燃料电池“冷启动”技能现状与解决方案

因为燃料电池在零下环境中，其反响生成物水会因低温而冻住，形成燃料电池功能下降，无法发动。冷发动(燃料电池从低于0°C以下成功发动并运转至正常温度(70~80℃)称为冷发动)是燃料电池轿车在冬天运转(特别是北方冬天)的最大应战。

衡量冷发动才能的目标有发动最低温度、发动进程耗能和发动时刻等。现在丰田在低温发动目标方面排名靠前，2014年已完结燃料电池堆-30℃环境中发动时，35s内达60%额定功率，70s达100%额定功率。

高工氢电了解到，国内公司现阶段大多选用“停机吹扫+发动升温”，即在停机吹扫的基础上，电池发动时使电堆升温融冰的速度快于电堆结冰的速度，来完结冷发动。

从实践运转状况来看，现在国内在低温发动方面的技能称不上很好，只能说牵强“够用”，比方一家燃料电池体系企业配套的公交车在北方运转，冷发动方面问题不大，冬天车辆停机吹扫大致需求几分钟，发动时加热需求10~15分钟的加热时刻。当然也有技能才能不错的企业表明可以在8分钟左右完结加热。

“北方冬天车辆前风挡玻璃上常常有很多结冰结霜，低温区域车辆发动原本就需求热机的进程。所以关于燃料电池升温等候时刻较长可以承受。”一名业内人士称。

但也有业内人士以为，真实意义上的冷发动，国内要向丰田、现代看齐，开机就跑，不需求加热等候。现在国内冷发动技能落后丰田太多，要追逐世界先进水平，从膜电极到电堆再到体系企业都要参加进去，提高资料功能，使一切环节都能在低温状况下到达自适应。

谈及冷发动技能改善方向，技能人士提出，冷发动应该是“自启+外部加热”一同作用，左右开弓更可以快速助力冷发动。但也有人指出，未来在车用燃料电池体系应该以自启为主，要渐渐筛选外部升温办法，因为这种办法顺便的辅佐体系质量体积较大，会占用额定空间、分量、耗费很多能量，加剧体系担负，添加制形本钱。

值得注意的是，国内几家干流燃料电池企业高层对高工氢电泄漏，现在在燃料电池冷发动方面所采纳的技能是比较保存的，因为比起发动速度，客户更垂青的是电堆、体系在低温环境下的使用寿命，当时他们首要关注点仍是在提高燃料电池耐久性。

其实下流使用企业的心境可以了解，在燃料电池使用寿命及运转稳定性与否还没有完全处理好之前，冷发动问题只能暂时往后再放一放，现在差不多够用就行，但毕竟这是个必定要处理的问题，特别关于北方使用的燃料电池车辆而言。

下文从技能视点浅谈冷发动的处理方案，以及列出国内现在在冷发动方面做的比较好的产品事例，以供读者参阅。

停机吹扫

燃料电池体系冷发动前的停机吹扫是为了防止停机后质子交流膜剩余水分冻住而导致电堆功能下降或损坏。依据常用介质形式的不同，可分为三种：鼓风吹扫、干气体吹扫、失压吹扫。

鼓风吹扫是现在使用较广的吹扫办法，其原理是停机后经过空气及氢气供应体系，对电堆进行吹扫带出剩余水分。但其不足之处在于，因为膜电极和流场之间的水浓度差异较小，且膜电极组件的分散层为多孔毛细结构，鼓风吹扫难以在短时刻内从流场流道中带走膜电极中的水。

干气体吹扫原理是关机前向电堆冲入干气体介质(一般为惰性气体：氦气或氮气)来排出流场中的水。该办法耗费额定的能量，下降整车的燃油经济性，且时刻过长，使膜电极脱水，形成功能损害，并不合适车载燃料电池体系使用，多用于台架实验，

失压吹扫原理是忽然下降空气进气压力，以铲除电堆内部的水。学者指出，该办法比干气体吹扫具有更佳的吹扫作用，可以在短时刻内更完全的除掉电堆内的剩余水分。但并不适用于具有毛细排水板的电堆，且对电堆膜电极的机械强度有较高要求。

发动升温

据了解，电堆冷发动的升温办法首要可划分为两大类，即外部加热升温办法和内部升温办法。

外部升温办法首要有：电加热器加热、电堆逆向加热、催化焚烧加热。

电加热器加热是现在比较常用的一种办法，经过电加热器加热冷却液，加热的冷却液流入电堆的冷却液散暖流道，对电堆进行加热。电堆逆向加热即向电堆添加反向电压，使电堆进入电解水或接近电解水反响的状况，此状况下整个电堆为电加热器，敏捷升温。催化焚烧加热是使氢气与氧气在催化焚烧器中燃料发热，使用焚烧后的高热气体加热电堆组件。

内部升温办法首要有：操控电堆输出特质自升温、经过反响物饥饿自升温、经过向电堆内通入反响气体混合物自升温。

经过操控电堆输出特质，完结自升温的办法可分为恒电流法和恒电压法，该类办法具有更佳的节能作用，被丰田的Mirai所选用。但有业内人士指出，该办法的坏处在于，一旦氢气的供应量计算失误，将会导致电堆焚毁，或愈加严峻的事端。

经过反响物饥饿自升温的原理是，反响物饥饿时，电极大将发生很高的过电位，导致内阻引起的内部发热添加。

经过向电堆内通入反响气体混合物自升温是将少数燃料气体混入阴极供气端一同供入电堆内部，送入阴极的混合气体经催化层催化反响后的能量悉数转化为热量，使电堆敏捷升温。据悉，该办法会导致空气中的氮气及其他物资在阳极堆积，不适用于以空气为首要反响物的车载燃料电池体系。

冷发动优异产品事例

近年来，国内以亿华通、新源动力、氢璞创能、捷氢科技、浙江氢途、雄韬氢雄为代表的电堆、燃料电池体系制作企业在冷发动范畴投入研制并获得必定效果，尽力追逐世界先进水平。

亿华通研制的YHTG60SS燃料电池体系选用石墨双极板，体系额定功率为60kW，功率密度打破500W/kg。这款产品将精准的关机吹扫操控技能与快速冷发动技能相结合，有利于快速升温文有用排水，完结石墨双极板燃料电池发动机-30℃低温发动、-40℃低温存储。

新源动力研制的第二代车用质子交流膜燃料电池电堆模块HYMOD®-36成功使用上汽荣威750、上汽大通FCV80，成为我国首例自主研制、耐久性打破5000小时，可完结-10℃低温发动、-40℃贮存。

氢璞创能电堆支撑-30℃冷发动以满意北方区域运转需求;低压降流场规划以满意不同的集成需求;最高运转温度到85℃以下降对冷却的需求。电堆答应工作压力高达150kPaG,其间阳极工作压力规模15-130kPaG,阴极工作压力规模0-100kPaG。在1.3A/c㎡(F系列)的电流密度下，单片电压到达0.65V以上。

捷氢科技自主研制的燃料电池体系PROMEP390电堆功率为115kW，体积功率密度为3.1kW/L，可完结-30℃低温冷发动(无需外加热源)，已完结与世界先进燃料电池车企的技能对标。

浙江氢途打造的第二代燃料电池发动机产品已完结-30℃低温发动，本年3月，产品配套的公交车在湖北武汉、山西大同正式商业化运转。

雄韬氢雄VISH-60A燃料电池发动机体系功能查验契合GB/T24554-2009《燃料电池发动机功能实验办法》中的规则且契合《动力电池、燃料相关技能目标测验办法》并已经过多项功能实验验证，契合车载条件下的抗震强度，在-30℃的低温环境下可以正常发动运转。