CN109065917A - 一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统及其储氢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统及其储氢方法，其中，所述系统包括两个或两个以上的储氢罐，其中每个储氢罐由多种合金材料填充，各个储氢罐的材质不同，所述的多个储氢罐均连接有温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器，所述的多个温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器均与控制系统连接，通过获取储氢罐内温度以及气压，所述控制系统控制储氢罐的电磁开关开闭，对多个储氢罐的供氢先后进行控制，通过本发明所述方案，能够配合多种合金储罐，并且适应不同储罐的性能，提高储存密度，降低使用成本。

Description

一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统及其储氢方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统及其储氢方法。
背景技术
氢燃料电池汽车以燃料来源的泛在性、燃料加注快、续航里程长、效率高的优势，被认为是新能源汽车的“终极选择”。我国发展氢燃料汽车的战略明确，并配套了极有力度的财政补贴政策，将其置于和纯电动汽车并行发展的技术路线。
氢燃料汽车进行商业推广的关键问题在于：燃料电池、车载储氢与加氢站的数量。其中，燃料电池技术发展迅速，制造成本快速下降而使用寿命大幅提高，其商业化问题已基本解决；在国家政策的推动与部署下，加氢站的数量将快速增加。而缺乏安全、高效的车载储氢方式，成为制约氢燃料汽车商业化推广的瓶颈。
车载储氢方式包括：高压储氢、合金储氢和液态储氢。而液态储氢由于其功耗高、容器结构复杂，不适合商业化应用。比较适合进行商业化推广的车载储氢方式为高压与合金储氢。相对于高压，合金储氢的优势在于其优秀的体积密度与良好的安全性，因此如何提高储存密度，降低成本是个亟待解决的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统及其储氢方法，旨在提高合金储氢的储氢效率以及降低成本的问题。
本发明的技术方案如下：
一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，包括两个或两个以上的储氢罐，其中每个储氢罐由多种合金材料填充，各个储氢罐的材质不同，所述的多个储氢罐均连接有温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器，所述的多个温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器均与控制系统连接，通过获取储氢罐内温度以及气压，所述控制系统控制储氢罐的电磁开关开闭，对多个储氢罐的供氢先后进行控制。
所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，根据储氢罐的出氢温度的由低到高，依次设置有第一储氢罐，第二储氢罐，第三储氢罐，所述控制系统控制第一储氢罐，第二储氢罐，第三储氢罐根据先后顺序开启，并关闭前一个储氢罐。
所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所述第二储氢罐连接有传热介质通道，所述传热介质通道也设置有电磁开关，并且，电磁开关与控制系统连接，通过所述传热介质通道对第二储氢罐进行加热，使第二储氢罐达到出氢温度。
所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所传热介质通道与第一储氢罐连接，通过第一储氢罐的废气或燃烧生成的水对第二储氢罐进行加热。
所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所述第三储氢罐设置有电加热装置，所述电加热装置与控制系统连接，通电后对第三储氢罐进行加热，使其达到出氢温度。
所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所述第一储氢罐为稀土系合金储罐，第二储氢罐为钛系合金储罐，第三储氢罐为镁系合金储罐。
所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所述控制系统通过PLC控制多个储氢罐。
一种用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，其中，包括步骤：
S1、通过控制系统获取第一储氢罐、第二储氢罐、第三储氢罐的数据信号；
S2、制开启第一电磁开关，使第一储氢罐出氢，并进行燃料燃烧；
S3、开启第二电磁开关以及第三电磁开关，使第一储氢罐的废气或燃烧生成的水通过传热介质通道导热至第二储氢罐，使第二储氢罐出氢并关闭第一储氢罐；
S4、启动电加热装置，开启第三储氢罐，并关闭第二储氢罐。
所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，其中，所述第一储氢罐为稀土系合金储罐，第二储氢罐为钛系合金储罐，第三储氢罐为镁系合金储罐。
所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，其中，所述控制系统通过PLC控制多个储氢罐。
有益效果：本发明公开了一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统及其储氢方法，其中，所述系统包括两个或两个以上的储氢罐，其中每个储氢罐由多种合金材料填充，各个储氢罐的材质不同，所述的多个储氢罐均连接有温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器，所述的多个温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器均与控制系统连接，通过获取储氢罐内温度以及气压，所述控制系统控制储氢罐的电磁开关开闭，对多个储氢罐的供氢先后进行控制，通过本发明所述方案，能够配合多种合金储罐，并且适应不同储罐的性能，提高储存密度，降低使用成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明所述用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统的结构框图。
图2为本发明所述用于氢燃料电池汽车的车载储氢方法的步骤流程图。
具体实施方式
本发明提供一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统及其储氢方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，为本发明所述用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统的结构框图，本发明公开了一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，包括两个或两个以上的储氢罐100，其中每个储氢罐100由多种合金材料填充，各个储氢罐100的材质不同，所述的多个储氢罐100均连接有温度传感器101、电磁开关102、压力传感器103以及质量流量控制器104，所述的多个温度传感器101、电磁开关102、压力传感器103以及质量流量控制器104均与控制系统105连接，通过获取储氢罐100内温度以及气压，所述控制系统105控制储氢罐100的电磁开关102开闭，对多个储氢罐100的供氢先后进行控制。
进一步的，所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，根据储氢罐100的出氢温度的由低到高，依次设置有第一储氢罐110，第二储氢罐120，第三储氢罐130，所述控制系统105控制第一储氢罐110，第二储氢罐120，第三储氢罐130根据先后顺序开启，并关闭前一个储氢罐。
进一步的，所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所述第二储氢罐120连接有传热介质通道106，所述传热介质通道106也设置有电磁开关102，并且，电磁开关102与控制系统105连接，通过所述传热介质通道106对第二储氢罐120进行加热，使第二储氢罐120达到出氢温度。
进一步的，所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所传热介质通道106与第一储氢罐110连接，通过第一储氢罐110的废气或燃烧生成的水对第二储氢罐120进行加热。
进一步的，所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所述第三储氢罐130设置有电加热装置107，所述电加热装置107与控制系统105连接，通电后对第三储氢罐130进行加热，使其达到出氢温度。
进一步的，所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所述第一储氢罐110为稀土系合金储罐，第二储氢罐120为钛系合金储罐，第三储氢罐130为镁系合金储罐。
进一步的，所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其中，所述控制系统105通过PLC控制多个储氢罐100。
本发明专利的核心思想在于考虑不同合金的优缺点，如稀土系合金在室温下即可快速放氢，而质量储存密度相对较差，价格较高；钛系合金的质量储存密度与放氢温度相对适中；镁系合金质量储存密度较高、价格便宜，但是需要较高的放氢温度。因此，本发明专利旨在利用多种合金体系的优化组合，解决氢燃料汽车启动之初温度较低，无热量排出情况下的氢释放问题；同时在正常行驶下，燃料电池一方面会有较多的余热排出，同时也可以提供一定量的电加热功率。通过系统的优化设计，提高储存密度，降低使用成本。
本发明所述用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，通过利用不同的合金体系组合的方式，首先启动室温下即可快速放氢的稀土系合金储罐，在车辆启动初期提供燃料；车辆运行平稳后，燃料电池正常工作，余热排出。利用储氢器热量管理，将燃料电池热量导入，导热介质可以是水或者燃烧废气，启动钛系合金；车辆持续运行，辅助电池电量盈余，启动镁系合金储罐的电加热装置，由镁系合金储罐供氢。
较佳的，该系统2个及以上的合金储氢罐。
较佳的，该系统具有热量管理系统。包括燃料电池热量导入用的传热介质与相关流体通道；同时包括由辅助电源供电的电加热装置。该热量管理系统可以为工作温度在室温以上的合金储罐提供放氢所需热量。
较佳的，该系统具有温度传感器、压力传感器、质量流量计等工况监测部件，可以实时监测系统工作状态。
较佳的，该系统具有控制系统。控制系统通过工作状态条件输入，进行逻辑判断，开启或关闭合适的储氢罐。
本发明专利提供了一种用于氢燃料汽车的车载储氢系统。通过多种合金体系的组合，解决了单一合金储罐在室温启动、质量储存密度、使用成本等方面的问题。
本发明较佳实施例，车辆启动时，打开第一电磁开关，启动稀土系储罐，第一温度传感器，第一压力传感器与第一质量流量计的信号持续输入控制系统。车辆正常运行后，燃料电池余热排出监测信号输入控制系统，温度达到设置阈值后，打开第二电磁开关与第三电磁开关，将燃料电池余热导入，启动钛系储氢罐，将第二温度传感器，第二压力传感器与第二质量流量计的信号持续输入控制系统。关闭第一电磁开关，关闭稀土系合金储罐。车辆长时间行驶后，辅助电源信号输入控制系统。经控制系统逻辑判断后，启动电加热装置，开启镁系合金储罐；将第三温度传感器，第三压力传感器与第三质量流量计的信号持续输入控制系统。关闭第三电磁开关，关闭钛系合金储罐。各温度、压力传感器与质量流量计信号的持续读取，目的在于监测各储罐的状态，确定燃料剩余量，由控制系统算法给出后续开启与关闭动作。
进一步的，本发明还公开了一种用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，如图2所示，为其方法步骤流程图，其中，包括步骤：
S1、通过控制系统获取第一储氢罐、第二储氢罐、第三储氢罐的数据信号；
S2、制开启第一电磁开关，使第一储氢罐出氢，并进行燃料燃烧；
S3、开启第二电磁开关以及第三电磁开关，使第一储氢罐的废气或燃烧生成的水通过传热介质通道导热至第二储氢罐，使第二储氢罐出氢并关闭第一储氢罐；
S4、启动电加热装置，开启第三储氢罐，并关闭第二储氢罐。
本发明所述方法的具体实施在系统中已经详细描述，故不在此赘述。
进一步的，所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，其中，所述第一储氢罐为稀土系合金储罐，第二储氢罐为钛系合金储罐，第三储氢罐为镁系合金储罐。
进一步的，所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，其中，所述控制系统通过PLC控制多个储氢罐。
综上所述，本发明公开了一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统及其储氢方法，其中，所述系统包括两个或两个以上的储氢罐，其中每个储氢罐由多种合金材料填充，各个储氢罐的材质不同，所述的多个储氢罐均连接有温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器，所述的多个温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器均与控制系统连接，通过获取储氢罐内温度以及气压，所述控制系统控制储氢罐的电磁开关开闭，对多个储氢罐的供氢先后进行控制，通过本发明所述方案，能够配合多种合金储罐，并且适应不同储罐的性能，提高储存密度，降低使用成本。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其特征在于，包括两个或两个以上的储氢罐，其中每个储氢罐由多种合金材料填充，各个储氢罐的材质不同，所述的多个储氢罐均连接有温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器，所述的多个温度传感器、电磁开关、压力传感器以及质量流量控制器均与控制系统连接，通过获取储氢罐内温度以及气压，所述控制系统控制储氢罐的电磁开关开闭，对多个储氢罐的供氢先后进行控制。
2.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池汽车的车载储氢系统，其特征在于，根据储氢罐的出氢温度的由低到高，依次设置有第一储氢罐，第二储氢罐，第三储氢罐，所述控制系统控制第一储氢罐，第二储氢罐，第三储氢罐根据先后顺序开启，并关闭前一个储氢罐。
3.根据权利要求2所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢系统，其特征在于，所述第二储氢罐连接有传热介质通道，所述传热介质通道也设置有电磁开关，并且，电磁开关与控制系统连接，通过所述传热介质通道对第二储氢罐进行加热，使第二储氢罐达到出氢温度。
4.根据权利要求3所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢系统，其特征在于，所传热介质通道与第一储氢罐连接，通过第一储氢罐的废气或燃烧生成的水对第二储氢罐进行加热。
5.根据权利要求2所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢系统，其特征在于，所述第三储氢罐设置有电加热装置，所述电加热装置与控制系统连接，通电后对第三储氢罐进行加热，使其达到出氢温度。
6.根据权利要求2所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢系统，其特征在于，所述第一储氢罐为稀土系合金储罐，第二储氢罐为钛系合金储罐，第三储氢罐为镁系合金储罐。
7.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢系统，其特征在于，所述控制系统通过PLC控制多个储氢罐。
8.一种用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，其特征在于，包括步骤：
A、通过控制系统获取第一储氢罐、第二储氢罐、第三储氢罐的数据信号；
B、制开启第一电磁开关，使第一储氢罐出氢，并进行燃料燃烧；
C、开启第二电磁开关以及第三电磁开关，使第一储氢罐的废气或燃烧生成的水通过传热介质通道导热至第二储氢罐，使第二储氢罐出氢并关闭第一储氢罐；
D、启动电加热装置，开启第三储氢罐，并关闭第二储氢罐。
9.根据权利要求8所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，其特征在于，所述第一储氢罐为稀土系合金储罐，第二储氢罐为钛系合金储罐，第三储氢罐为镁系合金储罐。
10.根据权利要求8所述的用于氢燃料电池汽车车载储氢方法，其特征在于，所述控制系统通过PLC控制多个储氢罐。
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