[发明专利]一种氢气循环泵的融冰冷启动系统及其冷启动方法

说明书

本发明提供了一种氢气循环泵的融冰冷启动系统及其冷启动方法，包括：氢气罐、燃料电池、氢气循环泵、螺旋氢气管道、阀门A、阀门B和阀门C；燃料电池包括阳极和阴极，螺旋氢气管道螺旋套设于氢气循环泵的外壁，螺旋氢气管道的一端与第一支管路的一端连接，螺旋氢气管道的另一端与第二支管路的一端连接，氢气循环泵与第三支管路的一端连接，第二支管路的另一端和第三支管路的另一端汇总成第四支管路，第四支管路的另一端和第一支管路的另一端汇总成主氢气管路与阳极的出口连接；第一支管路上设有阀门A，第二支管路上设有阀门阀门B，第四支管路上设有阀门C，本发明能在低温环境下实现冷启动，以及收集氢气循环泵启动过程未反应完全的氢气。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢气循环泵的融冰冷启动系统及其冷启动方法。

背景技术

现如今，我国能源局提出在交通领域大力推动新能源、氢燃料电池汽车全面替代传统能源汽车，但燃料电池汽车却因为一些技术瓶颈没有得到大范围推广和使用，其中一个重要因素就是作为燃料电池核心零部件的氢气循环泵在低温环境中冷启动时，泵头与壳体存在冻结卡死现象，导致氢气循环泵无法正常使用，甚至会有损毁的风险。而在此期间，氢气循环泵的氢气利用率降低，导致进一步降低燃料电池系统的经济性。如何让氢气循环泵在低温环境下安全启动且提高氢气利用率是本领域亟待解决的问题。

现有的氢气循环泵冷启动技术方案大致分为如下三类：

一类是氢气循环泵的传统自冷启动方案，例如即在燃料电池系统内的环境温度还未升高时，不使用氢气循环泵，直到周围环境温度达到要求时，再启动氢气循环泵，进行氢气循环。目前有研究表明，氢气循环泵温度的提升大多来自燃料电池的散热，因为燃料电池在-20℃和-30℃启动时，电堆自身产热可以分别达到289.6kJ和245.2kJ，在两次冷启动过程中，电池散热量分别为94.92kJ和149.80kJ，反应气体带走的热量分别为762.45kJ和1113.53kJ。此方案虽然避免了由于强行启动氢气循环泵而造成其损坏，但是对于过程中产生的未完全反应氢气采用排到外界的方式，故该方案存在氢气利用率低和氢气泄露污染环境的情况。

第二类是增加耗能的辅助设备进行预热后再启动氢气循环泵的方案，即电机启动前，先将热水从进水口注入加热通道，在加热通道内循环后，从出水口排出，此过程中可将增压器的壳体内部的压缩腔温度升高，使阴转子、阳转子上水蒸气结成的冰融化；此方案虽然可以提高泵内升温速度和极大降低融冰时间，但需要消耗额外的功率实现加热需求，增加了燃料电池系统的功耗和复杂程度，同时也会增加系统的重量和成本。

最后一类是通过氢气循环泵抖动或转动破冰的方案，即给氢气循环泵发送抖动指令和启动指令，控制氢气循环泵抖动进行碎冰，直至氢气循环泵内冰消除氢气循环泵启动；此方案虽减少了多余的辅助加热设备，但在氢气循环泵进行抖动或转动碎冰时，会造成额外磨损消耗导致泵的使用寿命降低及产生不必要的噪声。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种氢气循环泵的融冰冷启动系统，能在低温环境下实现冷启动，以及收集氢气循环泵启动过程未反应完全的氢气。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种氢气循环泵的融冰冷启动系统，包括：氢气罐、燃料电池、氢气循环泵、螺旋氢气管道、阀门A、阀门B和阀门C；

所述燃料电池包括阳极和阴极，所述螺旋氢气管道螺旋套设于所述氢气循环泵的外壁，所述螺旋氢气管道的一端与第一支管路的一端连接，所述螺旋氢气管道的另一端与第二支管路的一端连接，所述氢气循环泵与第三支管路的一端连接，所述所述第二支管路的另一端和所述第三支管路的另一端汇总成第四支管路，所述第四支管路的另一端和所述第一支管路的另一端汇总成主氢气管路与所述阳极的出口连接；

所述第一支管路上设有所述阀门A，所述第二支管路上设有阀门B，所述第四支管路上设有阀门C。