燃料电池发动机冷启动系统和方法

摘要

本发明提供了一种燃料电池发动机冷启动系统和方法，进气模块、质量流量计、空压机、旁通阀、电堆封装箱体依次连接，构成电堆封装箱体加热回路；水泵、电堆内部冷却液流道、节温器、中冷器和水泵依次连接，构成水循环加热回路；进气模块、质量流量计、空压机、节气门、中冷器、电堆内部阴极流道和背压阀依次连接，构成电堆阴极流道加热回路。该系统可以采用三种模式对燃料电池电堆进行加热，具体表现为冷却液加热、电堆阴极流道加热、电堆封装箱体加热，可以实现对燃料电池发动机的快速启动。

权利要求

1.一种燃料电池发动机冷启动系统，其特征在于，包括：电堆、水泵、中冷器、节温器、进气模块、质量流量计、空压机、节气门、旁通阀和背压阀；

所述进气模块、所述质量流量计、所述空压机、所述旁通阀、电堆封装箱体依次连接，构成电堆封装箱体加热回路；

所述水泵、所述电堆内部冷却液流道、所述节温器、所述中冷器和所述水泵依次连接，构成水循环加热回路；

所述进气模块、所述质量流量计、所述空压机、所述节气门、所述中冷器、所述电堆内部阴极流道和所述背压阀依次连接，构成电堆阴极流道加热回路；

所述系统还包括：尾排温度传感器；所述尾排温度传感器连接在电堆的空气尾排；所述尾排温度传感器用于采集空气尾排温度；所述电堆的空气尾排通过预设的循环回路与所述电堆连接；

所述系统还包括：第二温度传感器；

所述第二温度传感器设置在所述电堆封装箱体加热回路的靠近电堆封装箱体的入口处，用于采集所述电堆封装箱体的入口温度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：散热风扇；所述散热风扇分别与所述节温器和所述水泵连接；

所述散热风扇用于散热，以使所述电堆工作在预设温度。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第一温度传感器；

所述第一温度传感器用于采集所述电堆出口冷却液温度。

4.一种燃料电池发动机冷启动方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1‑3任一项所述的燃料电池发动机冷启动系统，所述方法包括：当环境温度不高于零度，且所述电堆出口冷却液温度低于预设第一阈值时，控制所述燃料电池发动机工作于冷启动模式，启动所述空压机、开启所述旁通阀，通过所述电堆封装箱体加热回路对所述电堆封装箱体进行加热；

当所述电堆封装箱体的入口温度达到预设第二阈值时，开启所述节气门、所述背压阀和所述水泵，关闭所述旁通阀，通过所述水循环加热回路对电堆冷却液进行加热，通过所述电堆阴极流道加热回路对所述电堆内部阴极流道进行加热，直至所述电堆出口冷却液温度达到预设第三阈值，控制所述燃料电池发动机从所述冷启动模式切换至正常运行模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动所述空压机的步骤之前，所述方法还包括：确认通电后所述电堆、所述水泵、所述中冷器、所述节温器、所述进气模块、所述质量流量计、所述空压机、所述节气门、所述旁通阀和所述背压阀自检正常。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

当所述电堆封装箱体的入口温度未达到所述预设第二阈值时，增大所述空压机转速，以增加产热功率，直至所述电堆封装箱体的入口温度达到所述预设第二阈值。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中冷器产生的空气散热功率为：PAir=P1+Prad+Pcon；

其中，所述P1为中冷器冷却液循环散热功率；所述Prad为中冷器辐射散热功率；所述Pcon为中冷器外壳与空气自然对流散热功率。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述燃料电池发动机从冷启动模式切换至正常运行模式的判定条件包括：t＞(Q4+Q5+Q6)/(P1+P2+P3)，且T2>T2’；

其中，t为从冷启动开始至燃料电池发动机可正常输出功率的时间；所述T2为电堆出口冷却液温度；所述T2’为预设的正常启动温度；所述Q4为所述电堆以及所述水循环加热回路中各部件升高至所述正常启动温度T2’所需的热量；所述Q5为所述电堆外表面对流散发的热量；所述Q6为所述电堆辐射散热的热量；所述P1为所述水循环加热回路对应的加热功率；

所述P2为所述电堆阴极流道加热回路对应的加热功率；所述P3为所述电堆封装箱体加热回路对应的加热功率。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，启动所述空压机的步骤之后，所述方法还包括：根据所述空压机的MAP图，选取最大热效率点，控制所述空压机按照所述最大热效率点对应的转速运转；其中，所述MAP图中包括所述空压机的转速参数、流量参数、压力参数和温升参数。

说明书

燃料电池发动机冷启动系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池发动机冷启动系统和方法。

背景技术

[0002] 燃料电池发动机在0℃以上启动时，其产生的液态水和气态水可经过系统排出，然而在0℃以下低温启动时，由于启动初期电堆温度较低，且系统并未产生热量，则系统在大电流工况下反应生成的水会迅速结冰，且此时结冰速率远大于融冰速率，导致质子交换膜和气体扩散层会被冰层覆盖，以及双极板会造成挤压，甚至损害，此时电堆将无法正常工作，低温启动失败。相关技术通常采用内部升温法和外部升温法启动燃料电池发动机，然而相关技术仅对冷却液循环回路进行加热，加热效果较差，燃料电池发动机冷启动速度慢。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种燃料电池发动机冷启动系统和方法，以改善加热效果，提高燃料电池发动机冷启动速度。

[0004] 本发明提供的一种燃料电池发动机冷启动系统，包括：电堆、水泵、中冷器、节温器、进气模块、质量流量计、空压机、节气门、旁通阀和背压阀；进气模块、质量流量计、空压机、旁通阀、电堆封装箱体依次连接，构成电堆封装箱体加热回路；水泵、电堆内部冷却液流道、节温器、中冷器和水泵依次连接，构成水循环加热回路；进气模块、质量流量计、空压机、节气门、中冷器、电堆内部阴极流道和背压阀依次连接，构成电堆阴极流道加热回路。

[0005] 进一步的，系统还包括：散热风扇；散热风扇分别与节温器和水泵连接；散热风扇用于散热，以使电堆工作在预设温度。

[0006] 进一步的，系统还包括：第一温度传感器和第二温度传感器；第一温度传感器用于采集电堆出口冷却液温度；第二温度传感器用于采集电堆封装箱体的入口温度。

[0007] 进一步的，系统还包括：尾排温度传感器；尾排温度传感器连接在电堆的空气尾排；尾排温度传感器用于采集空气尾排温度。

[0008] 本发明提供的一种燃料电池发动机冷启动方法，方法应用于上述任一项的燃料电池发动机冷启动系统，方法包括：当环境温度不高于零度，且电堆出口冷却液温度低于预设第一阈值时，控制燃料电池发动机工作于冷启动模式，启动空压机、开启旁通阀，通过电堆封装箱体加热回路对电堆封装箱体进行加热；当电堆封装箱体的入口温度达到预设第二阈值时，开启节气门、背压阀和水泵，关闭旁通阀，通过水循环加热回路对电堆冷却液进行加热，通过电堆阴极流道加热回路对电堆内部阴极流道进行加热，直至电堆出口冷却液温度达到预设第三阈值，控制燃料电池发动机从冷启动模式切换至正常运行模式。

[0009] 进一步的，启动空压机的步骤之前，方法还包括：确认通电后电堆、水泵、中冷器、节温器、进气模块、质量流量计、空压机、节气门、旁通阀和背压阀自检正常。

[0010] 进一步的，方法包括：当电堆封装箱体的入口温度未达到预设第二阈值时，增大空压机转速，以增加产热功率，直至电堆封装箱体的入口温度达到预设第二阈值。

[0011] 进一步的，中冷器产生的空气散热功率为：PAir=P1+Prad+Pcon；其中，P1为中冷器冷却液循环散热功率；Prad为中冷器辐射散热功率；Pcon为中冷器外壳与空气自然对流散热功率。

[0012] 进一步的，燃料电池发动机从冷启动模式切换至正常运行模式的判定条件包括：t＞(Q4+Q5+Q6)/(P1+P2+P3)，且T2>T2’；其中，t为从冷启动开始至燃料电池发动机可正常输出功率的时间；T2为电堆出口冷却液温度；T2’为预设的正常启动温度；Q4为电堆以及水循环加热回路中各部件升高至正常启动温度T2’所需的热量；Q5为电堆外表面对流散发的热量；Q6为电堆辐射散热的热量；P1为水循环加热回路对应的加热功率；P2为电堆阴极流道加热回路对应的加热功率；P3为电堆封装箱体加热回路对应的加热功率。

[0013] 进一步的，启动空压机的步骤之后，方法还包括：根据空压机的MAP图，选取最大热效率点，控制空压机按照最大热效率点对应的转速运转。

[0014] 本发明提供的燃料电池发动机冷启动系统和方法，进气模块、质量流量计、空压机、旁通阀、电堆封装箱体依次连接，构成电堆封装箱体加热回路；水泵、电堆内部冷却液流道、节温器、中冷器和水泵依次连接，构成水循环加热回路；进气模块、质量流量计、空压机、节气门、中冷器、电堆内部阴极流道和背压阀依次连接，构成电堆阴极流道加热回路。该系统可以采用三种模式对燃料电池电堆进行加热，具体表现为冷却液加热、电堆阴极流道加热、电堆封装箱体加热，可以实现对燃料电池发动机的快速启动。

附图说明

[0015] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0016] 图1为本发明实施例提供的一种燃料电池发动机冷启动系统的结构示意图；

[0017] 图2为本发明实施例提供的一种燃料电池发动机冷启动方法的流程图；

[0018] 图3为本发明实施例提供的另一种燃料电池发动机冷启动方法的流程图；

[0019] 图4为本发明实施例提供的另一种燃料电池发动机冷启动方法的流程图。

具体实施方式

[0020] 下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

[0021] 相关技术通常采用内部升温法和外部升温法启动燃料电池发动机，其中，内部升温法主要有控制电堆输出特性升温、氧饥饿法、催化法等。外部升温法主要有PTC（Positive Temperature Coefficient ，正温度系数）加热器加热、电磁感应加热、热气体吹扫等。

[0022] 针对燃料电池发动机在低温环境下的启动方法，主要有以下问题：

[0023] （1）控制电堆输出特性自升温法一旦氢气的供给量计算失误，将会导致电堆烧毁，或更加严重的事故。同样，氧饥饿等自升温方法对电堆的寿命和耐久性都会产生不良的影响。

[0024] （2）安装外部PTC加热器辅助升温，增加了系统成本以及复杂程度，占据了系统安装空间，降低了系统集成度，且由于PTC为高压系统部件，增加了系统的电磁干扰问题。

[0025] （3）外部PTC加热器随冷却液温度的升高加热功率会逐渐下降。

[0026] （4）同时，现有方案仅对冷却液循环回路进行加热，加热效果较差。

[0027] 基于此，本发明实施例提供了一种燃料电池发动机冷启动系统和方法，该技术可以应用需要对燃料电池发动机进行冷启动的场景中。

[0028] 为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种燃料电池发动机冷启动系统进行详细介绍；如图1所示，该系统包括：电堆、水泵、中冷器、节温器、进气模块、质量流量计、空压机、节气门、旁通阀和背压阀。

[0029] 进气模块、质量流量计、空压机、旁通阀、电堆封装箱体依次连接，构成电堆封装箱体加热回路；水泵、电堆内部冷却液流道、节温器、中冷器和水泵依次连接，构成水循环加热回路；进气模块、质量流量计、空压机、节气门、中冷器、电堆内部阴极流道和背压阀依次连接，构成电堆阴极流道加热回路。

[0030] 该图1展示了燃料电池发动机水热管理系统和空气系统流程，其中，实线为水热管理系统，虚线为空气系统。本实施例包含至少三种模式的电堆加热方式，具体如下：

[0031] 加热模式一：中冷器对水循环回路加热，此加热功率为P1。水热管理系统工作时，冷却液流经路线为：水泵2→电堆1内部冷却液流道→节温器4→中冷器3（中冷器冷却液经空压机空气流体对流换热加热）→水泵2，完成中冷器加热回路循环。

[0032] 加热模式二：热空气对电堆阴极流道加热，此加热功率为P2。空气系统工作时，空气主路流经路线为：大气→进气模块6→质量流量计7→空压机8→节气门9→中冷器3→电堆1内部流道→背压阀11→大气；其中，中冷器空气出口正常运行温度约为70℃，在低温环境下结合加热模式一可适当调整。

[0033] 加热模式三：热空气对电堆封装箱体加热，此加热功率为P3。电堆封装箱体内循环加热空气由旁路空气提供，该空气流经路线为：大气→进气模块6→质量流量计7→空压机8→旁通阀10→电堆1封装箱体内部→大气。

[0034] 通过三种加热模式，可以实现对燃料电池电堆即内部冷却液的全方位加热，此外，还可以根据实际需求对三种加热模式进行自适应控制，进行空压机出口加热气体的分配，实现三种加热模式的最优解。

[0035] 上述燃料电池发动机冷启动系统，进气模块、质量流量计、空压机、旁通阀、电堆封装箱体依次连接，构成电堆封装箱体加热回路；水泵、电堆内部冷却液流道、节温器、中冷器和水泵依次连接，构成水循环加热回路；进气模块、质量流量计、空压机、节气门、中冷器、电堆内部阴极流道和背压阀依次连接，构成电堆阴极流道加热回路。该系统可以采用三种模式对燃料电池电堆进行加热，具体表现为冷却液加热、电堆阴极流道加热、电堆封装箱体加热，可以实现对燃料电池发动机的快速启动。

[0036] 进一步的，系统还包括：散热风扇；散热风扇分别与节温器和水泵连接；散热风扇用于散热，以使电堆工作在预设温度。

[0037] 上述预设温度可以根据实际需求进行设置；如图1所示，在实际实现时，当冷启动成功后，燃料电池发动机转至正常运行模式，当系统散热需求功率较高时，散热风扇5开始对系统进行散热，确保电堆工作在合适温度。

[0038] 进一步的，系统还包括：第一温度传感器和第二温度传感器；第一温度传感器用于采集电堆出口冷却液温度；第二温度传感器用于采集电堆封装箱体的入口温度。

[0039] 具体的，如图1所示，第一温度传感器202可以设置在电堆冷却液出口的位置，通过该第一温度传感器202可以获取电堆出口冷却液温度；第二温度传感器204可以设置在电堆封装箱体加热回路的靠近电堆封装箱体的入口处，通过该第二温度传感器204可以获取电堆封装箱体加热回路中，靠近电堆封装箱体的入口温度。

[0040] 进一步的，系统还包括：尾排温度传感器；尾排温度传感器连接在电堆的空气尾排；尾排温度传感器用于采集空气尾排温度。

[0041] 具体的，可以在空气尾排设置尾排温度传感器，通过该尾排温度传感器检测系统尾排温度，若检测温度值较高，可将尾排热空气再次循环至系统中，对电堆进行加热或对系统中其他管路及部件进行加热，具体将尾排热空气再次循环至系统中的方式可以根据实际需求灵活设置，比如，可以单独设置一个循环回路，将尾排热空气输送至电堆或系统中其他管路及部件等。

[0042] 本发明实施例公开了一种燃料电池发动机冷启动方法，方法应用于上述任一项的燃料电池发动机冷启动系统，如图2所示，方法包括：

[0043] 步骤S202，当环境温度不高于零度，且电堆出口冷却液温度低于预设第一阈值时，控制燃料电池发动机工作于冷启动模式，启动空压机、开启旁通阀，通过电堆封装箱体加热回路对电堆封装箱体进行加热。

[0044] 上述第一阈值通常是一较低的温度值，具体可以根据实际需求进行设置；在实际实现时，当需要对燃料电池发动机进行起动时，可以先通过第一温度传感器202采集电堆出口冷却液温度，并获取当前的环境温度；如果当前的环境温度≤0℃，且电堆出口冷却液温度低于第一阈值，即处于低温环境中时，需要启动冷启动开机模式；具体的，可以先启动空压机8，由于空气初始温度较低且空压机功率较低，此时空压机出口温度较低，此阶段，旁通阀10完全开启至旁通路，主空气路节气门9关闭，空气流体通过旁通阀10对电堆封装箱体进行加热。旁通路通过控制旁通阀10的开启可实现空压机防喘振。

[0045] 步骤S204，当电堆封装箱体的入口温度达到预设第二阈值时，开启节气门、背压阀和水泵，关闭旁通阀，通过水循环加热回路对电堆冷却液进行加热，通过电堆阴极流道加热回路对电堆内部阴极流道进行加热，直至电堆出口冷却液温度达到预设第三阈值，控制燃料电池发动机从冷启动模式切换至正常运行模式。

[0046] 实时监测第二温度传感器204的温度值，当检测到需求的温度值（对应上述第二阈值，如20℃）时，节气门9逐步开启，背压阀开启，此时，中冷器内冷却液流体进行加热，同时，水泵2以较低转速开始运转。加热模式二和加热模式三开启。加热模式二和加热模式三开启后，空压机转速逐步提升，实现空气温度的逐渐升高，从而使从空压机输出的热量逐渐升高，更快的实现电堆的低温冷启动。

[0047] 中冷器热空气热量中，有一部分冷却液循环散热功率P1在水泵2的作用下被带入电堆，对电堆冷却液进行加热，热量通过双极板传递至整个电堆，使电堆温度逐渐升高，当电堆出口冷却液温度到达系统安全启动温度，即上述第三阈值时，确定冷启动成功，可以控制燃料电池发动机工作于正常运行模式。

[0048] 上述燃料电池发动机冷启动方法，当环境温度不高于零度，且电堆出口冷却液温度低于预设第一阈值时，控制燃料电池发动机工作于冷启动模式，启动空压机、开启旁通阀，通过电堆封装箱体加热回路对电堆封装箱体进行加热。当电堆封装箱体的入口温度达到预设第二阈值时，开启节气门、背压阀和水泵，关闭旁通阀，通过水循环加热回路对电堆冷却液进行加热，通过电堆阴极流道加热回路对电堆内部阴极流道进行加热，直至电堆出口冷却液温度达到预设第三阈值，控制燃料电池发动机从冷启动模式切换至正常运行模式。该方式可以采用三种模式对燃料电池电堆进行加热，具体表现为冷却液加热、电堆阴极流道加热、电堆封装箱体加热，可以实现对燃料电池发动机的快速启动。

[0049] 本发明实施例公开了另一种燃料电池发动机冷启动方法，该方法在上述实施例方法的基础上实现，如图3所示，方法包括：

[0050] 步骤S302，当环境温度不高于零度，且电堆出口冷却液温度低于预设第一阈值时，控制燃料电池发动机工作于冷启动模式。

[0051] 步骤S304，确认通电后电堆、水泵、中冷器、节温器、进气模块、质量流量计、空压机、节气门、旁通阀和背压阀自检正常。

[0052] 当冷启动模式开启后，燃料电池发动机逐步进行低压上电，系统自检，高压上电等流程，通过系统自检，可以确认系统内各部件是否可以正常工作，且各部件之间的通信是否正常等，如果通过自检，确认各部件均可正常工作，且通信正常，确认自检正常。

[0053] 步骤S306，启动空压机，根据空压机的MAP图，选取最大热效率点，控制空压机按照最大热效率点对应的转速运转；开启旁通阀，通过电堆封装箱体加热回路对电堆封装箱体进行加热。

[0054] 空压机的MAP图中包含空压机转速、流量、压力和温升等参数；当空压机启动后，可以根据空压机的MAP图，调控空压机转速和压比，实现空压机的空气升温最高，对应上述最大热效率点，控制空压机按照调控好的转速运转，在开启旁通阀10后，可以通过所形成的电堆封装箱体加热回路对电堆封装箱体进行加热。

[0055] 步骤S308，当电堆封装箱体的入口温度达到预设第二阈值时，开启节气门、背压阀和水泵，关闭旁通阀，通过水循环加热回路对电堆冷却液进行加热，通过电堆阴极流道加热回路对电堆内部阴极流道进行加热，直至电堆出口冷却液温度达到预设第三阈值，控制燃料电池发动机从冷启动模式切换至正常运行模式。

[0056] 中冷器产生的空气散热功率为：PAir=P1+Prad+Pcon；其中，P1为中冷器冷却液循环散热功率；Prad为中冷器辐射散热功率；Pcon为中冷器外壳与空气自然对流散热功率。即中冷器产生的空气散热功率PAir 会以三种形式传输出去，其中，中冷器冷却液循环散热功率P1在水泵2的作用下被带入电堆，对电堆冷却液进行加热，热量通过双极板传递至整个电堆，使电堆温度逐渐升高，到达系统安全启动温度。

[0057] 下面对中冷器产生的空气散热功率PAir、中冷器冷却液循环散热功率P1、中冷器辐射散热功率Prad、中冷器外壳与空气自然对流散热功率Pcon的具体计算方式分别进行说明，如下：

[0058] 1、中冷器产生的空气散热功率PAir；

[0059] PAir=GAir*Cp,Air (TAir1‑TAir2)；

[0060] 式中，GAir为增压空气流量，单位为kg/s；Cp,Air为增压空气比热容，单位为kJ/(kg*K)；TAir1为中冷器空气进口温度，单位为°C，其在空压机的作用下相对于环境温度可实现100℃以上的温升，即（TAir1‑T空压机进口温度）＞100℃，则在空气流量为0.1kg/s时，其所含的热功率可高达10kW，高于目前相关技术中所使用的PTC加热器的额定功率；TAir2为中冷器空气出口温度，单位为°C。

[0061] 2、冷器冷却液循环散热功率P1；

[0062] ；

[0063] 式中，VEG为冷却剂流量，单位为L/min；Cp,EG为冷却液比热容，单位为kJ/（kg·℃）；ρEG为冷却液密度，单位为kg/L；ΔTEG为冷却液在中冷器进出口温升，ΔTEG，max=12℃。

[0064] 3、中冷器辐射散热功率Prad；

[0065] ；

[0066] 式中，δ为电堆黑度；σb为斯蒂芬‑玻尔兹曼常数；Arad为电堆辐射面积；TINT为中冷器温度；T0为环境温度。

[0067] 4、中冷器外壳与空气自然对流散热功率Pcon；

[0068] ；

[0069] 式中，h为中冷器表面与空气自然对流换热系数；AINT为中冷器外表面面积；Tair为与中冷器表面接触的空气温度；TINT为中冷器温度。

[0070] 本实施例还具体设定了冷启动至系统正常起机运行的判定条件，从而络计算得到在不同温度下冷启动所需的时间。如下：

[0071] 电堆1本体、小循环冷却液、小循环回路（即水循环加热回路）上零部件的热容量为q，其升高至正常启动温度T2’的热量为Q4。

[0072] ；

[0073] 式中，∆T为正常启动温度与初始电堆出口冷却液温度的差值。

[0074] 燃料电池发动机从冷启动模式切换至正常运行模式的判定条件，即燃料电池发动机可正常运行的判定条件必须同时满足以下要求：t＞(Q4+Q5+Q6)/(P1+P2+P3)，且T2>T2’。

[0075] 其中，t为从冷启动开始至燃料电池发动机可正常输出功率的时间；T2为电堆出口冷却液温度；T2’为预设的正常启动温度；Q4为电堆以及水循环加热回路中各部件升高至正常启动温度T2’所需的热量；Q5为电堆外表面对流散发的热量；Q6为电堆辐射散热的热量；P1为水循环加热回路对应的加热功率；P2为电堆阴极流道加热回路对应的加热功率；P3为电堆封装箱体加热回路对应的加热功率。

[0076] 步骤S310，当电堆封装箱体的入口温度未达到预设第二阈值时，增大空压机转速，以增加产热功率，直至电堆封装箱体的入口温度达到预设第二阈值。

[0077] 实时监测第二温度传感器204的温度值，当该温度值为达到需求的温度值时，可以增大空压机转速，以增加产热功率，进而提升电堆封装箱体的入口温度。

[0078] 为进一步理解上述实施例，下面提供如图4所示的另一种燃料电池发动机冷启动方法的流程图，首先获得电堆出口冷却液温度以及当前环境温度，判断是否当前环境温度≤0℃，且电堆出口冷却液温度202低于冷启动设定阈值，如果是，启动低温冷启动运行程序，判断是否系统及部件开机自检正常，如果是，根据不同温度工况下所需加热功率数据库中的信息，计算当前温度下加热至系统正常运行温度点所需的功率，启动水泵，以设定转速运转，开启旁通阀10至全开，根据不同工况下空压机MAP数据，选取最大热效率点，启动空压机，以设定低转速运转，即根据该最大热效率点对应的转速运转，检测第二温度传感器204采集的温度是否大于设定温度，如果否，增大空压机转速，增加产热功率，如果是，开启节气门9以及背压阀11，关闭旁通阀10，将空压机全部产热功率用于加热阴极流道和冷却液流道，检测电堆出口温度202是否高于启动成功值，如果是，确定冷启动成功，如果否，继续对阴极流道和冷却液流道进行加热，直至电堆出口温度202高于启动成功值。

[0079] 需要说明的是，水泵的启动时机也可以在开启节气门9以及背压阀11时再开启，具体可以根据实际需求设置。

[0080] 上述S407 S410的设定，保障了进入电堆的空气温度以及预热中冷器的温度达到~了设定温度，此设定温度可设置为50℃。此措施可达到以下作用：

[0081] 1. 对电堆外围双极板及其它辅件进行预热；

[0082] 2. 保障进入电堆阴极流道的空气流体可以迅速的将阴极流道腔体加热以及存在的小冰晶融化，保障电堆内质子交换膜及GDL（系指燃料电池之关键组件‑气体扩散层‑其所用之材料‑碳纸/碳布）的安全。

[0083] 3. 此设定温度的选取，可以迅速的将中冷器内冷却液流道的热功率P1， 升高至所需的温度值，实现冷却液流道的快速升温。

[0084] 本方案通过控制空压机出口的高温干空气，以不少于三种加热形式的方式对燃料电池电堆同时进行加热，具体表现为冷却液加热、阴极腔体加热、电堆壳内部加热，实现了燃料电池的快速启动，此加三种加热方式实现了对燃料电池电堆及内部冷却液的全方位加热。此外，可通过监测电堆阴极温度传感器、水出口温度传感器、电堆壳温度传感器，对三种加热方式进行自适应控制，进行空压机出口加热气体的分配，实现三种加热方式的最优解。

[0085] 本方案未采用堆输出特性自升温法等对电堆的寿命和耐久性会产生不良的影响的操作，保障了系统的安全稳定运行，且增加了系统寿命。并且，无需安装外部PTC加热器及其它辅助升温，使用系统自带空压机、中冷器及阀门等部件，降低了系统成本以及复杂程度，提高了系统集成度，减少了系统的电气故障发生及电磁干扰问题。

[0086] 同时，本方案可以根据冷启动所处环境温度以及低温启动时间要求控制空压机8的转速和节气门9的开度，实现加热功率的可控性使空压机8出口的空气热容量最大，缩短低温冷启动的时间，增强用户体验感。由于低温环境下，电堆内质子交换膜和气体扩散层含有一定的固态冰，本方案采用高温空气流体对阴极流道快速加热，实现了阴阳极气腔、质子交换膜以及气体扩散层的快速升温，加速的固态冰的溶解，保障了阴阳极气腔、质子交换膜以及气体扩散层的安全与正常启动效率。

[0087] 另外，在实际实现时，还可以根据实际需求，将空压机水冷热量引入系统，对电堆、系统管路及部件进行加热；将空压机风冷热量引入系统，对电堆、系统管路及部件进行加热。

[0088] 此外，系统运行过程中，要严格监测电堆进出口温度传感器、压力传感器以及其它位置传感器，确保电堆及系统其它部件处于正常工作范围之内。

[0089] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。