CN111907636A - 一种助力自行车的动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种助力自行车的动力系统，动力系统包括储氢罐、燃料电池装置、控制装置、驱动装置，助力自行车具有车架，车架具体包括：依次相连的前斜梁、连接踏板、主立管，主立管和连接踏板内部均中空，主立管上设有进风口和排风口，使得主立管内部形成第一风流道，储氢罐设于主立管的内壁上；燃料电池装置具体包括：燃料电池电堆、排风罩，燃料电池电堆设于连接踏板内，排风罩内设有第二风流道，第二风流道的一端与燃料电池电堆的出风口连通，另一端与主立管上的进风口连通；其中，燃料电池电堆排出的热风通过第二风流道进入第一风流道，在流过储氢罐的外表面后，从排风口排出。以利用燃料电池电堆运行时产生的废热，实现热补偿。

Description

一种助力自行车的动力系统
技术领域
本发明涉及电动自行车的动力系统技术领域、储氢技术及燃料电池技术领域，具体而言，本发明涉及一种助力自行车的动力系统。
背景技术
氢能被认为是一种理想的清洁能源，具有质量轻，储量丰富，环境友好等优点。氢能源主要产业链包括上游氢气制备，中游氢气运输储存和下游加氢站、氢燃料电池及应用等多个环节。中游氢气储存包括高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。高压气态储氢应用广泛、简便易行、成本低、充放氢速度快，但需要厚重的耐压容器，消耗较大的氢气压缩功，有氢气泄露和容器爆破等不安全因素。低温液态储氢在全球的加氢站中有较大范围应用，但在车载系统中的应用不成熟，存在安全隐患。此外，受限于技术，国内液氢应用成本很高。
在倡导节能减排、低碳出行的大环境下，自行车的动力系统、公交车、地铁、轻轨等公共交通无疑是人们首选的出行方式。其中，自行车的动力系统在现有公共交通系统中具备不可替代的特殊地位，起到了连接目的地与地铁站、公交点的作用。采用低压固态储氢为氢源的氢能助力自行车的动力系统成为经济社会绿色、低碳、安全、环保出行的理想选择。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种助力自行车的动力系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种助力自行车的动力系统，动力系统包括储氢罐、燃料电池装置、控制装置、驱动装置，储氢罐通过供氢管路向燃料电池装置供给氢气，燃料电池装置通过供电线路分别向储氢罐、驱动装置和控制装置供给电能；助力自行车具有车架，车架具体包括：依次相连的前斜梁、连接踏板、主立管，主立管和连接踏板内部均中空，主立管上设有进风口和排风口，使得主立管内部形成第一风流道，储氢罐设于主立管的内壁上；燃料电池装置具体包括：燃料电池电堆、排风罩，燃料电池电堆设于连接踏板内，排风罩内设有供空气流动的第二风流道，排风罩的一端与燃料电池电堆相连，另一端穿过连接踏板的顶壁与主立管相连，使得第二风流道的一端与燃料电池电堆的出风口连通，另一端与主立管上的进风口连通；其中，燃料电池电堆排出的热风通过第二风流道进入第一风流道，在流经储氢罐后，从排风口排出。
进一步地，进风口设于主立管的底部，排风口设于主立管的顶部。沿燃料电池电堆的出风口到主立管的进风口的方向，第二风流道的横截面逐渐减小，且排风罩的内壁平滑过渡。
进一步地，助力自行车的动力系统还包括：电加热件，包覆于储氢罐的外表面；隔热层，设于储氢罐与主立管的内壁之间；电加热件与控制装置电连接，燃料电池装置通过控制装置向电加热件供电；优选地，电加热件为呈带状的加热带；或电加热件为呈片状的加热片。
进一步地，燃料电池装置还包括：风扇，设于燃料电池电堆的空气出口上；燃料电池电堆相对的两个面上分别设有空气进口和空气出口；风扇的出风口连通有第二风流道，空气在风扇的驱动下从空气出口向第二风流道内流动；燃料电池电堆的一个侧面的下部和上部分别设有氢气入堆口，氢气出堆口，氢气出堆口上设置有出气电磁阀，连接踏板的底部设有排水口，从氢气出堆口排出的反应气体和水通过排水口排出。
进一步地，储氢罐的瓶口上设有瓶口阀，供氢管路的第一端通过瓶口阀与储氢罐连通，第二端与氢气入堆口连通，在第一端到第二端的供氢管路上依次设有稳压阀、气体压力传感器、进气电磁阀。助力自行车的动力系统还具有车座，车座设置在主立管的顶端，控制装置具体包括：相互电连接的燃料电池控制器、整车控制器、蓄电池、中控装置、显示屏；燃料电池控制器、整车控制器、蓄电池设置于连接踏板内，中控装置设置于车座内，蓄电池为燃料电池控制器及整车控制器提供启动电源。
进一步地，助力自行车的动力系统还包括：车锁，与中控装置电连接；显示屏获取开锁或关锁信息并传输到中控装置，中控装置根据得到的开锁信息控制车锁开启，或中控装置根据得到的关锁信息控制车锁关闭。
进一步地，中控装置包括主控模块、GPRS模块；主控模块分别与气体压力传感器、驱动装置、GPRS模块、显示屏电连接，以分别采集储氢罐的气压、驱动装置的电流、电压等数据传输给显示屏进行显示，GPRS模块用于车辆定位、联网，通过GPRS模块将报警信息发送至系统后台。
进一步地，助力自行车的动力系统还包括：设于燃料电池电堆上的温度传感器、分别与燃料电池电堆的电堆极片和燃料电池控制器电连接的巡检线，燃料电池控制器分别与驱动装置、气体压力传感器、进气电磁阀、风扇、温度传感器、巡检线和出气电磁阀电连接；其中，燃料电池控制器根据获取的气体压力传感器、温度传感器、巡检线的数据信息，控制进气电磁阀、出气电磁阀的开启或关闭；燃料电池控制器根据获取的驱动装置的负载信息控制电加热件的加热功率；燃料电池控制器根据温度传感器测得燃料电池电堆的温度调节风扇的转速。
进一步地，所述储氢罐的氢气输送压力具有第一预设气压值1.2bar和第二预设气压值0.2bar，当气体压力传感器测得的气压值大于第一预设气压值 1.2bar或小于第二预设气压值0.2bar时，燃料电池控制器向整车控制器发射警报信号，并控制进气电磁阀关闭；
当巡检线测得的燃料电池电堆的电堆极片的电压值低于预设电压值时，燃料电池控制器向整车控制器发射警报信号，并控制进气电磁阀关闭。
进一步地，整车控制器与驱动装置电连接，整车控制器根据控制信号控制驱动装置的运行功率，且整车控制器根据驱动装置的负载功率切换燃料电池电堆、蓄电池的介入。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：采用低压储氢罐作为氢源，能够实现低压高密度储氢和高纯度供氢，可重复使用，安全，经济，具有良好的适应性；能够利用燃料电池电堆运行时产生的废热，通过设计的热管理风流道实现热补偿，有效提高储氢罐的放氢性能，有效减少整个动力系统的能量损耗；将电堆、氢气管路、热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化高度集成，结构紧凑，能够稳定为助力自行车的动力系统提供稳定的动力，满足爬坡等实际功率需求；助力自行车的动力系统损耗小、低碳环保，满足经济社会市场需求。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施例的助力自行车的动力系统的结构示意图；
图2示出了图1中A部分的局部放大示意图；
图3示出了本发明的一个实施例的燃料电池装置的结构示意图；
图4示出了本发明的一个实施例的助力自行车的动力系统的部分结构示意图。
图中符号说明如下：
11储氢罐、12瓶口阀、13供氢管路、14电加热件、15隔热层、21稳压阀、22气体压力传感器、23进气电磁阀、24燃料电池电堆、25风扇、26氢气入堆口、27氢气出堆口、28出气电磁阀、29排水口、31燃料电池控制器、 32整车控制器、33中控装置、34蓄电池、41空气进口、42空气出口、43 第二风流道、44第一风流道、45排风口、50车座、102排风罩、402前斜梁、404连接踏板、406主立管、452进风口。
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及其有益效果作进一步地详细描述。
如图1至图4所示，本发明的一个实施例提供了一种助力自行车的动力系统。
助力自行车的动力系统包括储氢罐11、燃料电池装置、控制装置和驱动装置，储氢罐11具体为固态储氢合金罐，用于储存并提供高纯氢气；储氢罐11通过供氢管路13向燃料电池装置供给氢气，燃料电池装置通过供电线路分别向储氢罐11、驱动装置和控制装置供电，为驱动装置、控制装置、储氢罐11的正常运行提供所需的电能。
助力自行车具有车架，车架具体包括：依次相连的前斜梁402、连接踏板404和主立管406，主立管406的内部和连接踏板404的内部均中空，主立管406的内部与连接踏板404的内部连通。储氢罐11设于主立管406内，燃料电池装置设于连接踏板404内，其中，主立管406上设有进风口452和排风口45，使得主立管406内部形成供空气流动的第一风流道44，储氢罐 11设于主立管406的内壁上，在第一风流道44内流动的空气与储氢罐11的外壁接触；燃料电池装置具体包括：燃料电池电堆24、排风罩102，在排风罩102内的空间为供空气流动的第二风流道43，排风罩102的一端与燃料电池电堆24相连、另一端穿过连接踏板404的顶壁与主立管406的内部连通，使得第二风流道43的一端与燃料电池电堆24的出风口连通、另一端与主立管406上的进风口452连通，通过设置排风罩102，使得从燃料电池电堆 24排出的热风直接进入到主立管406的第一风流道44内，避免热风流动到连接踏板404的内部空间，影响燃料电池电堆24的散热；需要说明的是，燃料电池电堆24排出的热风通过第二风流道43、第一风流道44流经储氢罐11后，从设于主立管406上的排风口45排出，具体地，燃料电池电堆24的出风口排出的空气是燃料电池装置内的空气与氢气反应后产生的气体，空气进入燃料电池电堆24的正极，与燃料电池电堆24负极上的氢气反应产生电，同时产生大量的热量，反应后产生的气体从燃料电池装置的出风口将热量带出，从而形成热风，热风经过第二风流道43、进风口452 后流入第一风流道44内，流经储氢罐11时，热风与储氢罐11换热，为储氢罐11提供部分热量，以利于储氢罐11可持续的释放氢气，热风与储氢罐11换热后经排风口45排出，排风口45为整个动力系统的最终出风口。
其中，将燃料电池装置设于连接踏板404内，有利于降低助力自行车整车的重心，提高助力自行车行驶的稳定性，将储氢罐11设置在主立管406 内，使储氢罐11所处的高度高于燃料电池装置，因此燃料电池装置的出风口排出的热风从低处向高处流动，使的热风的流动更加顺畅，且燃料电池电堆24、储氢罐11均靠近助力自行车的中间位置，使整车的重心也靠近中间，有利于提高助力自行车的可操控性能。
燃料电池电堆24为风冷质子交换膜燃料电池电堆，其功率在 100w～500w。
其中，沿燃料电池电堆24的出风口到主立管406的进风口452的方向，第二风流道43的横截面积逐渐减小，且排风罩102的内壁平滑过渡，以降低第二风流道43的风阻系数，使空气的流动更加顺畅。
需要强调的是，将燃料电池装置排出的热风通过第二风流道43、进入第一风流道44后为储氢罐11释放氢气供给热量，有效利用废热，实现能量互补，减少系统损耗。
进一步地，进风口452设于主立管406的底部，排风口45设于主立管 406的顶部，热风从主立管406底部的进风口452进入第一风流道44后，从主立管406顶部的排风口45排出，以增加热风与储氢罐11的接触时间，提高热风热量的利用率。
燃料电池装置运行时，氢气的供给是比较重要的环节，固态储氢技术的特点在于安全、简便、具备良好的适应性，能够很好的解决储氢问题，可为燃料电池装置提供稳定可靠的氢源，其中金属氢化物(MH)作为燃料电池中固态储氢的载体具有很大的应用前景。金属氢化物(MH)，包含AB5型、 AB2型、AB型、BCC型等，不仅具有极高的体积储氢密度(100g L-1甚至更高)，并且在适合的温度下，具有较低的平衡氢压与金属氢化物放氢反应的吸热本质共同导致了基于金属氢化物的储氢系统的高安全性。金属氢化物放氢反应时具有吸热的特性，以AB5(LaNi5)为例，其反应焓值为-27kJ/mol H2，放氢所需的热量占燃料电池产生电能的1/4左右。
由于储氢合金放氢是一个吸热过程，需要从外界吸收大量的热量，因此，助力自行车的动力系统还设置有电加热件14，电加热件14包覆于储氢罐11的外表面；电加热件14与控制装置电连接，使燃料电池装置通过控制装置向电加热件14供给电能，使电加热件14发热，以加热储氢罐11，为储氢罐11内的金属氢化物放氢反应提供热量，保证储氢合金放氢时所需的热量；需要说明的是，电加热件14可以迅速地改变自身的温度，快速地为储氢罐11提供所需的热量。将氢燃料电池应用到电动自行车上时，需要氢燃料电池持续的为电动自行车的驱动装置供电，则氢燃料电池系统(即燃料电池装置)中的储氢罐11持续地吸热，因此，电加热件14能够为氢燃料电池系统中的储氢罐11供热，即能够保证氢燃料电池助力自行车的持续运转，解决了当前氢燃料电池助力自行车中储氢罐11持续地吸热的问题。
可选地，电加热件14呈片状，贴附于储氢罐11的外壁上。
可选地，电加热件14呈带状，绕设于储氢罐11的外壁上。
进一步地，控制装置根据驱动装置输出功率的大小调节电加热件14的加热功率，具体地，当驱动装置输出功率越大，则说明燃料电池装置需要消耗的氢气量越大，则储氢罐11放氢量越大，金属氢化物放氢反应吸收的热量越多，因此控制装置控制电加热件14加大加热功率，以提供更多的热量，满足金属氢化物放氢反应吸收的热量的需求，需要强调的是，调节电加热件14 的加热功率可以快速改变电加热件14的温度，使得电加热件14根据燃料电池装置的不同氢气需求量快速调整为储氢罐11提供的热量，以精准的控制储氢罐11的放氢量，避免由于燃料电池装置需要的氢气量与储氢罐11的供氢量不匹配，造成燃料电池装置的电能供应不足。
可选地，低压储氢罐11内装的材料为AB、AB2、A2B、AB5或者BCC 型固态储氢合金材料以及辅助配料，具体地，辅助配料包括石墨、铜粉、铝粉等；储氢罐11为铝合金气瓶，铝合金气瓶的体积不太限制，受在自行车空间的影响最好不超过2L，铝合金气瓶的体积优选为0.5L～1L，储氢罐11内氢气的释放流量一般为0.1L/min～10L/min，本申请中氢气的释放流速和燃料电池电堆24的功率有关，助力自行车的燃料电池电堆24一般不会超过 500w，储氢罐11内氢气流速相应应该不超过6L/min。
储氢罐11工作时的压力为0.5bar～3bar。
可选地，电加热件14为聚酰亚胺薄膜加热带、硅橡胶加热带、玻璃纤维加热带、陶瓷加热带、石墨烯加热片、碳晶加热片或者铝箔加热片中的任一种或几种；电加热件14与控制装置中的燃料电池控制器31相连通，电加热件14需要的电源来自燃料电池装置产生的电，加热功率为20W～50W。
如图1所示，进一步地，助力自行车的动力系统还包括：隔热层15，设于储氢罐11与主立管406的内壁之间，隔热层15用于隔绝热传导。储氢罐11设于主立管406的一侧内壁上，隔热层15铺在储氢罐11外壁上的电加热件14主立管406的一侧内壁之间，防止电加热件14的热量通过铝合金车架扩散损失。主立管内部406其他侧的内壁与储氢罐11之间的空间为第一风流道44。
如图3所示，其中，燃料电池装置具体还包括：风扇25；燃料电池电堆24相对的两个面上分别设有空气进口41和空气出口42，空气出口 42即燃料电池电堆24的出风口；风扇25设于空气出口42上，风扇25 可设置两个或者多个。风扇25的出风口设置于第二风流道43内，在风扇 25的驱动下，外界的空气从燃料电池电堆24的空气进口41被吸入燃料电池电堆24内，为燃料电池电堆24提供反应所需要的氧气，燃料电池电堆24的一个侧面的上部设有氢气入堆口26，储氢罐11提供的氢气从氢气入堆口26进入燃料电池电堆24的负极，使得燃料电池电堆24的正极的氧气在与燃料电池电堆24的负极的氢气反应产生电，将部分电能供给驱动装置输出及燃料电池控制器31、部分电能提供给电加热件14进行加热进而给储氢罐11提供热量；燃料电池电堆24内的氢气与氧气反应同时产生大量的热量，风扇25通过燃料电池电堆24的空气出口42将热量带出，沿着第二风流道43向上导出到第一风流道44，热风从储氢罐11的底部沿着第一风流道44一直吹到储氢罐11上方，为储氢罐11提供部分热量，热风从上方的排风口45排出，这一过程中即实现对燃料电池电堆 24的冷却，同时为储氢合金放氢提供热量，实现了能量互补。热风为储氢罐11提供的热量进一步保证了助力自行车的持续运转，与电加热件14 共同解决当前氢燃料电池助力自行车中储氢罐11持续地吸热的问题。
燃料电池电堆24的一个侧面的下部设有氢气出堆口27，氢气出堆口 27上设置有出气电磁阀28，设置有连接踏板404的底部设有排水口29，剩余的反应气体和反应产生的水经过氢气出堆口27通过出气电磁阀28排出，并通过排水口29排出连接踏板404。
如图1所示，进一步地，储氢罐11的瓶口上设有瓶口阀12，供氢管路13的第一端通过瓶口阀12与储氢罐11连通，供氢管路13的第二端与氢气入堆口26连通，在第一端到第二端的供氢管路13上依次设有稳压阀 21、气体压力传感器22、进气电磁阀23，其中，瓶口阀12用于控制储氢罐11氢气的通断，稳压阀21用于稳定输送氢气的压力，使储氢罐11的氢气输送压力稳定在燃料电池电堆24的氢气使用压力0.4～0.5bar；气体压力传感器22在稳压阀21和进气电磁阀23之间，用于检测储氢罐11的出气压力。储氢罐11内的氢气消耗完毕后气体压力降低须要关闭燃料电池装置，进气电磁阀23的主要作用是通过控制装置的控制来决定燃料电池电堆24的启动与关闭，进气电磁阀23打开后氢气通过储氢罐11释放，通过瓶口阀 12进入供氢管路13，通过稳压阀21、气体压力传感器22和进气电磁阀 23进入燃料电池电堆24，氢气作为发电的还原剂进入燃料电池电堆24。
进一步地，控制装置具体包括：相互电连接的燃料电池控制器31、整车控制器32、蓄电池34、中控装置33和显示屏，其中，显示屏设置在自行车把手的中间位置；燃料电池控制器31、整车控制器32、蓄电池34 设置于连接踏板404内，中控装置33设置于主立管406顶部的车座50内，蓄电池34为燃料电池控制器31及整车控制器32提供启动电源，能够实现整个助力自行车的一键启动。
助力自行车的动力系统还包括：车锁，与中控装置33电连接；显示屏获取开锁或关锁信息并传输到中控装置33，中控装置33根据得到的开锁信息控制车锁开启，或中控装置33根据得到的关锁信息控制车锁关闭，其中，显示屏获取的开锁或关锁信息可以通过与智能设备之间的交互信息，例如显示屏生产二维码，智能设备在获取二维码信息后，对二维码进行识别，并根据二维码信息向中控装置33发送相应的开锁或关锁信息，中控装置33根据获取的开锁信息控制车锁开启，或中控装置33根据得到的关锁信息控制车锁关闭，从而实现助力车扫码开锁和关锁等功能。
可选地，蓄电池34由锂离子电池组、镍氢电池组或铅酸电池中的任一种组成。
进一步地，中控装置33包括主控模块、GPRS模块；主控模块与气体压力传感器22、驱动装置、GPRS模块和显示屏均电连接，以分别采集储氢罐11的气压(气体压力传感器22的数据)、驱动装置的电流、电压等数据传输给显示屏进行显示，用于助力自行车实现扫码开锁关锁等功能。GPRS模块用于车辆定位、联网，通过GPRS模块将报警信息发送至系统后台，根据储氢量提醒运维人员更换储氢罐11。
进一步地，如图2所示，燃料电池助力自行车的动力系统还包括：设于燃料电池电堆24上的温度传感器、与燃料电池电堆24的电堆极片和燃料电池控制器31均电连接的巡检线，燃料电池控制器31与驱动装置、气体压力传感器22、进气电磁阀23、风扇25、温度传感器、巡检线和出气电磁阀28均电连接；其中，燃料电池控制器31控制进气电磁阀23和出气电磁阀28的通断，以及电加热件14的开关。燃料电池控制器31通过气体压力传感器22监测稳压阀21减压后的气压，储氢罐11的氢气输送压力具有第一预设气压值1.2bar和第二预设气压值0.2bar，当气体压力传感器22测得的气压值大于第一预设气压值(1.2bar)或小于第二预设气压值(0.2bar)时，燃料电池控制器31向整车控制器32发射警报信号，并控制关闭进气电磁阀23，从而保护燃料电池电堆24，过高或者过低的压力都对燃料电池电堆24有损伤，同时过低压力报警也会提示储氢罐的氢气即将消耗完，出气电磁阀28开启2s后，关闭出气电磁阀28和风扇25，从而关闭整个燃料电池装置，对燃料电池装置进行保护，同时也起到提示储氢罐11内氢气已消耗完的作用。
燃料电池控制器31通过温度传感器实时监测燃料电池电堆24的温度，当温度高于设定值(60℃)时，进行高温报警，关闭燃料电池装置。
燃料电池控制器31通过巡检线监测燃料电池电堆24的电堆极片的电压，当巡检线测得的燃料电池电堆24的电堆极片的电压值低于预设电压值0.4V时，燃料电池控制器31向整车控制器32发射警报信号，并控制进气电磁阀23关闭，从而关闭燃料电池装置。
燃料电池控制器31根据获取的燃料电池电堆24的温度控制风扇25 转速，具体地，风扇25的转速与燃料电池电堆24的温度成正比，使得燃料电池电堆24的温度保持在正常的范围内，确保燃料电池电堆24的正常运转。
整车控制器32与驱动装置电连接，整车控制器32根据控制信号控制驱动装置的运行功率，控制信号即为用户输入的控制信号，如加速、减速、制动等信号，驱动装置具体为电机，例如，在用户输入加速信号时，整车控制器32控制增大电机的运行功率，从而提高助力自行车的动力系统的运行速度；进一步地，整车控制器32根据驱动装置的负载功率切换燃料电池电堆 24、蓄电池34的介入，详细地，若电机所需的运行功率大于燃料电池装置的额定功率时，整车控制器32控制蓄电池34和燃料电池装置同时为电机供电，以满足电机的用电需求。
助力自行车的动力系统工作原理如下所示：
固态储氢罐11提供氢气，蓄电池34作为燃料电池装置的启动电源，点击助力自行车的启动按钮，燃料电池控制器31开始工作，开启进气电磁阀 23、风扇25，燃料电池电堆24开始工作。当燃料电池控制器31检测到电机输入信号时，开启进气电磁阀23，每间隔一定时间(2s)开启出气电磁阀28，排出燃料电池电堆24反应产生的水。根据实际电机输出功率的需求，燃料电池电堆24能够输出相应的功率；同时，燃料电池控制器31还控制风扇25 的转速，根据燃料电池电堆24的温度进行调节风扇25的转速，保证燃料电池电堆24维持在适宜的工作温度；燃料电池控制器31还通过温度传感器实时监测燃料电池电堆24的温度，当温度高于设定值时，燃料电池控制器31 进行高温报警，关闭燃料电池电堆24；燃料电池控制器31通过气体压力传感器22监测稳压阀21减压后供氢管路13内的气压，当储氢罐11的氢气消耗90％，即储氢罐11内剩余氢气量不足10％时，气压低于设定值时，进行低气压报警，关闭燃料电池电堆24，根据储氢量提醒运维人员更换储氢罐 11；燃料电池控制器31监测燃料电池电堆24的电堆极片的电压，当电压低于设定值时，进行低电压报警，关闭燃料电池电堆24；燃料电池电堆24运行产生的余热通过燃料电池电堆24的空气出口42，沿着燃料电池装置的风流道(即第二风流道43)进入储氢罐11的风流道(即第一风流道44)，为固态合金储氢罐11提供热量，同时也为整个燃料电池装置降温，有效利用余热，实现能量互补，减少系统损耗。
本发明的有益效果如下：
1、采用低压储氢罐11作为氢源，能够实现低压高密度储氢和高纯度供氢，可重复使用，安全，经济，具有良好的适应性；
2、能够利用燃料电池电堆24运行时产生的余热，通过设计的热管理风流道实现热补偿，有效提高储氢罐11的放氢性能，有效减少整个动力系统的能量损耗；
3、将燃料电池电堆24、供氢管路13、热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化高度集成，结构紧凑，能够为助力自行车的动力系统提供稳定的动力，满足爬坡等实际功率需求；
4、氢燃料电池助力自行车的动力系统损耗小、低碳环保，满足经济社会市场需求。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种助力自行车的动力系统，其特征在于：
所述动力系统包括储氢罐、燃料电池装置、控制装置和驱动装置，所述储氢罐通过供氢管路向所述燃料电池装置供给氢气，所述燃料电池装置通过供电线路分别向所述储氢罐、所述驱动装置和所述控制装置供给电能；
所述助力自行车具有车架，所述车架具体包括：依次相连的前斜梁、连接踏板和主立管，所述主立管和所述连接踏板内部均中空，所述主立管上设有进风口和排风口，使得所述主立管内部形成第一风流道，所述储氢罐设于所述主立管的内壁上；
所述燃料电池装置具体包括：燃料电池电堆、排风罩，所述燃料电池电堆设于所述连接踏板内，所述排风罩内设有供空气流动的第二风流道，所述排风罩的一端与所述燃料电池电堆相连、另一端穿过所述连接踏板的顶壁与所述主立管的内部连通，使得所述第二风流道的一端与所述燃料电池电堆的出风口连通、另一端与所述主立管上的进风口连通；
其中，所述燃料电池电堆排出的热风通过所述第二风流道进入所述第一风流道，在流过所述储氢罐的外表面后，从所述排风口排出。
2.根据权利要求1所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，
所述进风口设于所述主立管的底部，所述排风口设于所述主立管的顶部；
沿所述燃料电池电堆的出风口到所述主立管的进风口的方向，所述第二风流道的横截面积逐渐减小，且所述排风罩的内壁平滑过渡。
3.根据权利要求1所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，还包括：
电加热件，包覆于所述储氢罐的外表面；
隔热层，设于所述储氢罐与所述主立管的内壁之间；
所述电加热件与所述控制装置电连接，所述燃料电池装置通过所述控制装置向所述电加热件供电；
优选地，所述电加热件为呈带状的加热带；或所述电加热件为呈片状的加热片。
4.根据权利要求3所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，所述燃料电池装置还包括：
风扇，设于所述燃料电池电堆的空气出口上；
所述燃料电池电堆相对的两个面上分别设有空气进口和空气出口；所述风扇的出风口连通有第二风流道，空气在所述风扇的驱动下从所述空气出口向所述第二风流道内流动；
所述燃料电池电堆的一个侧面的下部和上部分别设有氢气入堆口，氢气出堆口，所述氢气出堆口上设置有出气电磁阀，所述连接踏板的底部设有排水口，从所述氢气出堆口排出的气体和水通过所述排水口排出。
5.根据权利要求4所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，
所述储氢罐的瓶口上设有瓶口阀，所述供氢管路的第一端通过所述瓶口阀与所述储氢罐连通、第二端与所述氢气入堆口连通，在所述第一端到所述第二端的所述供氢管路上依次设有稳压阀、气体压力传感器、进气电磁阀；
所述助力自行车的动力系统还具有车座，所述车座设置在所述主立管的顶端，
所述控制装置具体包括：相互电连接的燃料电池控制器、整车控制器、蓄电池、中控装置、显示屏；
所述燃料电池控制器、整车控制器、蓄电池设置于所述连接踏板内，所述中控装置设置于所述车座内，所述蓄电池为所述燃料电池控制器及所述整车控制器提供启动电源。
6.根据权利要求5所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，还包括：
车锁，与所述中控装置电连接；
所述显示屏获取开锁或关锁信息并传输到所述中控装置，所述中控装置根据得到的开锁信息控制所述车锁开启，或所述中控装置根据得到的关锁信息控制所述车锁关闭。
7.根据权利要求6所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，
所述中控装置包括主控模块、GPRS模块；
所述主控模块与所述气体压力传感器、所述驱动装置、所述GPRS模块和所述显示屏均电连接，以分别采集所述储氢罐的气压、所述驱动装置的电流、电压等数据传输给所述显示屏进行显示，所述GPRS模块用于车辆定位、联网，通过GPRS模块将报警信息发送至系统后台。
8.根据权利要求6所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，还包括：
设于所述燃料电池电堆上的温度传感器、与所述燃料电池电堆的电堆极片和所述燃料电池控制器均电连接的巡检线，所述燃料电池控制器与所述驱动装置、所述气体压力传感器、所述进气电磁阀、所述风扇、所述温度传感器、所述巡检线和所述出气电磁阀均电连接；
其中，所述燃料电池控制器根据获取的所述气体压力传感器、所述温度传感器、所述巡检线的数据信息，控制所述进气电磁阀、所述出气电磁阀的开启或关闭；
所述燃料电池控制器根据获取的所述驱动装置的负载信息控制所述电加热件的加热功率；
所述燃料电池控制器根据所述温度传感器测得所述燃料电池电堆的温度调节风扇的转速。
9.根据权利要求8所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，
所述储氢罐的氢气输送压力具有第一预设气压值1.2bar和第二预设气压值0.2bar，当所述气体压力传感器测得的气压值大于第一预设气压值或小于第二预设气压值时，所述燃料电池控制器向所述整车控制器发射警报信号，并控制所述进气电磁阀关闭；
当所述巡检线测得的所述燃料电池电堆的电堆极片的电压值低于预设电压值时，所述燃料电池控制器向所述整车控制器发射警报信号，并控制所述进气电磁阀关闭。
10.根据权利要求6所述的助力自行车的动力系统，其特征在于，
所述整车控制器与所述驱动装置电连接，所述整车控制器根据控制信号控制所述驱动装置的运行功率，且所述整车控制器根据所述驱动装置的负载功率切换所述燃料电池电堆、所述蓄电池的介入。
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CN112928302A (zh) * 2021-01-22 2021-06-08 北京新能源汽车技术创新中心有限公司 燃料电池散热模块及汽车
WO2023116557A1 (zh) * 2021-12-21 2023-06-29 永安行科技股份有限公司 一种氢动力车及其氢动力系统

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