CN110752395B - 氢能汽车涡轮控制系统和氢能汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氢能汽车涡轮控制系统和氢能汽车，氢能汽车涡轮控制系统包括压缩空气罐、高压储氢瓶、涡轮总成、燃料电池反应堆、空滤、氢气管路以及空气管路；所述涡轮总成包括呈同轴转动的氢气减压涡轮和空气加压涡轮，所述氢气减压涡轮入口通过所述氢气管路与所述高压储氢瓶相连，所述氢气减压涡轮出口通过所述氢气管路与所述燃料电池反应堆相连；所述空气加压涡轮入口通过所述空气管路与所述空滤相连，所述空气加压涡轮出口通过所述空气管路与所述压缩空气罐相连。本发明提出的技术方案的有益效果是：可替代空压机工作，能避免频繁启停空压机造成整车能量消耗，同时减少空压机噪声，提高整车噪声、振动与声振粗糙度性能。

Description

氢能汽车涡轮控制系统和氢能汽车
技术领域
本发明涉及氢能汽车技术领域，尤其涉及一种氢能汽车涡轮控制系统和氢能汽车。
背景技术
当前能源和环境问题日益紧张，传统化石能源不可再生，且由机械车辆使用传统能源引起的环境污染已影响到我们生活，因此发展清洁可替代能源，成为目前亟待解决的问题。
在此背景下，氢气作为环保能源已成为未来发展趋势，氢能汽车由此诞生。这种新能源汽车由氢气和氧通过燃料电池产生的电能提供动力，氢氧反应这一过程不仅有极高的能量利用效率，而且排放物只有水，对环境没有任何污染。目前大多数燃料电池汽车都采用高压压缩储氢方法。而现有氢能汽车中存在着空压机频繁工作导致整车能量消耗、噪声较大的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种氢能汽车涡轮控制系统和氢能汽车，旨在避免频繁启停空压机造成能耗高的问题。
本发明的实施例提供一种氢能汽车涡轮控制系统，包括压缩空气罐、高压储氢瓶、涡轮总成、燃料电池反应堆、空滤、氢气管路以及空气管路；
所述涡轮总成包括呈同轴转动的氢气减压涡轮和空气加压涡轮，所述氢气减压涡轮入口通过所述氢气管路与所述高压储氢瓶相连，所述氢气减压涡轮出口通过所述氢气管路与所述燃料电池反应堆相连；
所述空气加压涡轮入口通过所述空气管路与所述空滤相连，所述空气加压涡轮出口通过所述空气管路与所述压缩空气罐相连。
进一步地，还包括减压阀，所述减压阀设于所述氢气管路上，且位于所述氢气减压涡轮出口与所述燃料电池反应堆之间。
进一步地，还包括泄压阀，所述泄压阀设于所述空气管路上，且位于所述空气加压涡轮出口与所述压缩空气罐之间。
进一步地，还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器设于所述高压储氢瓶瓶口处，用以实时监测所述高压储氢瓶内氢气压力。
进一步地，还包括控制器，所述控制器与所述泄压阀、所述第一压力传感器相连。
进一步地，还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器设于所述压缩空气罐瓶口处，用以实时监测所述压缩空气罐内空气压力。
进一步地，还包括控制器，所述控制器与所述泄压阀、所述第二压力传感器相连。
进一步地，还包括释放管路，所述压缩空气罐通过所述释放管路与整车空气系统相连。
进一步地，还包括电磁阀，所述电磁阀设于所述高压储氢瓶瓶口处；和/或，
所述电磁阀设于所述压缩空气罐瓶口处。
本发明的实施例还提供一种氢能汽车，包括如上任一项所述的氢能汽车涡轮控制系统。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：可回收高压氢气释放过程中高压气体势能，高压氢气释放过程中带动涡轮总成转动，将空气压缩并储存在空气罐中，压缩空气以供整车使用，此过程可替代空压机工作，能避免频繁启停空压机造成整车能量消耗，同时减少空压机噪声，提高整车噪声、振动与声振粗糙度性能。
附图说明
图1是本发明提供的氢能汽车涡轮控制系统一实施例的结构示意图；
图2是图1中涡轮总成的结构示意图；
图中：压缩空气罐1、高压储氢瓶2、涡轮总成3、氢气减压涡轮31、氢气减压涡轮入口311、氢气减压涡轮出口312、空气加压涡轮32、空气加压涡轮入口321、空气加压涡轮出口322、燃料电池反应堆4、空滤5、氢气管路6、空气管路7、释放管路8、加氢管路9、泄压阀10、减压阀11、第一压力传感器12、第二压力传感器13、控制器14。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1，本发明的实施例提供一种氢能汽车涡轮控制系统，包括压缩空气罐1、高压储氢瓶2、涡轮总成3、燃料电池反应堆4、空滤5、氢气管路6以及空气管路7。
请参见图1和图2，所述涡轮总成3包括呈同轴转动的氢气减压涡轮31和空气加压涡轮32，所述氢气减压涡轮入口311通过所述氢气管路6与所述高压储氢瓶2相连，所述氢气减压涡轮出口312通过所述氢气管路6与所述燃料电池反应堆4相连；所述空气加压涡轮入口321通过所述空气管路7与所述空滤5相连，所述空气加压涡轮出口322通过所述空气管路7与所述压缩空气罐1相连。
当高压储氢瓶2中的氢气被释放用于燃料电池反应堆4反应时，氢气从涡轮总成3中的氢气减压涡轮入口311进入，高压氢气推动氢气减压涡轮31的叶片转动，从而带动涡轮轴转动，这样可完成高压氢气势能到涡轮动能的转化；氢气从氢气减压涡轮出口312流出后，流经氢气管路6输出至燃料电池反应堆4。当氢气减压涡轮31转动时，可带动同轴的空气加压涡轮32转动，外界环境中空气通过空滤5过滤后，经空气管路7输入至空气加压涡轮入口321，空气加压涡轮32的叶片转动从而输出压缩空气，这样可完成涡轮动能到高压空气势能的转化，高压空气从空气加压涡轮32流出后，流经空气管路7被输出到压缩空气罐1中储存。
本发明实施例提供的氢能车辆涡轮控制系统，可回收高压氢气释放过程中的高压气体势能，高压氢气释放过程中带动涡轮总成3转动，将空气压缩并储存在空气罐中，压缩空气以供整车使用，此过程可代替空压机工作，降低空压机频繁工作导致整车能量消耗，同时减少空压机噪声，提高整车噪声、振动与声振粗糙度性能。
进一步地，还包括释放管路8和加氢管路9，所述压缩空气罐1通过所述释放管路8与整车空气系统相连，压缩空气可用于整车制动系统(气刹)，可用于整车动力系统增加进气，提高燃料反应效率，也可用于其它需要高压空气系统。所述高压储氢瓶2上设有加氢管路9，用于向高压储氢瓶2内输入氢气。
进一步地，还包括泄压阀10、减压阀11、第一压力传感器12、第二压力传感器13、电磁阀以及控制器14。
具体的，所述第一压力传感器12设于所述高压储氢瓶2瓶口处，用以实时监测所述高压储氢瓶2内氢气压力，所述电磁阀设于所述高压储氢瓶2瓶口处。所述减压阀11设于所述氢气管路6上，且位于所述氢气减压涡轮出口312与所述燃料电池反应堆4之间，氢气从氢气减压涡轮出口312流出后，经减压阀11进一步减压，然后流经氢气管路6输出给燃料电池反应堆4。
所述泄压阀10设于所述空气管路7上，且位于所述空气加压涡轮出口322与所述压缩空气罐1之间，随着高压储氢瓶2内的氢气被释放消耗，当第一压力传感器12监测高压储氢瓶2内氢气压力值小于预设阈值时，可开启泄压阀10(泄压阀10正常状态常闭)，涡轮总成3的空气加压涡轮32阻尼减小，可确保氢气压力较低时能被正常释放反应。
所述第二压力传感器13设于所述压缩空气罐1瓶口处，用以实时监测所述压缩空气罐1内空气压力；所述电磁阀设于所述压缩空气罐1瓶口处。本实施例中，上述电磁阀为可控电磁阀，用于控制高压储氢瓶2和压缩空气罐1的开关，可以手动开关，也可以自动开关。
随着空气被不断注入，压缩空气罐1内空气压力不断上升，当第二压力传感器13监测空气压力值大于或等于预设阈值(预设阈值代表压缩空气罐1允许存储空气最大压力)，代表压缩空气罐1内压力达到存储空气最大压力时，此时压缩空气罐1已充满，可开启泄压阀10(泄压阀10正常状态常闭)，空气不再被注入压缩空气罐1，直接外泄排除。
压缩空气罐1经释放管路8与整车空气系统相连，随着空气被不断释放使用，压缩空气罐1内空气压力下降，当第二压力传感器13监测空气压力值信号小于预设阈值(预设阈值代表压缩空气罐1允许存储空气最大压力)时，控制器14控制泄压阀10关闭(泄压阀10正常状态常闭)，外界环境中空气通过空滤5过滤后经空气压缩涡轮压缩继续被注入压缩空气罐1。
进一步地，还包括控制器14，所述控制器14与所述泄压阀10、减压阀11、第一压力传感器12、第二压力传感器13电连接。控制器14可控制减压阀11的开启；随着高压储氢瓶2内的氢气被释放消耗，当控制器14接收到第一压力传感器12监测氢气压力值小于预设阈值时，控制器14可控制泄压阀10的开启。随着空气被不断注入，当控制器14接收到第二压力传感器13监测空气压力值大于或等于预设阈值时，此时压缩空气罐1已充满，控制器14可控制泄压阀10的开启。压缩空气罐1经释放管路8与整车空气系统相连，随着空气被不断释放使用，当控制器14接收到第二压力传感器13监测空气压力值小于预设阈值时，控制器14可控制泄压阀10的关闭，可实现氢能汽车涡轮控制系统的自动化。
本发明的实施例还提供一种氢能汽车，包括如上所述的氢能汽车涡轮控制系统。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢能汽车涡轮控制系统，其特征在于，包括压缩空气罐、高压储氢瓶、涡轮总成、燃料电池反应堆、空滤、氢气管路以及空气管路；
所述涡轮总成包括呈同轴转动的氢气减压涡轮和空气加压涡轮，所述氢气减压涡轮入口通过所述氢气管路与所述高压储氢瓶相连，所述氢气减压涡轮出口通过所述氢气管路与所述燃料电池反应堆相连；
所述空气加压涡轮入口通过所述空气管路与所述空滤相连，所述空气加压涡轮出口通过所述空气管路与所述压缩空气罐相连；
还包括泄压阀，所述泄压阀设于所述空气管路上，且位于所述空气加压涡轮出口与所述压缩空气罐之间；
还包括减压阀，所述减压阀设于所述氢气管路上，且位于所述氢气减压涡轮出口与所述燃料电池反应堆之间。
2.如权利要求1所述的氢能汽车涡轮控制系统，其特征在于，还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器设于所述高压储氢瓶瓶口处，用以实时监测所述高压储氢瓶内氢气压力。
3.如权利要求2所述的氢能汽车涡轮控制系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述泄压阀、所述第一压力传感器相连。
4.如权利要求1所述的氢能汽车涡轮控制系统，其特征在于，还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器设于所述压缩空气罐瓶口处，用以实时监测所述压缩空气罐内空气压力。
5.如权利要求4所述的氢能汽车涡轮控制系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述泄压阀、所述第二压力传感器相连。
6.如权利要求1或5所述的氢能汽车涡轮控制系统，其特征在于，还包括释放管路，所述压缩空气罐通过所述释放管路与整车空气系统相连。
7.如权利要求1所述的氢能汽车涡轮控制系统，其特征在于，还包括电磁阀，所述电磁阀设于所述高压储氢瓶瓶口处；和/或，
所述电磁阀设于所述压缩空气罐瓶口处。
8.一种氢能汽车，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的氢能汽车涡轮控制系统。
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