CN1930716A - 用于燃料电池系统的再分冷却回路 - Google Patents

Abstract

通过使冷却剂子系统内的冷却剂容积最小，可观察到从冰点或冰点以下温度的电化学燃料电池系统在起动时间上的改进。特别地，这可通过使用两台泵(50，55)－双回路(A，B)冷却子系统而实现。在起动过程中，一台泵(55)将冷却剂导引通过起动冷却剂回路(A)，在燃料电池堆(20)或者冷却剂的温度达到预定阈值后，来自主或者标准冷却剂回路(B)的冷却剂然后被导入至燃料电池堆(20)。在一个实施例中，在达到所述预定阈值温度后，来自标准回路(B)的冷却剂与起动回路(A)内的冷却剂相混合。

Description

用于燃料电池系统的再分冷却回路

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求于2004年2月9日递交的美国临时专利申请No.60/560731以及于2004年9月8日递交的美国非临时专利申请No.10/936461的优先权。这里将‘731和‘461申请的内容引入以供参考。

技术领域

本发明涉及电化学燃料电池，更具体地是涉及用于控制在起动时燃料电池系统温度的子系统和方法。

背景技术

电化学燃料电池将反应物即燃料和氧化剂流体流转化以产生电力和反应产物。电化学燃料电池利用设置于两电极即阴极和阳极之间的电解液。每一电极包括位于电解液和电极之间分界面处的电催化剂以引起所需的电化学反应。电催化剂的位置基本限定了电化学作用区。

聚合物电解质膜(PEM)燃料电池通常采用膜电极组件(MEA)，该膜电极组件由位于两电极层之间的离子交换膜构成，电极层包括作为流体扩散层的多孔导电片材，例如碳纤维纸或碳布。在典型的MEA中，电极层为离子交换膜提供了结构支撑，其中所述离子交换膜通常薄并且柔韧。该膜可传导离子(通常可传导质子)，并且还可作为将反应物流彼此隔绝的屏障。此膜的另一作用为用作两电极层之间的电绝缘体。电极应彼此电绝缘以防止短路。典型市售的PEM为E.I.Du Pontde Nemours and Company的商标名为NAFION的全氟化碳磺酸(sulfonated perfluorocarbon)膜。

MEA包含电催化剂(所述电催化剂通常包括位于每一膜/电极层分界面处的层内的精细粉碎的钛颗粒)以引起所需的电化学反应。将电极电连接以提供用于使电极之间电子传导通过外部负载的路径。

在燃料电池堆中，MEA通常位于两隔板之间，这两块隔板基本上不能渗透反应物流体流。这两块板作为电流收集器并为电极提供支承。为了控制反应物流体流到电化学作用区的分布，朝向MEA的板表面可具有形成于其内的无遮盖通道。这些通道限定了通常与相邻电化学作用区对应的流场区域。这种具有形成有反应物通道的隔板通常已知为流场板。在燃料电池堆中，若干燃料电池连接到一起，通常是以串联的方式连接到一起，以增大组件的总输出功率。在这种布置中，给定板的一侧可作为一个电池的阳极板，而该板的另一侧可作为相邻电池的阴极板。在这种布置中，这些板可被称为双极板。

供应到阳极的燃料流体流通常包括氢。例如，燃料流体流可为气体，例如基本上纯的氢或者含氢的重整流。可替代地，可采用例如甲醇水溶液的液态燃料流。供应到阴极的氧化剂流体流通常包括氧，例如基本上纯的氧，或者例如为空气的稀氧气流。在燃料电池堆中，反应物流通常由各个供应和排放歧管供应和排放。歧管口设置用于流体地将歧管连接到流场区域和电极。歧管和相应的口也可用于使冷却剂流体循环通过在堆内的内部通道，以吸收由放热的燃料电池反应所产生的热量。对于PEM燃料电池而言优选的操作温度范围通常为50℃到120℃，最优选地是通常在75℃到85℃之间。

在通常的条件下，电化学燃料电池堆的起动是在高环境温度，并且燃料电池堆能在合理的时间内起动并且快速地达到优选的操作温度。在一些燃料电池的应用中，必需或者理想的是，当堆芯温度低于水的冰点温度并且甚至是处于低于-25℃的低于冰点温度时，开始电化学燃料电池堆的操作。然而，在如此低的温度时，燃料电池堆的运行不好，并且要对燃料电池堆进行快速起动也更加困难。因此，要使电化学燃料电池堆从低于水的冰点温度的冷起动温度达到有效的运行将花费大量的时间和/或能量。

在美国专利No.6358638中，披露了一种加热冷的MEA的方法，以加速PEM燃料电池的冷起动。在‘638专利中，或者燃料被导入到氧化剂流中，或者氧化剂被导入到燃料流中。电极上钛催化剂的存在促进了氢和氧之间的放热化学反应，该反应局部地将离子交换膜从低于冰点下的温度加热至适当的操作温度。然而，在现有技术中仍然需要用于在低温和冰点以下温度有效地起动燃料电池堆的更为有效的方法。本发明满足了此需要，并且提供了进一步相关的优点。

发明内容

通过使用两台泵-双回路冷却子系统，可实现对从冰点或冰点以下温度的起动时间的显著改进。例如，在电化学燃料电池系统中，冷却子系统可不仅包括流体地连接到电化学燃料电池堆的起动冷却剂回路，该回路包括起动泵；而且包括标准冷却剂回路，该回路包括标准泵和双动滑阀。起动冷却剂回路的冷却剂容积小于标准冷却剂回路内的冷却剂容积。在起动过程中，双动滑阀被关闭从而电化学燃料电池堆流体地与标准冷却剂回路隔离。起动回路中的冷却剂循环通过燃料电池堆并且帮助使该堆的温度快速地达到所需温度。如果冷却剂不流经该堆，则堆内的局部加热将对堆产生有害影响。通过使起动回路内的冷却剂容积最小化，特别地通过采用比标准冷却剂回路内更少的冷却剂容积，将使加热更为有效地进行。

在替代实施例中，电化学燃料电池系统的冷却子系统可包括流体地连接到电化学燃料电池的起动冷却剂回路。该起动冷却剂回路包括起动泵。该冷却子系统还包括标准冷却剂回路，该回路包括标准泵和双动滑阀。当双动滑阀关闭时，仅仅起动冷却剂回路流体地连接于电化学燃料电池堆。然而，当双动滑阀开启时，起动冷却剂回路和标准冷却剂回路都流体地与燃料电池堆相连。因此，当需要进行有效加热时，在起动过程中较少的冷却剂容积可用于燃料电池堆中，在正常操作过程中，较大的冷却剂容积将可由两冷却剂回路提供。在优选实施例中，当双动滑阀开启时，起动冷却剂回路也流体地连接到标准冷却剂回路。这将使制造更为简化并且允许冷却剂混合，从而当较冷的冷却剂从标准冷却剂回路流向燃料电池堆时减少热冲击。然而，两冷却剂回路在整个过程中都可保持流体地隔离。

用于在起动过程中操作电化学燃料电池系统的冷却剂子系统的方法，包括：(a)将第一冷却剂导引通过燃料电池堆；和(b)当燃料电池堆或者第一冷却剂的温度达到第一预定温度时，将第二冷却剂导引通过燃料电池堆。在初始步骤(a)中使第一冷却剂与第二冷却剂流体地隔离。当燃料电池堆或者起动回路中的冷却剂的温度达到预定阈值时，可开启双动滑阀从而使电化学燃料电池堆变成与标准冷却剂回路流体相连，并且由此允许燃料电池堆进行另外的冷却。

在一个实施例中，当双动滑阀开启时，来自标准冷却剂回路的冷却剂与起动回路中的冷却剂混合。

在一个实施例中，第一预定温度为燃料电池系统想要的操作温度，例如为60℃到80℃。在另一实施例中，该预定温度小于想要的操作温度，例如低于60℃，更特别地是低于50℃。通常，这种预定温度大于30℃或大于40℃。

起动回路还可包括加热器，以快速地使冷却剂温度上升至想要温度。为了进一步使起动冷却剂回路内的冷却剂容积最小化，该回路可与堆歧管相结合。冷却剂子系统内的其它部件可包括压缩机、阴极馈电热交换器或散热器。如果燃料电池系统用于机动车辆中，冷却剂子系统可还包括推进系统和/或车辆加热系统。

参照附图以及下面具体的描述，本发明的这些和其它方面将很清楚。

附图说明

图1为现有技术中电化学燃料电池系统的冷却剂子系统的示意图。

图2为电化学燃料电池系统的冷却剂子系统实施例的示意图。

图3为电化学燃料电池系统的冷却剂子系统实施例的示意图。

图4为本发明实施例的冷却剂子系统测试室的示意图。

图5为利用图4中冷却剂子系统测试室对三种不同燃料电池系统测试的作为时间的函数的冷却剂温度图。

图6为利用图4中冷却剂子系统测试室对三种不同燃料电池系统测试的作为时间的函数的燃料电池系统所获得的功率图。

在以上附图中，类似的附图标记用于不同的附图中以表示类似的元件。

具体实施方式

燃料电池系统的温度调节通常是利用在整个冷却剂子系统中循环的冷却剂来实现。普通的冷却剂包括例如水、乙二醇、丙二醇、惰性氟化物(fluoroinerts)、酒精或者它们的组合物。冷却剂的选择部分地是根据燃料电池预期将遭受的物理条件来确定。例如，如果燃料电池堆将在冰点温度或低于冰点温度操作时，将可能选择不会在这种条件下凝固的冷却剂。冷却剂的主要目的是调节燃料电池堆和燃料电池系统内的其它部件的温度从而防止过热，其中所述其它部件例如为压缩机、阴极馈电装置、推进系统、车辆加热系统、马达、电子器件等等。在起动过程中，特别是当燃料电池堆处于冰点或者冰点以下温度时，冷却剂也有助于使燃料电池堆达到它的最优工作温度。

图1为用于电化学燃料电池系统的传统的冷却剂子系统10的示意图。冷却剂子系统10可包括流体地与燃料电池堆20、压缩机30、阴极馈电热交换器40和冷却剂存储器60相连的泵50。然后来自冷却剂存储器60的冷却剂可循环通过燃料电池堆20、压缩机30和阴极馈电热交换器40从而辅助这些部件的温度调节。特别地，对于压缩机30，希望对压缩机马达和压缩机变流器(未示出)进行温度调节，可以是分别进行或者一起进行。温度传感器(未示出)可以测量燃料电池堆20的温度和/或测量在冷却剂子系统10中循环的冷却剂的温度。冷却剂子系统10还可包括散热器70和散热器阀75。一旦燃料电池堆20或者冷却剂的温度超过了某一预定阈值，散热器阀75则将循环的冷却剂引导通过散热器70以对燃料电池系统进行额外的冷却。

其它部件也可根据需要与冷却剂子系统10相连，特别是当用于汽车领域中时。例如，推进系统80可通过推进阀85可逆地与冷却剂子系统10流体地相连。类似地，车辆加热系统95可通过车辆加热阀95可逆地与冷却剂子系统10流体地连接。因此，用于调节燃料电池堆20温度的相同的冷却剂子系统10可根据需要用于调节其它多个部件的温度。

图2为冷却剂子系统100的实施例的示意图。泵50可使来自冷却剂存储器60的冷却剂循环通过燃料电池系统的部件，例如压缩机30、阴极馈电热交换器40，以及可逆地通过图1所示冷却剂子系统中的其它部件，例如散热器70、推进系统80和车辆加热系统90。这在图2中作为标准冷却剂回路B示出。冷却剂子系统100另外还包括第二起动冷却剂回路A，该回路A可通过双动滑阀65与标准冷却剂回路B可逆地流体地隔开。双动滑阀65可以是例如恒温阀或比例阀。特别地，起动冷却剂回路A可包括燃料电池堆20、泵55和可选的加热器25。在燃料电池系统的起动过程中，特别是当该系统处于冰点或者冰点以下温度时，双动滑阀65可被关闭从而使冷却剂回路A和冷却剂回路B流体地隔开。在起动过程中，冷却剂回路A和冷却剂回路B内的冷却剂的温度都将升高。冷却剂回路A中容积相对小的冷却剂允许快速并且有效的加热，特别是与冷却剂回路B中的冷却剂相比较而言。这可以缩短使燃料电池堆20达到起动所需恰当温度的时间。实际上，在冷却剂回路A内采用减小的容积的情况下，在一些实施例中不需要进行预热并且燃料电池堆20可在冰点温度自起动。通常，可从燃料电池堆20汲取功率的适当温度大约为5℃。在其它实施例中，加热器25还可用于加热冷却剂回路A内的冷却剂并且帮助燃料电池堆20达到该温度。

在非常冷的温度下，冷却剂回路A中冷却剂的粘度会大大高于较温暖温度下时的粘度。该增大粘度会影响冷却剂的流速，并且应该注意泵55使冷却剂回路A中的冷却剂保持充分的流速。否则，在燃料电池堆20内将会产生局部加热，从而导致各单独的电池由于局部的过热而被损坏。然而，当处于冰点和冰点以下温度时，燃料电池堆20所产生的热量很少，并且堆20内的各单个的燃料电池可以吸收相当大一部分产生的热量，所以即使是在粘度增大的情况下，冷却剂的流速明显小于在正常操作条件下所需的流速。流速极大地取决于堆的设计、材料以及燃料电池堆20内产生的热量，并且它可由本领域普通技术人员容易地确定。然而，对于普通的汽车燃料电池系统而言，在冷起动阶段中，冷却剂回路A内的冷却剂流速可低至5～25slpm(标准升每秒)，更特别地是对于总功率为85kW的燃料电池堆而言，冷却剂流速为15～25slpm，并且仍可满足电池冷却的需求而没有局部热点。

当燃料电池堆20升温并且冷却剂回路A内的冷却剂类似地升温时，粘度降低，并且根据泵的设计(例如容积式或混流式)，流速自然会增大。冷却剂流速的这种自然增大在一些燃料电池系统内可足以满足燃料电池堆20在起动时增大的冷却需求。因此，对于在冷却剂回路A中的泵55而言，采用低成本定速泵就足够了。相比较而言，冷却剂回路B内的泵50可仍然具有速度控制以在正常操作时调节冷却剂的流速。此外，在正常操作时，泵55可用于增加流经燃料电池堆20的冷却剂，从而泵50比传统冷却子系统内通常所需的泵小。

当冷却剂回路A内的冷却剂升温时，它会膨胀并且冷却剂回路A内的膨胀量存储器(未示出)可用于容纳这些增加的冷却剂容积。在图2所示的实施例中，由于仅仅一个阀即双动滑阀65使冷却剂回路A与冷却剂回路B隔离，任何过量容积的冷却剂可直接泄漏到冷却剂回路B内，因此，这种膨胀量存储器并不是必需的。无论如何，由于增加的冷却剂容积所导致的冷却剂回路A内的压力升高都希望是最小。

加热器25还可用于加热冷却剂回路A内的冷却剂并且帮助使燃料电池堆20达到操作温度。加热器还可用在传统的冷却剂设计或者冷却剂回路B(未示出)中。尽管加热器25在一些燃料电池系统中有用，但一些加热器并不具有必要的热通量以补偿适应加热器自身所需的冷却剂的增加热质量。

冷却剂回路A内的冷却剂的热质量可通过使冷却剂回路A与燃料电池堆歧管(未示出)结合而进一步被最小化。

当冷却剂回路A内的冷却剂或燃料电池堆20的温度达到阈值温度时，双动滑阀65可开启从而开始让冷却剂从冷却剂回路B进入燃料电池堆20内。该阈值温度例如可以在30℃到80℃之间。在一个实施例中，该阈值温度在60℃到80℃之间，即燃料电池堆20的正常操作温度。在这个实施例中，燃料电池堆20在最短的时间内达到它理想的操作温度，从而允许在较早的时间从燃料电池堆20中汲取更大的功率密度。在另一实施例中，该阈值温度为低于60℃，更特别地是低于50℃。当较冷的冷却剂从冷却剂回路B被导入至冷却剂回路A内较暖的冷却剂时，会产生温度梯度。在较低温度，燃料电池堆20通常可在没有任何不利作用的情况下经受更高的温度梯度(例如温度梯度高达30℃)。然而，在60到80℃时，通常的燃料电池堆20仅仅能在受到较小的温度梯度时是安全的，例如，小于10℃的温度梯度。因此，通过在较低的阈值温度(即，30-60℃，而不是60-80℃)让冷却剂从冷却剂回路B进入燃料电池堆20，将减小燃料电池堆20遭到热冲击而损坏的风险。不管阈值温度是多少，还应该注意降低热冲击的风险。例如，可通过控制冷却剂从冷却剂回路B导入冷却剂回路A的速率来实现。

在图3所示的另一实施例中，通过使用热交换器45而非作为双动滑阀65的恒温阀，可降低或者甚至消除燃料电池堆20受热冲击的风险。冷却剂回路A和B以如图2的方式构造，因此，回路中的许多部件都不在图3中详细示出。在图3所示的实施例中，冷却剂通过阀15而从冷却剂回路B导入冷却剂回路C中。冷却剂回路C包括与冷却剂回路A热接触的热交换器45。特别地，在初始起动条件时，阀15将被关闭并且因此冷却剂仅仅在冷却剂回路A和B但不在冷却剂回路C内循环。在冷却剂回路A和B内的冷却剂温度都会升高，虽然通常冷却剂回路A内的温度升高得比冷却剂回路B内的快。当燃料电池堆20或冷却剂回路A内的冷却剂达到第一预定阈值时，然后阀15将开启从而允许冷却剂从冷却剂回路B循环到冷却剂回路C中并回流，从而进一步升高冷却剂回路B内冷却剂的温度。一旦冷却剂回路B内的冷却剂达到第二预定阈值，双动滑阀65然后将开启。考虑此操作的另一种方式为，一旦冷却剂回路A和B内冷却剂的温差低于某一预定热冲击值时，双动滑阀65然后将开启，从而允许冷却剂B与冷却剂A相混合。因此，由于冷却剂回路A内的冷却剂和冷却剂回路B内的冷却剂之间的温差相对较小，因此，燃料电池堆20受热冲击的风险将被降低或消除。

如图3所示另外的预防措施对于避免图2所示实施例中的热冲击可以不是必须的。当冷却剂回路A达到理想的操作温度时，双动滑阀65可仅仅开启到足以维持燃料电池堆20操作温度的程度。当来自冷却剂回路B的冷却剂缓慢地与来自冷却剂回路A的冷却剂相混合时，燃料电池堆20被保持在该混合温度并且冷却剂回路B内的冷却剂继续升温。一旦冷却剂回路A和B中的冷却剂的温度处于相同温度时，双动滑阀65可完全开启。散热器阀75也可开启以将冷却子系统维持在理想操作温度。因此，可以在不采用另外的冷却剂回路的情况下避免热冲击。

实施例

测试室以如图4所示被构造，示出了在效率和时间方面以减少的冷却剂容积使燃料电池系统从冰点和冰点以下温度达到正常的操作温度的效果。构造有三条冷却剂通道，即冷却剂通道D、冷却剂通道E和冷却剂通道F。泵50经冷却剂通道D和E泵送冷却剂通过流量计35和燃料电池堆20。冷却剂通道E还包括冷却剂存储器60、加热器25和热交换器45。来自站(station)的冷的冷却剂如黑色箭头所示导引通过热交换器45。冷却剂通道E为传统燃料电池系统的示例，冷却剂通道D表示虽然仍采用单泵系统，但是通过绕过燃料电池堆内非必要部件而获得的减小的冷却剂容积。具有堆泵55的单独冷却剂通道F用于比较两台泵系统以及在起动过程中更小冷却剂容积的效果。

对三种不同容积的冷却剂进行测试：用于冷却剂通道E的标准的冷却剂容积(5000mL)，用于冷却剂通道D的小的冷却剂容积(1000mL)以及用于冷却剂通道F的微量冷却剂容积(100mL)。

图5为利用图4中冷却剂子系统测试室对三种不同冷却剂容积测试所得的作为时间函数的冷却剂温度图。将温度传感器(在图4中未示出)设置在燃料电池堆20的冷却剂进口和冷却剂出口处。对于标准冷却剂容积而言，此试验的起动温度为-5℃，对于小冷却剂容积和微量冷却剂容积而言，此试验的起动温度为-15℃。如图5所示，冷却剂容积对使燃料电池系统达到其操作温度所需的时间长度具有明显的影响。即使在16分钟后，标准冷却剂容积的温度仅仅上升到20℃～40℃。作为比较而言，小冷却剂容积仅需6分钟上升到60℃～75℃，而微量冷却剂容积则仅用3分钟上升到75℃～80℃。如图6所示，温度的上升对由燃料电池堆20产生的功率量具有显著的影响。

图6示出了作为时间的函数的燃料电池系统所实现的功率图。具体地，图6示出了作为时间的函数的由燃料电池堆20所产生的全功率的百分比。在16分钟后，以标准冷却剂容积操作的燃料电池堆20仅能够产生其全功率的大约35％。作为比较而言，当采用小冷却剂容积时，燃料电池堆20仅仅花费6.5分钟就可产生超过其全功率的60％，当采用微量冷却剂容积时，燃料电池堆20仅仅花费2分钟就可产生超过其全功率的80％。大致地时间越快，该效果越显著。

尽管是相对于汽车燃料电池的应用对上面的实施例进行描述，应该理解的是，上面的实施例可适用于任何燃料电池的应用场合，并且特别地是适用于在该单元安装在外部或者处于冰点或冰点以下温度的任何发电应用场合。

通过上述，将要理解的是，虽然这里为了示例的目的对本发明的特殊实施例进行了说明，但是在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种变型。因此，本发明仅由所附权利要求限制。

将所有上面在本说明书提到和/或列于申请一览表内的美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利出版物全部引入以供参考。

Claims (31)

1.一种用于具有电化学燃料电池堆的电化学燃料电池系统的冷却子系统，其包括：

流体地连接到电化学燃料电池堆的起动冷却剂回路，该起动冷却剂回路包括起动泵；和

标准冷却剂回路，该标准冷却剂回路包括标准泵和双动滑阀，从而当双动滑阀开启时，标准冷却剂回路流体地连接到电化学燃料电池堆，并且当双动滑阀关闭时，标准冷却剂回路流体地与电化学燃料电池堆隔离；

其中起动冷却剂回路中的冷却剂容积小于标准冷却剂回路内的冷却剂容积。

2.如权利要求1所述的冷却子系统，其中当双动滑阀开启时，起动冷却剂回路流体地连接到标准冷却剂回路。

3.如权利要求1所述的冷却子系统，其中当双动滑阀开启时，起动冷却剂回路流体地连接到电化学燃料电池堆。

4.如权利要求1所述的冷却子系统，其中标准冷却剂回路还包括流体地连接到所述标准泵的压缩机。

5.如权利要求1所述的冷却子系统，其中起动冷却剂回路还包括加热器。

6.如权利要求1所述的冷却子系统，其中所述双动滑阀为恒温阀。

7.如权利要求1所述的冷却子系统，其中所述双动滑阀为比例阀。

8.如权利要求1所述的冷却子系统，其中电化学燃料电池堆包括堆歧管，并且起动冷却剂回路与堆歧管相结合。

9.如权利要求1所述的冷却子系统，其中标准冷却剂回路还包括阴极馈电热交换器。

10.如权利要求1所述的冷却子系统，其中标准冷却剂回路还包括冷却剂存储器。

11.如权利要求1所述的冷却子系统，其中标准冷却剂回路还包括散热器。

12.如权利要求11所述的冷却子系统，还包括散热器阀，从而当散热器阀开启时，散热器流体地连接到标准冷却剂回路，当散热器阀关闭时，散热器流体地与标准冷却剂回路隔离。

13.如权利要求1所述的冷却子系统，其中标准冷却剂回路还包括推进系统。

14.如权利要求13所述的冷却子系统，还包括推进阀，从而当推进阀开启时，推进系统流体地连接到标准冷却剂回路，当推进阀关闭时，推进系统流体地与标准冷却剂回路隔离。

15.如权利要求1所述的冷却子系统，其中标准冷却剂回路还包括车辆加热系统。

16.如权利要求15所述的冷却子系统，还包括车辆加热阀，从而，当车辆加热阀开启时，车辆加热系统流体地连接到标准冷却剂回路，当车辆加热阀关闭时，车辆加热系统流体地与标准冷却剂回路隔离。

17.一种包括如权利要求1所述的冷却子系统的电化学燃料电池系统。

18.用于具有电化学燃料电池堆的电化学燃料电池系统的冷却子系统，该冷却子系统包括：

流体地连接到电化学燃料电池堆的起动冷却剂回路，该起动冷却剂回路包括起动泵；和

标准冷却剂回路，该标准冷却剂回路包括标准泵和双动滑阀，从而当双动滑阀开启时，起动冷却剂回路和标准冷却剂回路流体地连接到电化学燃料电池堆，但是当双动滑阀关闭时，仅仅只有起动冷却剂回路流体地与电化学燃料电池堆连接。

19.如权利要求18所述的冷却子系统，其中当双动滑阀开启时起动冷却剂回路流体地连接到标准冷却剂回路。

20.如权利要求18所述的冷却子系统，其中起动冷却剂回路内的冷却剂容积小于标准冷却剂回路内的冷却剂容积。

21.一种用于在起动过程中操作电化学燃料电池系统的冷却剂子系统的方法，包括：

将第一冷却剂引导通过燃料电池堆；和

当燃料电池堆或者第一冷却剂的温度达到第一预定温度时，将第二冷却剂引导通过燃料电池堆；

其中在第一冷却剂被导引通过燃料电池堆时，使第二冷却剂与燃料电池堆流体地隔离。

22.如权利要求21所述的方法，其中第一冷却剂的冷却剂容积小于第二冷却剂的冷却剂容积。

23.如权利要求21所述的方法，其中第一冷却剂和第二冷却剂在步骤(b)中混合。

24.如权利要求21所述的方法，其中在起动前燃料电池堆的温度低于0℃。

25.如权利要求21所述的方法，其中在起动前燃料电池堆的温度低于-25℃。

26.如权利要求21所述的方法，其中所述第一预定温度在30℃到60℃之间。

27.如权利要求21所述的方法，其中所述第一预定温度小于50℃。

28.如权利要求21所述的方法，其中所述第一预定温度在60℃到80℃之间。

29.如权利要求21所述的方法，还包括当第二冷却剂达到第二预定温度时，将第二冷却剂导引通过散热器。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述第二预定温度是燃料电池堆的理想操作温度。

31.如权利要求29所述的方法，其中所述第二预定温度在60℃到80℃之间。

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