CN114759230A - 一种燃料电池系统及其常温启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统及其常温启动方法，燃料电池系统包括电堆、燃料电池控制器和空气子系统；空气子系统包括空压机、中冷器、增湿器、第一旁通阀、第二旁通阀和温度压力传感器，第一旁通阀和第二旁通阀的开度可调；燃料电池控制器根据温度压力传感器检测到的温度值调节第一旁通阀的开度；当不需要增湿器时，将增湿器切出，实现了燃料电池系统不包含增湿器的情况；当需要增湿器时，将增湿器接入空气子系统中来，通过燃料电池控制器调节第一旁通阀的开度来实现进入电堆内的空气湿度的调节，使得当不需要过多水分时，可以减少流经增湿器的空气的流量，进而提高了燃料电池系统的常温启动温升速度。

Description

一种燃料电池系统及其常温启动方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池系统及其常温启动方法。
背景技术
目前，有些燃料电池厂家的电堆需要增湿器，有的不需要，需要根据不同的厂家需求制造不同的燃料电池系统，燃料电池系统的通用性差。此外，在有增湿器的系统中，对燃料电池系统加湿量的需求不明确，造成燃料电池系统常温启动温升慢，很难快速响应外部系统的功率需求。
因此，如何提高燃料电池系统的通用性及常温启动温升速度是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种燃料电池系统燃料电池系统，能够提高燃料电池系统的通用性及常温启动温升速度。
本发明的第二个目的是提供一种燃料电池系统常温启动方法。
为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：
一种燃料电池系统，包括电堆、燃料电池控制器和空气子系统；
所述空气子系统包括空压机、中冷器、增湿器、第一旁通阀、第二旁通阀和温度压力传感器，所述第一旁通阀和所述第二旁通阀的开度可调；
所述空压机的出口与所述中冷器的入口连通，所述中冷器的出口与所述第一旁通阀的入口连通，所述第一旁通阀的第一出口与所述增湿器的空气入口连通，所述增湿器的空气出口与所述第一旁通阀的第二出口连通，所述增湿器的空气出口及所述第一旁通阀的第二出口均与所述电堆的空气入口连通；
所述电堆的尾气出口与所述第二旁通阀的入口连通，所述第二旁通阀的第一出口与所述增湿器的尾气入口连通，所述增湿器的尾气出口与所述第二旁通阀的第二出口均与大气导通；
所述温度压力传感器设置在所述电堆的空气入口处，且与所述燃料电池控制器信号连接，用于测量所述电堆的空气入口处的气体温度及压力；
所述燃料电池控制器根据所述温度压力传感器检测到的温度值调节所述第一旁通阀的开度；
当不需要所述增湿器时，所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第二出口导通，所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第一出口断开，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第二出口导通，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第一出口断开；
当需要所述增湿器时，所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第一出口导通，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第一出口导通。
在一个具体的实施方案中，所述燃料电池系统还包括功率控制系统；
所述功率控制系统包括功率控制器、放电电阻和放电电阻控制继电器；
所述电堆的正接线端分别与所述功率控制器的第一端及所述放电电阻的第一端电连接，所述功率控制器的第二端与所述分别与所述放电电阻控制继电器的第一端及所述电堆的负接线端电连接，所述放电电阻的第二端与所述放电电阻控制继电器的第二端电连接；
当所述放电电阻控制继电器打开时，所述功率控制器控制所述电堆进入恒压模式。
在另一个具体的实施方案中，所述功率控制系统还包括主正继电器和主负继电器；
所述主正继电器的第一端分别与所述电堆的正接线端与所述放电电阻的第一端电连接，所述主正继电器的第二端与所述功率控制器的第一端电连接，所述主负继电器的第一端与所述功率控制器的第二端电连接，所述主负继电器的第二端分别与所述放电电阻控制继电器的第一端及所述电堆的负接线端电连接。
在另一个具体的实施方案中，所述空气子系统包括还包括组合阀和背压阀；
所述组合阀的入口与所述第一旁通阀的第二出口及所述增湿器的空气出口连通，所述组合阀的第一出口与所述电堆的空气入口连通，所述组合阀的第二出口与所述大气连通；
所述背压阀的入口与所述电堆的尾气出口连通，所述背压阀的出口与所述第二旁通阀的入口连通。
在另一个具体的实施方案中，所述空气子系统还包括空气流量计；
所述空气流量计设置在所述空压机的入口端，且与所述燃料电池控制器信号连接。
在另一个具体的实施方案中，所述燃料电池系统还包括氢气子系统；
所述氢气子系统包括分水器、氢气循环泵、尾排阀和引射器；
所述分水器的入口与所述电堆的氢气出口连通，所述分水器的出口分别与所述氢气循环泵的入口、所述尾排阀的入口及所述引射器的第一入口连通，所述氢气循环泵的出口分别与所述引射器的出口及所述电堆的氢气入口连通；
所述尾排阀的出口连通大气，所述引射器的第二入口用于通入氢气。
在另一个具体的实施方案中，所述氢气子系统还包括氢气入口阀和压力传感器；
所述氢气入口阀设置在所述引射器的第二入口处；
所述压力传感器设置在所述电堆的氢气入口处。
根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。
本发明提供的燃料电池系统，当不需要使用增湿器时，将第一旁通阀的入口与第一旁通阀的第二出口导通，第一旁通阀的入口与第一旁通阀的第一出口断开，第二旁通阀的入口与第二旁通阀的第二出口导通，第二旁通阀的入口与第二旁通阀的第一出口断开，以此来实现将增湿器切出，实现了燃料电池系统不包含增湿器的情况。当需要使用增湿器进行空气增湿时，将第一旁通阀的入口与第一旁通阀的第一出口导通，第二旁通阀的入口与第二旁通阀的第一出口导通，将增湿器接入空气子系统中来，通过燃料电池控制器调节第一旁通阀的开度来实现进入电堆内的空气湿度的调节，使得当不需要过多水分时，可以减少流经增湿器的空气的流量，进而提高了燃料电池系统的常温启动温升速度。
由此可见，本发明提高了燃料电池系统的通用性及常温启动温升速度。
为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：
一种燃料电池系统常温启动方法，使用如上述中任意一项中的燃料电池系统，包括以下步骤：
S1：判断所述燃料电池系统是否需要增湿器，若是，则转步骤S2，若否，则转步骤S3；
S2：控制第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第一出口导通，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第一出口导通，并根据电堆的空气入口处的温度值调节所述第一旁通阀的开度，启动所述燃料电池系统；
S3：控制所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第二出口导通，所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第一出口断开，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第二出口导通，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第一出口断开，启动所述燃料电池系统。
在一个具体的实施方案中，所述步骤S2之后还包括：
步骤S4：判断所述燃料电池系统是否需要放电电阻，若是，则转步骤S5，若否，则转步骤S6；
步骤S5：控制放电电阻控制继电器闭合，控制主正继电器和主负继电器闭合，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第一出口导通，根据流量压力需求调节所述空压机的转速及背压阀开度，根据所述电堆的空气腔压力调节所述电堆的氢气腔压力，根据检测到的所述电堆的电流的上下限值得到所述电堆的控制电流值，并断开所述放电电阻控制继电器；
步骤S6：控制所述放电电阻控制继电器断开，控制所述主正继电器和所述主负继电器闭合，所述功率控制器控制所述电堆进入恒压模式，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第二出口导通，根据启动条件调节所述背压阀和所述组合阀的开度值，并调节所述空压机的转速，根据检测到的所述电堆的电流的上下限值得到所述电堆的控制电流值。
在另一个具体的实施方案中，所述步骤S3之后还包括：
步骤S7：判断所述燃料电池系统是否需要放电电阻，若是，则转步骤S8，若否，则转步骤S9；
步骤S8：控制所述放电电阻控制继电器闭合，控制所述主正继电器和所述主负继电器闭合，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第一出口导通，根据流量压力需求调节所述空压机的转速及所述背压阀开度，根据检测到的所述电堆的电流的上下限值得到所述电堆的控制电流值，断开所述放电电阻控制继电器；
步骤S9：控制所述放电电阻控制继电器断开，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第二出口导通，根据检测到的空压机的入口端的流量值调节所述空压机的转速，调节所述空气腔的压力值，控制所述主正继电器和所述主负继电器闭合，所述功率控制器控制所述电堆进入恒压模式，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第一出口导通，根据压力需求调节所述背压阀的开度及所述空压机的转速，根据检测到的所述电堆的电流的上下限值得到所述电堆的控制电流值。
根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。
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，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的燃料电池系统处于第一种模式时的结构示意图；
图2为本发明提供的燃料电池系统处于第二种模式时的结构示意图；
图3为本发明提供的燃料电池系统处于第三种模式时的机构示意图；
图4为本发明提供的燃料电池系统处于第四种模式时的机构示意图；
图5为本发明一种实施例提供的燃料电池系统常温启动方法的流程图；
图6为本发明另一种实施例提供的燃料电池系统常温启动方法的流程图。
其中，图1-图4中：
燃料电池系统1000、电堆100、空气子系统200、空压机201、中冷器202、增湿器203、第一旁通阀204、第二旁通阀205、温度压力传感器206、功率控制系统300、功率控制器301、放电电阻302、放电电阻控制继电器303、主正继电器304、主负继电器305、组合阀207、背压阀208、空气流量计209、空气过滤器210、尾气处理装置211、氢气子系统400、分水器401、氢气循环泵402、尾排阀403、引射器404、氢气入口阀405、压力传感器406。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-图6，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”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位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。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。
如图1-图4所示，本发明第一方面提供了一种燃料电池系统1000，能够提高燃料电池系统1000的通用性及常温启动温升速度。
具体地，燃料电池系统1000包括电堆100、燃料电池控制器和空气子系统200。
空气子系统200包括空压机201、中冷器202、增湿器203、第一旁通阀204、第二旁通阀205和温度压力传感器206，第一旁通阀204和第二旁通阀205的开度可调。燃料电池控制器与空气子系统200中的各个部件之间信号连接。
空压机201的出口与中冷器202的入口连通，中冷器202的出口与第一旁通阀204的入口连通，第一旁通阀204的第一出口与增湿器203的空气入口连通，增湿器203的空气出口与第一旁通阀204的第二出口连通，增湿器203的空气出口及第一旁通阀204的第二出口均与电堆100的空气入口连通。为了避免进入空压机201中的空气中含有杂质等，本发明公开了空压机201的入口处连通有空气过滤器210，以过滤进入空压机201内的空气。
电堆100的尾气出口与第二旁通阀205的入口连通，第二旁通阀205的第一出口与增湿器203的尾气入口连通，增湿器203的尾气出口与第二旁通阀205的第二出口均与大气导通。通过第一旁通阀204和第二旁通阀205实现增湿器203的接入或者切出，进而实现了燃料电池系统1000使用时含增湿器203和不含增湿器203的模式的切换，提高了燃料电池系统1000的通用性。
为了避免燃料电池系统1000中的尾气直接排放到大气中污染环境，本发明公开了空气子系统200还包括尾气处理装置211，增湿器203的空气出口及第一旁通阀204的第二出口均通过尾气处理装置211与电堆100的空气入口连通。
温度压力传感器206设置在电堆100的空气入口处，且与燃料电池控制器信号连接，用于测量电堆100的空气入口处的气体温度及压力。
燃料电池控制器根据温度压力传感器206检测到的温度值调节第一旁通阀204的开度。
当不需要增湿器203时，第一旁通阀204的入口与第一旁通阀204的第二出口导通，第一旁通阀204的入口与第一旁通阀204的第一出口断开，第二旁通阀205的入口与第二旁通阀205的第二出口导通，第二旁通阀205的入口与第二旁通阀205的第一出口断开，以此来实现将增湿器203切出，实现了燃料电池系统1000不包含增湿器203的情况。
当需要增湿器203时，第一旁通阀204的入口与第一旁通阀204的第一出口导通，第二旁通阀205的入口与第二旁通阀205的第一出口导通，将增湿器203接入空气子系统200中来，通过燃料电池控制器调节第一旁通阀204的开度来实现进入电堆100内的空气湿度的调节，使得当不需要过多水分时，可以减少流经增湿器203的空气的流量，进而提高了燃料电池系统1000的常温启动温升速度。
在一些实施例中，燃料电池系统1000还包括功率控制系统300，功率控制系统300包括功率控制器301、放电电阻302和放电电阻控制继电器303。
电堆100的正接线端分别与功率控制器301的第一端及放电电阻302的第一端电连接，功率控制器301的第二端与分别与放电电阻控制继电器303的第一端及电堆100的负接线端电连接，放电电阻302的第二端与放电电阻控制继电器303的第二端电连接。
当放电电阻控制继电器303打开时，功率控制器301控制电堆100进入恒压模式，避免开路过电压；当放电电阻控制继电器303闭合时，接入放电电阻302到功率控制系统300中，避免了开路过电压。
即通过放电电阻控制继电器303的开闭，配合第一旁通阀204和第二旁通阀205实现了4种模式的切换：(1)有增湿器203，有放电电阻302，如图1所示；(2)有增湿器203，无放电电阻302，如图2所示；(3)无增湿器203，有放电电阻302，如图3所示；(4)无增湿器203，无放电电阻302，如图4所示。本发明在燃料电池控制单元的应用层启动程序中嵌入4种系统硬件模式与系统4种硬件状态相匹配，提高了软件的适配性。
本发明中通过功率控制系统300的设置，使得燃料电池系统1000常温启动中，能够避免开路过电压的情况，进而避免了燃料电池碳载体腐蚀、阴极催化剂流失等问题。
进一步地，本发明公开了功率控制系统300还包括主正继电器304和主负继电器305，主正继电器304的第一端分别与电堆100的正接线端与放电电阻302的第一端电连接，主正继电器304的第二端与功率控制器301的第一端电连接，主负继电器305的第一端与功率控制器301的第二端电连接，主负继电器305的第二端分别与放电电阻控制继电器303的第一端及电堆100的负接线端电连接。即本发明通过主正继电器304和主负继电器305的开闭实现功率控制器301接入或者切出。
在一些实施例中，空气子系统200包括还包括组合阀207和背压阀208，组合阀207的入口与第一旁通阀204的第二出口及增湿器203的空气出口连通，组合阀207的第一出口与电堆100的空气入口连通，组合阀207的第二出口与大气连通，具体地，组合阀207的第二出口通过尾气处理装置211与大气连通。
背压阀208的入口与电堆100的尾气出口连通，背压阀208的出口与第二旁通阀205的入口连通，背压阀208的设置保证了电堆100排出的尾气压力的稳定性。
在一些实施例中，空气子系统200还包括空气流量计209，空气流量计209设置在空压机201的入口端，且与燃料电池控制器信号连接，用于计量进入空压机201的空气流量。
在一些实施例中，燃料电池系统1000还包括氢气子系统400，氢气子系统400包括分水器401、氢气循环泵402、尾排阀403和引射器404，燃料电池控制器与氢气子系统400中的各个部件之间信号连接。
分水器401的入口与电堆100的氢气出口连通，分水器401的出口分别与氢气循环泵402的入口、尾排阀403的入口及引射器404的第一入口连通，氢气循环泵402的出口分别与引射器404的出口及电堆100的氢气入口连通。尾排阀403的出口连通大气，引射器404的第二入口用于通入氢气。
本发明通过在氢气子系统400中设置氢气循环泵402及引射器404两路回路，来共同实现对燃料电池电堆100的阳极侧增湿。
进一步地，本发明公开了氢气子系统400还包括氢气入口阀405和压力传感器406，氢气入口阀405设置在引射器404的第二入口处，用于控制进入引射器404的氢气的通断。
压力传感器406设置在电堆100的氢气入口处，用于进入电堆100的氢气压力的监测。
本发明具有如下优点：
(1)通过第一旁通阀204和第二旁通阀205的设置，实现增湿器203切入或者切出空气子系统200，满足不同厂家需要增湿器203或者不需要增湿器203的需求，提高了燃料电池系统1000的通用性；
(2)通过放电电阻302的接入或者切出，并配合功率控制器301，避免了开路过电压的情况发生；
(3)本发明在需要增湿器203时，可以根据需要调节进入电堆100的空气的湿度，进而提高燃料电池系统1000的常温启动温升速度，避免启动时的低水温时无法响应整车的大功率需求及低水温高功率造成的燃料电池系统1000在加载过程中单体过低或者电堆100反极情况的发生。
如图5所示，本发明第二方面提供了一种燃料电池系统常温启动方法，使用如上述中任意一项实施例中的燃料电池系统1000，包括以下步骤：
S1：判断燃料电池系统1000是否需要增湿器203，若是，则转步骤S2，若否，则转步骤S3。
S2：控制第一旁通阀204的入口与第一旁通阀204的第一出口导通，第二旁通阀205的入口与第二旁通阀205的第一出口导通，并根据电堆100的空气入口处的温度值调节第一旁通阀204的开度。
也就是说，当需要增湿器203时，将增湿器203接入空气子系统200内，通过调节第一旁通阀204的开度实现空气湿度的调节，使得当不需要过多水分时，可以减少流经增湿器203的空气的流量，进而提高了燃料电池系统1000的常温启动温升速度。
S3：控制第一旁通阀204的入口与第一旁通阀204的第二出口导通，第一旁通阀204的入口与第一旁通阀204的第一出口断开，第二旁通阀205的入口与第二旁通阀205的第二出口导通，第二旁通阀205的入口与第二旁通阀205的第一出口断开。
也就是说，当不需要增湿器203时，将增湿器203切出空气子系统200内。
在一些实施例中，步骤S2之后还包括：
步骤S4：判断燃料电池系统1000是否需要放电电阻302，若是，则转步骤S5，若否，则转步骤S6。
如果需要接入放电电阻302时，那么通过放电电阻302来避免开路过电压；如果不需要接入放电电阻302时，那么通过功率控制器301控制电堆100恒压模式。
步骤S5：控制放电电阻控制继电器303闭合，控制主正继电器304和主负继电器305闭合，控制组合阀207的入口与组合阀207的第一出口导通，根据流量压力需求调节空压机201的转速及背压阀208开度，根据电堆100的空气腔压力调节电堆100的氢气腔压力，根据检测到的电堆100的电流的上下限值得到电堆100的控制电流值，并断开放电电阻控制继电器303。
需要说明的是，根据流量压力需求调节空压机201的转速及背压阀208开度具体是指根据使用时空气进入电堆100的流量及压力去调节空压机201的转速及背压阀208的开度。
根据电堆100的空气腔压力调节电堆100的氢气腔压力实现了氢气压力与空气压力的协调，以保证电化学反应的稳定性。
步骤S6：控制放电电阻控制继电器303断开，控制主正继电器304和主负继电器305闭合，功率控制器301控制电堆100进入恒压模式，控制组合阀207的入口与组合阀207的第二出口导通，根据启动条件调节背压阀208和组合阀207的开度值，并调节空压机201的转速，根据检测到的电堆100的电流的上下限值得到电堆100的控制电流值。
具体地，在导通第一旁通阀204的入口与第一旁通阀204的第一出口，导通第二旁通阀205的入口与第二旁通阀205的第一出口之前，还包括：根据具体所需空气流量确定空压机201转速，并根据燃料电池系统1000的停机时长及空气腔压力调节氢气腔的压力。
需要说明的是，这里的启动条件是指燃料电池系统1000的启动条件。
在一些实施例中，步骤S3之后还包括：
步骤S7：判断燃料电池系统1000是否需要放电电阻302，若是，则转步骤S8，若否，则转步骤S9。
步骤S8：控制放电电阻控制继电器303闭合，控制主正继电器304和主负继电器305闭合，控制组合阀207的入口与组合阀207的第一出口导通，根据流量压力需求调节空压机201的转速及背压阀208开度，根据检测到的电堆100的电流的上下限值得到电堆100的控制电流值，断开放电电阻控制继电器303。
即燃料电池系统1000处于无增湿器203，有放电电阻302的模式中。
步骤S9：控制放电电阻控制继电器303断开，控制组合阀207的入口与组合阀207的第二出口导通，根据检测到的空压机201的入口端的流量值调节空压机201的转速，调节空气腔的压力值，控制主正继电器304和主负继电器305闭合，功率控制器301控制电堆100进入恒压模式，控制组合阀207的入口与组合阀207的第一出口导通，根据压力需求调节背压阀208的开度及空压机201的转速，根据检测到的电堆100的电流的上下限值得到电堆100的控制电流值。
即燃料电池系统1000处于无增湿器203，无放电电阻302的模式中。
需要说明的是，燃料电池系统常温启动方法也可以直接设置四个模式进行判断，即模式一：燃料电池系统1000包含增湿器203和放电电阻302判断；模式二：燃料电池系统1000包含增湿器203，不包含放电电阻302；模式三：燃料电池系统1000不包含增湿器203，包含放电电阻302；模式四：燃料电池系统1000不包含增湿器203，也不包含放电电阻302。该燃料电池系统常温启动方法如图6所示。
需要说明的是，本文中表示方位的词，例如，上下等均是以燃料电池系统1000使用时的方向进行的设定，仅为了描述的方便，不具有其它特定含义。
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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括电堆、燃料电池控制器和空气子系统；
所述空气子系统包括空压机、中冷器、增湿器、第一旁通阀、第二旁通阀和温度压力传感器，所述第一旁通阀和所述第二旁通阀的开度可调；
所述空压机的出口与所述中冷器的入口连通，所述中冷器的出口与所述第一旁通阀的入口连通，所述第一旁通阀的第一出口与所述增湿器的空气入口连通，所述增湿器的空气出口与所述第一旁通阀的第二出口连通，所述增湿器的空气出口及所述第一旁通阀的第二出口均与所述电堆的空气入口连通；
所述电堆的尾气出口与所述第二旁通阀的入口连通，所述第二旁通阀的第一出口与所述增湿器的尾气入口连通，所述增湿器的尾气出口与所述第二旁通阀的第二出口均与大气导通；
所述温度压力传感器设置在所述电堆的空气入口处，且与所述燃料电池控制器信号连接，用于测量所述电堆的空气入口处的气体温度及压力；
所述燃料电池控制器根据所述温度压力传感器检测到的温度值调节所述第一旁通阀的开度；
当不需要所述增湿器时，所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第二出口导通，所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第一出口断开，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第二出口导通，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第一出口断开；
当需要所述增湿器时，所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第一出口导通，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第一出口导通。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括功率控制系统；
所述功率控制系统包括功率控制器、放电电阻和放电电阻控制继电器；
所述电堆的正接线端分别与所述功率控制器的第一端及所述放电电阻的第一端电连接，所述功率控制器的第二端与所述分别与所述放电电阻控制继电器的第一端及所述电堆的负接线端电连接，所述放电电阻的第二端与所述放电电阻控制继电器的第二端电连接；
当所述放电电阻控制继电器打开时，所述功率控制器控制所述电堆进入恒压模式。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述功率控制系统还包括主正继电器和主负继电器；
所述主正继电器的第一端分别与所述电堆的正接线端与所述放电电阻的第一端电连接，所述主正继电器的第二端与所述功率控制器的第一端电连接，所述主负继电器的第一端与所述功率控制器的第二端电连接，所述主负继电器的第二端分别与所述放电电阻控制继电器的第一端及所述电堆的负接线端电连接。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空气子系统包括还包括组合阀和背压阀；
所述组合阀的入口与所述第一旁通阀的第二出口及所述增湿器的空气出口连通，所述组合阀的第一出口与所述电堆的空气入口连通，所述组合阀的第二出口与所述大气连通；
所述背压阀的入口与所述电堆的尾气出口连通，所述背压阀的出口与所述第二旁通阀的入口连通。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空气子系统还包括空气流量计；
所述空气流量计设置在所述空压机的入口端，且与所述燃料电池控制器信号连接。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括氢气子系统；
所述氢气子系统包括分水器、氢气循环泵、尾排阀和引射器；
所述分水器的入口与所述电堆的氢气出口连通，所述分水器的出口分别与所述氢气循环泵的入口、所述尾排阀的入口及所述引射器的第一入口连通，所述氢气循环泵的出口分别与所述引射器的出口及所述电堆的氢气入口连通；
所述尾排阀的出口连通大气，所述引射器的第二入口用于通入氢气。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气子系统还包括氢气入口阀和压力传感器；
所述氢气入口阀设置在所述引射器的第二入口处；
所述压力传感器设置在所述电堆的氢气入口处。
8.一种燃料电池系统常温启动方法，其特征在于，使用如权利要求1-7中任意一项中的燃料电池系统，包括以下步骤：
S1：判断所述燃料电池系统是否需要增湿器，若是，则转步骤S2，若否，则转步骤S3；
S2：控制第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第一出口导通，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第一出口导通，并根据电堆的空气入口处的温度值调节所述第一旁通阀的开度，启动所述燃料电池系统；
S3：控制所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第二出口导通，所述第一旁通阀的入口与所述第一旁通阀的第一出口断开，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第二出口导通，所述第二旁通阀的入口与所述第二旁通阀的第一出口断开，启动所述燃料电池系统。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统常温启动方法，其特征在于，所述步骤S2之后还包括：
步骤S4：判断所述燃料电池系统是否需要放电电阻，若是，则转步骤S5，若否，则转步骤S6；
步骤S5：控制放电电阻控制继电器闭合，控制主正继电器和主负继电器闭合，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第一出口导通，根据流量压力需求调节所述空压机的转速及背压阀开度，根据所述电堆的空气腔压力调节所述电堆的氢气腔压力，根据检测到的所述电堆的电流的上下限值得到所述电堆的控制电流值，并断开所述放电电阻控制继电器；
步骤S6：控制所述放电电阻控制继电器断开，控制所述主正继电器和所述主负继电器闭合，所述功率控制器控制所述电堆进入恒压模式，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第二出口导通，根据启动条件调节所述背压阀和所述组合阀的开度值，并调节所述空压机的转速，根据检测到的所述电堆的电流的上下限值得到所述电堆的控制电流值。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统常温启动方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：
步骤S7：判断所述燃料电池系统是否需要放电电阻，若是，则转步骤S8，若否，则转步骤S9；
步骤S8：控制所述放电电阻控制继电器闭合，控制所述主正继电器和所述主负继电器闭合，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第一出口导通，根据流量压力需求调节所述空压机的转速及所述背压阀开度，根据检测到的所述电堆的电流的上下限值得到所述电堆的控制电流值，断开所述放电电阻控制继电器；
步骤S9：控制所述放电电阻控制继电器断开，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第二出口导通，根据检测到的空压机的入口端的流量值调节所述空压机的转速，调节所述空气腔的压力值，控制所述主正继电器和所述主负继电器闭合，所述功率控制器控制所述电堆进入恒压模式，控制所述组合阀的入口与所述组合阀的第一出口导通，根据压力需求调节所述背压阀的开度及所述空压机的转速，根据检测到的所述电堆的电流的上下限值得到所述电堆的控制电流值。
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