CN109860663A - 一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统 - Google Patents

一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统 Download PDF

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崔龙
米新艳
张克金
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Abstract

本发明公开了一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，主要包括储氢罐，过流阀，减压阀，电磁阀，燃料电池电堆，氢气循环泵，水汽分离器，排水阀，高压瓶阀，氢气进气口，氢气出气口，压力传感器，低压截止阀，单向阀，排气阀，高压截止阀，排空阀，车载电脑，供氢系统状态显示器等。该系统可在系统刚启动时的自检状态以及正常工作时多个压力传感器反馈给车载电脑的信号与安全值进行比较来进行判别氢气是否存在泄露，并可根据压力异常的传感器快速定位出现问题的组件。本系统适用于氢燃料电池乘用车和氢燃料电池商用车，可以实时监控供气系统的工作状态并快速定位问题组件，提升车辆在使用过程中的安全性。

Description

一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统
技术领域
本发明属于燃料电池动力系统领域，具体涉及一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统。
背景技术
燃料电池是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。其中，质子交换膜燃料电池的操作温度低、启动速度快，是车用燃料电池的首选。燃料电池工作方式与内燃机类似，其燃料是在电池外携带的，燃料电池所用的氢气可以像传统汽油一样充装速度快，只需要几分钟时间，因此，燃料电池具有比纯电动汽车更大的应用优势。燃料电池汽车在加氢、续驶里程等特性方面与传统车具有一定的相似性。一个典型的燃料电池发电系统，除了燃料电池堆外，一般还包括氢气供应子系统、空气供应子系统、水热管理子系统以及电管理和控制子系统等，主要辅助系统部件包括空气压缩机、增湿器、冷却水泵、氢气循环泵等。
氢能作为一种清洁能源，也具有一些问题，例如具有易燃、易爆及氢脆等安全问题。这些安全危害的出现都是在一定环境条件产生的，只要在使用过程中控制产生危害的必要条件，就可避免氢气造成的危害和安全事故。因此，供氢系统的安全性直接关系着整车的安全。供氢系统的防护措施，主要是对高压储氢瓶及氢气管路进行安全设计，安装各种安全设施。在监控系统的监视下，一旦发生异常状况，则通过控制器将各种监控信息传递给各种安全设施，及时断开或关闭，使燃料电池汽车处于安全状态。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，提高氢燃料电池车在使用过程中的安全性。
本发明的技术方案如下
一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，包括储氢罐，过流阀，减压阀，电磁阀，燃料电池电堆，氢气循环泵，水汽分离器，排水阀，高压瓶阀，氢气进气口，氢气出气口，低压截止阀，单向阀，排气阀，高压截止阀；所述的储氢罐中的高压氢气通过高压瓶阀、高压截止阀、过流阀、减压阀、电磁阀，低压截止阀以及氢气进气口进入燃料电池电堆；
所述的燃料电池电堆中未反应掉的氢气通过氢气出气口、氢气循环泵和单向阀，低压截止阀以及氢气进气口再次进入燃料电池电堆；
所述的燃料电池电堆中杂质气体通过水汽分离器后通过排气阀排出；所述的燃料电池电堆中的废水通过水汽分离器后通过排水阀排出。
所述的高压截止阀与过流阀之间管路安装有第一压力传感器；
所述的过流阀与减压阀之间管路安装有第二压力传感器；
所述的减压阀与电磁阀之间管路安装有第三压力传感器；
所述的电磁阀与低压截止阀之间管路安装有第四压力传感器；
所述的低压截止阀与氢气进气口之间管路安装有第五压力传感器；
所述的高压截止阀与过流阀之间管路安装有排空阀。
本系统还可以包括车载电脑和安装于驾驶室的供氢系统状态显示器；所述的车载电脑采集第一至第五压力传感器、、、、的压力信号，并且将采集到的压力信号与预先设定于车载电脑中的压力安全值进行比较；所述的车载电脑将实时采集的压力信号转换成可视化信号，通过供氢系统状态显示器实时向驾驶员显示供氢系统状态。
在供氢系统刚启动时，首先进行系统自检，该状态持续5～60s；自检通过后低压截止阀关闭，高压截止阀打开，高压氢气从储氢罐经高压瓶阀、高压截止阀、过流阀、减压阀、以及电磁阀充填于燃料电池电堆进气管路中，自检状态期间，第一至第五压力传感器将压力信号传递给车载电脑，车载电脑会将采集到的压力信号与预先设定于车载电脑中的压力安全值进行比较。
供氢系统运行时，若车载电脑采集到的压力值与安全值之间的偏差在±3％内，则判定供氢系统安全，开启低压截止阀，燃料电池动力系统进行正常工作；若偏差值不在±3％范围内，则供氢系统存在氢气泄露故障，关闭高压截止阀，打开排空阀将管路中的氢气进行排空处理；所述的单向阀组织自检时氢气倒流进入氢气循环泵。
可选地，供氢系统运行时，车载电脑检测到第一至第五压力传感器中任意一个或几个压力值与安全值之间的偏差不在±3％内，而在±5％范围内，则系统存在氢气泄露，但泄露量不多，此时供氢系统状态显示器向驾驶员进行报警，并通过电磁阀限制氢气的供应量，提示其快速驶向车辆维修点，维修人员根据报警的传感器快速定位出问题的供氢系统组件。
可选地，供氢系统运行时，车载电脑检测到第一至第五压力传感器中任意一个或几个压力值与安全值之间的偏差不在±5％范围内，则供氢系统存在氢气大量泄露，系统迅速关闭低压截止阀和高压截止阀并打开排空阀，燃料电池动力系统同时停止工作，车辆转换成动力电池驱动，并快速驶向车辆维修点，维修人员可根据报警的传感器快速定位出问题的供氢系统组件。
本发明的有益效果在于：所述的储氢罐、截止阀、压力传感器、氢循环泵、水汽分离器、电磁阀、角阀、减压阀、单向阀等均能满足燃料电池系统安全使用需求。本系统适用于氢燃料电池乘用车和氢燃料电池商用车，使用本系统的氢燃料电池车可以实时监控供氢系统的工作状态并快速定位问题组件，提升车辆在使用过程中的安全性。
附图说明
图1为本发明的一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统的示意图
图中：
(1)储氢罐，(2)过流阀，(3)减压阀，(4)电磁阀，(5)燃料电池电堆；
(6)氢气循环泵，(7)水汽分离器，(8)排水阀，(9)高压瓶阀，(10)氢气进气口；
(23)氢气出气口，(11/12/13/14/15)第一至第五压力传感器，(16)低压截止阀；
(17)单向阀，(18)排气阀，(19)高压截止阀，(20)排空阀，(21)车载电脑；
(22)供氢系统状态显示器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，包括储氢罐1，过流阀2，减压阀3，电磁阀4，燃料电池电堆5，氢气循环泵6，水汽分离器7，排水阀8，高压瓶阀9，氢气进气口10，氢气出气口23，低压截止阀16，单向阀17，排气阀18，高压截止阀19；
所述的储氢罐1中的高压氢气通过高压瓶阀9、高压截止阀19、过流阀2、减压阀3、电磁阀4，低压截止阀16以及氢气进气口10进入燃料电池电堆5；
所述的燃料电池电堆5中未反应掉的氢气通过氢气出气口23、氢气循环泵6和单向阀17，低压截止阀16以及氢气进气口10再次进入燃料电池电堆5；
所述的燃料电池电堆5中杂质气体通过水汽分离器7后通过排气阀18排出；
所述的燃料电池电堆5中的废水通过水汽分离器7后通过排水阀8排出。
所述的高压截止阀19与过流阀2之间管路安装有第一压力传感器11；
所述的过流阀2与减压阀3之间管路安装有第二压力传感器12；
所述的减压阀3与电磁阀4之间管路安装有第三压力传感器13；
所述的电磁阀4与低压截止阀16之间管路安装有第四压力传感器14；
所述的低压截止阀16与氢气进气口10之间管路安装有第五压力传感器15；
所述的高压截止阀19与过流阀2之间管路安装有排空阀20。
本系统还可以包括车载电脑21和安装于驾驶室的供氢系统状态显示器22；
所述的车载电脑21采集第一至第五压力传感器11、12、13、14、15的压力信号，并且将采集到的压力信号与预先设定于车载电脑21中的压力安全值进行比较；
所述的车载电脑21将实时采集的压力信号转换成可视化信号，通过供氢系统状态显示器22实时向驾驶员显示供氢系统状态。
做为本发明的一种实施例，在供氢系统刚启动时，首先进行系统自检，该状态持续5～60s；自检通过后低压截止阀16关闭，高压截止阀19打开，高压氢气从储氢罐1经高压瓶阀9、高压截止阀19、过流阀2、减压阀3、以及电磁阀4充填于燃料电池电堆5进气管路中，自检状态期间，第一至第五压力传感器11、12、13、14、15将压力信号传递给车载电脑21，车载电脑21会将采集到的压力信号与预先设定于车载电脑21中的压力安全值进行比较。
供氢系统运行时，若车载电脑21采集到的压力值与安全值之间的偏差在±3％内，则判定供氢系统安全，开启低压截止阀16，燃料电池动力系统进行正常工作；
若偏差值不在±3％范围内，则供氢系统存在氢气泄露故障，关闭高压截止阀19，打开排空阀20将管路中的氢气进行排空处理；
所述的单向阀17组织自检时氢气倒流进入氢气循环泵6。
做为本发明的一种实施例，供氢系统运行时，车载电脑21检测到第一至第五压力传感器11、12、13、14、15中任意一个或几个压力值与安全值之间的偏差不在±3％内，而在±5％范围内，则系统存在氢气泄露，但泄露量不多，此时供氢系统状态显示器22向驾驶员进行报警，并通过电磁阀4限制氢气的供应量，提示其快速驶向车辆维修点，维修人员根据报警的传感器快速定位出问题的供氢系统组件。
供氢系统运行时，车载电脑21检测到第一至第五压力传感器11、12、13、14、15中任意一个或几个压力值与安全值之间的偏差不在±5％范围内，则供氢系统存在氢气大量泄露，系统迅速关闭低压截止阀16和高压截止阀19并打开排空阀20，燃料电池动力系统同时停止工作，车辆转换成动力电池驱动，并快速驶向车辆维修点，维修人员可根据报警的传感器快速定位出问题的供氢系统组件。
所述的储氢罐、截止阀、压力传感器、氢循环泵、水汽分离器、电磁阀、角阀、减压阀、单向阀等均能满足燃料电池系统安全使用需求。本系统适用于氢燃料电池乘用车和氢燃料电池商用车，使用本系统的氢燃料电池车可以实时监控供氢系统的工作状态并快速定位问题组件，提升车辆在使用过程中的安全性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，包括储氢罐(1)，过流阀(2)，减压阀(3)，电磁阀(4)，燃料电池电堆(5)，氢气循环泵(6)，水汽分离器(7)，排水阀(8)，高压瓶阀(9)，氢气进气口(10)，氢气出气口(23)，低压截止阀(16)，单向阀(17)，排气阀(18)，高压截止阀(19)，其特征在于：
所述的储氢罐(1)中的高压氢气通过高压瓶阀(9)、高压截止阀(19)、过流阀(2)、减压阀(3)、电磁阀(4)，低压截止阀(16)以及氢气进气口(10)进入燃料电池电堆(5)；
所述的燃料电池电堆(5)中未反应掉的氢气通过氢气出气口(23)、氢气循环泵(6)和单向阀(17)，低压截止阀(16)以及氢气进气口(10)再次进入燃料电池电堆(5)；
所述的燃料电池电堆(5)中杂质气体通过水汽分离器(7)后通过排气阀(18)排出；
所述的燃料电池电堆(5)中的废水通过水汽分离器(7)后通过排水阀(8)排出。
2.根据权利要求1所述的一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，其特征在于：
所述的高压截止阀(19)与过流阀(2)之间管路安装有第一压力传感器(11)；
所述的过流阀(2)与减压阀(3)之间管路安装有第二压力传感器(12)；
所述的减压阀(3)与电磁阀(4)之间管路安装有第三压力传感器(13)；
所述的电磁阀(4)与低压截止阀(16)之间管路安装有第四压力传感器(14)；
所述的低压截止阀(16)与氢气进气口(10)之间管路安装有第五压力传感器(15)；
所述的高压截止阀(19)与过流阀(2)之间管路安装有排空阀(20)。
3.根据权利要求2所述的一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，其特征在于：
还包括车载电脑(21)和安装于驾驶室的供氢系统状态显示器(22)；
所述的车载电脑(21)采集第一至第五压力传感器(11、12、13、14、15)的压力信号，并且将采集到的压力信号与预先设定于车载电脑(21)中的压力安全值进行比较；
所述的车载电脑(21)将实时采集的压力信号转换成可视化信号，通过供氢系统状态显示器(22)实时向驾驶员显示供氢系统状态。
4.根据权利要求3所述的一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，其特征在于：
供氢系统刚启动时，首先进行系统自检，该状态持续5～60s；自检通过后低压截止阀(16)关闭，高压截止阀(19)打开，高压氢气从储氢罐(1)经高压瓶阀(9)、高压截止阀(19)、过流阀(2)、减压阀(3)、以及电磁阀(4)充填于燃料电池电堆(5)进气管路中，自检状态期间，第一至第五压力传感器(11、12、13、14、15)将压力信号传递给车载电脑(21)，车载电脑(21)会将采集到的压力信号与预先设定于车载电脑(21)中的压力安全值进行比较。
5.根据权利要求4所述的一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，其特征在于：
供氢系统运行时，若车载电脑(21)采集到的压力值与安全值之间的偏差在±3％内，则判定供氢系统安全，开启低压截止阀(16)，燃料电池动力系统进行正常工作；
若偏差值不在±3％范围内，则供氢系统存在氢气泄露故障，关闭高压截止阀(19)，打开排空阀(20)将管路中的氢气进行排空处理；
所述的单向阀(17)组织自检时氢气倒流进入氢气循环泵(6)。
6.根据权利要求4所述的一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，其特征在于：
供氢系统运行时，车载电脑(21)检测到第一至第五压力传感器(11、12、13、14、15)中任意一个或几个压力值与安全值之间的偏差不在±3％内，而在±5％范围内，则系统存在氢气泄露，但泄露量不多，此时供氢系统状态显示器(22)向驾驶员进行报警，并通过电磁阀(4)限制氢气的供应量。
7.根据权利要求4所述的一种快速判断氢气泄露部位的供氢系统，其特征在于：
供氢系统运行时，车载电脑(21)检测到第一至第五压力传感器(11、12、13、14、15)中任意一个或几个压力值与安全值之间的偏差不在±5％范围内，则供氢系统存在氢气大量泄露，系统迅速关闭低压截止阀(16)和高压截止阀(19)并打开排空阀(20)，燃料电池动力系统同时停止工作。
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