，阳极可分为氢气富集区和氢气饥饿区。在氢气富集区，阴极、阳极催化剂层和膜之间保持着正常的电势差。在氢气饥饿区，阴极渗透到阳极的氧气使得此位置的阳极与膜之间的电势差向氧气平衡电位偏移。由于催化剂层的导电性，阳极电位不变，膜电位被拉低，以至于阴极与膜之间的电势差增大，加速阴极侧碳载体的腐蚀，导致催化剂铂颗粒流失，甚至引发水电解。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种长寿命氢燃料电池电堆装置，用以解决现有燃料电池开机后出现阳极氢氧界面导致反向电流效应造成电堆衰减的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种长寿命氢燃料电池电堆装置，包括控制器、冷却单元（4）、质子交换膜（1），以及设于质子交换膜（1）两侧且通过质子交换膜（1）实现气体隔离的阳极单元（2）、阴极单元（3）；其中，
阳极单元（2）采用两端开口的中空结构，内部设有氢气循环通道（5），该侧的质子交换膜（1）上涂覆有阳极氧化剂（6）；阴极单元（3）也采用两端开口的中空结构，该侧的质子交换膜（1）上涂覆有阴极氧化剂（7），并且，其远离质子交换膜（1）的一侧设有冷却单元（4）；
控制器，用于电堆启动时，控制阳极单元（2）通入氢气，并且，根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元（4）内的冷却液流量和温度，直到识别阳极残余氧气消耗完毕，再向阴极单元（3）通入额定流量的空气。
上述技术方案的有益效果如下：提出了一种通过低温催化燃烧消耗阳极残余氧气的燃料电池电堆装置，解决了燃料电池开机过程中，由于阳极内部存在氧气，产生氢氧界面造成电堆性能衰减的问题。当电堆启动的时候，先通入氢气，氢气在阳极催化剂的作用下与阳极内部残余的氧气发生低温催化燃烧，阳极残留氧气被氢气完全消耗，再进行正常的燃料电池启动。在此过程中，利用冷却液将低温催化燃烧产生的热量带走，避免膜电极温度过高造成失效。
基于上述装置的进一步改进，所述阳极氧化剂（6）、阴极氧化剂（7）分别均匀涂覆在质子交换膜（1）的对应侧表面；并且，
所述阳极催化剂（6）的涂覆面积大于所述阴极催化剂（7）的涂覆面积。
进一步，所述氢气循环通道（5）上还设有氢循环装置（8）；其中，
所述氢循环装置（8）包括氢气循环泵、电化学氢泵、引射器中的任一种，其控制端与控制器的输出端连接，用于控制阳极单元（2）内的循环氢气量。
进一步，还包括电磁阀（9）；其中，
所述电磁阀（9）设于阳极单元（2）的进气口前端，其控制端与控制器的输出端连接，用于控制向阳极单元（2）通入氢气的气体流量。
进一步，所述控制器进一步包括依次连接的：
数据采集单元，用于采集当前时刻的环境温度、电堆从上一次关机到本次开机的待机时间，发送至数据处理与控制单元；
数据处理与控制单元，用于收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；以及，根据上述待机时间估计当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度，进而结合环境温度、阳极催化剂类型得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；以及，先启动并控制冷却单元（4）达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度后，再依次启动氢循环装置（8）、电磁阀（9），控制氢循环装置（8）工作于上述氢气所需消耗量的状态下，进入计时，直到达到上述燃烧时间后，判定阳极残余氧气消耗完毕，结束计时，再向阴极单元（3）通入额定流量的空气。
进一步，所述数据采集单元进一步包括：
环境温度传感器，设置于燃料电池电堆的工作区域周围；
时间获取子单元，用于获取电堆的上一次关机的时刻、本次开机的时刻，进而确定电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；
液体温度-流量传感器，设置于冷却单元（4）入口的液体管道内壁上，用于获取布设位置处冷却液的实时液体流量和温度；
气体温度-流量传感器，分别设置于阳极单元（2）、阴极单元（3）的气体入口和气体出口处，以及氢循环装置（8）的输出端，用于获取布设位置处气体的温度和流量。
进一步，所述数据处理与控制单元执行如下程序：
收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；
根据上述待机时间估计当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度；
根据上述残余氧气的浓度结合当前时刻环境温度、阳极催化剂类型得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
启动冷却单元（4），根据液体温度-流量传感器采集数据对冷却单元（4）进行调控，使得冷却单元（4）入口的冷却液达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
启动氢循环装置（8），控制氢循环装置（8）输出的循环氢气量达到上述氢气所需消耗量；
打开电磁阀（9），进入计时，直到达到上述燃烧时间后，判定阳极残余氧气消耗完毕，结束计时，再分别向阳极单元（2）和阴极单元（3）通入额定流量的气体。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、在膜电极中阳极有多余的催化剂涂布，涂布面积大于阴极，以保证阳极的氢气反应率；
2、通过控制开机时氢气的引入（电磁阀）、氢循环流量（氢循环装置）以及冷却液流量、温度的控制（外设的冷却液温度控制装置），实现对阳极残余氧气的消耗，避免反向电流效应导致阴极碳载体腐蚀，延长燃料电池的寿命；
3、利用冷却液将低温催化燃烧产生的热量及时带走，避免膜电极温度过高造成失效。
另一方面，本发明实施例提供了一种长寿命氢燃料电池电堆装置的控制方法，包括如下步骤：
电堆启动时，控制阳极单元（2）内通入氢气；
根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元（4）内的冷却液流量和温度；
在调控结束后，识别阳极残余氧气是否消耗完毕，再向阴极单元（3）通入额定流量的空气。
上述技术方案的有益效果如下：提出了一种通过低温催化燃烧消耗阳极残余氧气的燃料电池电堆装置的控制方法，解决了燃料电池开机过程中，由于阳极内部存在氧气，产生氢氧界面造成电堆性能衰减的问题。当电堆启动的时候，先通入氢气，氢气在阳极催化剂的作用下与阳极内部残余的氧气发生低温催化燃烧，阳极残留氧气被氢气完全消耗，再进行正常的燃料电池启动。在此过程中，利用冷却液将低温催化燃烧产生的热量带走，避免膜电极温度过高造成失效。
基于上述方法的进一步改进，所述根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元（4）内的冷却液流量和温度的步骤，进一步包括：
收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；
将上述待机时间输入事先训练好的神经网络一中，得出当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度估计值；
获取当前时刻的环境温度，将其与阳极催化剂类型编码、上述残余氧气的浓度估计值一起输入事先训练好的神经网络二中，得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
启动并控制冷却单元（4）达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
依次启动氢循环装置（8）、电磁阀（9），控制氢循环装置（8）工作于上述氢气所需消耗量的状态下，调控结束进入计时。
进一步，所述在调控结束后，识别阳极残余氧气是否消耗完毕，再向阴极单元（3）通入额定流量的空气的步骤进一步包括：
判断计时时刻是否达到上述燃烧时间的结束时刻；如果是，判定阳极残余氧气消耗完毕，再分别向阳极单元（2）和阴极单元（3）通入等量额定流量的氢气和空气；否则，进入下一时刻的上述判断。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、在膜电极中阳极有多余的催化剂涂布，涂布面积大于阴极，以保证阳极的氢气反应率；
2、通过控制开机时氢气的引入（电磁阀）、氢循环流量（氢循环装置）以及冷却液流量、温度的控制（外设的冷却液温度控制装置），实现对阳极残余氧气的消耗，避免反向电流效应导致阴极碳载体腐蚀，延长燃料电池的寿命；
3、利用冷却液将低温催化燃烧产生的热量及时带走，避免膜电极温度过高造成失效。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了现有技术燃料电池开机过程中阳极氢氧界面导致反向电流效应造成电堆衰减的原理示意；
图2示出了实施例1长寿命氢燃料电池电堆装置组成示意图；
图3示出了实施例2长寿命氢燃料电池电堆装置组成示意图；
图4示出了实施例2燃料电池开机耗氧过程示意图；
图5示出了实施例3长寿命氢燃料电池电堆装置的控制方法示意图。
附图标记：
1- 质子交换膜；2- 阳极单元；3- 阴极单元；4- 冷却单元；
5- 氢气循环通道；6- 阳极氧化剂；7- 阴极氧化剂；8- 氢循环装置；9- 电磁阀。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
本发明的一个实施例，公开了一种长寿命氢燃料电池电堆装置，如图2所示，包括控制器、冷却单元4、质子交换膜1，以及设于质子交换膜1两侧且通过质子交换膜1实现气体隔离的阳极单元2、阴极单元3。
其中，阳极单元2采用两端开口的中空结构，内部设有氢气循环通道5，该侧的质子交换膜1上涂覆有阳极氧化剂6；阴极单元3也采用两端开口的中空结构，该侧的质子交换膜1上涂覆有阴极氧化剂7，并且，其远离质子交换膜1的一侧设有冷却单元4。
控制器，用于电堆启动时，控制阳极单元2通入氢气，并且，根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元4内的冷却液流量和温度，直到识别阳极残余氧气消耗完毕（可以通过实施例2中的时间或者氧气浓度传感器识别），再向阴极单元3通入额定流量的空气（进行燃料电池电堆的正常启动）。
待机时间越长，通入氢气的时间越长。
与现有技术相比，本实施例提出了一种通过低温催化燃烧消耗阳极残余氧气的燃料电池电堆装置，解决了燃料电池开机过程中，由于阳极内部存在氧气，产生氢氧界面造成电堆性能衰减的问题。当电堆启动的时候，先通入氢气，氢气在阳极催化剂的作用下与阳极内部残余的氧气发生低温催化燃烧，阳极残留氧气被氢气完全消耗，再进行正常的燃料电池启动。在此过程中，利用冷却液将低温催化燃烧产生的热量带走，避免膜电极温度过高造成失效。
实施例2
在实施例1的基础上进行改进，所述阳极氧化剂6、阴极氧化剂7分别均匀涂覆在质子交换膜1的对应侧表面。所述阳极催化剂6的涂覆面积大于所述阴极催化剂7的涂覆面积，保证低温催化燃烧反应充分进行，如图3所示。
优选地，所述氢气循环通道5上还设有氢循环装置8。其中，所述氢循环装置8包括氢气循环泵、电化学氢泵、引射器中的任一种，其控制端与控制器的输出端连接，用于控制阳极单元2内的循环氢气量，通过转速调控循环氢气量。
优选地，该长寿命氢燃料电池电堆装置还包括电磁阀9。其中，所述电磁阀9设于阳极单元2的进气口前端，其控制端与控制器的输出端连接，用于控制向阳极单元2通入氢气的气体流量。
优选地，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
数据采集单元，用于采集当前时刻的环境温度、电堆从上一次关机到本次开机的待机时间，发送至数据处理与控制单元。
数据处理与控制单元，用于收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；以及，根据上述待机时间估计当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度，进而结合环境温度、阳极催化剂类型得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；以及，先启动并控制冷却单元4达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度后，再依次启动氢循环装置8、电磁阀9，控制氢循环装置8工作于上述氢气所需消耗量的状态下，进入计时，直到达到上述燃烧时间后，判定阳极残余氧气消耗完毕，结束计时，再向阴极单元3通入额定流量的空气。
优选地，所述数据采集单元进一步包括环境温度传感器、时间获取子单元、液体温度-流量传感器、气体温度-流量传感器。
环境温度传感器，设置于燃料电池电堆的工作区域周围。
时间获取子单元，用于获取电堆的上一次关机的时刻、本次开机的时刻，进而确定电堆从上一次关机到本次开机的待机时间。
液体温度-流量传感器，设置于冷却单元4入口的液体管道内壁上，用于获取布设位置处冷却液的实时液体流量和温度。
气体温度-流量传感器，分别设置于阳极单元2、阴极单元3的气体入口和气体出口处，以及氢循环装置8的输出端，用于获取布设位置处气体的温度和流量。
优选地，所述数据处理与控制单元执行如下程序：
SS1.收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；
SS2.根据上述待机时间估计当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度；可选地，估计方法包括事先标定系数的数学模型或者事先训练好的神经网络一；神经网络一的训练数据可通过实验室获得，本领域技术人员能够理解；
SS3.根据上述残余氧气的浓度结合当前时刻环境温度、阳极催化剂类型得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；优选地，计算方法可采用事先训练好的神经网络二；神经网络二的训练数据也可通过实验室获得；
SS4.启动冷却单元4，根据液体温度-流量传感器采集数据对冷却单元4进行调控（可以是外设的冷却液调控设备，包括加热器、风扇、节流阀，冷却单元的出口经加热器与节流阀的输入端一连接，并经风扇与节流阀的输入端二连接，节流阀的输出端与冷却单元的入口连接），使得冷却单元4入口的冷却液达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
SS5.启动氢循环装置8，控制氢循环装置8输出的循环氢气量达到上述氢气所需消耗量，可直接设定；
SS36.打开电磁阀9，进入计时，直到达到上述燃烧时间后，判定阳极残余氧气消耗完毕，结束计时，再分别向阳极单元2和阴极单元3通入额定流量的气体（进行燃料电池的正常启动）。
优选地，该长寿命氢燃料电池电堆装置还包括分水器、排水阀。其中，所述分水器的输入端与阳极单元2的出气口连接，其顶部气体出口与阳极单元2的进气口连接，其底部排水口处设有排水阀。所述排水阀的控制端与控制器的输出端连接。
优选地，该长寿命氢燃料电池电堆装置还包括用于控制冷却单元内冷却液温度的散热器。其中，所述散热器的输入端与冷却单元的出水口连接，其输出端与冷却单元的进水口连接，其控制端与控制器的输出端连接。
开机耗氧过程如图4所示，当燃料电池系统收到开机指令后，先读取上一次关机到本次开机的时间间隔，计算在这段时间间隔内，从空气扩散到电堆阳极内部的氧气总量。进一步根据氧气总量计算完全消耗这些氧气所需的催化燃烧时间以及氢气消耗量。随后，设定氢循环装置的氢气循环量，打开电磁阀，开始在阳极多出的催化剂处消耗氧气。当催化燃烧的时间和氢气消耗量都满足要求时，结束开机耗氧过程，再正常开机（按额定流量正常通氢气和空气）。
与现有技术相比，本实施例具有如下有益效果：
1、在膜电极中阳极有多余的催化剂涂布，涂布面积大于阴极，以保证阳极的氢气反应率；
2、通过控制开机时氢气的引入（电磁阀）、氢循环流量（氢循环装置）以及冷却液流量、温度的控制（外设的冷却液温度控制装置），实现对阳极残余氧气的消耗，避免反向电流效应导致阴极碳载体腐蚀，延长燃料电池的寿命；
3、利用冷却液将低温催化燃烧产生的热量及时带走，避免膜电极温度过高造成失效。
实施例3
本发明的另一个实施例，公开了一种实施例1或2所述长寿命氢燃料电池电堆装置的控制方法，如图5所示，包括如下步骤：
S1.电堆启动时，控制阳极单元2内通入氢气；
S2.根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元4内的冷却液流量和温度；
S3.在调控结束后，识别阳极残余氧气是否消耗完毕，再向阴极单元3通入额定流量的空气。
优选地，步骤S2进一步包括：
S21.收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；
S22.将上述待机时间输入事先训练好的神经网络一中，得出当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度估计值；
S23.获取当前时刻的环境温度，将其与阳极催化剂类型编码、上述残余氧气的浓度估计值一起输入事先训练好的神经网络二中，得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
S24.启动并控制冷却单元4达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
S25.依次启动氢循环装置8、电磁阀9，控制氢循环装置8工作于上述氢气所需消耗量的状态下，调控结束进入计时。
优选地，步骤S3进一步包括：
S31.判断计时时刻是否达到上述燃烧时间的结束时刻；如果是，判定阳极残余氧气消耗完毕，执行步骤S32；否则，下一时刻重新进行上述判断；
S32.分别向阳极单元2和阴极单元3通入等量额定流量的氢气和空气。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，包括控制器、冷却单元（4）、质子交换膜（1），以及设于质子交换膜（1）两侧且通过质子交换膜（1）实现气体隔离的阳极单元（2）、阴极单元（3）；
阳极单元（2）采用两端开口的中空结构，内部设有氢气循环通道（5），该侧的质子交换膜（1）上涂覆有阳极氧化剂（6）；阴极单元（3）也采用两端开口的中空结构，该侧的质子交换膜（1）上涂覆有阴极氧化剂（7），并且，其远离质子交换膜（1）的一侧设有冷却单元（4）；
控制器，用于电堆启动时，控制阳极单元（2）通入氢气，并且，根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元（4）内的冷却液流量和温度，直到识别阳极残余氧气消耗完毕，再向阴极单元（3）通入额定流量的空气。
2.根据权利要求1所述的长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，所述阳极氧化剂（6）、阴极氧化剂（7）分别均匀涂覆在质子交换膜（1）的对应侧表面；并且，
所述阳极催化剂（6）的涂覆面积大于所述阴极催化剂（7）的涂覆面积。
3.根据权利要求1或2所述的长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，所述氢气循环通道（5）上还设有氢循环装置（8）；其中，
所述氢循环装置（8）包括氢气循环泵、电化学氢泵、引射器中的任一种，其控制端与控制器的输出端连接，用于控制阳极单元（2）内的循环氢气量。
4.根据权利要求3所述的长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，还包括电磁阀（9）；其中，
所述电磁阀（9）设于阳极单元（2）的进气口前端，其控制端与控制器的输出端连接，用于控制向阳极单元（2）通入氢气的气体流量。
5.根据权利要求4所述的长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，所述控制器进一步包括依次连接的：
数据采集单元，用于采集当前时刻的环境温度、电堆从上一次关机到本次开机的待机时间，发送至数据处理与控制单元；
数据处理与控制单元，用于收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；以及，根据上述待机时间估计当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度，进而结合环境温度、阳极催化剂类型得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；以及，先启动并控制冷却单元（4）达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度后，再依次启动氢循环装置（8）、电磁阀（9），控制氢循环装置（8）工作于上述氢气所需消耗量的状态下，进入计时，直到达到上述燃烧时间后，判定阳极残余氧气消耗完毕，结束计时，再向阴极单元（3）通入额定流量的空气。
6.根据权利要求5所述的长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括：
环境温度传感器，设置于燃料电池电堆的工作区域周围；
时间获取子单元，用于获取电堆的上一次关机的时刻、本次开机的时刻，进而确定电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；
液体温度-流量传感器，设置于冷却单元（4）入口的液体管道内壁上，用于获取布设位置处冷却液的实时液体温度和流量；
气体温度-流量传感器，分别设置于阳极单元（2）、阴极单元（3）的气体入口和气体出口处，以及氢循环装置（8）的输出端，用于获取布设位置处气体的实时温度和流量。
7.根据权利要求6所述的长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，所述数据处理与控制单元执行如下程序：
收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；
根据上述待机时间估计当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度；
根据上述残余氧气的浓度结合当前时刻环境温度、阳极催化剂类型得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
启动冷却单元（4），根据液体温度-流量传感器采集数据对冷却单元（4）进行调控，使得冷却单元（4）入口的冷却液达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
启动氢循环装置（8），控制氢循环装置（8）输出的循环氢气量达到上述氢气所需消耗量；
打开电磁阀（9），进入计时，直到达到上述燃烧时间后，判定阳极残余氧气消耗完毕，结束计时，再分别向阳极单元（2）和阴极单元（3）通入额定流量的气体。
8.一种权利要求1-7任意一项所述长寿命氢燃料电池电堆装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
电堆启动时，控制阳极单元（2）内通入氢气；
根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元（4）内的冷却液流量和温度；
在调控结束后，识别阳极残余氧气是否消耗完毕，再向阴极单元（3）通入额定流量的空气。
9.根据权利要求8所述的长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，所述根据电堆的待机时间调控通入氢气的流量、冷却单元（4）内的冷却液流量和温度的步骤，进一步包括：
收到开机指令后，获取电堆从上一次关机到本次开机的待机时间；
将上述待机时间输入事先训练好的神经网络一中，得出当前时刻电堆内阳极残余氧气的浓度估计值；
获取当前时刻的环境温度，将其与阳极催化剂类型编码、上述残余氧气的浓度估计值一起输入事先训练好的神经网络二中，得出阳极残余氧气的燃烧时间、氢气所需消耗量、最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
启动并控制冷却单元（4）达到上述最佳冷却液流量与最佳冷却液温度；
依次启动氢循环装置（8）、电磁阀（9），控制氢循环装置（8）工作于上述氢气所需消耗量的状态下，调控结束进入计时。
10.根据权利要求9所述的长寿命氢燃料电池电堆装置，其特征在于，所述在调控结束后，识别阳极残余氧气是否消耗完毕，再向阴极单元（3）通入额定流量的空气的步骤进一步包括：
判断计时时刻是否达到上述燃烧时间的结束时刻；如果是，判定阳极残余氧气消耗完毕，再分别向阳极单元（2）和阴极单元（3）通入等量额定流量的氢气和空气；否则，进入下一时刻的上述判断。
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