CN111169257B - 一种用于燃料电池车的水资源利用系统及方法 - Google Patents

一种用于燃料电池车的水资源利用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于燃料电池车的水资源利用系统，包括：第一级用水系统，其具备第一储水装置，第一储水装置用于存储燃料电池系统排出的水资源，并对第一储水装置内水资源的液位和水质进行检测，根据检测结果，判断当前已存储的水资源是否为第一级用水系统多余水；第二级用水系统，其与第一储水装置连接，用于获取第一级用水系统多余水，并被第二级用水系统内的二级使用装置利用，其中，二级使用装置选自车内保湿降温子系统、冷却水子系统和清洗玻璃水子系统中的一种或几种。本发明充分利用燃料电池产生的热量和水分，并进行了不同用途的分级再利用，提高了车辆的能源利用能力及服务能力，可广泛应用于多种交通工具。

Description

一种用于燃料电池车的水资源利用系统及方法
技术领域
本发明涉及水资源管理领域，具体地说，是涉及一种用于燃料电池车的水资源利用系统及方法。
背景技术
氢能被誉为21世纪的“终极能源”，具有来源广、可储存、可再生、可电可燃、零污染、零碳排等特点，有助于解决能源危机以及环境污染等问题。
美国、加拿大、欧盟、日韩都在氢能源产业化应用方面迈出了实质性步伐，无论是政府还是产业资本都在积极推动氢能产业的发展。欧洲的部分城市已经开始了氢能社会的试点，日本政府则提出要建设“氢能社会”，更要将2020年的东京奥运会打造成一场“氢能盛事“。
燃料电池作为氢能最主要的应用，无论在固定式发电领域、便携式领域、交通领域都显示出市场化的迹象，特别是氢燃料电池技术应用已经处在了商业化阶段。
在固定发电领域，日本的微型热电联产系统部署已超过20万台，到2020年计划部署140万台，欧美也在积极部署。美国的布鲁姆能源的燃料电池发电系统早已在全球各个数据中心、大型企业中得到广泛应用。
在便携式领域，虽然规模不大，但是在军事领域和3C领域都有不错的应用前景。
在交通领域，国际车企的燃料电池汽车把这个领域推到了最火热的位置，目前丰田、本田、现代的燃料电池汽车销量达到6000多辆，国际车企纷纷布局燃料电池汽车，2030年燃料电池汽车销量将达到百万辆，物料搬运叉车方面普拉格能源累计销量超过两万台，与此同时全球数千辆的和燃料电池大巴、物流车正在试营运。
随着我国经济社会的发展，对能源的需求将长期处于高位，同时减排压力巨大，发展氢能产业对调整能源结构和产业结构都有着重要的意义。未来我国氢能产业基础设施发展将取得重大突破。其中，以能源形式利用的氢气产能规模将达到720亿立方米；加氢站数量达到100座；燃料电池车辆达到10000辆；氢能轨道交通车辆达到50列；行业总产值达到3000亿元。
上海出台首个地方性的燃料电池汽车发展规划，广东佛山云浮、武汉、北京、张江口、如皋、西安、郑州等等越来越多的城市加入到氢能和燃料电池行业，各大城市运营的车辆达到2000辆，在政府的大力推动下，企业参与进来的热情越来越高，近两年新增加的相关企业超过一千家，我国的氢能和燃料电池产业正在大步发展和快速向商业化转变。
燃料电池装备的发展目前主要集中在燃料电池技术及能量利用领域，较少有人关注到燃料电池系统给车辆带来的其他变化，例如：燃料电池系统产生的水、热利用问题等。少量关于这部分的研究仅关注于紧急饮用用水。现今，具有燃料电池驱动的动力系统的车辆，其中的燃料电池系统的水资源是直接排放的，没有循环利用，造成了热量和水资源的浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于燃料电池车的水资源利用系统，包括：第一级用水系统，其具备第一储水装置，所述第一储水装置用于存储燃料电池系统排出的水资源，并对所述第一储水装置内水资源的液位和水质进行检测，根据检测结果，判断当前已存储的所述水资源是否为第一级用水系统多余水；第二级用水系统，其与所述第一储水装置连接，用于获取所述第一级用水系统多余水，并被所述第二级用水系统内的二级使用装置利用，其中，所述二级使用装置选自车内保湿降温子系统、冷却水子系统和清洗玻璃水子系统中的一种或几种。
优选地，所述第一储水装置，其进一步用于在检测出当前液位达到预设的第一液位阈值或水质检测结果为不合格的情况下，确定当前已存储的所述水资源为所述第一级用水系统多余水，向所述第二级用水系统内的所述二级使用装置注入所述第一级用水系统多余水。
优选地，所述第一储水装置，其进一步用于在检测出当前液位未达到预设的第一液位阈值，并且水质检测结果为合格的情况下，确定当前已存储的所述水资源不为所述第一级用水系统多余水，向所述第一级用水系统内的一级使用装置注入已存储的所述水资源。
优选地，所述第一级用水系统还包括用于使用所述第一储水装置内的水资源的一级使用装置，其中，所述一级使用装置选自饮用水子系统、制冰子系统、水暖保温水子系统和冬季盥洗用水子系统中的一种或几种。
优选地，所述系统还包括与所述第一级用水系统和/或所述第二级用水系统连接的第三级用水系统，其中，所述第三级用水系统，其用于获取并利用所述第一级用水系统和/或所述第二级用水系统的废水和/或多余水。
优选地，所述第三级用水系统选自路面保湿除尘水子系统、自动洗车水子系统和水景观子系统中的一种或几种。
优选地，所述二级使用装置还包括夏季盥洗用水子系统。
另一方面，本发明还提出了一种用于燃料电池车的水资源利用方法，所述燃料电池车具备如上述所述的系统，所述方法包括：步骤一、第一级用水系统中的第一储水装置存储燃料电池系统排出的水资源，并对所述第一储水装置内水资源的液位和水质进行检测，根据检测结果，判断当前已存储的所述水资源是否为第一级用水系统多余水；步骤二、第二级用水系统获取所述第一级用水系统多余水，并被所述第二级用水系统内的二级使用装置利用，其中，所述二级使用装置选自车内保湿降温子系统、冷却水子系统和清洗玻璃水子系统中的一种或几种。
优选地，所述步骤一进一步包括：所述第一储水装置在检测出当前液位达到预设的第一液位阈值或水质检测结果为不合格的情况下，确定当前已存储的所述水资源为所述第一级用水系统多余水，向所述第二级用水系统内的所述二级使用装置注入所述第一级用水系统多余水。
优选地，所述方法还包括：第三级用水系统获取并利用所述第一级用水系统和/或所述第二级用水系统的废水和/或多余水。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
本发明提出了一种用于燃料电池车的水资源利用系统及方法，该系统及方法将燃料电池系统排放的水资源进行不同用途的分级再利用，利用燃料电池系统产生的热量和水分，提高了车辆的能源利用能力及服务能力，可广泛应用于汽车、列车、飞机、轮船等多种交通工具。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本申请实施例的用于燃料电池车的水资源利用系统的整体结构示意图。
图2为本申请实施例的用于燃料电池车的水资源利用系统的具体结构示意图。
图3为本申请实施例的用于燃料电池车的水资源利用方法的步骤图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
燃料电池作为未来能源--氢能最主要的应用，无论在固定式发电领域、便携式领域、交通领域都显示出市场化的迹象，特别是氢燃料电池技术应用已经处在了商业化阶段。但现有的燃料电池装备的发展目前主要集中在燃料电池技术及能量利用领域，较少有人关注到燃料电池系统给车辆带来的其他变化，例如：燃料电池系统产生的水、热利用问题等。少量关于这部分的研究仅关注于紧急饮用用水。现今，具有燃料电池驱动的动力系统的车辆，其中的燃料电池系统的水资源是直接排放的，没有循环利用，造成了热量和水资源的浪费。
本发明提出了一种用于燃料电池车的水资源系统及方法。该系统及方法将燃料电池系统排放的水资源进行再利用，进一步将再利用系统进行分级，每级系统均能够利用其内部不同用途的子系统，为车辆内各种设备提供一定的水资源，利用燃料电池系统产生的热量和水分，从而提高了车辆的能源利用能力和服务能力，可广泛应用于多种交通工具。
在本发明实施例中，所述车辆为具备燃料电池系统的多种交通工具，其中，燃料电池特指氢氧燃料电池，所述多种交通工具包括：汽车、机车、轮船和飞机等。在实际应用过程中，传统的燃料电池车产生的水大多数直接排放，浪费了水资源及其携带的热量。通过本发明对燃料电池车上动力系统产生的水资源进行分级，建立不同的水资源利用系统，进一步组成燃料电池车用水资源分级利用系统。通常，一辆载有20Kg氢气的12米燃料电池公交车，一天运行产生的水可以达到180kg，约为180L。
实施例一
图1为本申请实施例的用于燃料电池车的水资源利用系统的整体结构示意图。如图1所示，水资源利用系统包括：第一级用水系统10和第二级用水系统20。其中，第一级用水系统10具备第一储水装置11。第一储水装置11与燃料电池系统的排水管连接，用于存储燃料电池车辆内的燃料电池系统排出的水资源，并对第一储水装置11内水资源的液位和水质进行检测，根据检测结果，判断当前已存储的水资源是否为第一级用水系统多余水。第二级用水系统20与第一级用水系统10内的第一储水装置11连接，用于获取上述第一级用水系统多余水，并被第二级用水系统20内的二级使用装置22利用，其中，二级使用装置22选自车内保湿降温子系统221、冷却水子系统222和清洗玻璃水子系统223中的一种或几种。
下面先对第一级用水系统进行说明。第一储水装置11包括水质检测设备111和第一液位处的第一液位计112。其中，水质检测设备111用于检测第一储水装置11内存储的水资源的水质状况，并生成表征水质是否合格的水质检测信号。该设备111包括：水质检测单元(未图示)和结果生成单元(未图示)。具体地，在一个实施例中，若水质检测合格，则生成无效的水质检测信号；若水质检测不合格，则生成有效的水质检测信号。水质检测单元内置于第一储水装置11内。优选地，安装于装置11内的底部。在第一储水装置11通入上述燃料电池系统所排出的水资源后，上述水质检测单元对当前水资源的水质情况进行检测，将检测到的信息发送至结果生成单元中。结果生成单元用于获取上述水质监测单元发送的信息，根据该信息计算当前第一储水装置11内已存储的水资源的水质结果，并生成表征水质是否合格的水质检测信号。优选地，上述结果生成单元可集成于第一储水装置11的外壳内。
需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实时需要，水质监测装置111还可以配置为实时地或是定时地对第一储水装置11内的水质进行检测，本发明不限于此。
第一液位计112安装于第一储水装置11内部的第一液位处，其中，第一液位用于表征第一储水装置11可承受容积。具体地，在一个实施例中，若第一储水装置11内所存储的水资源达到第一液位处，则生成有效的第一储水装置满液位信号；若第一储水装置11内所存储的水资源未达到第一液位处，则生成无效的第一储水装置满液位信号。需要说明的是，本发明对第一液位的位置不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行设定。
进一步的，第一储水装置11还包括第一储水装置控制器113。第一储水装置控制器113与上述水质检测设备111和第一液位计112连接，用于对第一储水装置11内所存储的水资源的用途进行控制。具体地，第一储水装置控制器113用于接受并检测通过第一液位计112获取到的第一储水装置满液位信号和通过水质检测设备111获取到的水质检测信号，基于此，对第一储水装置11内所存储的水资源的用途进行控制。
在一个实施例中，第一储水装置11内的第一储水装置控制器113用于在检测出当前液位达到预设的第一液位阈值或水质检测结果为不合格的情况下，确定当前已存储的水资源为第一级用水系统多余水，向第二级用水系统20内的二级使用装置22注入第一级用水系统多余水。具体地，第一储水装置控制器113在检测出当前第一储水装置满液位信号为有效状态，或者当前水质检测信号为有效状态时，确定当前已存储的水资源为第一级用水系统多余水，控制与上述第一储水装置控制器113连接的第一储水装置11内的一级使用装置12的所有输水阀闭合，并且控制与上述第一储水装置控制器113连接的第一储水装置11内的二级使用装置输水阀11b1打开，用以将第一储水装置11内的水资源注入到下述第二级用水系统20内的二级使用装置22中，并禁止向下述一级使用装置12注入第一储水装置11内的水资源。
需要说明的是，由于车辆上的燃料电池系统产生的水纯度较高，温度在70℃左右，若在第一储水装置11内存储的时间较长导致水质检测不合格，或者达到第一储水装置11可承受容积时，表明第一储水装置11的水资源存储时间过长，这部分水的温度已经下降到了室温并且水质并不理想。因此，这部分被确定为第一级用水系统多余水的水资源可为主要用于车辆中对水质要求不高的设备(二级使用装置22)提供水资源，并被其利用。
在另一个实施例中，第一储水装置11内的第一储水装置控制器113用于在检测出当前液位未达到预设的第一液位阈值，并且水质检测结果为合格的情况下，确定当前已存储的水资源不为第一级用水系统多余水，向第一级用水系统10内的一级使用装置12注入已存储的水资源。具体地，第一储水装置控制器113在检测出当前第一储水装置满液位信号为无效状态，并且当前水质检测信号为无效状态时，确定当前已存储的水资源不为第一级用水系统多余水，控制与上述第一储水装置控制器113连接的第一储水装置11内的一级使用装置12的所有输水阀打开，并且控制与上述第一储水装置控制器113连接的第一储水装置11内的二级使用装置输水阀11b1闭合，用以将第一储水装置11内的水资源注入下述一级使用装置12中。
需要说明的是，由于车辆上的燃料电池系统产生的水纯度较高，温度在70℃左右，可以用于第一级用水系统10内的一级使用装置11所利用。若在第一储水装置11内存储的时间不长使得水质检测合格，并且未达到第一储水装置11可承受容积时，表明这部分水的温度还处于较高温度并且水质理想。因此，这部分未被确定为第一级用水系统多余水的水资源可为主要用于车辆中对水质要求较高的设备(一级使用装置12)提供水资源，并被其利用。
如图1所示，第二级用水系统20包括与第一储水装置11连接的二级使用装置22。二级使用装置22的入水口通过相应水管与第一储水装置11内的二级使用装置出水口11a1连接，上述二级使用装置输水阀11b1内置于用于连接二级使用装置22和第一储水装置10的水管内，并紧邻二级使用装置出水口11a1。二级使用装置输水阀11b1打开后，第一储水装置10内的水资源流入二级使用装置22。二级使用装置输水阀11b1闭合后，第一储水装置10内的水资源无法流入二级使用装置22。
进一步，二级使用装置22选自车内保湿降温子系统221、冷却水子系统222和清洗玻璃水子系统223，主要用于汽车、机车、飞机等运输交通工具。二级使用装置22的入水口包括：车内保湿降温子系统221内的储水装置的入水口、冷却水子系统222内的储水装置的入水口和清洗玻璃水子系统223内的储水装置的入水口，该装置22内的各个入水口均与上述第一储水装置11内的二级使用装置出水口11a1连接。具体地，车内保湿降温子系统221包括车辆的增湿设备，例如：车辆内的换气内循环设备，即通过风将湿气带到车辆上，达到为车辆保湿或者降温的目的。冷却水子系统222包括为车辆的电机、电控、空压机、DCDC等部件降温的冷却设备，主要用于将水资源补充到车辆的各类冷却系统中。清洗玻璃水子系统223主要是将水资源用于清洗车辆的玻璃，尤其是前挡风玻璃。
另外，参考图1，上述二级使用装置22还包括夏季盥洗用水子系统224主要用于机车、飞机等运输交通工具，是提供夏季盥洗用的凉水。具体地，夏季盥洗用水子系统224内的储水装置的入水口与上述第一储水装置10内的二级使用装置出水口11a1连接。
需要指出的是，本实施例所提供的水资源利用系统在利用燃料电池系统所产生的水资源的同时，根据实际需要，该系统还可以对燃料电池系统所产生的废热进行回收并利用，例如对水资源进行加热等。
实施例二
图2为本申请实施例的用于燃料电池车的水资源利用系统的具体结构示意图。如图2所示，第一级用水系统10还包括用于使用第一储水装置11内的水资源的一级使用装置12，其中，一级使用装置12选自饮用水子系统121、制冰子系统122、水暖保温水子系统123和冬季盥洗用水子系统124中的一种或几种。第一级用水系统10内的一级使用装置12主要用于机车、飞机等交通工具。第一储水装置11的出水口除了包括上述二级使用装置出水口11a1外，还包括储水饮用水子系统高温出水口11a2、储水饮用水子系统常温出水口11a3、储水制冰子系统出水口11a4、储水水暖保温水子系统出水口11a5和储水冬季盥洗用水子系统出水口11a6。上述一级使用装置12的所有输水阀包括：饮用水子系统高温输水阀11b2、饮用水子系统常温输水阀11b3、制冰子系统输水阀11b4、水暖保温水子系统输水阀11b5和冬季盥洗用水子系统输水阀11b6。进一步，在相应的一级使用装置12输水阀打开后，第一储水装置11内的水资源流入对应连接的子系统中；在相应的一级使用装置12输水阀闭合后，第一储水装置11内的水资源无法流入对应连接的子系统中。
其中，饮用水子系统121的高温入水口通过相应水管与上述第一储水装置11的储水饮用水子系统高温出水口11a2连接，饮用水子系统高温输水阀11b2内置于当前水管，并紧邻饮储水用水子系统高温出水口11a2。饮用水子系统121的常温入水口通过相应水管与上述第一储水装置11的储水饮用水子系统常温出水口11a3连接，饮用水子系统常温输水阀11b3内置于当前水管，并紧邻储水饮用水子系统常温出水口11a3。制冰子系统122的入水口通过相应水管与上述第一储水装置11的储水制冰子系统出水口11a4连接，制冰子系统输水阀11b4内置于当前水管，并紧邻储水制冰子系统出水口11a4。水暖保温水子系统123的入水口通过相应水管与上述第一储水装置11的储水水暖保温水子系统出水口11a5连接，水暖保温水子系统输水阀11b5内置于当前水管，并紧邻储水水暖保温水子系统出水口11a5。冬季盥洗用水子系统124的入水口通过相应水管与上述第一储水装置11的储水冬季盥洗用水子系统出水口11a6连接，冬季盥洗用水子系统输水阀11b6内置于当前水管，并紧邻储水冬季盥洗用水子系统出水口11a6。
需要说明的是，饮用水子系统121是为车辆内的乘客提供饮用水的设备，包括：饮用水子系统121高温设备和饮用水子系统121常温设备，主要用于机车、飞机等交通工具。车辆的水暖保温水子系统123是为车辆提供暖气和/或食物保温的设备，主要用于机车、飞机等交通工具。冬季盥洗用水子系统124是为车辆内的乘客提供相应的热水或盥洗服务的设备，主要用于机车、飞机等交通工具。
实施例三
进一步的，如图2所示，除上述实施例一所述的第一储水装置11包括水质检测设备111、第一液位计112和第一储水装置控制器113外，第一储水装置11还包括与上述储水装置控制器113连接的第一温度传感器114。第一温度传感器114用于实时检测第一储水装置11内已存储水资源的实时温度。而后，第一储水装置控制器113接收并检测通过第一温度传感器114获取到的实时温度，并利用预设的第一级温度阈值，对第一储水装置11内的水资源的温度进行诊断，根据诊断结果，生成表征第一储水装置11内的水资源的当前温度是否可用于一级使用装置12的第一储水装置温度诊断信号。具体地，若当前实时温度达到或超过第一级温度阈值时，生成无效的第一储水装置温度诊断信号，用以表示当前第一储水装置11内的水资源的温度为高温状态，可用于一级使用装置12内的高温可用设备(饮用水子系统121高温设备、水暖保温水子系统123和冬季盥洗用水子系统124)使用。若当前实时温度未达到第一级温度阈值时，生成有效的第一储水装置温度诊断信号，用以表示当前第一储水装置11内的水资源的温度为常温状态可用于一级使用装置12内的常温可用设备(饮用水子系统121常温设备和制冰子系统122)使用。
需要说明的是，上述第一级温度阈值是为区分上述一级使用装置12所用的水资源的高温状态与常温状态进行区分的参数，其中的常温高于二级使用装置22所用的水资源的室温状态所对应的温度。
进一步的，第一储水装置控制器113与上述水质检测设备111、第一液位计112和第一温度传感器114连接，用于对第一储水装置11内所存储的水资源的用途进行控制。具体地，第一储水装置控制器113用于接收并检测根据通过第一液位计112获取到的第一储水装置满液位信号、通过水质检测设备111获取到的水质检测信号以及上述第一储水装置温度诊断信号，基于此，对第一储水装置11内所存储的水资源的用途进行控制。
在一个实施例中，第一储水装置11内的第一储水装置控制器113用于在检测出当前液位未达到预设的第一液位阈值，并且水质检测结果为合格的情况下，若检测出当前第一储水装置11内的水资源的温度为高温状态，则向上述(实施例二所述)一级使用装置12内的高温可用设备注入第一储水装置11内已存储的水资源。具体地，第一储水装置控制器113在检测出当前第一储水装置满液位信号为无效状态，并且当前水质检测信号为无效状态的情况下，若检测出第一储水装置温度诊断信号为无效状态，则控制上述一级使用装置12内的高温可用设备所对应的输水阀打开，并控制上述一级使用装置12内的常温可用设备的输水阀闭合。
需要说明的是，由于车辆上的燃料电池系统产生的水纯度较高，温度在70℃左右，可以用于第一级用水系统10内的一级使用装置11所利用。若在第一储水装置11内存储的时间不长使得水质检测合格，并且未达到第一储水装置11可承受容积，温度仍处于较高状态时，表明这部分水的温度高并水质理想。因此，这部分未被确定为第一级用水系统多余水的水资源可为主要用于车辆中对水质要求较高并对温度要求也高的设备(一级使用装置12内的高温可用设备)提供水资源并被其利用。
在一个实施例中，第一储水装置11内的第一储水装置控制器113用于在检测出当前液位未达到预设的第一液位阈值，并且水质检测结果为合格的情况下，若检测出当前第一储水装置11内的水资源的温度为常温状态，则向上述(实施例二所述)一级使用装置12内的常温可用设备注入第一储水装置11内已存储的水资源。具体地，第一储水装置控制器113在检测出当前第一储水装置满液位信号为无效状态，并且当前水质检测信号为无效状态的情况下，若检测出第一储水装置温度诊断信号为有效状态，则控制上述一级使用装置12内的常温可用设备所对应的输水阀打开，并控制上述一级使用装置12内的高温可用设备的输水阀闭合。
需要说明的是，由于车辆上的燃料电池系统产生的水纯度较高，温度在70℃左右，可以用于第一级用水系统10内的一级使用装置11所利用。若在第一储水装置11内存储的时间不长使得水质检测合格，并且未达到第一储水装置11可承受容积，但温度处于常温状态时，表明这部分水的温度不算很高但水质仍理想。因此，这部分未被确定为第一级用水系统多余水的水资源可为主要用于车辆中对水质要求较高并对温度要求不高的设备(一级使用装置12内的常温可用设备)提供水资源并被其利用。
实施例四
如图2所示，上述第二级用水系统20还包括与第一储水装置10连接的第二储水装置21。第二储水装置21设置在第一储水装置10的二级使用装置出水口11a1与二级使用装置22内的各个子系统的入水口之间，用于在上述第一储水装置10的二级使用装置输水阀11b1打开后，获取第一储水装置11内的水资源。具体地，第二储水装置21的入水口与上述第一储水装置11的二级使用装置出水口11a1连接。第二储水装置21的出水口包括：与二级使用装置20所包含的子系统所对应的储水车内保湿降温子系统出水口21a2、和/或储水冷却水子系统出水口21a3、和/或储水清洗玻璃水子系统出水口21a4、和/或储水夏季盥洗用水子系统出水口21a5。第二储水装置21的所有输水阀包括：与二级使用装置20所包含的子系统所对应的车内保湿降温子系统输水阀21b2、和/或冷却水子系统输水阀21b3、和/或清洗玻璃水子系统输水阀21b4、和/或夏季盥洗用水子系统输水阀21b5。
其中，上述车内保湿降温子系统221的入水口通过相应水管与上述第二储水装置12的储水车内保湿降温子系统出水口21a2连接，车内保湿降温子系统输水阀21b2内置于当前水管，并紧邻储水车内保湿降温子系统出水口21a2。上述冷却水子系统222的入水口通过相应水管与上述第二储水装置12的储水冷却水子系统出水口21a3连接，冷却水子系统输水阀21b3内置于当前水管，并紧邻储水冷却水子系统出水口21a3。上述清洗玻璃水子系统223的入水口通过相应水管与上述第二储水装置12的储水清洗玻璃水子系统出水口21a4连接，清洗玻璃水子系统输水阀21b4内置于当前水管，并紧邻储水清洗玻璃水子系统出水口21a4。上述夏季盥洗用水子系统224的入水口通过相应水管与上述第二储水装置12的储水夏季盥洗用水子系统出水口21a5连接，夏季盥洗用水子系统输水阀21b5内置于当前水管，并紧邻储水夏季盥洗用水子系统出水口21a5。
进一步，第二储水装置21包括：位于第二液位处的第二液位计211和第二储水装置控制器212。第二储水装置21用于存储第一储水装置11流入的水资源，并对第二储水装置21内水资源的液位进行检测，根据检测结果，确定当前已存储的水资源是否为第二级用水系统多余水。具体地，在一个实施例中，若第二储水装置21内所存储的水资源达到第二液位处，则生成有效的第二储水装置满液位信号；若第二储水装置21内所存储的水资源未达到第二液位处，则生成无效的第二储水装置满液位信号。
其中，第二液位用于表征第二储水装置21的可承受容积。需要说明的是，本发明对第二液位的位置不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行设定。
进一步的，第二储水装置控制器212与上述第二液位计211连接，用于根据第二储水装置11内所存储的水资源的液位，对第二储水装置11内的水资源的用途进行控制。具体地，第二储水装置控制器212用于接收并检测根据通过第二液位计211获取到的第二储水装置满液位信号，基于此，对第二储水装置21内所存储的水资源的用途进行控制。
在一个实施例中，第二储水装置21内的第二储水装置控制器212用于在检测出当前液位达到预设的第二液位阈值的情况下，确定当前已存储的水资源为第二级用水系统多余水，向下述第三级用水系统30内的三级使用装置32注入第二级用水系统多余水。具体地，第二储水装置控制器212在检测出当前第二储水装置满液位信号为有效状态时，确定当前已存储的水资源为第二级用水系统多余水，控制第二储水装置21内的与第二储水装置控制器212连接的下述三级使用装置输水阀21b1打开，更进一步的说，在这种情况下，第二储水装置控制器212进一步控制第二储水装置21内的二级使用装置12的与第二储水装置控制器212连接的所有输水阀打开。这样，第二储水装置21内的水资源能够注入到下述第三级用水系统30内的三级使用装置32中。进一步的，第二储水装置21内的水资源也注入到二级使用装置22中，以加速第二级用水系统多余水的消耗。
在另一个实施例中，第二储水装置21内的第二储水装置控制器212用于在检测出当前液位未达到预设的第二液位阈值的情况下，确定当前已存储的水资源不为第二级用水系统多余水，向第二级用水系统20内的二级使用装置22注入已存储水资源。具体地，第二储水装置控制器212在检测出当前第二储水装置满液位信号为无效状态时，确定当前已存储的水资源不为第二级用水系统多余水，控制与第二储水装置控制器212连接的第二储水装置21内的二级使用装置12的所有输水阀打开，并且控制与第二储水装置控制器212连接的第二储水装置21内的下述三级使用装置输水阀21b1闭合，用以将第二储水装置21内的水资源注入到二级使用装置22中，并禁止向下述第三级用水系统30内的三级使用装置32注入。
实施例五
再次参考图2，上述水资源利用系统还包括与第一级用水系统10和/或第二级用水系统20连接的第三级用水系统30，其中，第三级用水系统30用于获取并利用第一级用水系统10和/或第二级用水系统20的废水和/或多余水。具体地说，第三级用水系统30用于获取并利用上述第二级用水系统多余水、以及第一级用水系统10和/或第二级用水系统20的废水。
进一步，第三级用水系统30包括第三储水装置31和三级使用装置32。其中，第三储水装置31用于获取第二级用水系统20的多余水，和/或第一级用水系统10和/或第二级用水系统20内各个子系统使用后的废水。具体地，第三储水装置31一方面与上述第二储水装置21的三级使用装置出水口21a1连接；还与一级使用装置12以及二级使用装置22所包含的所有子系统的废水排水口连接。其中，第二储水装置21的出水口还包括：用于向第三级用水系统30通入水资源的三级使用装置出水口21a1。这样，第三级用水系统30利用第三储水装置31便可收集到第一级用水系统10和/或第二级用水系统20内各个子系统使用后的废水和/或多余水。
进一步的，上述第三级用水系统30中的三级使用装置32选自路面保湿除尘水子系统322、自动洗车水子系统321和水景观子系统323中的一种或几种。其中，自动洗车水子系统321是车辆内用于清洗车辆的设备，用于保持车辆外表的清洁，同时也有助于降低车辆内的温度。路面保湿除尘水子系统322是车辆内具备用于路面除尘的设备，用于将水分喷在前轮前方，避免车辆经过路面带起灰尘，污染车辆的同时对道路环境产生不良影响，该子系统322适用于汽车、机车等类型的交通工具。水景观子系统323是车辆内用于水景观(喷泉水幕)的设备，适用于燃料电池驱动的游览车等类型的交通工具，主要起到美观的作用，提升车辆甚至城市美誉度。
另一方面，本发明还提出了一种用于燃料电池车的水资源利用方法。该方法所涉及的燃料电池车具备上述所述的水资源利用系统，并通过水资源利用系统对燃料电池系统所排放的水资源进行再利用，本方法所涉及的系统、子系统、装置、单元和传感器等设备均具备上述水资源利用系统中对应设备的功能。
图3为本申请实施例的用于燃料电池车的水资源利用方法的步骤图。如图3所示，在步骤S310中，第一级用水系统10中的第一储水装置11存储燃料电池系统排出的水资源，并对第一储水装置11内水资源的液位和水质进行检测，根据检测结果，判断当前已存储的水资源是否为第一级用水系统多余水。
在一个实施例中，第一储水装置11在检测出当前液位达到预设的第一液位阈值或水质检测结果为不合格的情况下，确定当前已存储的水资源为第一级用水系统多余水，向第二级用水系统20内的二级使用装置22注入第一级用水系统多余水。具体地，第一储水装置11中的第一储水装置控制器113在检测出当前通过第一液位计112获取到的第一储水装置满液位信号为有效状态，或者当前通过水质检测设备111获取到的水质检测信号为有效状态时，确定当前已存储的水资源为第一级用水系统多余水，控制第一储水装置11内的一级使用装置12的所有输水阀闭合，并且控制第一储水装置12内的二级使用装置输水阀11b1打开，用以将第一储水装置11内的水资源注入下述第二级用水系统20内的二级使用装置22中，并禁止向一级使用装置12注入第一储水装置11内的水资源。
在另一个实施例中，第一储水装置11内的第一储水装置控制器113在检测出当前液位未达到预设的第一液位阈值，并且水质检测结果为合格的情况下，确定当前已存储的水资源不为第一级用水系统多余水，向第一级用水系统10内的一级使用装置12注入第一储水装置11已存储的水资源。具体地，第一储水装置11内的第一储水装置控制器113在检测出当前通过第一液位计112获取到的第一储水装置满液位信号为无效状态，并且当前通过水质检测设备111获取到的水质检测信号为无效状态时，确定当前第一储水装置12已存储的水资源不为第一级用水系统多余水，控制第一储水装置11内的一级使用装置12的所有输水阀打开，并且控制第一储水装置12内的二级使用装置输水阀11b1闭合，用以将第一储水装置11内的水资源注入到一级使用装置12中。
然后，在步骤S320中，第二级用水系统20获取上述第一级用水系统多余水，并被第二级用水系统20内的二级使用装置22利用，其中，二级使用装置22选自车内保湿降温子系统221、冷却水子系统222和清洗玻璃水子系统223中的一种或几种。
进一步，第二储水装置21存储第一储水装置11流入的水资源，并对第二储水装置21内水资源的液位进行检测，根据检测结果，确定当前已存储的水资源是否为第二级用水系统多余水。
在一个实施例中，第二储水装置21内的第二储水装置控制器212在检测出当前液位达到预设的第二液位阈值的情况下，确定当前第二储水装置21已存储的水资源为第二级用水系统多余水，向第三级用水系统30内的三级使用装置32注入第二级用水系统多余水。具体地，第二储水装置控制器212在检测出当前通过第二液位计211获取到的第二储水装置满液位信号为有效状态时，确定当前已存储的水资源为第二级用水系统多余水，控制第二储水装置21内的三级使用装置输水阀21b1打开，更进一步的说，在这种情况下，第二储水装置控制器212进一步控制第二储水装置21内的二级使用装置12的所有输水阀打开。这样，第二储水装置21内的水资源能够注入到下述第三级用水系统30内的三级使用装置32中。进一步的，第二储水装置21内的水资源也注入到二级使用装置22中，以加速第二级用水系统多余水的消耗。
在另一个实施例中，第二储水装置21内的第二储水装置控制器212在检测出当前液位未达到预设的第二液位阈值的情况下，确定当前第二储水装置21已存储的水资源不为第二级用水系统多余水，向第二级用水系统20内的二级使用装置22注入已存储水资源。具体地，第二储水装置控制器212在检测出当前通过第二液位计211获取到的第二储水装置满液位信号为无效状态时，确定当前已存储的水资源不为第二级用水系统多余水，控制第二储水装置21内的二级使用装置12的所有输水阀打开，并且控制第二储水装置21内的三级使用装置输水阀21b1闭合，用以将第二储水装置21内的水资源注入到二级使用装置22中，并禁止向第三级用水系统30内的三级使用装置32注入。
接着，进入到步骤S330中，水资源利用系统中的第三级用水系统30获取并利用第一级用水系统和/或第二级用水系统20的废水和/或多余水。
本发明涉及一种用于燃料电池车的水资源利用系统及方法。该系统和方法充分利用了燃料电池系统产生的热量和水分，提高了车辆的能源利用力和服务能力，针对小型车辆(游览车、汽车等类型的交通工具)甚至不需要使用外接水源，省去了补水的过程。水资源利用系统按水资源温度、适用特性等进行了不同的等级划分，包括：适用于高温的车辆保湿降温水子系统、适用于室温水资源的冷却水子系统、以及适用于对温度和水质要求均不高的自动洗车水子系统、路面保湿除尘子系统和水景观(喷泉水幕)子系统等，分别通过提供保湿降温、自动洗车、保湿除尘等功能来降低车辆的维护费用，并提高车辆的美誉度。另外，本发明能够充分利用燃料电池所产生的低品位热能，通过提供热水、水暖、洗车等手段，提高了水资源使用效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于燃料电池车的水资源利用系统，所述燃料电池车为具备燃料电池系统的交通工具，所述水资源利用系统包括：
第一级用水系统，其具备第一储水装置，所述第一储水装置用于存储燃料电池系统排出的水资源，并对所述第一储水装置内水资源的液位和水质进行检测，根据检测结果，判断当前已存储的所述水资源是否为第一级用水系统多余水；
第二级用水系统，其与所述第一储水装置连接，用于获取所述第一级用水系统多余水，并被所述第二级用水系统内的二级使用装置利用，其中，所述二级使用装置选自车内保湿降温子系统、冷却水子系统和清洗玻璃水子系统中的一种或几种，其中，
所述第一储水装置，其进一步用于在检测出当前液位达到预设的第一液位阈值或水质检测结果为不合格的情况下，确定当前已存储的所述水资源为所述第一级用水系统多余水，向所述第二级用水系统内的所述二级使用装置注入所述第一级用水系统多余水，以及所述第一储水装置还用于在检测出当前液位未达到预设的第一液位阈值，并且水质检测结果为合格的情况下，确定当前已存储的所述水资源不为所述第一级用水系统多余水，向所述第一级用水系统内的一级使用装置注入已存储的所述水资源。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一级用水系统还包括用于使用所述第一储水装置内的水资源的一级使用装置，其中，
所述一级使用装置选自饮用水子系统、制冰子系统、水暖保温水子系统和冬季盥洗用水子系统中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述第一级用水系统和/或所述第二级用水系统连接的第三级用水系统，其中，
所述第三级用水系统，其用于获取并利用所述第一级用水系统和/或所述第二级用水系统的废水和/或多余水。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第三级用水系统选自路面保湿除尘水子系统、自动洗车水子系统和水景观子系统中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述二级使用装置还包括夏季盥洗用水子系统。
6.如权利要求1～5中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统回收并利用所述燃料电池系统产生的废热。
7.一种用于燃料电池车的水资源利用方法，其特征在于，所述燃料电池车具备如权利要求1～6中任一项所述的系统，所述方法包括：
步骤一、第一级用水系统中的第一储水装置存储燃料电池系统排出的水资源，并对所述第一储水装置内水资源的液位和水质进行检测，根据检测结果，判断当前已存储的所述水资源是否为第一级用水系统多余水；
步骤二、第二级用水系统获取所述第一级用水系统多余水，并被所述第二级用水系统内的二级使用装置利用，其中，所述二级使用装置选自车内保湿降温子系统、冷却水子系统和清洗玻璃水子系统中的一种或几种，其中，所述步骤一进一步包括：
所述第一储水装置在检测出当前液位达到预设的第一液位阈值或水质检测结果为不合格的情况下，确定当前已存储的所述水资源为所述第一级用水系统多余水，向所述第二级用水系统内的所述二级使用装置注入所述第一级用水系统多余水；以及
所述第一储水装置在检测出当前液位未达到预设的第一液位阈值，并且水质检测结果为合格的情况下，确定当前已存储的所述水资源不为所述第一级用水系统多余水，向所述第一级用水系统内的一级使用装置注入已存储的所述水资源。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
第三级用水系统获取并利用所述第一级用水系统和/或所述第二级用水系统的废水和/或多余水。
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