具体实施方式

以下将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案做进一步描述，本发明不仅限于以下具体实施方式。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组合。

如图1所示，一种燃料电池电堆1在低温条件下储存及快速启动的方法，包括以下具体步骤：

S1. 在电堆的封装外壳中添加相变材料，并将带有所述封装外壳的所述电堆设置于车上；

也就是说，通过在封装外壳内添加与膨胀石墨结合的有机相变材料，使得相变材料被很好地包裹在膨胀石墨中，在热处理过程不会发生泄漏现象，吸附效果良好，在相变前后均能保持稳定的固态形状，不具有流动性。当电堆1正常工作时，相变材料吸收热量，发生相变。

S2. 在车上装载一个惰性气体瓶4，当所述电堆1从工作状态转换成停机状态后，通过所述惰性气体瓶4提供惰性气体对所述电堆1进行吹扫，吹扫完毕后，所述惰性气体停留在所述电堆1中。

也就是说，当电堆1停机后，不经冷却，马上对电堆1进行吹扫，借助电堆1余热，在短时间内完成清除大部分电堆1内残余水分的工作。另外，停止吹扫后，使得低压惰性气体长时间停留在电堆1内，也避免了开机后需要进行二次吹扫。

S3. 当环境温度较低时，随着停机过程电堆周围温度的降低，所述相变材料发生相变，释放出潜热给所述电堆保温，当需要在低温条件下启动所述电堆1时，通过触发所述相变材料发生相变，来直接加热所述电堆1，使所述电堆1能够在低温条件下快速启动进入正常工作状态，所述低温条件为-30℃~0℃。

也就是说，当环境温度较低时，随着停机过程电堆1周围温度的逐渐降低，相变材料发生逆向相变，释放热量给所述电堆加热保温，使所述电堆能够长时间在低温条件下存储而不发生结冰。低温启动时，通过电堆1的封装外壳中所添加的第二相变材料，发生相变释放热量，来直接加热电堆1，提高热量的效率及利用率，减少额外热量的消耗，降低低温启动时间。

因此，使用此方法能够使电堆1内部长时间不结冰，延长膜电极的使用寿命；同时，缩短低温启动时间，减少能量消耗，从而提高燃料电池的电堆1在低温条件下的适应性。

实施例1

如图3所示，一种燃料电池电堆1在低温条件下储存及快速启动的方法，包括以下具体步骤：

S1. 在电堆的封装外壳中添加相变材料，并将带有所述封装外壳的所述电堆设置于车上；

也就是说，通过在封装外壳内添加与膨胀石墨结合的有机相变材料，使得相变材料被很好地包裹在膨胀石墨中，在热处理过程不会发生泄漏现象，吸附效果良好，在相变前后均能保持稳定的固态形状，不具有流动性。具体地，所述封装外壳包括上层板12、下层板11、左密封板13和右密封板14，所述电堆1的两端均设置有一端板，所述上层板12的一侧通过所述左密封板13与所述下层板11的一侧连接，所述上层板12的另一侧通过所述右密封板14与所述下层板11的另一侧连接，所述上层板12、所述下层板11、所述左密封板13、所述右密封板14和两个所述端板形成一密闭空间，所述电堆1位于所述密闭空间内，所述上层板12和所述下层板11均为双层板，所述相变材料包括第一相变材料和第二相变材料，所述第一相变材料设置于所述下层板11内，所述第二相变材料设置于所述上层板12内。进一步地，所述上层板12的内层和所述下层板11的内层均为保温层。所述第一相变材料为癸醇-棕榈酸/膨胀石墨三元复合有机相变材料。其相变温度为2.7℃，相变潜热为193.9J/g，热导率为1.416W•(m•K)^-1。所述第二相变材料为棕榈酸/膨胀石墨复合有机相变储能材料。其相变温度为60.8℃，相变潜热为148J/g，热导率为0.6W·(m·K)^-1。当环境温度在零度以下，电堆1冷却到60℃以下时，第二相变材料便从液相转变为固相放出热量；当电堆冷却到2℃以下时，第一相变材料便从液相转变为固相放出热量。由于复合相变材料的导热系数较大，所以放热速率较快。而绝热保温材料的导热系数又较低，热量便会缓慢传递给电堆1，使得电堆1温度会上升，但上升温度不会较高，使得电堆1内部长期保存在零度以上而无结冰现象，起到保温效果。

也就是说，通过上层板12和下层板11，能很好地实现防尘、绝缘、隔热、减震、安全防泄漏等效果，进一步地，由于上层板12和下层板11均为双层板，且所述上层板12的内层和所述下层板11的内层均为保温层，因此能很好地对电堆1进行保温。

S2. 在车上装载一个惰性气体瓶4，当所述电堆1从工作状态转换成停机状态后，通过所述惰性气体瓶4提供惰性气体对所述电堆1进行吹扫，吹扫完毕后，所述惰性气体停留在所述电堆1中。

也就是说，当电堆1停机后，不经冷却，马上对电堆1进行吹扫，借助电堆1余热，在短时间内完成清除大部分电堆1内残余水分的工作。另外，停止吹扫后，使得低压惰性气体长时间停留在电堆1内，也避免了开机后需要进行二次吹扫。

S3. 当环境温度较低时，随着停机过程电堆周围温度的降低，所述相变材料发生相变，释放出潜热给所述电堆保温，当需要在低温条件下启动所述电堆1时，通过触发所述相变材料发生相变，来直接加热所述电堆1，使所述电堆1能够在低温条件下快速启动进入正常工作状态，所述低温条件为-30℃~0℃。

也就是说，当电堆1正常工作时，相变材料吸收热量，发生相变；在停机过程，环境温度在0℃以下，当电堆1周围温度降低至60℃，所述相变材料发生逆向相变，释放热量；当电堆1周围温度降低至2℃，所述相变材料发生逆向相变，释放热量，来加热电堆，使所述电堆1能够长时间在低温条件下储存而不发生结冰，从而起到保温作用。低温启动时，通过电堆1的封装外壳中所添加的第二相变材料，发生相变释放热量，来直接加热电堆1，提高热量的效率及利用率，减少额外热量的消耗，降低低温启动时间。

因此，使用此方法能够使电堆1内部长时间不结冰，延长膜电极的使用寿命；同时，缩短低温启动时间，减少能量消耗，从而提高燃料电池的电堆1在低温条件下的适应性。

实施例2

如图2所示，一种燃料电池电堆1在低温条件下储存及快速启动的方法，包括以下具体步骤：

S1. 在电堆的封装外壳中添加相变材料，并将带有所述封装外壳的所述电堆设置于车上；

也就是说，通过在封装外壳内添加与膨胀石墨结合的有机相变材料，使得相变材料被很好地包裹在膨胀石墨中，在热处理过程不会发生泄漏现象，吸附效果良好，在相变前后均能保持稳定的固态形状，不具有流动性。

具体地，封装外壳的下层板11内装有第一相变材料，该第一相变材料为癸醇-棕榈酸/膨胀石墨的三元复合有机相变材料。制备过程大致如下：首先将癸醇和棕榈酸按质量占比为97.8：2.2进行混合，形成二元低共溶混合物，然后以15：1吸附于膨胀石墨上，便可制得；上层板12装有第二相变材料，该相变材料为棕榈酸/膨胀石墨复合相变储能材料，是以棕榈酸为基体，以膨胀石墨为强化传热材料，通过将熔融的液态棕榈酸吸附在膨胀石墨的微孔结构内制备而成。棕榈酸占比为80wt%、膨胀石墨占比为20wt%，该复合相变材料可进行熔化/冻结热循环3000次以上。

S2. 在车上装载一个惰性气体瓶4，当所述电堆1从工作状态转换成停机状态后，通过所述惰性气体瓶4提供惰性气体对所述电堆1进行吹扫，吹扫完毕后，所述惰性气体停留在所述电堆1中。

也就是说，当电堆1停机后，不经冷却，马上对电堆1进行吹扫，借助电堆1余热，在短时间内完成清除大部分电堆1内残余水分的工作。另外，停止吹扫后，使得低压惰性气体长时间停留在电堆1内，也避免了开机后需要进行二次吹扫。

具体地，在车上装载一个惰性气体瓶4，在车上安装有吹扫系统，所述吹扫系统用于控制所述惰性气体瓶4对所述电堆1进行吹扫。当停机后，将燃料供应管路及空气供应管路切换为惰性气体，利用减压后的惰性气体对电堆1进行吹扫，减少膜电极内水分，并且将惰性气体充满电堆1的氢气腔和空气腔，吹扫结束后，使惰性气体长时间停留于电堆1内。

其中，所述惰性气体为氮气，车载氮气瓶采用1L 15MPa规格。进一步地，所述吹扫系统包括减压阀42、第一电磁阀41、第二电磁阀26、第一控制阀45、第二控制阀44、第一三通阀43、第二三通阀31、第三三通阀21、背压阀37、第一流量传感器32、第二流量传感器22、第一压力传感器33、第二压力传感器23、第一湿度传感器36、第二湿度传感器25、第一温度传感器34、第二温度传感器35和第三温度传感器24，所述惰性气体瓶4、所述第一电磁阀41、所述减压阀42和所述第一三通阀43依次连接，所述第一三通阀43连接所述第一控制阀45和所述第二控制阀44，所述第一控制阀45连接所述第二三通阀31，所述第二三通阀31与外部的空气入口管路3连接，且所述第二三通阀31连接所述第一流量传感器32，所述第一流量传感器32连接所述第一压力传感器33，所述第一压力传感器33连接所述第一温度传感器34，所述第一温度传感器34与所述电堆1连接，所述第二控制阀44连接所述第三三通阀21，所述第三三通阀21与外部的氢气入口管路2连接，且所述第三三通阀21连接所述第二流量传感器22，所述第二流量传感器22连接所述第二压力传感器23，所述第二压力传感器23与所述电堆1连接，所述第二温度传感器35与所述电堆1连接，且所述第二温度传感器35与所述第一湿度传感器36连接，所述第一湿度传感器36与所述背压阀37连接，所述第三温度传感器24与所述电堆1连接，且所述第三温度传感器24与所述第二湿度传感器25连接，所述第二湿度传感器25与所述第二电磁阀26连接。

具体操作如下：点击驾驶舱的停机按钮后，打开氮气吹扫系统开关，电磁阀41开始工作，通过减压阀42将压力控制在10-50kPa之间，氮气吹扫流量：空气路吹扫流量调节为9L/min，氢气路吹扫流量调节为3L/min，对电堆1的阴阳极小室进行吹扫。出口温度和湿度传感器实时监测出口气体的温度、湿度，当出口惰性气体温度低于40℃，且相对湿度低于20%，关闭吹扫系统电磁阀41，同时关闭空气路出口处的背压阀37和氢气路出口处的电磁阀26，使氮气长期停留在电堆1中。

也就是说，按照惰性气体瓶4、第一电磁阀41、减压阀42、第一三通阀43的顺序依次进行连接，然后分为两路：一路与第一控制阀45、第二三通阀31、第一流量传感器32、第一压力传感器33、第一温度传感器34依次进行连接，从电堆1的端板进入电堆1，然后对其阴极小室进行吹扫；另一路与第二控制阀44、第三三通阀21、第二流量传感器22、第二压力传感器23依次进行连接，从电堆1的端板进入电堆1，然后对其阳极小室进行吹扫。吹扫气体从电堆1阴极小室出来后依次经过第二温度传感器35、第一湿度传感器36、背压阀37排出，从电堆1阳极小室出来后依次经过第三温度传感器24、第二湿度传感器25、第二电磁阀26排出，通过监测空气出口和氢气出口的气体温度和湿度来间接判断电堆1内的含水量。

当所述第二温度传感器35和所述第三温度传感器24所测的温度低于40℃，且当所述第一湿度传感器36和所述第二湿度传感器25所测的湿度低于20%时，关闭所述第一电磁阀41、所述第二电磁阀26和所述背压阀37，使氮气长期停留在电堆1中。

S3. 当环境温度较低时，随着停机过程电堆周围温度的降低，所述相变材料发生相变，释放出潜热给所述电堆保温，当需要在低温条件下启动所述电堆1时，通过触发所述相变材料发生相变，来直接加热所述电堆1，使所述电堆1能够在低温条件下快速启动进入正常工作状态，所述低温条件为-30℃~0℃。

也就是说，当电堆1正常工作时，相变材料吸收热量，发生相变；当环境温度较低时，随着停机过程电堆1周围温度的逐渐降低，相变材料发生逆向相变，释放热量给所述电堆加热保温，使所述电堆能够长时间在低温条件下存储而不发生结冰。低温启动时，通过电堆1的封装外壳中所添加的相变材料2，发生相变释放热量，来直接加热电堆1，提高热量的效率及利用率，减少额外热量的消耗，降低低温启动时间。通过开启相变触发器，通过温度补偿使所述相变材料升温至相变温度，从而为所述电堆1加热。所述相变触发器为热敏电阻。也就是说，用于加热的相变材料需要使用相变触发器进行触发，而用于保温的相变材料则不需要。在低温启动时，首先开启热敏电阻，通过温度补偿使相变材料升温至相变温度，棕榈酸由固相变为液相后停止加热，然后由于外界的低温环境很快使得棕榈酸由液相再次变为固相，释放大量的热，从而为电堆1加热；待电堆1正常工作后，棕榈酸将长时间保持液相，停机后电堆1温度降至60℃以下时，棕榈酸将由液相再次变为固相，这样便使得相变过程可控。

因此，使用此方法能够使电堆1内部长时间不结冰，延长膜电极的使用寿命；同时，缩短低温启动时间，减少能量消耗，从而提高燃料电池的电堆1在低温条件下的适应性。

在一个实施例中，选择一台输出功率为25kW的燃料电池电堆1，封装尺寸为247*420*104，重量为14kg，采用石墨双极板，电堆1节数为90，石墨双极板的比热容为710J/(kg•K)，膜电极的比热容为为864J/(kg•K)，集流板的比热容为为390J/(kg•K)，端板的比热容为480J/(kg•K)。

（1）当低温环境温度为-10℃，电堆1温度需要保持在0℃，所需热量Q为：

癸醇-棕榈酸/膨胀石墨相变潜热为193.9J/g，则需要相变材料的质量M为：

（2）当低温启动时，电堆1温度需要从0℃升高至20℃（常温），所需热量Q为：

而加热用棕榈酸/膨胀石墨的相变潜热为148J/g，则需要相变材料的质量M为：

因此，使用相变材料直接对电堆1进行加热，与传统的相变材料相比，释放相同热量时，所需要的相变材料量更少，由于相变材料设置于封装外壳内，因此能使得整体的燃料电池的体积更小。

在一个实施例中，选择一台输出功率为25kW的燃料电池电堆1，

（1）当低温环境温度为-30℃，电堆1温度需要保持在0℃，所需热量Q为：

而保温用癸醇-棕榈酸/膨胀石墨相变潜热为193.9J/g，则需要相变材料的质量M为：

（2）当低温启动时，电堆1温度需要从0℃升高至20℃（常温），所需相变材料量仍为1.40kg。

具体地，C为电堆比热容，m为电堆质量，Δt为温差，即电堆内部温度减去环境温度，为相变材料的相变潜热。

通过对比可以看出，随着车辆日常工况环境温度的降低，只需要增加相变材料在电堆封装外壳的装填量，在保证成本增加小，体积变化不明显的基础上，便可实现燃料电池电堆在低温条件下长时间储存不结冰以及快速启动的效果。

综上所述，上述实施方式并非是本发明的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本发明的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均在本发明的技术范畴。