本发明涉及燃料电池,特别涉及一种燃料电池快速启动和温度调控方法。本发明同时还涉及一种燃料电池快速启动和温度调控装置。
背景技术:
1、燃料电池作为一种新型的发电装置,具有能量转换效率高、绿色清洁、占地面积小、运行稳定等优点。作为一种将燃料化学能转换为电能的装置,燃料电池需要维持其内部的湿润环境,以保证质子传导能力,但在低温下燃料电池内部可能发生结冰现象,降低质子传导能力的同时,还降低了催化剂的活性,影响燃料电池在低温下的启动能力,严重时直接导致燃料电池启动失败,对燃料电池性能和寿命造成严重影响。因此,提升燃料电池的启动速度及成功率,对燃料电池的寿命保证及商业化推广,具有重要意义。
2、现有技术大多采用外部加热的方式,在启动过程中对燃料电池进行加热,常使用为ptc加热,需要额外供能,因此能耗较为严重。申请号为cn202110404524.7虽设置集水箱,但需要加热装置对水箱内冷却液进行保温,增加了待机过程中的能耗,且不能辅助后续正常运行过程中温度调控,限制了使用范围。
技术实现思路
1、本发明提供一种燃料电池快速启动和温度调控方法及装置,可以避免增加了待机过程中的能耗,且不能辅助后续正常运行过程中温度调控的问题。
2、为了达到上述目的,本发明一方面提供了一种燃料电池快速启动和温度调控方法,方法应用于包含多个保温液体装置的燃料电池系统中,包括:
3、当接收到启动指令且冷却循环管路的温度值小于各保温液体装置的温度值时,则通过各保温液体装置调节冷却循环管路的温度值,直至冷却循环管路的温度值达到燃料电池的启动温度;
4、持续监测各保温液体装置的温度值,选取温度值最低的保温液体装置,通过温度低的保温液体装置调节冷却循环管路的温度值。
5、优选的,通过各保温液体装置调节冷却循环管路的温度值,直至冷却循环管路的温度值达到燃料电池的启动温度,具体为:
6、比较各保温液体装置的温度值;
7、将温度最高的保温液体装置中的冷却液输送到冷却循环管路;
8、将流入到冷却循环管路的冷却液,回收至其他保温液体装置中;
9、直至温度最高的保温液体装置的液位低于最低液位或者其他保温液体装置的液位高于最高液位;
10、当冷却循环管路的温度值小于温度最高的保温液体装置的温度值时,将温度最高的保温液体装置中的冷却液输送到冷却循环管路;
11、将流入到冷却循环管路的冷却液,回收至其他保温液体装置中;
12、直至冷却循环管路的温度值等于温度最高的保温液体装置的温度值。
13、优选的,在直至冷却循环管路的温度值等于温度最高的保温液体装置的温度值之后,还包括:
14、测量冷却循环管路的温度值是否达到第一阈值;
15、若冷却循环管路的温度值达到第一阈值,燃料电池启动;
16、若冷却循环管路的温度值未达到第一阈值,则利用ptc加热冷却循环管路直至冷却循环管路达到第一阈值,燃料电池启动。
17、优选的,还包括:
18、测量冷却循环管路的温度值是否达到第一阈值;
19、若冷却循环管路的温度值达到第一阈值,则燃料电池启动;
20、若冷却循环管路的温度值未达到第一阈值,则利用ptc加热冷却循环管路直至冷却循环管路达到第一阈值,燃料电池启动。
21、优选的,持续监测各保温液体装置的温度值,选取温度值最低的保温液体装置,利用温度低的保温液体装置调节冷却循环管路的温度值,具体为:
22、在燃料电池运行时,持续监测各保温液体装置的温度值;
23、当冷却循环管路的温度值大于各保温液体装置时,选取温度值最低的保温液体装置;
24、将温度值最低的保温液体装置与冷却循环管路连通;
25、通过温度值最低的保温液体装置向冷却循环管路输送低温冷却液;
26、将低温冷却液回收到其他保温液体装置;
27、直至温度值最低的保温液体装置的液位低于最低液位或者其他保温液体装置的液位高于最高液位;
28、比较各保温液体装置的温度值与冷却循环管路的温度值;
29、若任一各保温液体装置的温度值小于冷却循环管路的温度值,则将温度值最低的保温液体装置与冷却循环管路连通;温度值最低的保温液体装置向冷却循环管路输送低温冷却液;低温冷却液回收到其他保温液体装置;直至各保温液体装置的温度值等于冷却循环管路的温度值。
30、优选的,在直至各保温液体装置的温度值等于冷却循环管路的温度值之后,还包括:开启循环冷却管路上的散热风扇,以使散热风扇对述燃料电池进行降温散热。
31、另一方面,本发明还提出了一种燃料电池快速启动和温度调控装置,包括:温度传感器、电磁阀、水泵、保温液体装置和冷却循环管路;保温液体装置与冷却循环管路连接,电磁阀和水泵设置在保温液体装置与冷却循环管路之间,冷却循环管路与燃料电池的进口和出口连接,温度传感器设置在保温液体装置出口处以及燃料电池进口和出口;
32、温度传感器用于在启动和运行阶段持续测量保温液体装置的温度值冷却循环管路的温度值;
33、电磁阀用于在启动阶段加热或者运行阶段散热时开启保温液体装置与冷却循环管路的通路;
34、水泵用于在启动阶段加热或者运行阶段散热时将保温液体装置内的冷却液泵入到冷却循环管路,以使冷却液在冷却循环管路中循环,并且使冷却液回收到其他保温液体装置中;
35、冷却循环管路用于在启动阶段加热或者运行阶段散热时调节燃料电池的温度;
36、保温液体装置用于在启动阶段加热或者运行阶段散热时调节冷却循环管路的温度。
37、优选的,冷却循环管路包括:冷却主管路、冷却小循环管路和冷却大循环管路;冷却主管路通过三通阀与冷却小循环管路和冷却大循环管路连接;冷却大循环管路上设置有散热风扇,冷却小循环管路上设置有ptc加热器;
38、三通阀用于在启动阶段加热或者运行阶段散热时执行切换管路的操作;
39、散热风扇用于在运行阶段散热时对冷却循环管路进行散热;
40、ptc加热器用于在启动阶段加热时对冷却循环管路进行加热;
41、冷却小循环管路用于在启动阶段加热时循环高温冷却液;
42、冷却大循环管路用于在运行阶段散热时循环低温冷却液。
43、优选的,冷却主管路进口与燃料电池的进口连接,冷却主管路出口与燃料电池的出口连接,冷却主管路还与保温液体装置进口和出口连接,保温液体装置进口通过三通阀与冷却主管路连接,保温液体装置的出口通过电磁阀与冷却主管路连接;
44、冷却主管路用于连接保温液体装置、燃料电池、冷却小循环管路和冷却大循环管路。
45、优选的,冷却主管路还用于在启动阶段加热或者运行阶段散热时循环冷却液。
46、本技术实施例公开了一种燃料电池快速启动和温度调控方法及装置。该方法通过预先加热保温液体装置,当接收到启动指令时,能迅速将冷却循环管路的温度提升至启动所需温度,从而极大地缩短了启动时间。这不仅提高了燃料电池系统的响应速度,也增强了其在各种环境条件下的适用性。在燃料电池运行过程中,保持内部温度的均匀分布对提高能源转换效率至关重要。本方法通过持续监测并利用温度最低的保温液体装置来调节冷却循环管路的温度,可以有效避免局部过热现象,确保整个燃料电池系统维持在一个理想的热平衡状态。这有助于延长设备寿命,减少维护成本,并且优化了能量输出的稳定性。通过精准控制冷却循环管路的温度,本方法避免了传统启动过程中的能源浪费。由于不需要额外的加热源或长时间的预热周期,这种方法显著降低了启动阶段的能量消耗,提高了整个系统的能源利用效率。此外,保温液体装置的存在还能在一定程度上起到储能作用,有助于平滑能量供应,减少对外部能源的依赖。该方法通过动态调整保温液体装置的参与程度,使得燃料电池系统能够更加灵活地应对不同工况和外部环境变化。即使在极端天气条件下,系统也能快速适应并稳定运行,提高了整体的可靠性和安全性。同时,这种方法还为后续的技术升级和系统扩展提供了良好的基础,有利于构建更加智能、高效的能源解决方案。
1.一种燃料电池快速启动和温度调控方法,其特征在于,方法应用于包含多个保温液体装置的燃料电池系统中,包括:
2.如权利要求1的方法,其特征在于,通过各保温液体装置调节冷却循环管路的温度值,直至冷却循环管路的温度值达到燃料电池的启动温度,具体为:
3.如权利要求2的方法,其特征在于,在直至冷却循环管路的温度值等于温度最高的保温液体装置的温度值之后,还包括:
4.如权利要求1的方法,其特征在于,还包括:
5.如权利要求1的方法,其特征在于,持续监测各保温液体装置的温度值,选取温度值最低的保温液体装置,利用温度低的保温液体装置调节冷却循环管路的温度值,具体为:
6.如权利要求5的方法,其特征在于,在直至各保温液体装置的温度值等于冷却循环管路的温度值之后,还包括:开启循环冷却管路上的散热风扇,以使散热风扇对述燃料电池进行降温散热。
7.一种燃料电池快速启动和温度调控装置,利用如权利要求1-6任一项的一种燃料电池快速启动和温度调控方法实现,其特征在于,包括:温度传感器、电磁阀、水泵、保温液体装置和冷却循环管路;保温液体装置与冷却循环管路连接,电磁阀和水泵设置在保温液体装置与冷却循环管路之间,冷却循环管路与燃料电池的进口和出口连接,温度传感器设置在保温液体装置出口处以及燃料电池进口和出口;
8.如权利要求7的装置,其特征在于,冷却循环管路包括:冷却主管路、冷却小循环管路和冷却大循环管路;冷却主管路通过三通阀与冷却小循环管路和冷却大循环管路连接;冷却大循环管路上设置有散热风扇,冷却小循环管路上设置有ptc加热器;
9.如权利要求8的装置,其特征在于,冷却主管路进口与燃料电池的进口连接,冷却主管路出口与燃料电池的出口连接,冷却主管路还与保温液体装置进口和出口连接,保温液体装置进口通过三通阀与冷却主管路连接,保温液体装置的出口通过电磁阀与冷却主管路连接;
10.如权利要求9的装置,其特征在于,冷却主管路还用于在启动阶段加热或者运行阶段散热时循环冷却液。