CN101417603A - 燃料电池汽车车载氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种燃料电池汽车车载氢系统，其包括高压储氢瓶组系统、受气管路、卸载管路、供氢管路及放空管路，受气管路、卸载管路和供氢管路并列相接于高压储氢瓶组系统，并在尾端接有安全卸放的放空管路，其可应用于燃料电池汽车的，具有可接受加氢站高压氢气、可将车载高压氢气安全卸载和利用、可为燃料电池发动机提供稳定压力和流量的氢气的车载氢系统。本发明的燃料电池汽车车载氢系统的功能齐全，结构简单、安防措施到位，安全、可靠性高。在具备受气、卸载、供氢功能的同时，兼具超温、超压、溢流、回流保护。

Description

燃料电池汽车车载氢系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种应用于燃料电池汽车的，同时具有可接受加氢站高压氢气、可将车载高压氢气安全卸载和利用、可为燃料电池发动机提供稳定压力和流量的氢气的车载氢系统。

背景技术

燃料电池汽车以氢气为燃料，通过燃料电池发动机，将化学能高效转化为电能从而驱动汽车，整个过程仅排出纯净的水，因而是不久的将来取代传统化石燃料汽车的最理想的节能环保型零排放交通工具。

经过世界各国科学家、汽车厂商、能源公司及政府近20年的共同努力，燃料电池汽车技术得到了突飞猛进的快速发展，其作为交通工具的各项性能指标已基本达到传统汽车的水平，因此在世界上多个国家和地区先后开展了燃料电池汽车的商业化示范运行，旨在检验和验证其在不同行驶条件下的可靠性和耐久性，进一步推动其商业化进程。

燃料电池汽车技术在诸多方面仍存在可供改进和提高的空间。燃料电池汽车车载氢系统的设计即是其中的一个方面。车载氢系统要兼顾安全性、可靠性、紧凑性、便利性及必要的功能性。由于燃料电池汽车在运行过程中不可避免会遇到各类故障，对于某些故障的排除，为安全起见需要先卸放车载储氢瓶内的高压氢气，而目前采取的方法均为直接放空处理，而未考虑利用，既不环保也造成浪费。中国专利(申请号200710045766.1)已经发明了一种可将燃料电池汽车车载氢气回收利用的加氢站子站，可到现场为燃料电池汽车进行安全卸载高压氢气，但是目前的燃料电池汽车车载氢系统均未有考虑卸载功能，因此有必要发明一种具备被加注、可卸载及为燃料电池供氢的燃料电池汽车车载氢系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于燃料电池汽车的，同时具有可接受加氢站高压氢气、可将车载高压氢气安全卸载和利用、可为燃料电池发动机提供稳定压力和流量的氢气的车载氢系统，以克服现有燃料电池汽车车载氢系统存在的不足。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种燃料电池汽车车载氢系统，其包括高压储氢瓶组系统、受气管路、卸载管路、供氢管路及放空管路，受气管路、卸载管路和供氢管路并列相接于高压储氢瓶组系统。

进一步，所述的高压储氢瓶组系统为一组或并联的多组，每组依次接有温度传感器、高压储氢瓶、针阀，一组或者并联后的多组的温度传感器端连接有通讯接口，针阀端接有压力传感器并接至通讯接口，针阀端还接有熔栓阀。高压储氢瓶用于储存高压氢气，调压后供燃料电池发动机作为燃料，将化学能转化为电能；温度和压力传感器实时将储氢瓶内的压力和温度送入标准通讯接口和汽车控制器，当接受加氢站加注氢气时，标准通讯接口可与加氢站信号接收器连接，将加注过程的温度和压力变化传送给加气机，加气机据此可更精确控制加注的速率及作加注计量的温度补偿，以避免温升过高有损储氢瓶及保证足量加注。而温度和压力信号传至汽车控制器可帮助监控车载氢气的消耗情况，以提醒驾驶人员及时补加燃料；针阀可保证各车载储氢瓶的独立性，平时处于常开状态，当某一储氢瓶因故需检修或更换时，关闭针阀，可不影响整个氢系统的正常工作。熔栓阀的作用则是为了保证当燃料电池汽车遇到火灾时，在高温下可自动熔开，快速卸放车载氢瓶中的高压氢气，避免车载氢瓶因高压氢气受热导致超压而造成爆炸事故。

所述的受气管路接于高压储氢瓶组的针阀端，依次连接有单向阀、过滤器、受气头，受气头与加氢站加氢枪相连对车载高压储氢瓶组加氢，单向阀端还连接有防止过压的安全阀。采用标准受气头便于与加氢站的加氢枪安全、快速的连接；过滤器可阻挡加氢过程中意外带入的微小尘粒；单向阀可避免储氢瓶的高压氢气反向流出，在某些情况下(如加氢站的低压储氢瓶的压力低于车载储氢瓶时)倒灌入加氢机；安全阀则可避免加氢机万一失控，造成的过压危险，确保车载储氢瓶不会承受超过其设计的安全压力。

所述的卸载管路接于高压储氢瓶组的针阀端，依次连接有针阀、调压阀、单向阀、快速接头，快速接头与卸载系统相连将车载高压储氢瓶组的氢气卸载，快速接头带有自闭功能。卸载管路可充分利用燃料电池汽车车载的高压氢气，与中国专利(申请号200710045766.1)发明的卸载系统配合，当车辆发生故障需要卸放氢气时，安全、快速将车载氢气回收至加氢站子站中。针阀通常处于关闭状态，当车载氢气需要卸载时才打开，同时兼具控制卸放氢气流量的作用；大通径高压调压阀可对卸载氢气进行调压和确保流量，以满足下游(外部卸载系统)对各种输入压力等级及大流量的要求；单向阀可阻止下游高压氢气的倒流；快速接头可与卸载系统进行快速连接，当脱开接头时，快速接头的连接端带自动关闭功能。

所述的供氢管路接于高压储氢瓶组的针阀端，依次连接有溢流阀、针阀、电磁阀、调压稳压器，为燃料电池发动机提供稳定低压氢气，调压稳压器还带有压力传感器。溢流阀的作用是当下游因意外而导致管路中氢气流量突然增大时，可对管路中的氢气流量起限流直至断流作用；针阀的作用是当电磁阀失效时，可代替电磁阀关闭管路；电磁阀是整个供氢管路的开关，当燃料电池汽车“点火”时，自动打开，为燃料电池发动机供氢，当车辆“熄火”时，自动关闭，停止供氢；调压稳压阀将来自车载氢瓶的高压氢气调至燃料电池发动机所需的低压氢气，并能在氢气流量需求的快速变化中保持输出氢气压力稳定。此外调压稳压阀还带有压力传感器，反映输出的氢气压力值；过压保护装置，自动卸放超过调压稳压阀允许压力的氢气，以及吹扫旁路，用于上游管路的吹扫。

所述的放空管路分为两路，一路连接熔栓阀，为减少氢气快速卸放时的阻力，选用较粗的管径及较大的弯曲半径，管路的末端引至车厢外安全处，并配以软质堵头，防止异物掉入管路造成堵塞，同时当熔栓阀因受热开启时，管路内的高压氢气可轻易冲开堵头，快速卸放；另一路连接受气管路的安全阀和供氢管路的调压稳压阀的放空端，并引入燃料电池发动机的排气管中。

所述的系统采用耐高压管路及连接件连接。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：车载氢系统的功能齐全，结构简单、安防措施到位，安全可靠性高。在具备受气、卸载、供氢功能的同时，兼具超温、超压、溢流、回流保护。

附图说明

图1为本发明车载氢系统的流程示意图；

图1中，1～2高压储氢瓶；3～7针阀；8～9单向阀；10～11压力传感器；12～13温度传感器；14熔栓阀；15电磁阀；16溢流阀；17调压稳压阀；18过滤器；19受气头；20快接头；21通讯接口；22调压阀；23堵头；24安全阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1受气操作：受气操作通常在燃料电池汽车“熄火”状态下进行。确认针阀3和4处于全开状态。连接车载通讯接口至加氢站上的加气机。将加氢站的加氢枪插入受气头，确保良好连接。依次打开加氢枪和加气机的开关，来自加氢站的高压氢气将经过受气头19、过滤器18、单向阀8及针阀3和4，加入车载储氢瓶1和2，加注过程中储氢瓶内的温度和压力变化由压力传感器10和温度传感器12、13实时通过通讯接口传送至加氢机，以供加气机作为控制氢气加注速率的判断依据，避免储氢瓶内温升和压力超出许可范围。如果加注压力超出设定值，安全阀24将自动卸放氢气直至氢气压力回落到设定值以内为止。受气完毕，断开车载氢系统与加气机的通讯接口，关闭加氢枪的开关，将加氢枪从受气头中退出，完成受气操作。

实施例2卸载操作：在燃料电池汽车“熄火”状态下，将快速接头20与外部卸载系统连接，打开针阀6至全开状态，将调压阀22调至最大，车载储氢瓶中的氢气将依次经针阀3、4、6，调压阀22，单向阀9和快速接头20，进入外部卸载系统。当车载氢瓶中的氢气压力高于外部卸载系统储罐中的氢气压力时，将利用两者间的压差，直接将氢气卸载至储罐中；当车载氢瓶中的氢气压力低于外部卸载系统储罐中的氢气压力时，将利用外部卸载系统中的气体增压器，将来自车载氢瓶中的氢气增压后，储存于卸载系统的储罐中。卸载完毕后，依次关闭针阀6，调压阀22，卸去快速连接头20，卸载操作完毕。

实施例3供氢操作：燃料电池汽车进入“点火”状态后，电源接通，电磁阀自动打开，针阀5处于常开状态，调压稳压阀的氢气输出压力预先设定，其输出压力值由阀上自带的压力传感器11传送至车辆控制器。在某些特定情况下，如氢系统初次调试时，可打开针阀7，将调压稳压阀上游的吹扫气体经吹扫旁路放空，可确保后续进入燃料电池发动机的氢气的纯度。电磁阀15打开后，车载氢瓶中的高压氢气依次经溢流阀16、针阀5、电磁阀15，通入调压稳压阀17，经调压至所需压力的低压氢气后，供燃料电池发动机使用。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种燃料电池汽车车载氢系统，其特征在于：其包括高压储氢瓶组系统、受气管路、卸载管路、供氢管路及放空管路，受气管路、卸载管路和供氢管路并列相接于高压储氢瓶组系统。

2、如权利要求1所述的燃料电池汽车车载氢系统，其特征在于：所述的高压储氢瓶组系统为一组或并联的多组，每组依次接有温度传感器、高压储氢瓶、针阀，一组或者并联后的多组的温度传感器端连接有通讯接口，针阀端接有压力传感器并接至通讯接口，针阀端还接有熔栓阀。

3、如权利要求1所述的燃料电池汽车车载氢系统，其特征在于：所述的受气管路接于高压储氢瓶组的针阀端，依次连接有单向阀、过滤器、受气头，受气头与加氢站的加氢枪相连，对车载高压储氢瓶组加氢，单向阀端还连接有防止过压的安全阀。

4、如权利要求1所述的燃料电池汽车车载氢系统，其特征在于：所述的卸载管路接于高压储氢瓶组的针阀端，依次连接有针阀、调压阀、单向阀、快速接头，快速接头与外部卸载系统相连将车载高压储氢瓶组的氢气安全卸载，快速接头带有自闭功能。

5、如权利要求1所述的燃料电池汽车车载氢系统，其特征在于：所述的供氢管路接于高压储氢瓶组的针阀端，依次连接有溢流阀、针阀、电磁阀、调压稳压器，为燃料电池发动机提供稳定低压氢气，调压稳压器还带有压力传感器。

6、如权利要求1所述的燃料电池汽车车载氢系统，其特征在于：所述的放空管路分为两路，一路连接熔栓阀，采用较粗的管径及较大的弯曲半径，管路的末端引至车厢外安全处，并配以软质堵头；另一路连接受气管路的安全阀和供氢管路的调压稳压阀的放空端，并引入燃料电池发动机的排气管中。

7、如权利要求1-6所述的燃料电池汽车车载氢系统，其特征在于：所述的系统采用耐高压管路及连接件连接。

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