一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统及控制方法

摘要

本发明涉及一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，用于加速车用燃料电池的低温启动，包括传感器组件、燃料电池电堆、出口背压阀以及依次通过管道连接的空气过滤器、空压机、中冷器和加湿器，所述的加湿器分别与出口背压阀以及燃料电池电堆的进口和出口通过管道连接，该系统还包括加热器、设置于空气过滤器和空压机之间的入口三通阀和设置于加湿器与燃料电池电堆出口之间的出口三通阀，所述的入口三通阀与出口三通阀通过管道连接，且加热器设置于两者之间，与现有技术相比，本发明具有无需大量增加额外附属设备，就可实现燃料电池快速升温、正常启动并工作的优点。

权利要求

1.一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，用于加速车用燃料电池的低温启动，包括传感器组件、燃料电池电堆(10)、出口背压阀(6)以及依次通过管道连接的空气过滤器(1)、空压机(4)、中冷器(5)和加湿器(7)，所述的加湿器(7)分别与出口背压阀(6)以及燃料电池电堆(10)的进口和出口通过管道连接，其特征在于，该系统还包括加热器(14)、设置于空气过滤器(1)和空压机(4)之间的入口三通阀(2)和设置于加湿器(7)与燃料电池电堆(10)出口之间的出口三通阀(13)，所述的入口三通阀(2)与出口三通阀(13)通过管道连接，且加热器(14)设置于入口三通阀(2)与出口三通阀(13)之间；

该系统还包括蓄电池(15)，所述的加热器(14)和空压机(4)分别与燃料电池电堆(10)和蓄电池(15)电连接；

当燃料电池电堆温度T1低于0℃时低温启动燃料电池，低温启动燃料电池时依次包括预热阶段和正常启动阶段；

当该系统处于预热阶段时，所述的加热器(14)工作，所述的入口三通阀(2)和出口三通阀(13)的全部端口打开，所述的中冷器(5)、加湿器(7)和出口背压阀(6)关闭，空气排出燃料电池电堆(10)并通过加热器(14)加热后，在入口三通阀(2)处与外部通入空气混合，形成热空气，最后空压机(4)向燃料电池电堆(10)鼓入热空气，对燃料电池电堆(10)加热，实现循环回流，并通过调节加热器(14)、空压机(4)、入口三通阀(2)和出口三通阀(13)，控制入堆空气温度T2、含氧量和化学计量比λ在设定范围内，预热阶段中，当蓄电池SOC≥40％时，所述的蓄电池(15)为加热器(14)和空压机(4)供电，当蓄电池SOC＜40％时，所述的燃料电池电堆(10)为加热器(14)和空压机(4)供电；

当该系统处于正常启动阶段时，所述的加热器(14)停止工作，所述的入口三通阀(2)和出口三通阀(13)与加热器(14)相连的端口关闭，燃料电池电堆(10)正常启动，空气排出燃料电池电堆(10)后通过加湿器(7)和出口背压阀(6)排至大气，所述的加湿器(7)为入堆气体加湿，所述的中冷器(5)降低燃料电池电堆(10)入口的温度，所述的出口背压阀(6)调节入堆空气的压力。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，所述的传感器组件包括设置于管道上的质量流量传感器(3)、电堆进口温度传感器(8)和电堆进口压力传感器(9)以及设置于燃料电池电堆(10)上的电堆温度传感器(11)。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，所述的质量流量传感器(3)设置于入口三通阀(2)与空压机(4)之间，所述的电堆进口温度传感器(8)和电堆进口压力传感器(9)分别设置于加湿器(7)与燃料电池电堆(10)进口之间。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，所述的入口三通阀(2)包括a端口、b端口和c端口，其a端口与空气过滤器(1)连接，b端口与空压机(4)连接，c端口与加热器(14)连接，所述的出口三通阀(13)包括d端口、e端口和f端口，其d端口与加热器(14)连接，e端口与燃料电池电堆(10)连接，f端口与加湿器(7)连接。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，该系统启动燃料电池时，包括预热阶段和正常启动阶段，当电堆温度传感器(11)检测燃料电池电堆温度T1低于0℃时，该系统进入预热阶段；当电堆温度传感器(11)检测燃料电池电堆温度T1大于等于0℃时，该系统进入正常启动阶段。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，其特征在于，当该系统处于预热阶段时，所述的加热器(14)工作，所述的入口三通阀(2)的a端口、b端口和c端口均打开，所述的出口三通阀(13)的d端口、e端口和f端口均打开，空气排出燃料电池电堆(10)并加热后实现循环回流，所述的中冷器(5)、加湿器(7)和出口背压阀(6)停止工作；

当该系统处于正常启动阶段时，所述的加热器(14)停止工作，所述的入口三通阀(2)的a端口和b端口打开，c端口关闭，所述的出口三通阀(13)的e端口和f端口打开，d端口关闭，空气排出燃料电池电堆(10)后通过加湿器(7)和出口背压阀(6)排至大气，所述的中冷器(5)、加湿器(7)和出口背压阀(6)工作。

7.一种如权利要求1‑6任一项所述的燃料电池低温启动的空气加热回流系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)检测燃料电池电堆温度T1；

S2)判断燃料电池电堆温度T1是否低于0℃，若是，则执行步骤S3)，若否，则执行步骤S4)；

S3)加热回流系统进入预热阶段步骤，并返回执行步骤S2)；

S4)加热回流系统进入正常启动阶段，加热器(14)关闭，且入口三通阀(2)和出口三通阀(13)与加热器(14)相连的端口关闭；

S5)燃料电池电堆(10)正常启动，加湿器(7)为入堆气体加湿，中冷器(5)降低燃料电池电堆(10)入口的温度。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统控制方法，其特征在于，所述的预热阶段步骤包括：

S301)检测蓄电池SOC；

S302)判断蓄电池SOC是否低于40％，若是，则控制燃料电池电堆(10)为加热器(14)和空压机(4)供电，若否，则控制蓄电池(15)为加热器(14)和空压机(4)供电；

S303)将入口三通阀(2)和出口三通阀(13)的全部端口打开；

S304)加热器(14)加热管道中的空气，在入口三通阀(2)处于外部通入空气混合，空压机(4)向燃料电池电堆(10)鼓入热空气，对燃料电池电堆(10)加热，并通过调节加热器(14)和空压机(4)控制入堆空气温度T2、含氧量和化学计量比λ在设定范围内。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统控制方法，其特征在于，所述的入堆空气温度T2的设定范围为80℃‑85℃，所述的含氧量的设定值为17％，所述的化学计量比λ的设定范围为2‑10。

说明书

一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及车用燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统及控制方法。

背景技术

[0002] 燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置。只要不断地供应燃料和氧化剂，燃料电池就能源源不断地输出电能和热能。其具有发电效率高，低噪音，零排
放等优点，被认为是最清洁和高效的新能源发电装置之一，可被广泛地应用于汽车领域。

[0003] 质子交换膜燃料电池是以氢气为燃料，以氧气为氧化剂的电化学发电装置，电化学反应产生水，在低温下燃料电池生成的水可能结冰，冰覆盖扩散层，催化层，阻碍氢气和
空气传输，膜内质子传导能力差，进而影响电堆冷起动能力。为适应瞬息万变的全天候、全
地区的工作环境，特别是低温地区，车载燃料电池必须具有良好的冷启动性能。

[0004] 目前技术中，质子交换膜燃料电池低温的启动策略主要分为两个大类，即“保温”和“加热”方法。“保温”是为了避免燃料电池温度降到0℃以下，避免内部结冰以造成对电堆
的损害和低温启动困难，故一方面要尽量减少电堆对外部的散热，另一方面需要设计系统
向电堆补充能量以使电堆温度维持在0℃以上。中国专利CN 102386430A，通过对系统的设
计，在电堆的空气出口和氢气出口设置干燥剂、电热丝，循环泵等，对电堆进行低温保存，但
此方法对于长时间停车具有能耗高，系统设计复杂等缺点，不利于工程实际利用。

[0005] “加热”方式根据热源分为两大类：一类是外部热源，即热量主要在电堆外部产生再通过导热介质传递到电堆内和各个子系统，例如美国专利US 688760在系统外部增设催
化反应加热器对冷却液加热进而加热电堆，虽然能量高，加热迅速，但降低了燃料的经济
性，大大增加了系统的复杂程度，难以对燃烧室内氢氧燃烧进行控制。另一类为内部加热，
这种能量主要在内部产生，比如氢气与氧气直接通入阴极或阳极进行催化燃烧放热，释放
热量大，但有可能热量的分布不均对电堆造成热应力损伤，从而造成电堆的直接损害进而
降低燃料电池电堆的寿命。

[0006] 综上所述，现有技术需大量增加额外的附属设备，既增加了车载燃料电池系统的设计的难度和体积，还增加了成本，而且会消耗额外的燃料，降低燃料的经济性，同时也影
响安全性。

发明内容

[0007] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无需大量增加额外附属设备，就可实现燃料电池快速升温、正常启动并工作的燃料电池低温启动空气加
热回流系统及控制方法。

[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0009] 一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统，用于加速车用燃料电池的低温启动，包括传感器组件、燃料电池电堆、出口背压阀以及依次通过管道连接的空气过滤器、空
压机、中冷器和加湿器，所述的加湿器分别与出口背压阀以及燃料电池电堆的进口和出口
通过管道连接，该系统还包括加热器、设置于空气过滤器和空压机之间的入口三通阀和设
置于加湿器与燃料电池电堆出口之间的出口三通阀，所述的入口三通阀与出口三通阀通过
管道连接，且加热器设置于两者之间；

[0010] 低温启动燃料电池时，将空气通过空气过滤器接入管道，依次通过入口三通阀、空压机、中冷器、加湿器和燃料电池电堆后，从燃料电池电堆出口排出并通过出口三通阀分
流，其一部分通过加湿器和出口背压阀排至大气，另一部分通过加热器加热后，通入入口三
通阀并与通过空气过滤器接入的空气混合，形成热空气，该热空气再次通过入口三通阀、空
压机、中冷器、加湿器并进入燃料电池电堆，形成循环，以达到使燃料电池电堆在低温条件
下迅速冷启动的目的。

[0011] 进一步地，所述的传感器组件包括设置于管道上的质量流量传感器、电堆进口温度传感器和电堆进口压力传感器以及设置于燃料电池电堆上的电堆温度传感器，质量流量
传感器用于测量入堆空气质量流量M，电堆进口温度传感器用于测量入堆空气温度T2，电堆
进口压力传感器用于测量燃料电池电堆进口处的压力大小。

[0012] 进一步优选地，所述的质量流量传感器设置于入口三通阀与空压机之间，所述的电堆进口温度传感器和电堆进口压力传感器设置于加湿器与燃料电池电堆进口之间。

[0013] 进一步地，所述的入口三通阀包括a端口、b端口和c端口，其a端口与空气过滤器连接，b端口与空压机连接，c端口与加热器连接，所述的出口三通阀包括d端口、e端口和f端
口，其d端口与加热器连接，e端口与燃料电池电堆连接，f端口与加湿器连接。

[0014] 进一步地，该系统启动燃料电池时，包括预热阶段和正常启动阶段，当电堆温度传感器检测燃料电池电堆温度T1低于0℃时，该系统进入预热阶段；当电堆温度传感器检测燃
料电池电堆温度T1大于等于0℃时，该系统进入正常启动阶段。

[0015] 更进一步地，当该系统处于预热阶段时，所述的加热器工作，所述的入口三通阀的a端口、b端口和c端口均打开，所述的出口三通阀的d端口、e端口和f端口均打开，空气排出
燃料电池电堆后进行加热并实现循环回流，所述的中冷器、加湿器和出口背压阀停止工作；

[0016] 当该系统处于正常启动阶段时，所述的加热器停止工作，所述的入口三通阀的a端口和b端口打开，c端口关闭，所述的出口三通阀的e端口和f端口打开，d端口关闭，空气排出
燃料电池电堆后通过加湿器和出口背压阀排至大气，所述的中冷器、加湿器和出口背压阀
开始工作，加湿器为入堆空气加湿，中冷器对空压机出口空气进行降温，出口背压阀调节入
堆空气的压力。

[0017] 进一步地，该系统还包括蓄电池，所述的加热器和空压机分别与燃料电池电堆和蓄电池电连接，当蓄电池SOC≥40％时，所述的蓄电池为加热器和空压机供电，当蓄电池SOC
＜40％时，所述的燃料电池电堆为加热器和空压机供电，防止出现蓄电池过度放电或者电
力不足无法启动燃料电池的现象，延长蓄电池的使用寿命。

[0018] 一种如所述的燃料电池低温启动的空气加热回流系统的控制方法，包括以下步骤：

[0019] S1)检测燃料电池电堆温度T1；

[0020] S2)判断燃料电池电堆温度T1是否低于0℃，若是，则执行步骤S3)，若否，则执行步骤S4)；

[0021] S3)加热回流系统进入预热阶段步骤，并返回执行步骤S2)；

[0022] S4)加热回流系统进入正常启动阶段，加热器关闭，且入口三通阀和出口三通阀与加热器相连的端口关闭；

[0023] S5)燃料电池电堆正常启动，加湿器为入堆气体加湿，中冷器降低燃料电池电堆入口的温度。

[0024] 进一步地，所述的预热阶段步骤包括：

[0025] S301)检测蓄电池SOC；

[0026] S302)判断蓄电池SOC是否低于40％，若是，则控制燃料电池电堆为加热器和空压机供电，若否，则控制蓄电池为加热器和空压机供电；

[0027] S303)将入口三通阀和出口三通阀的全部端口打开；

[0028] S304)加热器加热管道中的空气，在入口三通阀处于外部通入空气混合，空压机向燃料电池电堆鼓入热空气，对燃料电池电堆加热，并通过调节加热器和空压机控制入堆空
气温度T2、含氧量和化学计量比λ在设定范围内。

[0029] 进一步优选地，所述的入堆空气温度T2的设定范围为80℃‑85℃，含氧量的设定范围17％，化学计量比λ的设定范围为2‑10，保证进堆空气的氧气含量不低于17％，在加热电
堆的同时使电堆产生少量电以供给于空压机和加热器。

[0030] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0031] 1)本发明通过在原有燃料电池发电空气系统中增加一个体积较小的加热器和两个三通阀以及相互连接的管路，完成对出堆空气能量的再回收循环利用和加热，使排出燃
料电池的空气继续升温加热回到空压机进而继续升温电堆，无需大量增加额外附属设备，
就可实现燃料电池快速升温；

[0032] 2)本发明利用被加热器加热和空压机压缩循环后的空气对燃料电池电堆的空气反应界面以及其它电池组件进行加热，加速电极上冰晶的融化，加速温度处于零度以下的
燃料电池电堆的升温，使燃料的传热、传质和质子的传递能顺利进行，不因大功率发电致使
局部过热而损伤电极，保证对电堆的换热，降低空气能耗的损失和电池的过度放电，达到燃
料电池在低温下迅速冷启动的目的；

[0033] 3)本发明中的空压机和加热器，既可以使用蓄电池供电，也可以利用燃料电池电堆本身供电，燃料电池快速升温启动以后，可以节约辅助电源蓄电池的能耗，防止出现过度
放电或者电力不足无法启动燃料电池的现象，从而延长蓄电池的使用寿命。

附图说明

[0034] 图1为现有技术的燃料电池发电空气系统示意图；

[0035] 图2为一种燃料电池低温启动的空气加热循环系统示意图；

[0036] 图3为一种燃料电池低温启动的空气加热循环系统控制方法流程图。

[0037] 其中，1、空气过滤器，2、入口三通阀，3、质量流量传感器，4、空压机，5、中冷器，6、出口背压阀，7、加湿器，8、电堆进口温度传感器，9、电堆进口压力传感器，10、燃料电池电
堆，11、电堆温度传感器，12、控制器，13、出口三通阀，14、加热器，15、蓄电池。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

[0039] 实施例

[0040] 根据现有技术可知，经过压缩后的空气温度会升高，压缩空气的热量能直接传递到催化剂反应表面且传热速率快，因而可以利用其热量对低温下的电堆进行加热。但是由
于低温下需要尽量降低空压机的功耗和升压能力，其压比Pr需控制在1.1‑1.3之间，为保证
入堆空气温度在80‑85℃，本发明中加设一个加热器14对入口温度进行加热，以同时满足入
堆温度和流量要求。

[0041] 如图2所示，本发明提供燃料电池低温启动空气加热回流系统，具体包括：空气过滤器1、入口三通阀2、质量流量传感器3、空压机4、中冷器5、出口背压阀6、加湿器7、电堆进
口温度传感器8、电堆进口压力传感器9、燃料电池电堆10、电堆温度传感器11、控制器12、出
口三通阀13、加热器14和蓄电池15。该系统中，燃料电池电堆10从冷温下启动分为两个阶
段，分别是预热阶段和正常启动阶段，其中，中冷器5和加湿器7在系统正常工作后启用，在
低温预热阶段不启用。

[0042] 如图2所示为本发明的系统中各部分的连接关系，其中实线表示两者之间通过管道连接，虚线表示两者之间传输控制信号或电流电压信号。

[0043] 首先空气通过空气过滤器1接入燃料电池系统，空气过滤器1用于对空气中的杂质进行过滤，除去污染物并减少对燃料电池电堆10的损害，空压机4上设置空气浓度传感器，
空气过滤器1和空压机4分别与入口三通阀2的a、b两端口通过管道相连，入口三通阀2与空
压机4之间的管道上设有质量流量传感器3。

[0044] 空压机4依次通过中冷器5和加湿器7与燃料电池电堆10的阴极进口通过管道相连，在加湿器7与燃料电池电堆10之间的管道上设有电堆进口温度传感器8和电堆进口压力
传感器9。空气经空压机4压缩后继续向下传播，并最终通入燃料电池电堆10。其中，中冷器5
在燃料电池系统常温正常运行时对空压机4出口处的空气进行降温，但在低温冷启动的低
温预热过程中不运行；加湿器7在燃料电池系统常温正常运行时，对入燃料电池电堆10的空
气进行加湿，但低温启动过程中，几乎没液态水产生，因此在低温冷启动的低温预热过程中
加湿器7几乎没有作业；出口背压阀6与加湿器7通过管道相连，在正常工作状态下调节入堆
压力，在低温预热阶段不必采用。

[0045] 燃料电池电堆10上设有电堆温度传感器11，其阴极出口与出口三通阀13的e端口通过管道相连，出口三通阀13的f端口与加湿器7通过管道连接，d端口与加热器14通过管道
连接，出口三通阀13通过控制ef和ed两通路的流量，控制空气回流流量，使一部分空气通过
ef通路从加湿器7和出口背压阀6排向大气，另一部分空气通过ed通路循环回流进入加热器
14进行加热。

[0046] 加热器14与入口三通阀2的c端口通过管道连接，经过加热器14加热后的空气与外界通过空气过滤器1后通入系统的空气在入口三通阀2处混合后，再次通入空压机4，进行下
一个循环。加热器可以为电阻丝、贴片、红外加热装置或激光加热装置。

[0047] 该燃料电池低温启动空气加热回流系统还包括蓄电池15和控制器12，控制器12用于控制空压机4转速、入口三通阀2与出口三通阀13的开度、加热器14的开关以及蓄电池15
的放电等，质量流量传感器3、入口温度传感器8、入口压力传感器9和电堆温度传感器11等
各传感器的信号传送至控制器以辅助其决策。蓄电池15和燃料电池电堆10都可以对加热器
14和空压机4供电。

[0048] 本发明还提供一种燃料电池低温启动空气加热回流系统的控制方法，该方法可使低温下的燃料电池电堆10的快速升温，实现冷温启动，启动过程包括两个阶段，分别为预热
阶段和正常启动阶段。

[0049] 包括以下步骤：

[0050] S1)检测燃料电池电堆温度T1；

[0051] S2)判断燃料电池电堆温度T1是否低于0℃，若是，则执行步骤S3)，若否，则执行步骤S4)；

[0052] S3)加热回流系统进入预热阶段步骤，并返回执行步骤S2)；

[0053] S4)加热回流系统进入正常启动阶段，加热器关闭，且入口三通阀和出口三通阀与加热器相连的端口关闭；

[0054] S5)燃料电池电堆正常启动，加湿器为入堆气体加湿，中冷器降低燃料电池电堆入口的温度。

[0055] 其中，预热阶段步骤具体包括：

[0056] S301)检测蓄电池SOC；

[0057] S302)判断蓄电池SOC是否低于40％，若是，则控制燃料电池电堆为加热器和空压机供电，若否，则控制蓄电池为加热器和空压机供电；

[0058] S303)将入口三通阀和出口三通阀的全部端口都均打开；

[0059] S304)加热器加热管道中的空气，在入口三通阀处于外部通入空气混合，空压机向燃料电池电堆鼓入热空气，对燃料电池电堆加热，并通过调节加热器和空压机控制入堆空
气温度T2、含氧量和化学计量比λ在设定范围内。

[0060] 具体实施过程如下：

[0061] 首先准备启动燃料电池电堆10，通过电堆温度传感器11检测电堆温度T1，判断电堆温度T1是否≤0℃。若是，则进入预热阶段，若否，则直接进入正常启动阶段。

[0062] 预热阶段中，首先检测蓄电池SOC，即蓄电池15的剩余电量，当蓄电池SOC≥40％时，由蓄电池15供电，启动加热器14和空压机4；当蓄电池SOC低于40％时，控制器12切断蓄
电池15的供电转为由燃料电池电堆10为空压机4和加热器14供电。

[0063] 加热器14和空压机4启动后，控制器12调节入口三通阀2和出口三通阀13的开度，向燃料电池电堆10中供应热空气。入口温度传感器8检测入堆空气温度T2，质量流量传感器
3检测入堆空气的质量流量M，并将信号传递给控制器12，控制器12控制加热器14加热，以保
持入堆空气温度T2在80‑85℃范围内，控制鼓风机4并结合入口三通阀2和出口三通阀13，以
保持化学计量比λ在2‑10范围内，同时调节入口三通阀2和出口三通阀13的开度，保证进堆
空气的氧气含量不低于17％，使得在加热燃料电池电堆10的同时燃料电池电堆10也能产生
少量电能以供给于空压机4和加热器14。其中，化学计量比λ是指通入电堆的空气量与发出
电流理论上消耗的空气量与的比值。

[0064] 通过与燃料电池电堆10的换热，出堆空气的温度降低，控制器12调整出口三通阀13和入口三通阀2的导通开度，使回流空气经过加热器14循环回路进行加热，并在入口三通
阀2处与经过空气过滤器1接入的空气混合，进而再通过空压机4。预热阶段中，空压机4处于
低功耗状态，主要以鼓入空气为主，压比Pr较小，在1.1‑1.3之间，低温下空压机4的性能较
差，功耗降低，因此热空气对燃料电池电堆10进行加热的同时，也可对空压机4等零部件进
行加热。

[0065] 在预热阶段，控制器12不断监测电堆温度T1，随着电堆温度T1的升高，加热器14功率逐渐降低，当电堆温度T1≥0℃时，控制器12发出命令要求加热器14停止加热，预热阶段
结束，进入正常启动阶段。

[0066] 正常启动阶段中，控制器12控制入口三通阀2的ab通道和出口三通阀13的de通道导通，燃料电池电堆10正常启动并逐渐升温，加湿器7为燃料电池电堆10的入口气体进行加
湿，中冷器5将燃料电池电堆10入口的温度降低，以满足燃料电池电堆10的正常运行。

[0067] 本实施例中，以额定功率P为2KW，由Nafion211膜和不锈钢双极板组成，工作电压V为0.6V，化学计量比λ为5的燃料电池电堆10为例，计算使用本发明系统和方法，预热阶段所
需的时间：

[0068] 首先计算所需空气量mair为：

[0069]

[0070] 其中，F为法拉第常数，取值为96485。

[0071] 考虑对2KW的燃料电池电堆10进行加热，空气与膜电极的换热温差为80℃，当通入气体与燃料电池电堆10换热时间为0.5秒，进出口空气温差为10℃时，换热速率Q换热为：

[0072] Q换热＝Cp*ΔT*mair*Δt＝1.004*10*6*0.5＝0.03KJ/s

[0073] 热空气直接对MEA进行加热升温，根据资料显示，2KW电堆膜电极从‑20℃升温到0℃需要0.975KJ，则预热阶段平均所需时间为：

[0074]

[0075] 本发明通过设置一条支路管道使空压机4和燃料电池电堆10接通循环回路，使排出燃料电池电堆10的空气通过加热器14加热混合后回到空压机4，并再次将热空气鼓入燃
料电池电堆10循环加热，以达到使燃料电池电堆10在低温条件下迅速冷启动的目的。同时，
本发明既可以通过蓄电池15供电也可以通过燃料电池电堆10供电，防止出现过度放电或者
电力不足无法启动的现象，延长蓄电池15的使用寿命。

[0076] 在燃料电池停机后，燃料电池电堆10需要经历干空气或氢气吹扫，以使其内部含有尽可能少的水。

[0077] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替
换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利
要求的保护范围为准。