CN112349932A - 质子交换膜燃料电池快速启动的控制方法、装置及*** - Google Patents

质子交换膜燃料电池快速启动的控制方法、装置及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体公开了一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其中，包括：获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；判断电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件；若满足，则对电堆的阴极反应物进行饥饿控制；判断电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件；若满足，则停止对电堆的阴极反应物进行饥饿控制；重复上述两个判断过程直到电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池。本发明还公开了一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置及***。本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法无需引入其他设备以及无需额外能量即可实现电池低温快速启动。

Description

质子交换膜燃料电池快速启动的控制方法、装置及***
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法、一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置及质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***。
背景技术
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效率的装置，它不受内燃机卡诺循环的限制，直接将燃料氢气（纯氢气或重整气）和氧化剂（纯氧或者空气）中的化学能转化为电能，且它的产物仅有水，对环境十分友好，故质子交换膜燃料电池技术被认为是可替代未来交通技术中最具潜力的技术之一。它有助于我国实现节能减排、低碳环保的目标。质子交换膜燃料电池是极其复杂的***，它在汽车领域的推广应用，面临快速冷启动的挑战，由于燃料电池升温速率远远低于传统的内燃机***，这种挑战在零下环境的快速启动变得更加严峻。美国能源部在2010年针对燃料电池零下启动过程提出了具体的技术指标：在-20℃的条件下，燃料电池在启动30秒内达到额定功率的90%。
PEMFC的单电池结构一般包括阳极流场板（AFP）、阳极气体扩算层（AGDL）、阳极催化层（ACL）、质子交换膜（PEM）、阴极催化层（CCL）、阴极气体扩散层（CGDL）和阴极流场板（CFP），为了满足大功率的使用需求，将单电池串联堆叠组成电堆。其中，ACL和CCL均含有加速电极电化学反应的催化剂颗粒，催化剂颗粒通常是纳米尺寸的铂颗粒或者是铂合金颗粒，所述催化剂颗粒通常支撑在碳颗粒上，且与离子聚合物混合；CCL既是电池电化学反应的场所，亦是电化学反应生成物水产生场所。当质子交换膜燃料电池处于零下的环境中启动时，生成的水会在阴极催化层内结冰，且由于过冷水（-5℃，甚至-10℃水以液体形式存在）的流动，在GDL甚至流场中亦会有冰的产生，冰的生成会对电池内部结构造成损伤，具体可能造成的损害有：1）堵塞流道阻止反应气体传输，覆盖活性表面, 减弱或阻止反应气到达反应界面，导致无法启动电池；2) 损伤聚合物膜结构, 导致膜鼓胀、破裂、穿孔；3) 结冰后体积膨胀, 对电池内部施加有害压力, 有可能损伤电池组的内部结构——诸如膜 / 电催化剂界面、流道、管道与密封结构以及多孔电极基体材料，导致催化剂层起层开裂，扩散层力学剪伤等一系列负面后果；4)电化学反应速率显著降低，可能因为电化学反应产生的热量不足以使所形成的产物水维持液态而部分凝固，使燃料电池启动条件出现恶性循环，进而导致电池彻底无法启动，从而导致电池性能下降及寿命降低。
CN 101170187A采用将直流电源与燃料电池串联，利用氢泵作用加热电池，实现低温启动；US 006727013B2采用风扇向质子交换膜吹热风，以此来提高燃料电池的整体温度，达到启动的效果；德国西门子公司的专利DE 102008025966 A1中提出，通过在燃料电池***中设置一个集成热敏元件作为加热元件，为每一块单池进行预热，防止电池***的温度降至0℃之下。虽然上述方法均能使PEMFC在零度以下启动成功，但是都存在增加电池***体积和质量的问题，使燃料电池***结构复杂化，造价提高。CN 101170194A介绍了一种催化剂冷启动的方法，无需对电池结构作任何更改，也无需消耗其他能量，仅将氢氧混合气通入燃料电池阴极或者阳极，利用混合气在催化层上氧化放热提高电池温度达到冷启动的目的，解决了上述电池***结构复杂和造价高的问题，但是由于混合气并不能完全反应，仅能够在一定低温范围实现PEMFC电池的启动，对更低温度的环境适应性差，且氢氧混合具有***的潜在危险。
发明内容
本发明提供了一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法、一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置及质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***，解决相关技术中存在的无法实现低温快速启动的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其中，包括：
获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；
判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件；
若满足，则对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件；
若满足，则停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池。
进一步地，所述判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件，包括：
判断所述电堆的实时温度是否低于0℃，且电堆内的每节电压值均高于0V。
进一步地，所述判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件，包括：
判断所述电堆的实时温度是否低于0℃，且电堆内的每节电压值低于0V。
进一步地，所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过关闭氧化剂供给阀以及同时关闭氧化剂出口控制阀，以实现停止向所述电堆的阴极供给氧化剂；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制打开氧化剂供给阀，同时控制打开氧化剂出口控制阀。
进一步地，所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过关闭氧化剂供给阀，同时开启不含氧化剂的流体供给阀，以实现停止向所述电堆的阴极提供氧化剂；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制打开氧化剂供给阀，同时控制关闭不含氧化剂的流体供给阀。
进一步地，所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过开启氧化剂供给阀，同时加载电子负载，以使所述电堆的阴极氧化剂不足，实现所述电堆的阴极反应物饥饿；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制关闭氧化剂供给阀，同时断开电子负载。
进一步地，所述重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池，包括：
当所述电堆的实时温度大于0℃时，停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，且控制启动电池。
作为本发明的另一个方面，提供一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置，其中，包括：
获取模块，用于获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；
第一判断模块，用于判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件；
饥饿控制模块，用于若满足，则对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
第二判断模块，用于判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件；
停止饥饿控制模块，用于若满足，则停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
启动模块，用于重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池。
作为本发明的另一个方面，提供一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***，其中，包括：温度传感器、电压巡检装置、反应物压缩机、电堆和前文所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置，所述温度传感器和电压巡检装置均与所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置通信连接，所述反应物压缩机与所述电堆的阴极连接，所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置通过驱动器连接所述电堆；
所述温度传感器用于实时检测所述电堆的实时温度；
所述电压巡检装置用于检测电堆内的每节电压值；
所述反应物压缩机用于在所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置的控制下向所述电堆的阴极进行氧化剂供应。
进一步地，所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置包括单片机。
本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，无需引入其他设备和使用额外能量，不会增加质子交换膜燃料电池***的复杂性和增加额外的费用，仅通过阴极反应物饥饿，在阴极产生较大的过电势，使发电效率降低，从而产生较多的废热，使电池低温快速启动成功。另外，本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，仅通过阴极反应物周期性饥饿，实现质子交换膜燃料电池低温快速启动成功，即可防止低温结冰对燃料电池内部结构的不可逆永久性损伤，以至降低质子交换膜燃料电池的性能和使用寿命。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为传统PEMFC电堆解剖示意图。
图2为本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法的流程图。
图3为本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***的第一种实施方式结构示意图。
图4为本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***的第二种实施方式结构示意图。
图5为本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***的第三种实施方式结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，为传统的PEMFC电堆解剖图。在解剖图中，PEMFC电堆10，包含一副端板15，通过螺杆45和螺母50对电堆10进行紧固，保持其结构的稳定性；包含一副取电板18，将电堆10发出的电通过外电路取出来，供给外部用电器；包含若干节单体电池40，其中每节单体电池40主要包括阳极流场板（AFP）20、膜电极组件（MEA）25和阴极流场板（CFP）30。MEA一般包含多孔状的阳极气体扩散层（AGDL）、阳极催化层（ACL）、质子交换膜（PEM）、阴极催化剂层（CCL）和阴极气体扩散层（CGDL），上述结构图1中未显示出来，流场板（FP）中带有供反应物传输的流场，帮助反应物气体通过多孔状的气体扩散层（GDL）到达三相反应界面催化层（CL）发生电化学催化反应，产生电能。例如，阳极反应物通过进口（位于左端板15上，图中未显示）进入阳极流场板（AFP）20，经阳极流场35传输，经多孔状的阳极气体扩散层（AGDL）到达三相反应界面阳极催化层（ACL）发生电化学催化反应，产生质子和电子，质子通过质子交换膜传至阴极催化层，阳极反应废气物经电堆出口（位于右端板15，未显示）排出。另一方面，阴极反应物通过进口（位于左端板15上，图中未显示）进入阴极流场板（CFP）30，经阴极流场（图中未显示）传输，经多孔状的阴极气体扩散层（CGDL）到达三相反应界面阴极催化层（CCL），与电子和质子反生电化学反应，产生水，未参加反应的阴极反应物与生成的水经电堆出口（位于右端板15，未显示）排出。
在本实施例中提供了一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，图2是根据本发明实施例提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法的流程图，如图2所示，包括：
S110、获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；
S120、判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件；
S130、若满足，则对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
S140、判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件；
S150、若满足，则停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
S160、重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池。
本发明实施例提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，无需引入其他设备和使用额外能量，不会增加质子交换膜燃料电池***的复杂性和增加额外的费用，仅通过阴极反应物饥饿，在阴极产生较大的过电势，使发电效率降低，从而产生较多的废热，使电池低温快速启动成功。另外，本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，仅通过阴极反应物周期性饥饿，实现质子交换膜燃料电池低温快速启动成功，即可防止低温结冰对燃料电池内部结构的不可逆永久性损伤，以至降低质子交换膜燃料电池的性能和使用寿命。
具体地，所述判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件，包括：
判断所述电堆的实时温度是否低于0℃，且电堆内的每节电压值均高于0V。
具体地， 所述判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件，包括：
判断所述电堆的实时温度是否低于0℃，且电堆内的每节电压值低于0V。
具体地，在本实施例中，周期性中断PEMFC阴极氧化剂的供应，使PEMFC阴极中至少有一部分处于氧化剂饥饿状态。可以通过以下方式实现：1）调节PEMFC阴极供气前端控制阀；2）停止阴极氧化剂供给压缩机；3）通过旁通阀移除PEMFC阴极氧化剂。
作为一种具体地实施方式，所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过关闭氧化剂供给阀以及同时关闭氧化剂出口控制阀，以实现停止向所述电堆的阴极供给氧化剂；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制打开氧化剂供给阀，同时控制打开氧化剂出口控制阀。
具体地， 如图3所示，PEMFC装置主要包含一套氧化剂供应***，主要包括反应物压缩机110，例如反应物若是空气，则110是空压机；包含一个PEMFC电堆100；包含一个控制器，控制器控制氧化剂供给阀120和氧化剂出口控制阀125的通断；包含一个驱动器，与控制器相关联，控制阴极氧化剂中断的间隔和持续时间。氧化剂供给中断的间隔和持续时间基于某些参数，例如电池电压，避免电池出现长时间反极，重复间歇性中断氧化剂的供给，直至电池温度到达0℃以上或电池能够正常启动的温度，然后停止阴极反应物饥饿，按一定的控制策略正常启动电池。电堆100还应包含温度传感器、流量传感器、压力传感器和电压巡检等（图中未显示），这些参数直接反馈至控制器200，由控制器向驱动器下达命令，控制阴极氧化剂中断的间隔和持续时间。图中130、140为电堆100的端板，支撑电堆100结构；氧化剂经电堆100进口150至阴极流场板各歧管160，经阴极流场170输送至三相反应界面场所阴极催化层，发生电化学反应，未参加反应的氧化剂经歧管180输送至电堆100出口190排出。图中未显示阳极反应物的传质路径。
该装置具体工作原理如下：1）温度传感器和电压巡检将电堆100的实际温度和每节电压反馈给控制器，控制器判断是否需要进行阴极反应物饥饿，若温度低于0℃且电堆100单节电压高于0V，则施行；2）控制器200下达命令给与之相连的驱动器（图中未显示），关闭氧化剂供给阀120关闭，为了防止氧化剂的突然中断引起PEM两侧的气压差骤增对PEM造成损害，降低电池活性和使用寿命，同时关闭氧化剂出口控制阀125；3）当电堆100单节电压稍低于0V（研究发现短时间低程度反极对电池性能无影响），巡检将单电池电压反馈至控制器200，并命令驱动器，打开氧化剂供给阀120，同时打开氧化剂出口控制阀125。重复上述三个步骤至电池温度到达0℃以上或电池能够正常启动的温度，然后停止阴极反应物饥饿，按一定的控制策略正常启动电池。
作为另一种具体地实施方式，所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过关闭氧化剂供给阀，同时开启不含氧化剂的流体供给阀，以实现停止向所述电堆的阴极提供氧化剂；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制打开氧化剂供给阀，同时控制关闭不含氧化剂的流体供给阀。
具体地， 如图4所示，图中所示PEMFC装置主要包含一套氧化剂供应***，主要包括反应物压缩机110，例如反应物若是空气，则110是空压机；包含一套不含氧化剂的流体供应***，主要包含不含氧化剂的流体储存器215，例如若该不含氧化剂的流体为惰性气体氮气，则该不含氧化剂的流体储存器215可以是氮气罐；包含一个PEMFC电堆100；包含一个控制器，控制器控制氧化剂供给阀120和不含氧化剂流体供给阀的通断；包含一个驱动器，与控制器相关联，控制阴极氧化剂饥饿的间隔和持续时间。氧化剂饥饿的间隔和持续时间基于某些参数，例如电池电压，避免电池出现长时间反极，重复间歇性氧化剂饥饿，直至电池温度到达0℃以上或电池能够正常启动的温度，然后停止阴极反应物饥饿，按一定的控制策略正常启动电池。电堆100还应包含温度传感器、流量传感器、压力传感器和电压巡检等（图中未显示），这些参数直接反馈至控制器200，由控制器向驱动器下达命令，控制阴极反应物中断的间隔和持续时间。图中130、140为电堆100的端板，支撑电堆100结构；氧化剂和不含氧化剂的流体经电堆100进口150至阴极流场板各歧管160，经阴极流场170输送至三相反应界面场所阴极催化层，发生电化学反应，未参加反应的氧化剂和不含氧化剂的流体经歧管180输送至电堆100出口190排出。图中未显示阳极反应物的传质路径。
该装置具体工作原理如下：1）温度传感器和电压巡检将电堆100的实际温度和每节电压反馈给控制器，控制器判断是否需要进行阴极反应物饥饿，若温度低于0℃且电堆100单节电压高于0V，则施行；2）控制器200下达命令给与之相连的驱动器（图中未显示），关闭氧化剂供给阀120关闭，为了防止氧化剂的突然中断引起PEM两侧的气压差骤增对PEM造成损害，降低电池活性和使用寿命，同时开启不含氧化剂的流体供给阀210；或者控制器200下达命令给与之相连的驱动器（图中未显示），开启不含氧化剂的流体供给阀210；3）当电堆100单节电压稍低于0V（研究发现短时间低程度反极对电池性能无影响），巡检将单电池电压反馈至控制器200，并命令驱动器，打开氧化剂供给阀120，同时关闭不含氧化剂的流体供给阀210；或者当电堆100单节电压稍低于0V（研究发现短时间低程度反极对电池性能无影响），巡检将单电池电压反馈至控制器200，并命令驱动器，关闭不含氧化剂的流体供给阀210。重复上述三个步骤至电池温度到达0℃以上或电池能够正常启动的温度，然后停止阴极反应物饥饿，按一定的控制策略正常启动电池。
作为另一种具体地实施方式，所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过开启氧化剂供给阀，同时加载电子负载，以使所述电堆的阴极氧化剂不足，实现所述电堆的阴极反应物饥饿；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制关闭氧化剂供给阀，同时断开电子负载。
具体地，如图5所示，图中所示PEMFC装置主要包含一套氧化剂供应***，主要包括反应物压缩机110，例如反应物若是空气，则110是空压机；包含一个PEMFC电堆100；包含一个控制器，控制器控制氧化剂供给阀120的通断和电子负载220的瞬时加断载；包含一个驱动器，与控制器相关联，控制阴极氧化剂饥饿的间隔和持续时间。氧化剂饥饿的间隔和持续时间基于某些参数，例如电池电压，避免电池出现长时间反极，重复间歇性中断氧化剂的供给，直至电池温度到达0℃以上或电池能够正常启动的温度，然后停止阴极反应物饥饿，按一定的控制策略正常启动电池。电堆100还应包含温度传感器、流量传感器、压力传感器和电压巡检等（图中未显示），这些参数直接反馈至控制器200，由控制器向驱动器下达命令，控制阴极氧化剂饥饿的间隔和持续时间。图中130、140为电堆100的端板，支撑电堆100结构；氧化剂经电堆100进口150至阴极流场板各歧管160，经阴极流场170输送至三相反应界面场所阴极催化层，发生电化学反应，未参加反应的氧化剂经歧管180输送至电堆100出口190排出。图中未显示阳极反应物的传质路径。
该装置具体工作原理如下：1）温度传感器和电压巡检将电堆100的实际温度和每节电压反馈给控制器，控制器判断是否需要进行阴极反应物饥饿，若温度低于0℃且电堆100单节电压高于0V，则施行；2）控制器200下达命令给与之相连的驱动器（图中未显示），开启氧化剂供给阀120，同时瞬时加载电子负载220；3）当电堆100单节电压稍低于0V（研究发现短时间低程度反极对电池性能无影响），巡检将单电池电压反馈至控制器200，并命令驱动器，断开电子负载，同时关闭氧化剂供给阀120。重复上述三个步骤至电池温度到达0℃以上或电池能够正常启动的温度，然后停止阴极反应物饥饿，按一定的控制策略正常启动电池。
具体地，所述重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池，包括：
当所述电堆的实时温度大于0℃时，停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，且控制启动电池。
应当理解的是， PEMFC电堆快速升温至0℃以上或者电堆正常启动温度，减少因低温冷启动失败导致电堆内部结构的损害，从而降低电堆活性和使用寿命。
需要说明的是，本发明所述实施方式只是实现PEMFC阴极氧化剂反应物饥饿的例子，便于理解，并不限制专利保护的范围，任何通过引起阴极反应物饥饿来加速电堆升温，达到快速冷启动的方法均属于该专利的保护范围，比如说通过调节氧化剂供应的化学计量比来实现阴极反应物饥饿。
综上，本发明实施例提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法具有以下优势：
（1）无需引入其他设备和使用额外能量，不会增加质子交换膜燃料电池***的复杂性和增加额外的费用，仅通过阴极反应物饥饿，在阴极产生较大的过电势，使发电效率降低，从而产生较多的废热，使电池低温快速启动成功，温度达到0℃以上；
（2）通过阴极反应物饥饿，在阴极产生较大的过电位，有助于阴极催化层可能存在的物理吸附或化学吸附的有毒物物质的清除，防止电催化剂中毒，从而提高PEMFC的性能及延长其使用寿命；
（3）通过阴极反应物饥饿，在阴极产生较大的过电势，使发电效率降低，减少低温下水的生成，易于水管理，减少冰的生成，降低低温启动成功的时间；
（4）该方法中不存在反应物混合的可能性，十分安全；
（5）简单易操作。
作为本发明的另一实施例，提供一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置，其中，包括：
获取模块，用于获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；
第一判断模块，用于判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件；
饥饿控制模块，用于若满足，则对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
第二判断模块，用于判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件；
停止饥饿控制模块，用于若满足，则停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
启动模块，用于重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池。
本发明实施例提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置，无需引入其他设备和使用额外能量，不会增加质子交换膜燃料电池***的复杂性和增加额外的费用，仅通过阴极反应物饥饿，在阴极产生较大的过电势，使发电效率降低，从而产生较多的废热，使电池低温快速启动成功。另外，本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置，仅通过阴极反应物周期性饥饿，实现质子交换膜燃料电池低温快速启动成功，即可防止低温结冰对燃料电池内部结构的不可逆永久性损伤，以至降低质子交换膜燃料电池的性能和使用寿命。
作为本发明的另一实施例，提供一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***，其中，包括：温度传感器、电压巡检装置、反应物压缩机、电堆和前文所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置，所述温度传感器和电压巡检装置均与所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置通信连接，所述反应物压缩机与所述电堆的阴极连接，所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置通过驱动器连接所述电堆；
所述温度传感器用于实时检测所述电堆的实时温度；
所述电压巡检装置用于检测电堆内的每节电压值；
所述反应物压缩机用于在所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置的控制下向所述电堆的阴极进行氧化剂供应。
本发明实施例提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***，无需引入其他设备和使用额外能量，不会增加质子交换膜燃料电池***的复杂性和增加额外的费用，仅通过阴极反应物饥饿，在阴极产生较大的过电势，使发电效率降低，从而产生较多的废热，使电池低温快速启动成功。另外，本发明提供的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***，仅通过阴极反应物周期性饥饿，实现质子交换膜燃料电池低温快速启动成功，即可防止低温结冰对燃料电池内部结构的不可逆永久性损伤，以至降低质子交换膜燃料电池的性能和使用寿命。
需要说明的是，所述电压巡检装置可以采用市面上销售的专业设备，例如具有巡检模块以及相关软件的，可以采集每一节电池电压与温度并传输至上位机的即可。
还需要说明的是，所述驱动器可以理解为执行器，如控制阀的开启或关闭的执行器。在一些实施方式中，所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置包括单片机。
需要说明的是，所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置具体可以理解为FCU，即燃料电池控制器，可以接收燃料电池的各种参数，如表面温度、每一节电池电压、压力、湿度等，并对接收到的数据进行分析
应当理解的是，本发明实施例所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置即为前文所述控制器。
关于本发明的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***的具体工作过程可以参照前文的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法的描述，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其特征在于，包括：
获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；
判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件；
若满足，则对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件；
若满足，则停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其特征在于，所述判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件，包括：
判断所述电堆的实时温度是否低于0℃，且电堆内的每节电压值均高于0V。
3.根据权利要求2所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其特征在于，所述判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件，包括：
判断所述电堆的实时温度是否低于0℃，且电堆内的每节电压值低于0V。
4.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其特征在于，
所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过关闭氧化剂供给阀以及同时关闭氧化剂出口控制阀，以实现停止向所述电堆的阴极供给氧化剂；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制打开氧化剂供给阀，同时控制打开氧化剂出口控制阀。
5.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其特征在于，
所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过关闭氧化剂供给阀，同时开启不含氧化剂的流体供给阀，以实现停止向所述电堆的阴极提供氧化剂；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制打开氧化剂供给阀，同时控制关闭不含氧化剂的流体供给阀。
6.根据权利要求3所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其特征在于，
所述对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
通过开启氧化剂供给阀，同时加载电子负载，以使所述电堆的阴极氧化剂不足，实现所述电堆的阴极反应物饥饿；
所述停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，包括：
控制关闭氧化剂供给阀，同时断开电子负载。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制方法，其特征在于，所述重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池，包括：
当所述电堆的实时温度大于0℃时，停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制，且控制启动电池。
8.一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取电堆的实时温度和电堆内的每节电压值；
第一判断模块，用于判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第一控制条件；
饥饿控制模块，用于若满足，则对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
第二判断模块，用于判断所述电堆的实时温度和电堆内的每节电压值是否满足第二控制条件；
停止饥饿控制模块，用于若满足，则停止对所述电堆的阴极反应物进行饥饿控制；
启动模块，用于重复上述两个判断过程直到所述电堆的实时温度满足启动条件，则控制启动电池。
9.一种质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***，其特征在于，包括：温度传感器、电压巡检装置、反应物压缩机、电堆和权利要求8所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置，所述温度传感器和电压巡检装置均与所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置通信连接，所述反应物压缩机与所述电堆的阴极连接，所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置通过驱动器连接所述电堆；
所述温度传感器用于实时检测所述电堆的实时温度；
所述电压巡检装置用于检测电堆内的每节电压值；
所述反应物压缩机用于在所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置的控制下向所述电堆的阴极进行氧化剂供应。
10.根据权利要求9所述的质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制***，其特征在于，所述质子交换膜燃料电池低温快速启动的控制装置包括单片机。
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