權(quán)利要求書： 1.一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)，其特征在于：包括：燃料電池堆，所述燃料電池堆包括空氣側(cè)和氫氣側(cè)；

空氣供應(yīng)子系統(tǒng)，所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括空壓機(jī)，空壓機(jī)通過管路與中冷器連接，中冷器通過管路與空氣側(cè)的空氣進(jìn)口連接；

氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)，所述氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括氫源，氫源通過管路經(jīng)第一開關(guān)閥和比例閥與氫氣側(cè)的氫氣進(jìn)口相連，氫氣側(cè)的氫氣出口通過管路連接氣水分離器，氣水分離器與氫氣循環(huán)泵的進(jìn)氣口相連，氫氣循環(huán)泵的排氣口通過管路經(jīng)第二開關(guān)閥與氫氣側(cè)的氫氣進(jìn)口相連；

所述空壓機(jī)與中冷器之間的管路上設(shè)有三通和第四開關(guān)閥，氣水分離器與氫氣側(cè)的氫氣出口之間的管路上設(shè)有單向閥，三通通過管路經(jīng)第三開關(guān)閥與氣水分離器和單向閥之間、或氣水分離器和氫氣循環(huán)泵之間的管路相連，空壓機(jī)排出的熱空氣經(jīng)三通和第三開關(guān)閥進(jìn)入氣水分離器和氫氣循環(huán)泵，熱空氣在氣水分離器和氫氣循環(huán)泵內(nèi)部進(jìn)行破冰。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)，其特征在于：所述空壓機(jī)的進(jìn)氣口通過管路連接有空濾。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)，其特征在于：所述空氣側(cè)的空氣出口通過管路連接背壓閥。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)，其特征在于：所述氫氣循環(huán)泵的排氣口通過管路連接排氮閥。

說明書： 一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域：

[0001] 本發(fā)明涉及一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)。背景技術(shù)：

[0002] 目前發(fā)展新能源燃料電池汽車被認(rèn)為是交通能源動(dòng)力轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)，為了保障燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)一般需要?dú)錃夤?yīng)子系統(tǒng)、空氣供應(yīng)子系統(tǒng)和

循環(huán)水冷卻管理子系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)，大量的研究表明，高壓、大流量的空氣供應(yīng)對(duì)提高現(xiàn)有

燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出具有明顯的效果。

[0003] 對(duì)于空氣供應(yīng)子系統(tǒng)，一般都是通過空壓機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行增壓，對(duì)于氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)，一般都是通過氫氣循環(huán)泵將這些含氫混合氣體進(jìn)行增壓并循環(huán)回燃料電池進(jìn)行回收再

利用。工作時(shí)，由于燃料電池排出的含氫混合氣體中會(huì)帶有一些水蒸氣，使用一段時(shí)間后便

會(huì)在氫氣循環(huán)泵的轉(zhuǎn)子壓縮腔內(nèi)積攢一定量的水，冬天時(shí)，水蒸氣會(huì)凝結(jié)成冰，從而將轉(zhuǎn)子

凍結(jié)，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子冰凍不轉(zhuǎn)，從而造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞電

機(jī)。目前，雖然也有一些對(duì)氫氣循環(huán)泵進(jìn)行破冰的結(jié)構(gòu)，比如在氫氣循環(huán)泵的外殼內(nèi)增加循

環(huán)熱水管路，但是由于電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子間存在間隙，這種破冰結(jié)構(gòu)的熱量需要從外向內(nèi)逐

漸滲透，消耗時(shí)間太長，達(dá)不到理想的破冰效果。氫氣循環(huán)泵的凍結(jié)，導(dǎo)致整個(gè)燃料電池發(fā)

動(dòng)機(jī)無法工作，從而影響整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

[0004] 綜上所述，氫氣循環(huán)泵的冷啟動(dòng)破冰問題，已成為行業(yè)內(nèi)亟需解決的技術(shù)難題。發(fā)明內(nèi)容：

[0005] 本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)，解決了以往的氫氣循環(huán)泵內(nèi)部破冰時(shí)間長、破冰效果差的問題，解決了以往因氫氣

循環(huán)泵凍結(jié)影響整個(gè)燃料電池系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題。

[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：[0007] 一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)，包括：[0008] 燃料電池堆，所述燃料電池堆包括空氣側(cè)和氫氣側(cè)；[0009] 空氣供應(yīng)子系統(tǒng)，所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括空壓機(jī)，空壓機(jī)通過管路與中冷器連接，中冷器通過管路與空氣側(cè)的空氣進(jìn)口連接；

[0010] 氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)，所述氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括氫源，氫源通過管路經(jīng)第一開關(guān)閥和比例閥與氫氣側(cè)的氫氣進(jìn)口相連，氫氣側(cè)的氫氣出口通過管路連接氣水分離器，氣水分離

器與氫氣循環(huán)泵的進(jìn)氣口相連，氫氣循環(huán)泵的排氣口通過管路經(jīng)第二開關(guān)閥與氫氣側(cè)的氫

氣進(jìn)口相連；

[0011] 所述空壓機(jī)與中冷器之間的管路上設(shè)有三通和第四開關(guān)閥，氣水分離器與氫氣側(cè)的氫氣進(jìn)口之間的管路上設(shè)有單向閥，三通通過管路經(jīng)第三開關(guān)閥與氣水分離器和單向閥

之間、或氣水分離器和氫氣循環(huán)泵之間的管路相連，空壓機(jī)排出的熱空氣經(jīng)三通和第三開

關(guān)閥進(jìn)入氣水分離器和氫氣循環(huán)泵，熱空氣在氣水分離器和氫氣循環(huán)泵內(nèi)部進(jìn)行破冰。

[0012] 所述空壓機(jī)的進(jìn)氣口通過管路連接有空濾。[0013] 所述空氣側(cè)的空氣出口通過管路連接背壓閥。[0014] 所述氫氣循環(huán)泵的排氣口通過管路連接排氮閥。[0015] 本發(fā)明采用上述方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：[0016] 通過在空壓機(jī)與中冷器之間的管路上設(shè)有三通和第四開關(guān)閥，氣水分離器與氫氣側(cè)的氫氣進(jìn)口之間的管路上設(shè)有單向閥，三通通過管路經(jīng)第三開關(guān)閥與氣水分離器和單向

閥之間、或氣水分離器和氫氣循環(huán)泵之間的管路相連，空壓機(jī)排出的熱空氣經(jīng)三通和第三

開關(guān)閥進(jìn)入氣水分離器和氫氣循環(huán)泵，熱空氣在氣水分離器和氫氣循環(huán)泵內(nèi)部進(jìn)行破冰，

熱空氣可快速填充滿氫氣循環(huán)泵內(nèi)部，能夠快速將轉(zhuǎn)子的冰凍部位進(jìn)行破冰融化，耗時(shí)短，

破冰效果好，使氫氣循環(huán)泵能夠快速啟動(dòng)正常工作，保證整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

附圖說明：

[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。[0018] 圖中，1、燃料電池堆，2、空氣側(cè)，3、氫氣側(cè)，4、空壓機(jī)，5、中冷器，6、空濾，7、背壓閥，8、氫源，9、第一開關(guān)閥，10、比例閥，11、氣水分離器，12、氫氣循環(huán)泵，13、第二開關(guān)閥，

14、排氮閥，15、三通，16、第三開關(guān)閥，17、第四開關(guān)閥，18、單向閥。

具體實(shí)施方式：

[0019] 為能清楚說明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過具體實(shí)施方式，并結(jié)合其附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。

[0020] 如圖1所示，一種燃料電池氫氣回路直接式冷啟動(dòng)破冰系統(tǒng)，包括：[0021] 燃料電池堆1，所述燃料電池堆1包括空氣側(cè)2和氫氣側(cè)3；[0022] 空氣供應(yīng)子系統(tǒng)，所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括空壓機(jī)4，空壓機(jī)4通過管路與中冷器5連接，中冷器5用于降低進(jìn)入燃料電池堆1空氣側(cè)2的空氣溫度，中冷器5通過管路與空氣側(cè)2

的空氣進(jìn)口連接；

[0023] 氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)，所述氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括氫源8，氫源8通過管路經(jīng)第一開關(guān)閥9和比例閥10與氫氣側(cè)3的氫氣進(jìn)口相連，氫氣側(cè)3的氫氣出口通過管路連接氣水分離器11，

氣水分離器11用于對(duì)水蒸氣進(jìn)行分離，氣水分離器11與氫氣循環(huán)泵12的進(jìn)氣口相連，氫氣

循環(huán)泵12的排氣口通過管路經(jīng)第二開關(guān)閥13與氫氣側(cè)3的氫氣進(jìn)口相連；

[0024] 所述空壓機(jī)4與中冷器5之間的管路上設(shè)有三通15和第四開關(guān)閥17，氣水分離器11與氫氣側(cè)3的氫氣進(jìn)口之間的管路上設(shè)有單向閥18，三通15通過管路經(jīng)第三開關(guān)閥16與氣

水分離器11和單向閥18之間、或氣水分離器11和氫氣循環(huán)泵12之間的管路相連，空壓機(jī)4排

出的熱空氣經(jīng)三通15和第三開關(guān)閥16進(jìn)入氣水分離器11和氫氣循環(huán)泵12，熱空氣在氣水分

離器11和氫氣循環(huán)泵12內(nèi)部進(jìn)行破冰。

[0025] 所述空壓機(jī)4的進(jìn)氣口通過管路連接有空濾6，空濾6用于清除空氣中的微粒雜質(zhì)，避免微粒雜質(zhì)進(jìn)入到空壓機(jī)4內(nèi)部。

[0026] 所述空氣側(cè)2的空氣出口通過管路連接背壓閥7。空氣從背壓閥進(jìn)口進(jìn)入，被膜片阻擋，于是空氣對(duì)膜片產(chǎn)生向上的壓力，當(dāng)壓力足夠大時(shí)，彈簧被壓縮，空氣頂起膜片形成

通道，從背壓閥出口排出；若空氣壓力不夠，就會(huì)形成憋壓，使進(jìn)口壓力上升直到達(dá)到額定

壓力，頂起膜片形成通路。背壓閥的額定壓力可調(diào)節(jié)，一般通過調(diào)節(jié)彈簧上端的頂桿，從而

調(diào)節(jié)彈簧的長度來實(shí)現(xiàn)，可作為安全閥使用。

[0027] 所述氫氣循環(huán)泵12的排氣口通過管路連接排氮閥14，排氮閥14用于排出氫氣中的氮?dú)怆s質(zhì)。

[0028] 工作原理：[0029] 先關(guān)閉第一開關(guān)閥9、第二開關(guān)閥13和第四開關(guān)閥17，打開第三開關(guān)閥16，然后啟動(dòng)空壓機(jī)4，空壓機(jī)4排出的熱空氣不進(jìn)入燃料電池堆1的空氣側(cè)2，而是經(jīng)三通15和第三開

關(guān)閥16直接進(jìn)入氣水分離器11和氫氣循環(huán)泵12，單向閥18可避免熱空氣進(jìn)入燃料電池堆1

的氫氣側(cè)3，這樣空氣側(cè)2與氫氣側(cè)3都沒有熱空氣進(jìn)入，既保持了空氣側(cè)2與氫氣側(cè)3的壓力

平衡，避免了安全事故的發(fā)生，熱空氣又可以對(duì)氣水分離器11和氫氣循環(huán)泵12進(jìn)行破冰，熱

空氣可快速填充滿氫氣循環(huán)泵12內(nèi)部，能夠快速將轉(zhuǎn)子的冰凍部位進(jìn)行破冰融化，在對(duì)氫

氣循環(huán)泵12內(nèi)部破冰過程中，熱空氣可從排氮閥14排出。當(dāng)氫氣循環(huán)泵12破冰完成后，啟動(dòng)

氫氣循環(huán)泵12，同時(shí)打開第一開關(guān)閥9、第二開關(guān)閥13和第四開關(guān)閥17，關(guān)門第三開關(guān)閥16，

這時(shí)，空壓機(jī)4排出的熱空氣只經(jīng)三通15、第四開關(guān)閥17和中冷器5進(jìn)入燃料電池堆1的空氣

側(cè)2，氫源8內(nèi)的氫氣經(jīng)第一開關(guān)閥9和比例閥10進(jìn)入燃料電池堆1的氫氣側(cè)3，空氣側(cè)2的空

氣與氫氣側(cè)3的氫氣發(fā)生反應(yīng)，排出的含氫混合氣體從氫氣側(cè)3的氫氣出口經(jīng)單向閥18進(jìn)入

氣水分離器11和氫氣循環(huán)泵12，經(jīng)氫氣循環(huán)泵12增壓后，再經(jīng)第二開關(guān)閥13重新循環(huán)回燃

料電池堆1的氫氣側(cè)3進(jìn)行回收再利用。

[0030] 上述具體實(shí)施方式不能作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式所做出的任何替代改進(jìn)或變換均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

[0031] 本發(fā)明未詳述之處，均為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。