深入探索重塑能源的知識產(chǎn)權庫，不斷發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新與提升帶來的價值。本期專利解讀，重塑能源將聚焦一項實現(xiàn)燃料電池低溫無損冷啟動的發(fā)明專利：

本發(fā)明提供的燃料電池低溫無輔熱冷啟動方法，通過欠氣和非欠氣的循環(huán)啟動方式，在加熱燃料電池的同時，使得燃料電池內(nèi)部產(chǎn)生的水，在尚未結(jié)晶或聚集之前被排出燃料電池，進而避免燃料電池內(nèi)部聚集大量水導致的水淹現(xiàn)象，同時利用間歇式欠氣方式啟動燃料電池，相對于輔熱啟動方式，節(jié)省能源和成本。

對話本專利的主要發(fā)明人，帶大家深入淺出地了解這一專利：

Q1

首先，能否簡單介紹一下做燃料電池低溫冷啟動發(fā)明研究背后的技術因素？

A1

燃料電池運行過程中，內(nèi)部會不斷產(chǎn)生水分，當系統(tǒng)停止運行時，會有部分水分附著在膜電極和氫氣循環(huán)泵內(nèi)，當外界溫度低于水的結(jié)冰點時，膜電極和氫氣循環(huán)泵轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象，再次啟動燃料電池系統(tǒng)時，膜電極中由于存在結(jié)冰水會影響氫離子的流動，進而導致膜電極反應緩慢，同時還可能由于氫氣循環(huán)泵轉(zhuǎn)子卡死導致系統(tǒng)無法啟動。因此，一方面低溫啟動不當可能會對整個燃料電池系統(tǒng)造成不可逆的損傷；另一方面，在實際應用中，燃料電池汽車快速啟動的需求，與燃料電池在低溫情況下啟動緩慢的現(xiàn)象產(chǎn)生了矛盾。

Q2

行業(yè)目前主要有哪些應對低溫冷啟動的方法？解決這一問題的價值有多大？

A2

目前行業(yè)里較為普遍采用的是輔助加熱方式實現(xiàn)低溫啟動的方法，即通過外部加熱器先對電堆及管路零部件進行加熱，等水溫上升后再啟動燃料電池系統(tǒng)。這種方法，一方面需要增加額外加熱裝置，另一方面需要增加能量輸入，會導致成本增加。

另一種業(yè)內(nèi)使用的方法是被稱為“陰極欠氣拉載方法”，即減少陰極通入的空氣流量，進而增加燃料電池內(nèi)部的熱能，實現(xiàn)加熱以及低溫啟動的目的。該方法使用時，雖然產(chǎn)熱速率足以超過水結(jié)冰的速率，不會造成冰堵，但是由于陰極流量過少，不足以將反應產(chǎn)生的水帶出電堆，當燃料電池系統(tǒng)進入正常運行初期，會由于陰極水淹現(xiàn)象造成電堆整體性能較差。并且拉載時若空氣過量系數(shù)控制不當，易造成局部熱點，從而導致不可逆衰減的發(fā)生。因此，實際產(chǎn)品應用時，業(yè)內(nèi)對欠氣拉載的方法使用都比較謹慎。

如何縮短冷啟動時間和保障冷啟動后的產(chǎn)品性能及長期耐久性，一直以來都是燃料電池開發(fā)工程領域需要不斷探索和平衡的關鍵技術點。最佳的方案，是能實現(xiàn)燃料電池低溫無損冷啟動，從而提升產(chǎn)品環(huán)境適應性、可靠性和耐久性。

Q3

基于這項發(fā)明專利，重塑能源是如何實現(xiàn)低溫無損冷啟動的？

A3

為了解決現(xiàn)有技術中燃料電池低溫啟動時存在內(nèi)部水分無法及時排出的技術難題，本發(fā)明通過欠氣和非欠氣的循環(huán)啟動方式，在加熱燃料電池的同時，使得燃料電池內(nèi)部產(chǎn)生的水，在尚未結(jié)晶或聚集之前被排出燃料電池，進而避免燃料電池內(nèi)部聚集大量水導致的水淹現(xiàn)象。通過在空氣子系統(tǒng)中設置旁通管路，用于快速精確調(diào)節(jié)陰極空氣流量，進而達到欠氣過程可控，采用間歇式欠氣閉環(huán)控制的方式啟動燃料電池，從而較好地控制了整個冷啟動過程中的電堆及單池濃差極化區(qū)間。同時，利用在冷卻系統(tǒng)的冷卻液排出管路上設置溫度傳感器，等同測量燃料電池內(nèi)部的溫度，利于設備的安裝和調(diào)節(jié)。該方法相對于輔熱啟動方式，節(jié)省了能源和成本，并簡化了系統(tǒng)結(jié)構，提升低溫冷啟動效率的同時，能有效避免陰極水淹現(xiàn)象產(chǎn)生帶來的燃料電池性能、耐久損傷。

Q4

這一專利技術在重塑能源的產(chǎn)品及服務中應用情況和反饋如何？

A4

重塑能源應用于商用車的氫燃料電池系統(tǒng)技術，經(jīng)中國汽車工程學會和上海市交通工程學會鑒定，已達到國際先進水平，并在系統(tǒng)控制、低溫無損冷啟動和耐久性方面表現(xiàn)出色。

該專利技術目前已普遍應用于重塑能源自主研發(fā)的大功率燃料電池系統(tǒng)的冷啟動策略中，通過去年冬季百臺以上車輛實車測試數(shù)據(jù)顯示，可幫助提升冷啟動時間35%以上，同時降低冷啟動過程電功耗85%以上，并且系統(tǒng)實車性能在冬季運行過程中無明顯衰減。