具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

图1是本发明一示例性实施例提供的一种燃料电池系统的结构示意图，参见图1，该燃料电池系统包括：电堆11、空气供应系统12、氢气供应系统13、热管理系统14、DC/DC转换器15、电堆巡检系统(图中未示出)以及控制器(图中未示出)。

电堆11内设有空气流道、氢气流道和水流流道。电堆通过化学反应发电，也即往氢气流道中通入氢气，往空气流道中通入空气，使得氢气和空气中的氧气在电堆中产生化学反应，实现发电。电堆11包含多节依次串联的单体电池，每节单体电池均包含空气流道、氢气流道和水流流道，且各节单体电池的空气流道、氢气流道和水流流道分别相互连通。电堆所发的电经过DC/DC转换器15、逆变器存储于蓄电池中或者提供给负载。

在一些场景中，例如车用系统应用场景中，要求燃料电池能够实现低温启动，例如需要满足-30℃环境下启动并运行。控制器通过协调控制空气供应系统12、氢气供应系统13、热管理系统14，实现燃料电池系统在低温环境下能够正常启动和运行。其中，控制器可以但不限于采用燃料电池专用控制器(FCU)实现相应的功能。

燃料电池系统的运行过程中，氢与氧的化学反应会产生水，在低温环境中，残留的水会在空气流道和/或氢气流道的局部区域结冰，而燃料电池系统运行过程中的自发热会促使局部冰融化造成流道(氢气流道和/或氧气流道)水淹，在DC/DC转换器的输出电流过大时，流道中的局部水淹现象不能及时排除，会使得各个单体电池中流道的气体分配不均匀，出现电堆局部反极，致使电堆中的部分单体电池的电压低于正常单体电池的电压，也即部分单体电池的电压单低，燃料电池无法正常启动；而在DC/DC转换器的输出电流过小时，燃料电池系统的低温启动所需时间就较长，不能实现快速启动，达不到车用要求。

其中，所谓局部反极也即局部区域正电子与负电子的流向与预期流向不一致。

基于上述情形，控制器响应于燃料电池的低温启动指令，会确定各个单体电池的电压，并根据各个单体电池的电压调节DC/DC转换器的输出电流，使得DC/DC转换器的输出电流与单体电池的电压呈正相关。由于电压为最小值的单体电池最能反映单体电池的电压单低问题，可以建立DC/DC转换器与电压为最小值的单体电池相关联，使得DC/DC转换器的输出电流与电压为最小值的单体电池的电压呈正相关。其中，低温启动指令可以是燃料电池系统根据接受到的外部开机命令而生成。

通过对DC/DC转换器的输出电流的调节，一方面减小因DC/DC转换器的输出电流过大，燃料电池系统的电堆出现局部反极风险的概率，另一方面缩短燃料电池系统的低温启动所需的时长，从而提高燃料电池系统的可靠性。

下面结合图1，对燃料电池系统的低温启动过程进行详细说明。

空气供应系统12用于为电堆提供空气。空气供应系统12包括空气管路121、空气过滤器122、三通阀123、空压机124和背压阀125。空气管路121与电堆11中的空气流道连通，并与空气流道形成用于流通空气的回路。空气过滤器122、三通阀123、空压机124和背压阀125均设于空气管路121上。

由于空气供应系统中的空压机124的启动比较慢，在燃料电池低温启动的过程中，控制器响应于燃料电池的低温启动指令，一般先启动空气供应系统12，等空压机124启动之后，控制器再启动氢气供应系统13，这样能够最优的节省氢气消耗；另外，如果先启动氢气供应系统13，也不利于氢气排放，因为没有空气的混合，氢气排放的浓度会超标。

燃料电池系统的运行过程中，氢与氧的化学反应会产生水，在低温环境中，燃料电池系统的停止运动后，电堆中残留的水会在空气流道的局部区域结冰。在一个实施例中，为了避免燃料电池系统上次运行所残留的水在局部区域结冰对燃料电池系统的本次低温启动造成影响，在正式通氢气和氧气之前，控制器控制空气供应系统12进行内循环。

在进行内循环时，控制器启动空压机124并控制三通阀123动作，空气由空压机124增压加温后，从空气流道的输入端进入电堆，空气经过空压机压缩后温度有所提高，温度提高后的空气流经电堆空气流道，给空气流道加热、吹扫，带走空气流道中的液化水分，空气流道的输出端输出的空气通过三通阀123循环进入空压机124，如此循环n次，以融化空气流道中的残留水结成的冰。

其中，n的次数可根据实际需求自行设置，可以是2次、3次或者更多。

在完成内循环后，空气供应系统12进入外循环，控制器开启空气背压阀125并将三通阀123打开到目标位置(例如中间位置)，经过空气过滤器122的外部空气由空压机增压加温后，从空气流道的输入端进入电堆，该空气一方面与氢气供应系统13提供的氢气进行化学反应实现发电，另一方面能够给空气流道加热。未参与化学反应的空气由空气流道的输出端输出，空气流道的输出端输出的空气一部分通过背压阀125排出空气管路121，一部分通过三通阀123循环输入空压机124。此时输入空压机124的空气一部分是经过空气过滤器122的新鲜空气，一部分是电堆输出的空气。

空气流道的输出端输出的空气通过背压阀125排出空气管路121的过程中，会将空气流道中冰融化的水以及化学反应产生的水带出电堆，以减小产生水淹风险。

输入电堆的氧气的供应量与电堆的输出电流相关。在一个实施例中，控制器会确定电堆的输出电流，电堆的输出电流由电堆巡检系统检测。控制器判断电堆的输出电流是否大于目标电流值，若判断结果为电堆的输出电流大于目标电流值，说明电堆中进行化学反应的氧气提供量少于需求量，应该增大氧气的提供量，则控制器控制三通阀123动作，以增大与空气过滤器122连接的端口的开度，使得输入空压机125的空气全部是经过空气过滤器122的新鲜空气，此时空气供应系统12进入完全外循环。

其中，目标电流值可根据实际需求自行设置，例如设置为0.3A/CM²。

氢气供应系统13用于为电堆提供氢气。氢气供应系统13包括氢气管路131、用于提供氢气的氢罐132、回流器133、蓄水器134、尾排阀135和比例阀136。氢气管路131与电堆11中的氢气流道连通，并与氢气流道形成用于流通氢气的回路。回流器133、蓄水器134、尾排阀135和比例阀136均设于氢气管路131上。

在空气供应系统12完成内循环后，控制器开启比例阀136并控制三通阀133动作，以将氢罐中的氢气从氢气流道的输入端输入电堆，与电堆中的氧气进行化学反应。输入电堆的氢气的供应量与电堆的输出电流相关，控制器通过控制比例阀136的开度实现对输入电堆的氢气的供应量的控制。

化学反应，电堆会自发热；为了实现燃料电池的快速自启动，热管理系统14会对电堆加热；上述情形均会融化氢气流道中残留水结成的冰，为了避免冰融化在氢气流道中发生水淹现象，控制器间歇打开尾排阀135，在尾排阀135开启期间，由电堆输出的氢气(未参与化学反应的氢气)将氢气流道中的积水通过蓄水器134、尾排阀135排出，同时可提高氢气过量系数；在尾排阀135关闭期间，由电堆输出的氢气由回流器133循环输入电堆，以提高氢气的利用率；尾排阀135关闭期间，氢气从氢气流道带出的积水蓄在蓄水器134中。

其中，尾排阀135开启、关闭的频率可根据实际需求自行设置。

热管理系统14用于给电堆加热。热管理系统14包括水流管路141、水泵142、三通阀143、散热器144、加热器145、水温传感器146。水流管路141与电堆11中的水流流道连通，并与水流流道形成用于流通冷却水的回路。水泵142、三通阀143、散热器144、加热器145、水温传感器146均设于水流管路141上。其中，加热器可以但不限于采用PTC热敏陶瓷电加热器。

在燃料电池的低温启动过程中，控制器可以依次启动空气供应系统12、热管理系统14；为了节省启动时间，控制器可以同时启动空气供应系统12和热管理系统14。

在低温启动过程中，为了快速加热电堆，控制器控制热管理系统14给电堆加热。控制器启动水泵142和加热器145并控制三通阀143动作，水流管路141中的冷却水经过加热器145加热后通过三通阀143和水泵142从水流流道的输入端进入电堆，经过加热的冷却水流经水流流道实现给电堆加热，由电堆输出的冷却水经加热器加热后循环进入电堆，如此循环能够快速加热电堆。

在一个实施例中，水温传感器146实时检测水流管路141中的水温，并将水温发送至控制器，以使控制器在水温达到温度阈值的情况下，控制加热器145停止给电堆加热，和/或控制散热器144对水流管路中的水进行降温，以使降温后的水流入水流流道，从而实现过温保护。

在燃料电池系统的低温启动过程中，DC/DC转换器15的输出电流决定了电堆的发电功率，DC/DC转换器15的输出电流与电堆的发电功率呈正相关，DC/DC转换器15的输出电流越大，电堆的发电功率越大，而电堆的发电功率越大，电堆的自发热越大，因此DC/DC转换器15的输出电流的突增，会导致电堆的自发热突增，进而使得流道中的局部积水不能及时排除，各个单体电池中流道的气体分配不均匀，出现大电流下的局部欠气，电堆局部反极，局部反极的单体电池的电压低于正常单体电池的电压，致使燃料电池无法正常启动。从而，在燃料电池系统的低温启动过程中，需要根据各个单体电池的电压对DC/DC转换器15的输出电流进行调节，具体的：

控制器通过电堆巡检系统监测各个单体电池的电压，控制器的判断单元根据各个单体电池的电压判断是否存在电堆局部反极风险。

在一个例子中，判断条件为各个单体电池中电压为最小值的单体电池的电压是否小于电压阈值，若判断结果为是，说明存在部分单体电池的电压单低问题，存在电堆局部反极风险，则控制器的调节单元减小DC/DC转换器的输出电流，以减小电堆的发电功率，使得电堆的温度慢慢提高，电堆中冰融化的水能顺利排出流道，避免出现电堆中局部积水。

当然，DC/DC转换器的输出电流过小，无法快速启动燃料电池。若上述判断结果为电压为最小值的单体电池的电压大于电压阈值，说明不存在部分单体电池的电压单低问题，不存在电堆局部反极风险，则控制器的调节单元增加DC/DC转换器的输出电流，以缩短燃料电池系统的启动时长，快速启动启动燃料电池系统，满足车用系统的快速启动要求。在控制DC/DC转换器的输出电流增大的过程中，可以控制DC/DC转换器的输出电流按一定斜率加大。

在一个例子中，判断条件为是否存在两个单体电池的电压的差值大于差值阈值，若判断结果为是，说明存在部分单体电池的电压单低问题，存在电堆局部反极风险，则控制器的调节单元减小DC/DC转换器的输出电流，以减小电堆的发电功率，使得电堆的温度慢慢提高，电堆中冰融化的水能顺利排出流道，避免出现电堆中局部积水。

当然，DC/DC转换器的输出电流过小，无法快速启动燃料电池。若上述判断结果为任意两个单体电池的电压的差值均小于差值阈值，说明不存在部分单体电池的电压单低问题，不存在电堆局部反极风险，则控制器的调节单元增加DC/DC转换器的输出电流，以缩短燃料电池系统的启动时长，快速启动启动燃料电池系统，满足车用系统的快速启动要求。在控制DC/DC转换器的输出电流增大的过程中，可以控制DC/DC转换器的输出电流按一定斜率加大。

在一个例子中，判断条件为各个单体电池中电压为最小值的单体电池的电压是否小于电压阈值，以及是否存在两个单体电池的电压的差值大于差值阈值，若两个判断条件的判断结果均为是，说明存在部分单体电池的电压单低问题，存在电堆局部反极风险，则控制器的调节单元减小DC/DC转换器的输出电流，以减小电堆的发电功率，使得电堆的温度慢慢提高，使得电堆中冰融化的水能顺利排出流道，避免出现电堆中局部积水。

当然，DC/DC转换器的输出电流过小，无法快速启动燃料电池。若上述判断结果为电压为最小值的单体电池的电压大于电压阈值，并且任意两个单体电池的电压的差值小于差值阈值，说明不存在部分单体电池的电压单低问题，不存在电堆局部反极风险，则控制器的调节单元增加DC/DC转换器的输出电流，以缩短燃料电池系统的启动时长，快速启动启动燃料电池系统，满足车用系统的快速启动要求。在控制DC/DC转换器的输出电流增大的过程中，可以控制DC/DC转换器的输出电流按一定斜率加大。

上述减小DC/DC转换器的输出电流，以及增大DC/DC转换器的输出电流增大可以但不限于通过PID等闭环控制算法实现。

其中，电压阈值、差值阈值可根据实际需求自行设置。

下面以将电压阈值作为判断是否存在电堆局部反极风险的条件，且电压阈值为0.5V为例，对DC/DC转换器的控制过程进行详细说明。

假设电堆包含5节单体电池，电堆巡检系统确定5节单体电池的电压分别为0.8V、0.8V、0.9V、0.85V、0.4V，5节单体电池中电压为最小值的单体电池的电压为0.4V，0.4V＜0.5V，确定存在部分单体电池的电压单低问题，存在电堆局部反极风险，控制器则快速减小DC/DC转换器的输出电流。

假设电堆包含5节单体电池，电堆巡检系统确定5节单体电池的电压分别为0.8V、0.8V、0.9V、0.85V、0.6V，5节单体电池中电压为最小值的单体电池的电压为0.6V，0.6V＞0.5V，确定不存在部分单体电池的电压单低问题，不存在电堆局部反极风险，控制器则增大DC/DC转换器的输出电流，以减小燃料电池系统的启动时长，快速启动启动燃料电池系统。

假设电堆包含5节单体电池，电堆巡检系统确定5节单体电池的电压分别为0.8V、0.8V、0.9V、0.85V、0.5V，5节单体电池中电压为最小值的单体电池的电压为0.5V，0.5V＝0.5V，确定不存在部分单体电池的电压单低问题，不存在电堆局部反极风险，控制器可不改变DC/DC转换器的输出电流。

从而，在燃料电池系统低温启动的过程中，通过各个单体电池的电压对DC/DC转换器的输出电流的调节，尽量避免部分单体电池的电压单低问题，减小电堆出现局部反极风险，使得燃料电池系统在低温环境下能够快速、成功启动，提高燃料电池的可靠性。

对于DC/DC转换器的输出电流的调节时机，也即控制器确定各个单体电池的电压的时机，在一个实施例中，可在电堆的电压建立到开路电压，也即电堆中的化学反应进行预设时长之后，控制器确定各个单体电池的电压并对DC/DC转换器的输出电流进行调节。

图2是本发明一示例性实施例提供的一种燃料电池系统的低温启动控制方法的流程图，应用于上述任一实施例提供的燃料电池系统，参见图2，该方法包括以下步骤：

步骤201、响应于燃料电池的低温启动指令，确定各个单体电池的电压。

其中，低温启动指令可以是燃料电池系统根据接受到的外部开机命令而生成。各个单体电池的电压可以通过电堆巡检系统而确定。

步骤202、根据各个单体电池的电压调节DC/DC转换器的输出电流，使得DC/DC转换器的输出电流与单体电池的电压呈正相关。

由于电压为最小值的单体电池最能反映单体电池的电压单低问题，可以建立DC/DC转换器与电压为最小值的单体电池相关联，使得DC/DC转换器的输出电流与电压为最小值的单体电池的电压呈正相关。

在一个实施例中，调节DC/DC转换器的输出电流时，判断各个单体电池中电压为最小值的单体电池的电压是否小于电压阈值，若判断结果为是，说明存在部分单体电池的电压单低问题，存在电堆局部反极风险，则减小DC/DC转换器的输出电流，以减小电堆的发电功率，使得电堆的温度慢慢提高，电堆中冰融化的水能顺利排出流道，避免出现电堆中局部积水。

当然，DC/DC转换器的输出电流过小，无法快速启动燃料电池。若上述判断结果为电压为最小值的单体电池的电压大于电压阈值，说明不存在部分单体电池的电压单低问题，不存在电堆局部反极风险，则增加DC/DC转换器的输出电流，以缩短燃料电池系统的启动时长，快速启动启动燃料电池系统，满足车用系统的快速启动要求。在控制DC/DC转换器的输出电流增大的过程中，可以控制DC/DC转换器的输出电流按一定斜率加大。

在一个实施例中，调节DC/DC转换器的输出电流时，判断是否存在两个单体电池的电压的差值大于差值阈值，若判断结果为是，说明存在部分单体电池的电压单低问题，存在电堆局部反极风险，则减小DC/DC转换器的输出电流，以减小电堆的发电功率，使得电堆的温度慢慢提高，电堆中冰融化的水能顺利排出流道，避免出现电堆中局部积水。

当然，DC/DC转换器的输出电流过小，无法快速启动燃料电池。若上述判断结果为任意两个单体电池的电压的差值均小于差值阈值，说明不存在部分单体电池的电压单低问题，不存在电堆局部反极风险，则增加DC/DC转换器的输出电流，以缩短燃料电池系统的启动时长，快速启动启动燃料电池系统，满足车用系统的快速启动要求。在控制DC/DC转换器的输出电流增大的过程中，可以控制DC/DC转换器的输出电流按一定斜率加大。

在一个实施例中，调节DC/DC转换器的输出电流时，判断各个单体电池中电压为最小值的单体电池的电压是否小于电压阈值，以及是否存在两个单体电池的电压的差值大于差值阈值，若两个判断条件的判断结果均为是，说明存在部分单体电池的电压单低问题，存在电堆局部反极风险，则减小DC/DC转换器的输出电流，以减小电堆的发电功率，使得电堆的温度慢慢提高，使得电堆中冰融化的水能顺利排出流道，避免出现电堆中局部积水。

当然，DC/DC转换器的输出电流过小，无法快速启动燃料电池。若上述判断结果为电压为最小值的单体电池的电压大于电压阈值，并且任意两个单体电池的电压的差值小于差值阈值，说明不存在部分单体电池的电压单低问题，不存在电堆局部反极风险，则增加DC/DC转换器的输出电流，以缩短燃料电池系统的启动时长，快速启动启动燃料电池系统，满足车用系统的快速启动要求。在控制DC/DC转换器的输出电流增大的过程中，可以控制DC/DC转换器的输出电流按一定斜率加大。

上述减小DC/DC转换器的输出电流，以及增大DC/DC转换器的输出电流增大可以但不限于通过PID等闭环控制算法实现。

其中，电压阈值、差值阈值可根据实际需求自行设置。

在燃料电池系统低温启动的过程中，通过各个单体电池的电压对DC/DC转换器的输出电流的调节，一方面减小因DC/DC转换器的输出电流过大，燃料电池系统的电堆出现局部反极风险的概率，另一方面缩短燃料电池系统的低温启动所需的时长，进而提高燃料电池系统的可靠性。

在一个实施例中，为了实现燃料电池系统的低温快速启动，还包括给电堆加热的步骤。

与前述燃料电池系统的低温启动控制方法相对应，本发明实施例还提供了燃料电池系统的低温启动控制装置的实施例。

图3是本发明一示例实施例示出的一种燃料电池系统的低温启动控制装置的模块示意图，该低温启动控制装置应用于上述任一实施例提供的燃料电池系统，参见图3，该低温启动控制装置包括：

确定模块31，用于响应于燃料电池的低温启动指令，确定各个单体电池的电压；

调节模块32，用于根据所述各个单体电池的电压调节所述DC/DC转换器的输出电流，所述输出电流与所述单体电池的电压呈正相关。

可选地，调节模块32包括：

判断单元，用于判断各个单体电池中电压为最小值的单体电池的电压是否小于电压阈值，和/或是否存在两个单体电池的电压的差值大于差值阈值；

调节单元，用于在电压为最小值的单体电池的电压小于电压阈值和/或存在两个单体电池的电压的差值大于差值阈值的情况下的情况下，减小所述DC/DC转换器的输出电流；以及在电压为最小值的单体电池的电压大于电压阈值和/或任意两个单体电池的电压的差值均小于差值阈值的情况下，增大所述DC/DC转换器的输出电流。

可选地，所述燃料电池还包括：加热器；

所述装置还包括：

加热模块，用于响应于所述低温启动指令，控制所述加热器对所述电堆进行加热。

图4是本发明一示例实施例示出的一种电子设备的结构示意图，示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性电子设备40的框图。图4显示的电子设备40仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示，电子设备40可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备40的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器41、上述至少一个存储器42、连接不同系统组件(包括存储器42和处理器41)的总线43。

总线43包括数据总线、地址总线和控制总线。

存储器42可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)421和/或高速缓存存储器422，还可以进一步包括只读存储器(ROM)423。

存储器42还可以包括具有一组(至少一个)程序模块424的程序工具425(或实用工具)，这样的程序模块424包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

处理器41通过运行存储在存储器42中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如上述任一实施例所提供的方法。

电子设备40也可以接收一个或多个外部设备44的外部通讯指令。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口45进行。并且，模型生成的电子设备40还可以通过网络适配器46与一个或者多个网络通信。如图所示，网络适配器46通过总线43与模型生成的电子设备40的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的电子设备40使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。

本发明实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所提供的方法。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。