低温冷启动是燃料电池汽车在冬季运行（尤其是北方冬季）的一大挑战。燃料电池低温冷启动性能好坏与膜电极、电堆性能、系统结构息息相关，如何使所有环节都能在低温情况下达到最优匹配，是提升燃料电池低温冷启动技术水平的关键。当前国内燃料电池冷启动技术发展如何？
冷启动技术发展现状
在零下低温环境中，如果燃料电池启动时化学反应产生的热量足以支撑水以气态或液态排出，则随着反应的进行，温度会逐渐升至正常的工作温度(70~80℃)；若不足以支撑水以气态或液态排出，则会结成冰阻碍反应气体的通过、冻结膜电极，导致电化学反应的中止，冷冻情况严重下还会对膜电极造成不可恢复的损伤。
衡量冷启动能力的指标有启动最低温度、启动过程耗能和启动时间等，目前关于这三项指标，国内并没有制定具体的国家标准，但在补贴政策上，对燃料电池低温冷启动的启动最低温度提出了技术要求。
2020年9月16日，国家政府部门在《燃料电池汽车城市群示范目标和积分评价体系》中明确了将-30℃的冷启动作为燃料电池系统技术的硬性门槛及关键指标之一；在今年12月11日，国家新发布的《关于调整减免车辆购置税新能源汽车产品技术要求的公告》中，更新了2024年后新能源汽车减免车辆购置税政策适用的技术要求，其中在燃料电池汽车方面，明确了一项指标为燃料电池汽车所采用的燃料电池启动温度不高于-30℃。
高工氢电了解到，在技术上，目前国内燃料电池系统企业一般都能实现-30℃时在30s内达到50%的额定输出功率。但在实际运行上，大多数国内企业并不会追求30s这么快的速度实现低温启动，通常会在几分钟内完成低温启动，因为电堆短时间内快速升温达到启动温度，长期运行下来可能会对电堆的耐久性造成损伤，同时目前氢车主要应用在商用车领域，商用车场景对启动时间要求并不严格，可以接受较长的燃料电池升温等待时间。
值得注意的是，燃料电池有金属双极板电堆和石墨双极板电堆两种技术路线。以上情况是金属双极板电堆所能达到的技术水平，由于石墨板比金属板的热容要大，导致了在低温启动过程中，石墨双极板电堆的难度相应较大，其启动时间也会比金属电堆更长。
冷启动技术难点与优化
为扩大应用范围，燃料电池汽车需要能够运行在寒带、温带、亚热带、热带等地区，特别是能够运行在冬季严寒地区，因此燃料电池能否在低温条件下冷启动是决定燃料电池汽车规模化应用的重要因素之一。
现阶段，国内公司大多采用“停机吹扫+启动升温”，即在停机吹扫的基础上，电池启动时使电堆升温融冰的速度快于电堆结冰的速度，来实现冷启动。
冷启动技术研发并不容易，在研发上存在着诸多难点，如：电堆关机吹扫残余水含量的控制，残余含水量过多会导致结冰严重、冷启动困难，残余含水量过少则影响电堆活性；冷启动性能和耐久性之间的平衡，快速冷启动需要通过快速加热来完成，容易加速电极的衰退，影响耐久性；燃料电池低温启动过程中可能出现电压骤降的现象致使启动失败，并随着启动电流的增大，电池电压骤降的幅度也会随之增加。
除了以上的技术难点外，目前冷启动技术开发面临的最大瓶颈是国内燃料电池汽车低温应用场景较少，冷启动技术无法长时间测试，缺乏运行数据积累。
“由于低温启动难题测试周期长、测试费用高，目前国内企业的冷启动技术很难进行长时间的验证，实际运行的数据也相对较少。”一位业内人士表示，与丰田、现代的冷启动技术相比，由于国内的冷启动技术缺乏长期运行数据的积累，所以在稳定性和耐久性上存在一定差距。
冷启动作为燃料电池最关键的性能之一，其技术也在持续的升级优化。电堆冷启动的升温方式主要可划分为两大类，即外部加热升温方式和内部升温方式。目前，无需外部热源辅助自主升温是低温冷启动技术优化发展的大趋势。
“目前在实际运行中，大多数燃料电池汽车在低温启动时还会采用外部热源升温等辅助性措施，这种外部热源会增加燃料电池汽车的重量和体积，同时增加系统操作的复杂性。”一位行业专家表示，无辅助冷启动能有效简化系统并提升效率。
比如新研氢能通过估算电堆的热容，设定启动时间，计算所需氢气和空气的流量，启动冷却液循环，启动放热反应等一系列的冷启动策略和流程控制，成功把燃料电池的无助冷启动提升到一个新的水平。2022年新研氢能实现了金属板电堆-40℃无助冷启动，2023年先后实现了金属板电堆-47℃和-52℃无助冷启动，且把启动时间控制在1分钟之内。
此外，氢璞创能、雄韬氢雄、捷氢科技、国鸿氢能等国内企业也通过降低膜上的含水量、调整双极板及催化层厚度、特殊设计双极板流道结构等方式，对膜电极容冰能力、鼓风吹扫时间、电堆整体的热容、冷启动期间电堆的排水能力等各方面进行优化。
总而言之，燃料电池汽车低温冷启动技术的提升，需要从膜电极到电堆再到系统企业的共同努力，使所有环节都能在低温情况下达到最优匹配，实现燃料电池汽车在冬季严寒地区运行畅通无阻。
