在啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)時(shí)，若檢測(cè)到燃料電池堆的溫度在零度以下，需要檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)中是否存在凍結(jié)部分，同時(shí)控制裝置改變啟動(dòng)策略，將正常啟動(dòng)切換為低溫啟動(dòng)，并通過快速預(yù)熱操作（低效率發(fā)電），使電堆溫度上升至零度以上。

在進(jìn)行凍結(jié)部分檢測(cè)時(shí)，尤其是針對(duì)陽(yáng)極循環(huán)流路的壓力傳感器凍結(jié)檢測(cè)時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)采取將氫循環(huán)泵打開，使其旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓力波動(dòng)，讓凍結(jié)檢測(cè)更加準(zhǔn)確。但是此種方式未對(duì)陽(yáng)極流路中是否存在其他凍結(jié)部分進(jìn)行檢測(cè)，且當(dāng)氫循環(huán)泵凍結(jié)時(shí)，此種方法難以奏效。

另外，在氫循環(huán)泵打開的情況下進(jìn)行快速預(yù)熱操作，若陽(yáng)極流路存在凍結(jié)，隨著氧化氣體的供應(yīng)，電堆內(nèi)的氫氣被逐漸消耗、氮?dú)夥e累變多，可能出現(xiàn)由于氫氣不足導(dǎo)致負(fù)電壓產(chǎn)生、電堆無法啟動(dòng)的現(xiàn)象。為避免上述情況的發(fā)生，現(xiàn)有技術(shù)在快速預(yù)熱操作中采取關(guān)閉陽(yáng)極氫循環(huán)閥以提高燃料電池可啟動(dòng)性，但是此種方式?jīng)]解決因氫氣缺乏導(dǎo)致負(fù)電壓產(chǎn)生而引起的MEA劣化、電堆性能下降的問題。

CN102804469B－燃料電池系統(tǒng)圖

基于此，CN102804469B提出了一種燃料電池系統(tǒng)及該燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)正時(shí)控制方法，可判定陽(yáng)極氣體流路中是否存在因水凍結(jié)而堵塞的情況，若存在堵塞，在快速預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)中使氫循環(huán)泵停止，并根據(jù)堵塞情況來改變快速預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)束條件，從而有效兼顧防止電堆耐久性的下降。

CN102804469B－低溫啟動(dòng)控制邏輯圖

在用戶啟動(dòng)燃料電池車輛時(shí)，控制裝置7判斷燃料電池系統(tǒng)是否存在結(jié)冰可能性：當(dāng)燃料電池系統(tǒng)各部溫度小于閾值溫度T1時(shí)或者測(cè)得外部大氣溫度小于閾值溫度T2時(shí)，則說明燃料電池系統(tǒng)存在結(jié)冰可能；反之，則說明燃料電池可常溫啟動(dòng)。

若控制裝置7檢測(cè)到存在結(jié)冰可能性時(shí)，進(jìn)一步判斷陽(yáng)極流路是否堵塞嚴(yán)重。控制裝置7控制氫循環(huán)泵24以預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然后檢測(cè)氫循環(huán)泵24的實(shí)際旋轉(zhuǎn)情況，若氫循環(huán)泵24不旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)偏差大或者旋轉(zhuǎn)功耗大，則可判定氫循環(huán)泵24未正常旋轉(zhuǎn)，從而得出陽(yáng)極流路堵塞嚴(yán)重。若氫循環(huán)泵24正常旋轉(zhuǎn)，則進(jìn)一步判斷電堆內(nèi)單電池中是否存在堵塞情況。

當(dāng)判斷陽(yáng)極流路堵塞嚴(yán)重時(shí)，開始進(jìn)行（冰點(diǎn)溫度下）陽(yáng)極無循環(huán)啟動(dòng)，此時(shí)將氫循環(huán)泵24設(shè)為停止?fàn)顟B(tài)，并在增加陽(yáng)極壓力的狀態(tài)下（增加吹掃頻率）進(jìn)行快速預(yù)熱操作，利用壓力和熱能消除因水結(jié)冰而引起的陽(yáng)極流路堵塞。本方案中，快速預(yù)熱操作為低效率發(fā)電，具體采用的是反應(yīng)氣體饑餓法升溫預(yù)熱，通過減小陰極氧化氣體的供應(yīng)（間歇進(jìn)行，將空氣化學(xué)計(jì)量比設(shè)置在1．0以下），使陰極形成短暫的饑餓狀態(tài)，以形成負(fù)電壓，使電堆在一定的負(fù)載下產(chǎn)熱，從而讓電堆的溫度升高，且不損傷MEA。當(dāng)電堆溫度上升至預(yù)設(shè)溫度T3或者氫循環(huán)泵24溫度上升至預(yù)設(shè)溫度T4時(shí)，可認(rèn)為陽(yáng)極流路的堵塞在一定程度上得到消除，此時(shí)可使氫循環(huán)泵24開始運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)燃料電池溫度繼續(xù)上升至預(yù)設(shè)溫度T5時(shí)，燃料電池可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)陽(yáng)極流路未發(fā)生嚴(yán)重堵塞時(shí)，需要進(jìn)一步判斷電堆內(nèi)單電池是否存在堵塞。

燃料電池進(jìn)行快速預(yù)熱操作，在預(yù)熱過程中，需要對(duì)電堆電壓進(jìn)行檢測(cè)，若在t1時(shí)間內(nèi)，電堆電壓減小到負(fù)電壓V1以下，則認(rèn)為燃料電池不能繼續(xù)啟動(dòng)并顯示警告。若在t2時(shí)間后（t2＞t1），監(jiān)測(cè)到的電堆電壓降低至負(fù)電壓V2以下，則可判定電堆內(nèi)部分單電池存在堵塞；反之，則說明電堆內(nèi)未發(fā)生堵塞，可繼續(xù)通常冰點(diǎn)以下啟動(dòng)，當(dāng)電堆溫度上升至預(yù)設(shè)溫度T9時(shí)，可燃料電池可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)判斷電堆內(nèi)部分單電池存在堵塞時(shí)，此時(shí)進(jìn)行（冰點(diǎn)溫度下）陽(yáng)極無循環(huán)啟動(dòng)，此時(shí)停止氫循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)，并隨著陽(yáng)極壓力的增加（吹掃頻率的增加）而進(jìn)行快速預(yù)熱操作，當(dāng)燃料電池電堆溫度上升至預(yù)設(shè)溫度T6或者氫循環(huán)泵24溫度上升至預(yù)設(shè)溫度T7時(shí)，重新使氫循環(huán)泵旋轉(zhuǎn)。當(dāng)燃料電池電堆溫度繼續(xù)上升至預(yù)設(shè)溫度T8時(shí)，此時(shí)燃料電池可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

另外，當(dāng)在冰點(diǎn)以下起動(dòng)時(shí)，陽(yáng)極流路發(fā)生堵塞通常是因?yàn)樵谏洗瓮�機(jī)時(shí)吹掃未充分進(jìn)行造成的。為了避免陽(yáng)極流路發(fā)生堵塞，需要采用更長(zhǎng)時(shí)間的吹掃運(yùn)轉(zhuǎn)或者根據(jù)阻抗測(cè)定殘余水量改變阻抗閾值等手段。

例如，當(dāng)控制裝置7接收到燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束指令時(shí)，診斷此時(shí)燃料電池的水分狀態(tài)。水分狀態(tài)診斷可通過測(cè)定燃料電池的阻抗來確定：控制裝置7以預(yù)定的采樣率對(duì)電壓傳感器72和電流傳感器73檢測(cè)到的FC電壓、電流進(jìn)行采樣，并在實(shí)施傅里葉變換處理后計(jì)算得出燃料電池2的阻抗；將計(jì)算所得阻抗和控制裝置預(yù)先存儲(chǔ)的與干燥狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的阻抗值進(jìn)行比較，以診斷燃料電池水分狀態(tài)。

若診斷出水分含量高，使用長(zhǎng)時(shí)間吹掃運(yùn)轉(zhuǎn)去除水分可能會(huì)面臨二次電池供能不足的情形。因此，可以通過提高燃料電池的阻抗值，使燃料電池產(chǎn)生更多的熱量以提高電堆溫度，從而減少燃料電池含水量，這樣即使吹掃供給電力較少時(shí)也能使干燥掃氣操作達(dá)到所需效果。