CN114914477B - 燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车，该燃料电池系统包括燃料电池电堆、空气供应系统和氢气供应系统，空气供应系统包括空气压缩机和中冷器，还包括：气体换热器设置在氢气供应系统与燃料电池电堆的阳极气体入口之间；第一控制阀的一端与空气压缩机的出气口相连，另一端与气体换热器相连；第二控制阀的一端与中冷器的出气口相连，另一端与气体换热器相连；加热控制器与第一控制阀和第二控制阀相连，用于控制第一控制阀和第二控制阀工作。该燃料电池系统可使燃料电池电堆获取温度较高的阳极气体，提高化学反应速率，缩短燃料电池的启动时间，使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需增加额外功耗。

Description

燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车

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系统及其加热控制方法和燃料电池汽车。

背景技术

燃料电池系统是一种能够将氢气和空气反应，产生电能的发电系统。当前燃料电池系统在低温环境下的性能较差，例如，在低温环境下，燃料电池的冷启动时间较长，影响燃料电池性能。因此，需对燃料电池电堆、阳极气体(即氢气)和阴极气体(即空气中的氧气)进行加热，以提高低温环境下燃料电池的性能。

现有燃料电池系统一般通过在冷却回路中增加PTC加热器，提高冷却回路中冷却液的温度来缩短冷启动时间，这种方式存在功耗大的问题；或者利用空气压缩机压缩后的高温空气加热燃料电池电堆，这种方式存在加热效率低且无法快速升温，导致冷启动时间较长的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车，以解决现有燃料电池系统在低温环境下性能较差的问题。

本发明提供一种燃料电池系统，包括燃料电池电堆、空气供应系统和氢气供应系统，所述空气供应系统包括空气压缩机和中冷器，所述空气压缩机的出气口与所述中冷器的进气口相连，所述中冷器的出气口与所述燃料电池电堆的阴极气体入口相连，所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口和阳极气体出口相连；还包括加热控制器和气体加热回路，所述气体加热回路包括气体换热器、第一控制阀和第二控制阀；所述气体换热器设置在所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口之间；所述第一控制阀的一端与所述空气压缩机的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述第二控制阀的一端与所述中冷器的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述加热控制器与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，用于控制所述第一控制阀和所述第二控制阀工作。

优选地，所述加热控制器被配置为：获取当前状态数据，根据所述当前状态数据确定当前工作模式；依据所述当前工作模式，控制所述第一控制阀和第二控制阀的开启或关闭。

优选地，所述加热控制器被配置为：在所述当前工作模式为冷启动模式时，控制所述第一控制阀开启并控制所述第二控制阀关闭；

或者，在所述当前工作模式为普通启动模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启；

或者，在所述当前工作模式为正常运行模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启。

优选地，所述空气供应系统还包括空气滤清器，所述空气滤清器的出气口与所述空气压缩机的进气口相连；所述燃料电池系统还包括与所述加热控制器相连的温度传感器，所述温度传感器设置在所述空气滤清器的进气口位置或者出气口位置。

优选地，所述气体换热器包括第一气体换热腔和第二气体换热腔；所述第一气体换热腔的第一气体入口与所述氢气供应系统相连，所述第一气体换热腔的第一气体出口与所述燃料电池电堆的阳极气体入口相连；所述第二气体换热腔的第二气体入口与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，所述第二气体换热腔的第二气体出口与尾气排放管相连。

优选地，所述氢气供应系统包括供氢装置和氢循环泵；所述供氢装置的出气口与所述气体换热器相连；所述氢循环泵的一端与所述燃料电池电堆的阳极气体出口相连，另一端与所述气体换热器相连。

本发明提供一种燃料电池系统加热控制方法，应用在上述燃料电池系统中，所述燃料电池系统加热控制方法包括加热控制器执行的如下步骤：

获取当前状态数据；

根据所述当前状态数据，确定当前工作模式，所述当前工作模式为冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式中的一种；

依据所述当前工作模式，控制第一控制阀和第二控制阀工作。

优选地，所述根据所述当前状态数据，确定当前工作模式，包括：

若所述当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度小于预设温度阈值，则确定所述当前工作模式为冷启动模式；

若所述当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度不小于预设温度阈值，则确定所述当前工作模式为普通启动模式；

若所述当前状态数据为监测到启动成功，则确定所述当前工作模式为正常运行模式。

优选地，所述依据所述当前工作模式，控制第一控制阀和第二控制阀工作，包括：

若所述当前工作模式为冷启动模式，则控制所述第一控制阀开启并控制所述第二控制阀关闭；

若所述当前工作模式为普通启动模式，则控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启；

若所述当前工作模式为正常运行模式，则控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启。

本发明实施例提供一种燃料电池汽车，包括上述燃料电池系统。

本发明实施例提供燃料电池系统及其加热控制方法和燃料电池汽车，加热控制器可控制第一控制阀和第二控制阀的开启和关闭，以将不同温度的高温空气传输至气体换热器中，对传输至气体换热器的室温氢气进行加热，再将加热后的高温氢气通过阳极气体入口传输至燃料电池电堆，以使燃料电池电堆可获取温度较高的阳极气体，利用温度较高的阳极气体与阴极气体进行化学反应，有助于提高阳极气体与阴极气体之间进行化学反应的速率，缩短燃料电池的启动时间，并可使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需增加额外功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中燃料电池系统的一示意图；

图2是本发明一实施例中燃料电池系统加热控制方法的一流程图。

图中：10、燃料电池电堆；20、空气供应系统；21、空气压缩机；22、中冷器；23、空气滤清器；30、氢气供应系统；31、供氢装置；32、氢循环泵；40、气体加热回路；41、气体换热器；42、第一控制阀；43、第二控制阀。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种燃料电池系统，如图1所示，燃料电池系统包括燃料电池电堆10、空气供应系统20和氢气供应系统30，空气供应系统20包括空气压缩机21和中冷器22，空气压缩机21的出气口与中冷器22的进气口相连，中冷器22的出气口与燃料电池电堆10的阴极气体入口相连，氢气供应系统30与燃料电池电堆10的阳极气体入口和阳极气体出口相连；还包括加热控制器(图中未示出)和气体加热回路40，气体加热回路40包括气体换热器41、第一控制阀42和第二控制阀43；气体换热器41设置在氢气供应系统30与燃料电池电堆10的阳极气体入口之间；第一控制阀42的一端与空气压缩机21的出气口相连，另一端与气体换热器41相连；第二控制阀43的一端与中冷器22的出气口相连，另一端与气体换热器41相连；加热控制器与第一控制阀42和第二控制阀43相连，用于控制第一控制阀42和第二控制阀43工作。

其中，燃料电池电堆10是指由多个燃料电池单体组成的电池堆，具体可以为金属双极板或石墨复合双极板制作而成的电池堆。空气供应系统20是用于给燃料电池电堆10提供空气的系统。氢气供应系统30是用于给燃料电池电堆10提供氢气的系统。

其中，空气压缩机21是用于对空气进行压缩的装置。中冷器22是用于对空气压缩机21输出的压缩空气进行冷却的装置。本示例中，空气压缩机21的出气口与中冷器22的进气口相连，中冷器22的出气口与燃料电池电堆10的阴极气体入口相连，即空气压缩机21可对输入的温度为T10的室温空气进行压缩，获取温度为T11的压缩空气，再将温度为T11的压缩空气传输给中冷器22进行冷却，获取温度为T12的冷却空气，然后将温度为T12的冷却空气通过阴极气体入口传输给燃料电池电堆10进行化学反应。可理解地，空气压缩机21输入的室温空气的温度T10为环境温度。空气压缩机21输出的压缩空气的温度为T11，由于空气压缩机21对空气进行压缩过程中会产生大量的热量，使得压缩空气的温度T11大于室温空气的温度T10，由于压缩空气的温度T11较高，不利于保障燃料电池系统正常工作，因此，需将温度为T11的压缩空气传输至中冷器22，利用中冷器22对温度为T11的压缩空气进行冷却，输出温度为T12的冷却空气，使得冷却空气的温度T12小于压缩空气的温度T11。一般来说，经过中冷器22冷却的冷却空气的温度T12依然高于室温空气的温度T10，即T10<T12<T11。由于温度为T11的压缩空气和温度为T12的冷却空气的温度均高于室温空气的温度T10，为了便于描述，本示例中将压缩空气和冷却空气统称为高温空气。

其中，气体换热器41是用于实现对气体进行换热，以实现热交换功能的装置。作为一示例，气体换热器41设置在氢气供应系统30与燃料电池电堆10的阳极气体入口之间，以使气体换热器41与输出温度为T20的室温氢气进行换热，以加热室温氢气，获取高温氢气，该高温氢气的温度高于室温氢气的温度T20。第一控制阀42的一端与空气压缩机21的出气口相连，另一端与气体换热器41相连，在第一控制阀42打开时，可将空气压缩机21输出的温度为T11的压缩空气输入到气体换热器41，以利用温度为T11的压缩空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T21的高温氢气，即T20<T21<T11。第二控制阀43的一端与中冷器22的出气口相连，另一端与气体换热器41相连，在第二控制阀43打开时，可将中冷器22输出的温度为T12的冷却空气输入到气体换热器41，以利用温度为T12的冷却空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T22的高温氢气，即T20<T22<T12。一般来说，室温氢气的温度T20为环境温度，即T20＝T10＝环境温度。

作为一示例，加热控制器与第一控制阀42和第二控制阀43相连，可根据燃料电池系统的当前工作模式，控制第一控制阀42和第二控制阀43的开启或关闭。例如，加热控制器可控制第一控制阀42开启且第二控制阀43关闭，可将空气压缩机21输出的温度为T11的压缩空气输入到气体换热器41，以利用温度为T11的压缩空气对温度为T20的室温氢气进行加热，以获取温度为T21的高温氢气。又例如，加热控制器可控制第一控制阀42关闭且第二控制阀43开启，可将中冷器22输出的温度为T12的冷却空气输入到气体换热器41，以利用温度为T12的冷却空气对温度为T20的室温氢气进行加热，以获取温度为T22的高温氢气。

本实施例所提供的燃料电池系统中，加热控制器可控制第一控制阀42和第二控制阀43的开启和关闭，以将不同温度的高温空气传输至气体换热器41中，对传输至气体换热器41的室温氢气进行加热，再将加热后的高温氢气通过阳极气体入口传输至燃料电池电堆10，以使燃料电池电堆10可获取温度较高的阳极气体，利用温度较高的阳极气体与阴极气体进行化学反应，有助于提高阳极气体与阴极气体之间化学反应的速率，可缩短燃料电池的启动时间，并可使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需额外增加功耗。

在一实施例中，加热控制器被配置为：获取当前状态数据，根据当前状态数据确定当前工作模式；依据当前工作模式，控制第一控制阀42和第二控制阀43的开启或关闭。

其中，当前状态数据是指实时获取到的用于分析评估燃料电池的工作模式的数据，该当前状态数据包括但不限于环境温度、是否接收到启动指令、以及是否启动成功等数据。

其中，当前工作模式是指根据当前状态数据进行分析确定的工作模式。作为一示例，当前工作模式可以为冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式中的任一种。冷启动模式是指在环境温度较低的情况下启动的模式。普通启动模式是指在环境温度较高的情况下启动的模式。正常运行模式是指通过冷启动模式或者普通启动模式进行启动且启动成功之后的用于控制燃料电池系统工作的模式。

本示例中，燃料电池系统预先配置有冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式这几种工作模式，每一种工作模式对应一个加热控制逻辑，每一加热控制逻辑是用于控制第一控制阀42和第二控制阀43工作的逻辑，通过控制第一控制阀42和第二控制阀43的开启或关闭，以达到利用不同温度的高温空气对室温氢气进行加热，获取不同温度的高温氢气的目的，进而将高温氢气输入到燃料电池电堆10进行化学反应，提高其化学反应速率，从而保障燃料电池性能。

本实施例中，加热控制器可根据获取到的当前状态数据，确定当前工作模式，再根据当前工作模式，确定该当前工作模式对应的加热控制逻辑，以控制第一控制阀42和第二控制阀43的开启或关闭，达到利用不同温度的高温空气对室温氢气进行加热，以获取不同温度的高温氢气，将高温氢气传输至燃料电池电堆10，以使燃料电池电堆10可获取温度较高的阳极气体，利用温度较高的阳极气体与阴极气体进行化学反应，有助于提高阳极气体与阴极气体之间进行化学反应的速率，可缩短燃料电池的启动时间，并可使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需额外增加功耗。

作为一示例，加热控制器被配置为：在当前工作模式为冷启动模式时，控制第一控制阀42开启并控制第二控制阀43关闭。

本示例中，加热控制器在当前工作模式为冷启动模式时，加热控制器控制第一控制阀42开启并控制第二控制阀43关闭，以将空气压缩机21压缩后形成的温度为T11的压缩空气传输至气体换热器41，在气体换热器41中，利用温度为T11的压缩空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T21的高温氢气，再将温度为T21的高温氢气传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口，以使燃料电池电堆10接收到温度较高的阳极气体，利用温度较高的阴极气体和阳极气体，实现快速冷启动，以缩短冷启动时间，提高燃料电池性能，且冷启动过程无需增加额外功耗。

本示例中，若当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度小于预设温度阈值，则确定当前工作模式为冷启动模式。该预设温度阈值是预先设置的用于评估是否进入冷启动模式的温度阈值。可理解地，若加热控制器接收到启动指令，说明燃料电池当前处于未启动状态，需要进行启动；若环境温度小于预设温度阈值，则说明当前环境温度较低，处于低温环境，此时，需进入冷启动模式，以使加热控制器控制第一控制阀42开启并控制第二控制阀43关闭，利用空气压缩机21压缩后的温度为T11的压缩空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T21的高温氢气，使得输入到燃料电池电堆10的阳极气体的温度较高，实现快速冷启动，以缩短冷启动时间，提高燃料电池性能，且冷启动过程利用空气压缩过程中形成的压缩空气加热阳极气体，无需额外增加功耗。

作为一示例，加热控制器被配置为：在当前工作模式为普通启动模式时，控制第一控制阀42关闭并控制第二控制阀43开启。

本示例中，加热控制器在当前工作模式为普通启动模式时，加热控制器控制第一控制阀42关闭并控制第二控制阀43开启，以将中冷器22输出的温度为T12的冷却空气传输至气体换热器41，在气体换热器41中，利用温度为T12的冷却空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T22的高温氢气，T22<T21,再将温度为T22的高温氢气传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口，以使燃料电池电堆10接收到温度较高的阳极气体，利用温度较高的阴极气体和阳极气体，实现快速普通启动，以缩短普通启动时间，提高燃料电池性能，且普通启动过程无需额外增加功耗。

本示例中，若当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度不小于预设温度阈值，则确定当前工作模式为普通启动模式。可理解地，若加热控制器接收到启动指令，说明燃料电池当前处于未启动状态，需要进行启动；若环境温度不小于预设温度阈值，则说明当前不处于低温环境，此时，需进入普通启动模式，以使加热控制器控制第一控制阀42关闭并控制第二控制阀43开启，以利用中冷器22冷却后温度为T12的冷却空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T22的高温氢气，T22<T21，使得输入到燃料电池电堆10的阳极气体的温度较高但小于冷启动模式下的阳极气体的温度，可实现快速普通启动，以缩短普通启动时间，提高燃料电池性能，且普通启动过程利用中冷器22冷却后的冷却空气加热阳极气体，无需增加额外功耗。

作为一示例，加热控制器被配置为：在当前工作模式为正常运行模式时，控制第一控制阀42关闭并控制第二控制阀43开启。

本示例中，加热控制器在当前工作模式为正常运行模式时，即获取到的当前状态数据为确定启动成功时，进入正常运行模式，在当前工作模式为正常运行模式时，加热控制器控制第一控制阀42关闭并控制第二控制阀43开启，可将中冷器22输出的温度为T12的冷却空气传输至气体换热器41，在气体换热器41中，利用温度为T12的冷却空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T22的高温氢气，再将温度为T22的高温氢气传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口，以使燃料电池电堆10接收到温度较高的阳极气体，以使燃料电池电堆10工作在适宜温度，从而保障燃料电池电堆10的性能。

在一实施例中，如图1所示，空气供应系统20还包括空气滤清器23，空气滤清器23的出气口与空气压缩机21的进气口相连；燃料电池系统还包括与加热控制器相连的温度传感器(图中未示出)，温度传感器设置在空气滤清器23的进气口位置或者出气口位置，用于采集环境温度，将环境温度发送给加热控制器。

其中，空气滤清器23是用于滤除空气中的颗粒物及有害成分的空气过滤装置。本示例中，空气滤清器23的进气口与大气环境连通，且空气滤清器23的出气口与空气压缩机21的进气口相连，用于对大气环境中的空气进行过滤，以将过滤后的清洁空气输入空气压缩机21进行压缩，避免空气中的颗粒物及有害成分影响燃料电池电堆10中化学反应的效果。

其中，温度传感器是用于检测环境温度的传感器。作为一示例，将温度传感器设置在空气滤清器23的进气口位置或者出气口位置，用于实现对大气环境中的空气的温度进行监测，以采集环境温度，并将该环境温度发送给加热控制器，以便加热控制器根据监测到的环境温度这一当前状态数据，确定当前工作模式。

在一实施例中，如图1所示，气体换热器41包括第一气体换热腔和第二气体换热腔；第一气体换热腔的第一气体入口与氢气供应系统30相连，第一气体换热腔的第一气体出口与燃料电池电堆10的阳极气体入口相连；第二气体换热腔的第二气体入口与第一控制阀42和第二控制阀43相连，第二气体换热腔的第二气体出口与尾气排放管相连。

其中，第一气体换热腔和第二气体换热腔是气体换热器41上用于存储需要换热的不同气体的腔体。该第一气体换热腔上设有第一气体入口和第一气体出口，而第二气体换热腔上设有第二气体入口和第二气体出口。

作为一示例，第一气体换热腔用于存储需要换热的氢气，即第一气体换热腔的第一气体入口与氢气供应系统30相连，第一气体换热腔的第一气体出口与燃料电池电堆10的阳极气体入口相连，以将氢气供应系统30输出的室温氢气通过第一气体换热腔进行加热，以将加热后的高温氢气传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口。第二气体换热腔用于存储需要换热的空气。本示例中，第二气体换热腔的第二气体入口与第一控制阀42和第二控制阀43相连，第二气体换热腔的第二气体出口与尾气排放管相连。在一实施例中，如图1所示，氢气供应系统30包括供氢装置31和氢循环泵32；供氢装置31的出气口与气体换热器41相连；氢循环泵32的一端与燃料电池电堆10的阳极气体出口相连，另一端与气体换热器41相连。

其中，供氢装置31是用于提供氢气的装置。氢循环泵32是用于实现氢气循环的泵。

作为一示例，供氢装置31的出气口与气体换热器41相连，具体为供氢装置31的出气口与气体换热器41中的第一气体换热腔的第一气体入口相连，即气体换热器41设置在供氢装置31与燃料电池电堆10的阳极气体入口之间，以将供氢装置31输出的室温氢气通过气体换热器41进行加热，获取高温氢气，再传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口，以使燃料电池电堆10可获取温度较高的阳极气体，提高燃料电池中阳极气体和阴极气体进行化学反应的效率，有助于提高燃料电池性能。氢循环泵32的一端与燃料电池电堆10的阳极气体出口相连，另一端与气体换热器41相连，可将燃料电池电堆10的阳极气体出口输出的氢气循环回气体换热器41进行加热，再将获取到的高温氢气传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口，保障氢气的利用率，减少氢气损耗。

本发明实施例还提供一种燃料电池系统加热控制方法，应用在上述实施例所提供的燃料电池系统中，包括如下步骤：

S11：获取当前状态数据。

其中，当前状态数据是指获取到的用于分析评估燃料电池的工作模式的数据，该当前状态数据包括但不限于环境温度、是否接收到启动指令、以及是否启动成功等数据。

S12：根据当前状态数据，确定当前工作模式，当前工作模式为冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式中的一种。

其中，当前工作模式是指根据当前状态数据进行分析确定的工作模式。作为一示例，当前工作模式可以为冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式中的任一种。冷启动模式是指在环境温度较低的情况下启动的模式。普通启动模式是指在环境温度较高的情况下启动的模式。正常运行模式是指在冷启动模式或者普通启动模式进行启动且启动成功之后的用于控制燃料电池系统工作的模式。

S13：依据当前工作模式，控制第一控制阀和第二控制阀工作。

本示例中，燃料电池系统预先配置有冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式这几种工作模式，每一种工作模式对应的一个加热控制逻辑，每一加热控制逻辑是用于控制第一控制阀42和第二控制阀43工作的逻辑，通过控制第一控制阀42和第二控制阀43的开启或关闭，以达到利用不同温度的高温空气对室温氢气进行加热，以获取不同温度的高温氢气，以将不同温度的高温氢气输入到燃料电池电堆10进行化学反应，提高其化学反应速率，从而保障燃料电池性能。

本实施例所提供的燃料电池系统加热控制方法中，加热控制器可根据获取到的当前状态数据，确定当前工作模式，再根据当前工作模式，确定该当前工作模式对应的加热控制逻辑，以控制第一控制阀42和第二控制阀43的开启或关闭，以达到利用不同温度的高温空气对室温氢气进行加热，以获取不同温度的高温氢气，将高温氢气传输至燃料电池电堆10，以使燃料电池电堆10可获取温度较高的阳极气体，利用温度较高的阳极气体与阴极气体进行化学反应，有助于提高阳极气体与阴极气体之间进行化学反应的效率，可缩短燃料电池的启动时间，并可使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需增加额外功耗。

在一实施例中，步骤S12，即根据当前状态数据，确定当前工作模式，包括：

S121：若当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度小于预设温度阈值，则确定当前工作模式为冷启动模式。

S122：若当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度不小于预设温度阈值，则确定当前工作模式为普通启动模式。

S123：若当前状态数据为监测到启动成功，则确定当前工作模式为正常运行模式。

作为一示例，步骤S121中，在加热控制器接收到的当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度小于预设温度阈值时，确定当前工作模式为冷启动模式。该预设温度阈值是预先设置的用于评估是否进入冷启动模式的温度阈值。可理解地，若加热控制器接收到启动指令，说明燃料电池当前处于未启动状态，需要进行启动；若环境温度小于预设温度阈值，则说明当前环境温度较低，处于低温环境，此时，进入冷启动模式。

作为一示例，步骤S122中，在加热控制器接收到的当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度不小于预设温度阈值时，确定当前工作模式为普通启动模式。可理解地，若加热控制器接收到启动指令，说明燃料电池当前处于未启动状态，需要进行启动；若环境温度不小于预设温度阈值，则说明当前环境温度较高，不处于低温环境，此时，进入普通启动模式。

作为一示例，步骤S123中，在加热控制器接收到的当前状态数据为监测到冷启动模式启动成功，或者监测到普通启动模式启动成功时，说明燃料电池已经是启动成功，此时，需进入正常运行模式。

在一实施例中，步骤S13，即依据当前工作模式，控制第一控制阀和第二控制阀工作，包括：

S131：若当前工作模式为冷启动模式，则控制第一控制阀开启并控制第二控制阀关闭。

S132：若当前工作模式为普通启动模式，则控制第一控制阀关闭并控制第二控制阀开启。

S133：若当前工作模式为正常运行模式，则控制第一控制阀关闭并控制第二控制阀开启。

作为一示例，步骤S131中，加热控制器在当前工作模式为冷启动模式时，加热控制器控制第一控制阀42开启并控制第二控制阀43关闭，以将空气压缩机21压缩后形成的温度为T11的压缩空气传输至气体换热器41，在气体换热器41中，利用温度为T11的压缩空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T21的高温氢气，再将温度为T21的高温氢气传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口，以使燃料电池电堆10接收到温度较高的阳极气体，利用温度较高的阴极气体和阳极气体，实现快速冷启动，以缩短冷启动时间，提高燃料电池性能，且冷启动过程无需额外增加功耗。

作为一示例，步骤S132中，加热控制器在当前工作模式为普通启动模式时，加热控制器控制第一控制阀42关闭并控制第二控制阀43开启，以将中冷器22输出的温度为T12的冷却空气传输至气体换热器41，在气体换热器41中，利用温度为T12的冷却空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T22的高温氢气，再将温度为T22的高温氢气传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口，以使燃料电池电堆10接收到温度较高的阳极气体，利用温度较高的阴极气体和阳极气体，实现快速普通启动，以缩短普通启动时间，提高燃料电池性能，且普通启动过程无需额外增加功耗。

作为一示例，步骤S133中，加热控制器在当前工作模式为正常运行模式时，即获取到的当前状态数据为确定冷启动成功或者普通启动成功时，进入正常运行模式，此时，加热控制器控制第一控制阀42关闭并控制第二控制阀43开启，可将中冷器22输出的温度为T12的冷却空气传输至气体换热器41，在气体换热器41中，利用温度为T12的冷却空气对温度为T20的室温氢气进行加热，获取温度为T22的高温氢气，再将温度为T22的高温氢气传输至燃料电池电堆10的阳极气体入口，以使燃料电池电堆10接收到温度较高的阳极气体，以使燃料电池电堆10工作在适宜温度，从而保障燃料电池电堆10的性能。

本发明实施例还提供一种燃料电池汽车，燃料电池汽车包括上述实施例所提供的燃料电池系统。该燃料电池系统中，加热控制器可控制第一控制阀42和第二控制阀43的开启和关闭，以将不同温度的高温空气传输至气体换热器41中，对传输至气体换热器41的室温氢气进行加热，再将加热后的高温氢气通过阳极气体入口传输至燃料电池电堆10，以使燃料电池电堆10可获取温度较高的阳极气体，利用温度较高的阳极气体与阴极气体进行化学反应，有助于提高阳极气体与阴极气体之间进行化学反应的速率，缩短燃料电池的启动时间，并可使燃料电池工作在适宜温度，提高燃料电池性能，且无需增加额外功耗。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，包括燃料电池电堆、空气供应系统和氢气供应系统，所述空气供应系统包括空气压缩机和中冷器，所述空气压缩机的出气口与所述中冷器的进气口相连，所述中冷器的出气口与所述燃料电池电堆的阴极气体入口相连，所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口和阳极气体出口相连；其特征在于，还包括加热控制器和气体加热回路，所述气体加热回路包括气体换热器、第一控制阀和第二控制阀；所述气体换热器设置在所述氢气供应系统与所述燃料电池电堆的阳极气体入口之间；所述第一控制阀的一端与所述空气压缩机的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述第二控制阀的一端与所述中冷器的出气口相连，另一端与所述气体换热器相连；所述加热控制器与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，用于控制所述第一控制阀和所述第二控制阀工作，以将不同温度的高温空气传输至所述气体换热器中；

所述加热控制器被配置为：获取当前状态数据，根据所述当前状态数据确定当前工作模式；依据所述当前工作模式，控制所述第一控制阀和第二控制阀的开启或关闭；所述当前工作模式包括冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述加热控制器被配置为：在所述当前工作模式为冷启动模式时，控制所述第一控制阀开启并控制所述第二控制阀关闭；

在所述当前工作模式为普通启动模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启；

在所述当前工作模式为正常运行模式时，控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启。

3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空气供应系统还包括空气滤清器，所述空气滤清器的出气口与所述空气压缩机的进气口相连；所述燃料电池系统还包括与所述加热控制器相连的温度传感器，所述温度传感器设置在所述空气滤清器的进气口位置或者出气口位置。

4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述气体换热器包括第一气体换热腔和第二气体换热腔；所述第一气体换热腔的第一气体入口与所述氢气供应系统相连，所述第一气体换热腔的第一气体出口与所述燃料电池电堆的阳极气体入口相连；所述第二气体换热腔的第二气体入口与所述第一控制阀和所述第二控制阀相连，所述第二气体换热腔的第二气体出口与尾气排放管相连。

5.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气供应系统包括供氢装置和氢循环泵；所述供氢装置的出气口与所述气体换热器相连；所述氢循环泵的一端与所述燃料电池电堆的阳极气体出口相连，另一端与所述气体换热器相连。

6.一种燃料电池系统加热控制方法，其特征在于，应用在权利要求1-5任一项所述燃料电池系统中，所述燃料电池系统加热控制方法包括加热控制器执行的如下步骤：

获取当前状态数据；

根据所述当前状态数据，确定当前工作模式，所述当前工作模式为冷启动模式、普通启动模式和正常运行模式中的一种；

依据所述当前工作模式，控制第一控制阀和第二控制阀工作，以将不同温度的高温空气传输至所述气体换热器中。

7.如权利要求6所述的燃料电池系统加热控制方法，其特征在于，所述根据所述当前状态数据，确定当前工作模式，包括：

若所述当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度小于预设温度阈值，则确定所述当前工作模式为冷启动模式；

若所述当前状态数据为接收到启动指令，且环境温度不小于预设温度阈值，则确定所述当前工作模式为普通启动模式；

若所述当前状态数据为监测到启动成功，则确定所述当前工作模式为正常运行模式。

8.如权利要求6所述的燃料电池系统加热控制方法，其特征在于，所述依据所述当前工作模式，控制第一控制阀和第二控制阀工作，包括：

若所述当前工作模式为冷启动模式，则控制所述第一控制阀开启并控制所述第二控制阀关闭；

若所述当前工作模式为普通启动模式，则控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启；

若所述当前工作模式为正常运行模式，则控制所述第一控制阀关闭并控制所述第二控制阀开启。

9.一种燃料电池汽车，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述燃料电池系统。