CN112009614B - 一种氢能助力两轮车 - Google Patents

一种氢能助力两轮车 Download PDF

Info

Publication number
CN112009614B
CN112009614B CN202011139237.XA CN202011139237A CN112009614B CN 112009614 B CN112009614 B CN 112009614B CN 202011139237 A CN202011139237 A CN 202011139237A CN 112009614 B CN112009614 B CN 112009614B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
hydrogen storage
hydrogen
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011139237.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112009614A (zh
Inventor
周少雄
武英
阎有花
原建光
张宝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Jicui Antai Chuangming Advanced Energy Materials Research Institute Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Jicui Antai Chuangming Advanced Energy Materials Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Jicui Antai Chuangming Advanced Energy Materials Research Institute Co ltd filed Critical Jiangsu Jicui Antai Chuangming Advanced Energy Materials Research Institute Co ltd
Priority to CN202011139237.XA priority Critical patent/CN112009614B/zh
Publication of CN112009614A publication Critical patent/CN112009614A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112009614B publication Critical patent/CN112009614B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B62M6/50—Control or actuating devices therefor characterised by detectors or sensors, or arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/71—Arrangement of fuel cells within vehicles specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B60L50/72—Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/80—Accessories, e.g. power sources; Arrangements thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/80—Accessories, e.g. power sources; Arrangements thereof
    • B62M6/90—Batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/46—Vehicles with auxiliary ad-on propulsions, e.g. add-on electric motor kits for bicycles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明属于氢能技术领域，具体而言，本发明涉及一种氢能助力两轮车，包括车架和安装在所述车架上的车轮、电机、低压固态储氢供氢系统、燃料电池电堆、运行控制系统；所述车轮与所述电机相连，所述电机与所述燃料电池电堆、所述运行控制系统相连，所述燃料电池电堆与所述低压固态储氢供氢系统、所述运行控制系统相连；所述低压固态储氢供氢系统安装在所述车架的前梁内；所述燃料电池电堆、所述运行控制系统安装在所述车架的脚踏板处。本发明的氢能助力两轮车采用氢能供助力或动力，可以做到绿色、低碳、环保出行。

Description

一种氢能助力两轮车
技术领域
本发明属于氢能技术领域，具体而言，本发明涉及一种氢能助力两轮车。
背景技术
随着人们环保意识的提高和强化、对节能的重视、电力电子技术的发展和横向渗透、新的高能永磁材料的出现，电动车进入了一个快速发展的时代。自行车、电动车（电动自行车）、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，自行车和电动车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、公交点等的作用。一些国家的电动自行车厂商，为了迎合人们消闲郊游的时尚，将驱动系统改进后安装到两轮电动自行车上来。为了能使产品畅通无阻，顺利通过审查走向市场，这些电动自行车实际上都是助力型的，不允许具有单独电动行驶的功能。日本和美国的电动自行车技术水平胜过我国，无论从车的外观和内在质量上都堪称佳品，但其价格却令国人望而生畏。
电动自行车以车载蓄电池作为辅助电源，具有脚踏骑行能力。实现电助动或/和电驱动功能的两轮自行车按驱动力性质分为电驱动和电助动。电驱动是驱动电能来源于车载蓄电池，仅以电动机输出动力的驱动方式；电助动是由人力和电动机按比例组成输出动力的驱动方式。电助动两轮车与电驱动两轮车的不同在于，电助动两轮车的驱动电动机只起助力作用，以驾车人脚踏为主，电动机助力为辅，顾名思义“助你一臂之力”。电助动两轮车设计有速度传感器，速度传感器可以按自检信息传送给整车控制，综合车的速度和骑行人用力情况控制电流输出，控制电动机出力与否或转速。电助动两轮车的设计为：限定速度15km/h以下时，助力与脚踏力的比例为1:1，帮助骑行者驱动车辆，人不脚踏车不走，只是骑行省去一半的体力；车速超过15km/h，则脚踏力越大助力反而越小，由原来的正助力比变为反比例助力；当车速超过25km/h，电动机不再提供助力。电助动两轮车即以15km/h为助力大小的界限、以25km/h为是否提供助力的界限。
现有的电动自行车的动力源基本为蓄电池。蓄电池主要包括铅酸电池和锂电池。铅酸电池深充深放电400次以内，寿命在两年左右，锂电池耐用性较强，消耗慢，充放超过500次，寿命在4-5年。体积、质量方面，铅酸电池为16-30公斤，体积较大，锂电池在2-6公斤，体积相对较小。价格和保质期方面，铅酸电池是48伏，质保期为1年，锂电池质保期能为3年。行驶公里方面，同样48伏的电池，在充满电的情况下，铅酸电池和锂电池的电动车都可以行驶30-40公里。
相对于蓄电池而言，氢燃料电池是新兴的技术。蓄电池是一种储能装置，是把电能贮存起来，需要时再释放出来。氢燃料电池严格地说是一种发电装置，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置，添加燃料以维持其电力，所需的燃料是“氢”，因此被归类为新能源。
氢能作为一种清洁、高效、安全、储量丰富、可持续的理想能源载体及二次能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，是人类的战略能源发展方向。氢能源主要产业链包括上游氢气制备、中游氢气运输储存、下游加氢站和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，体积储氢密度低、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。如申请号为201910089850.6、名称为氢能源助力车中控系统及其控制方法的专利申请文件中，采用的氢气罐为高压储氢瓶，存在安全隐患。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。固态储氢因为具有高体积储氢密度、低能耗、高安全性、公辅设施简单等因素，被认为是最有发展前景的储存方式之一，有望成为未来主流的储氢方式。
我们可以展望的未来是以氢经济为主导的时代，但实施氢经济并完全替代化石燃料还面临几大重要的技术挑战。第一、廉价的制氢技术；第二、氢的储存；第三、在应用时转化成电能和热。其中，高密度、安全的储氢技术是氢能利用走向实用化、规模化的关键环节之一。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种氢能助力两轮车，其技术方案如下：
一种氢能助力两轮车，包括车架和安装在所述车架上的车轮、电机、低压固态储氢供氢系统、燃料电池电堆、运行控制系统；所述车轮与所述电机相连，所述电机与所述燃料电池电堆、所述运行控制系统相连，所述燃料电池电堆与所述低压固态储氢供氢系统、所述运行控制系统相连；所述燃料电池电堆为配套质子交换膜的风冷型燃料电池电堆；所述低压固态储氢供氢系统安装在所述车架的前梁内；所述燃料电池电堆、所述运行控制系统安装在所述车架的脚踏板处；所述低压固态储氢供氢系统在所述运行控制系统的控制下向所述燃料电池电堆供氢，所述燃料电池电堆在所述运行控制系统的控制下向所述电机供电；所述电机用于驱动所述车轮转动。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述前梁上设有第一腔室，所述第一腔室包括上隔层、隔板和下隔层；所述上隔层包括瓶托和加热片，所述加热片安装在所述瓶托上，所述瓶托安装在所述隔板上；所述下隔层包括底托，所述隔板安装在所述底托上。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述加热片为控温聚酰亚胺柔性加热片。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述脚踏板内设有第二腔室，所述第二腔室的底板和左右两个侧壁上设有供空气流通和热交换的开孔。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述开孔为鳞片状条形孔。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：还包括助力传感器，所述助力传感器与所述电机相连。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述低压固态储氢供氢系统包括固态储氢供氢装置和减压阀；所述减压阀的一端与所述固态储氢供氢装置相连，另一端与所述燃料电池电堆相连。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述低压固态储氢供氢系统还包括进气电磁阀，所述进气电磁阀的一端与所述减压阀相连，另一端与所述燃料电池电堆相连。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述固态储氢供氢装置包括储氢瓶、固态储氢材料和瓶口阀；所述固态储氢材料位于所述储氢瓶内，用于储存和释放氢气，所述瓶口阀一端与所述储氢瓶相连，另一端与所述减压阀相连。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述固态储氢材料为AB5型或AB2型储氢材料的一种或多种；所述固态储氢材料为以石墨作为添加剂、以树脂作为粘结剂的粒状材料。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述运行控制系统包括燃料电池电堆控制器和供电装置；所述燃料电池电堆控制器分别与所述燃料电池电堆、所述供电装置相连，在所述供电装置的电力支持下控制所述燃料电池电堆、所述低压固态储氢供氢系统的运行。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述供电装置包括充电电池和充电电池继电器，所述充电电池继电器一端与所述充电电池相连，另一端与所述燃料电池电堆控制器相连。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述充电电池为锂电池。
如上所述的氢能助力两轮车，进一步优选为：所述运行控制系统还包括燃料电池继电器、温度传感器、压力传感器、排气电磁阀、风扇和CAN总线；所述燃料电池继电器一端与所述燃料电池电堆控制器相连，另一端与所述燃料电池电堆相连；所述燃料电池电堆控制器分别与所述温度传感器、所述压力传感器、所述排气电磁阀、所述风扇、所述CAN总线相连。
分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
1、本发明采用低压固态储氢的方式储存氢气，氢气供应燃料电池电堆产生电能，电能供应电机做功，从而带动车轮转动，在使用时可以作为助力或动力，可以做到绿色、低碳、环保出行，具有供氢压力低、储氢瓶更换便捷、续航里程长、安全可靠等优点，还具有氢源供给稳定化、系统集成模块化、整车控制智能化等技术优势。低压固态储氢供氢系统安装在车架的前梁内；燃料电池电堆、运行控制系统安装在车架的脚踏板处，采用低压固态储氢供氢系统与燃料电池电堆和运行控制系统分体式放置的方式，能够保障整车的重心平衡和骑行者的安全。
2、本发明的第一腔室包括上隔层、隔板和下隔层。上隔层包括瓶托和加热片，固态储氢供氢系统放置于控温聚酰亚胺柔性加热片的瓶托上。固态储氢材料由于放氢吸热，控温聚酰亚胺柔性加热片有利于固态储氢供氢系统供氢充足。第二腔室安装燃料电池电堆及运行控制系统，所采用的燃料电池电堆为风冷型燃料电池电堆，为保障空气流量和换热及时，第二腔室的底板和左右两个侧壁上设有供空气流通和热交换的鳞片状条形孔开孔，鳞片状条形孔既保障热交换面积又可防水、防尘。
3、本发明的氢能助力两轮车在运行时充电电池通过充电继电器提供启动电压控制燃料电池电堆控制器运行，燃料电池控制器控制燃料电池继电器、温度传感器、压力传感器、排气电磁阀、风扇和CAN总线，通过燃料电池继电器控制燃料电池电堆。同时，在燃料电池电堆在稳定输出时通过燃料电池控制器给可充电电池充电，当爬坡需要大功率输出时可补充部分电能。
4、本发明的燃料电池电堆输出为主电源，充电电池为辅助电源。整车控制运行，保障了电能合理利用和骑行者的骑行助力。通过低压固态储氢供氢系统进行氢气的存储，能够实现高密度、安全储氢。运行时，在运行控制系统的控制下低压固态储氢供氢系统向燃料电池电堆供应氢气，从而实现氢能到电能的转化，能够持续稳定向外界提供电能，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的氢能动力系统的连接示意图。
图2为本发明的氢能车的第二腔室内部结构示意图。
图3为本发明的氢能车的储氢瓶的安装示意图。
图4为本发明的第二腔室的底板的侧壁的结构示意图。
图5为LaNi5基储氢合金在放氢流量2L/min、加热功率50W下，1L储氢瓶放氢的时间与压力、瞬时流量及累积流量曲线图。
图中：1-低压固态储氢供氢系统；2-运行控制系统；3-储氢瓶；4-减压阀；5-燃料电池电堆；6-燃料电池电堆控制器；7-充电电池；8-侧壁；9-底板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，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的具体含义。
请参考图1至图5，其中，图1为本发明的氢能动力系统的连接示意图；图2为本发明的氢能车的第二腔室内部结构示意图；图3为本发明的氢能车的储氢瓶的安装示意图；图4为本发明的第二腔室的底板的侧壁的结构示意图；图5为LaNi5基储氢合金在放氢流量2L/min、加热功率50W下，1L储氢瓶放氢的时间与压力、瞬时流量及累积流量曲线图。
本发明提供了一种氢能助力两轮车，主要包括车架和安装在车架上的车轮、电机、低压固态储氢供氢系统1、燃料电池电堆5、运行控制系统2。车轮与电机相连，电机与燃料电池电堆5、运行控制系统2相连，燃料电池电堆5与低压固态储氢供氢系统1、运行控制系统2相连。燃料电池电堆5为配套质子交换膜的200W风冷型燃料电池电堆。低压固态储氢供氢系统1在运行控制系统2的控制下向燃料电池电堆5供氢，燃料电池电堆5在运行控制系统2的控制下向电机供电；电机在通电状态下能够驱动车轮转动。
本发明采用低压固态储氢的方式储存氢气，氢气供应燃料电池电堆5产生电能，电能供应电机做功，从而带动车轮转动，在使用时可以作为助力或动力，可以做到绿色、低碳、环保出行，具有供氢压力低、储氢瓶更换便捷、续航里程长、安全可靠等优点，还具有氢源供给稳定化、系统集成模块化、整车控制智能化等技术优势。低压固态储氢供氢系统1安装在车架的前梁内；燃料电池电堆5、运行控制系统2安装在车架的脚踏板处，采用低压固态储氢供氢系统1与燃料电池电堆5和运行控制系统2分体式放置的方式，能够保障整车的重心平衡和骑行者的安全。
在本发明中，低压固态储氢供氢系统1、燃料电池电堆5和运行控制系统2组成低压固态储氢的氢能供电系统，低压固态储氢供氢系统1在运行控制系统2的控制下向燃料电池电堆供氢。低压固态储氢的氢能供电系统通过低压固态储氢供氢系统1进行氢气的存储，能够实现高密度、安全储氢。运行时，在运行控制系统2的控制下低压固态储氢供氢系统1向燃料电池电堆5供应氢气，从而实现氢能到电能的转化，能够持续稳定向外界提供电能。
在本发明中，低压是指气压不高于3MPa，低压固态储氢供氢系统1包括固态储氢供氢装置和减压阀4，低压固态储氢供氢系统1中的各部件通过管路实现连接。减压阀4的一端通过管路与固态储氢供氢装置相连，另一端通过管路与燃料电池电堆5相连。减压阀4能够对固态储氢供氢装置放出的氢气进行降压，确保管路内气压稳定在一定范围（比大气压高0.1MPa至0.9MPa）。
进一步的，在本发明中，低压固态储氢供氢系统还包括进气电磁阀，进气电磁阀位于减压阀4和燃料电池电堆5之间。进气电磁阀的一端通过管路与减压阀4相连，另一端通过管路与燃料电池电堆5相连，进气电磁阀还通过电线和/或信号线与运行控制系统2实现信号连接，在运行时能够控制管路中氢气供应的通断。
进一步的，在本发明中，固态储氢供氢装置包括储氢瓶3、固态储氢材料和瓶口阀。储氢瓶能够为氢气和固态储氢材料提供容放空间，并为瓶口阀提供安装位置。固态储氢材料安装在储氢瓶内，在使用时能够存储和释放氢气。瓶口阀一端与储氢瓶3相连，另一端通过管路与减压阀4相连，能够控制管路中氢气供应的通断，便于储氢瓶3在管路中的插拔更换。
进一步的，在本发明中，固态储氢材料为AB5型或AB2型储氢材料的一种或多种，经过造粒处理，能够具有一定粒度和机械强度，且保留纳米结构。在造粒处理时，固态储氢材料为以石墨为添加剂、以树脂作为粘结剂。造粒后的固态储氢材料为粒状材料，充装便捷、表面积大、吸氢效果好。作为可选实施方案，AB5型固态储氢材料可以为LaNi4.5Al0.5，AB2型固态储氢材料可以为TiCrMn，在使用时，选择AB5型或AB2型储氢材料的一种使用即可。在本发明的一个实施例中，可以将质量百分含量100%的固态储氢材料加入质量百分含量5%的石墨球磨混合均匀，再增加质量百分含量5%的树脂搅拌均匀。
进一步的，在本发明中，运行控制系统2包括燃料电池电堆控制器6和供电装置。燃料电池电堆控制器6分别与燃料电池电堆5、供电装置相连（电连接和/或信号连接），还与进气电磁阀相连，能够在供电装置的电力支持下控制燃料电池电堆5、低压固态储氢供氢系统1的运行。
进一步的，在本发明中，供电装置包括充电电池7和充电电池继电器。充电电池继电器一端与充电电池7相连，另一端与燃料电池电堆控制器6相连，能够为运行控制系统2的运行提供电力支持。充电电池7在工作时充放直流电，在供电时能够使运行控制系统2以小电流控制燃料电池电堆5的大电流，从而保证运行的安全性；在充电时，充电电池7的电力来源为燃料电池电堆5，在燃料电池电堆控制器6的控制下实现充电。作为优选，充电电池7为锂电池，寿命长、充放电次数多。
氢能助力两轮车在运行时充电电池通过充电继电器提供启动电压控制燃料电池电堆控制器运行，燃料电池控制器控制燃料电池继电器、温度传感器、压力传感器、排气电磁阀、风扇和CAN总线，通过燃料电池继电器控制燃料电池电堆。同时，在燃料电池电堆在稳定输出时通过燃料电池控制器给可充电电池充电，当爬坡需要大功率输出时可补充部分电能。
在本发明中，燃料电池电堆输出为主电源，充电电池为辅助电源。整车控制运行，保障了电能合理利用和骑行者的骑行助力。通过低压固态储氢供氢系统进行氢气的存储，能够实现高密度、安全储氢。运行时，在运行控制系统的控制下低压固态储氢供氢系统向燃料电池电堆供应氢气，从而实现氢能到电能的转化，能够持续稳定向外界提供电能，安全可靠。
进一步的，在本发明中，运行控制系统2还包括燃料电池继电器、温度传感器、压力传感器、排气电磁阀、风扇和CAN总线。燃料电池继电器一端与燃料电池电堆控制器6相连，另一端与燃料电池电堆5相连，能够在燃料电池电堆控制器6的控制下控制燃料电池电堆5的电力供应的通断。燃料电池电堆控制器6分别与温度传感器、压力传感器、排气电磁阀、风扇、CAN总线相连，控制燃料电池电堆5的温度、燃料电池电堆5的进口压力和加热片加热功率（加热片加热功率设定为50W，工作电压为24V，当加热功率超过55W时，加热片无功率输出）等。具体的，温度传感器分别与燃料电池电堆5、燃料电池电堆控制器6相连，能够感应燃料电池电堆5的温度并转换成可用输出信号输出至燃料电池电堆控制器6（燃料电池电堆5的温度通过温度传感器来检测，通过燃料电池电堆控制器6来控制，燃料电池电堆的温度在超过65℃时停止工作）；压力传感器分别与燃料电池电堆5、燃料电池电堆控制器6相连，能够感应燃料电池电堆5的进口压力并转换成可用输出信号输出至燃料电池电堆控制器6（燃料电池电堆5的进口压力通过压力传感器来检测，通过燃料电池电堆控制器6来控制，当氢气压力范围在0.04MPa至0.06MPa时，燃料电池电堆5正常工作）；排气电磁阀安装在燃料电池电堆5上，并与燃料电池电堆控制器6相连，能够在燃料电池电堆5的运行间隔排气，防止发生水堵塞（在本发明的一个实施例中，燃料电池电堆5运行间隔18秒，排气0.3秒）；风扇与燃料电池电堆5相连，并与燃料电池电堆控制器6相连，能够带走燃料电池电堆5的废热；CAN总线为多个部件间的公共连线，能够在各个部件之间传输信息，用于电路。
在本发明中，电机和低压固态储氢的氢能供电系统组成氢能动力系统。电机通过电机控制器与低压固态储氢的氢能供电系统相连。电机控制器分别与电机、运行控制系统2的燃料电池电堆控制器6电连接和/或信号连接。在燃料电池电堆5的供电和运行控制系统2的控制下电机控制器能够驱动电机输出动力。本发明的氢能动力系统采用低压固态储氢的方式进行氢气存储，在运行时，运行控制系统2提供运行控制，氢气由低压固态储氢供氢系统1供给燃料电池电堆5，燃料电池电堆5发电为电机的运行提供电力支持，具有储氢密度大，运行安全可靠，模块化程度高的特点，可应用于各类需要电机做功的场合。
在本发明中，前梁上设有第一腔室。第一腔室包括上隔层、隔板和下隔层。上隔层包括瓶托和加热片，加热片安装在瓶托上，瓶托安装在隔板上；下隔层包括底托，隔板安装在底托上。低压固态储氢供氢系统安装在第一腔室内。具体的，储氢瓶插装在加热片内（加热片围绕在储氢瓶3的外侧，与燃料电池电堆控制器6电连接，利用充电电池7的电能或燃料电池电堆5产生的电能发热，能够为储氢瓶3加热，固态储氢材料由于放氢吸热，控温聚酰亚胺柔性加热片有利于固态储氢供氢系统供氢充足），进而安装在瓶托上。低压固态储氢供氢系统1的管路、进气电磁阀、减压阀4位于下隔层内。隔板将第一腔室分为上隔层和下隔层，便于储氢瓶3的拆装更换，在拆装更换储氢瓶3时低压固态储氢供氢系统1的其他零部件不受影响。作为优选，在本发明中，加热片为控温聚酰亚胺柔性加热片。
在本发明中，脚踏板内设有第二腔室。燃料电池电堆5和运行控制系统2安装在第二腔室内。燃料电池电堆为风冷型燃料电池电堆，为保障空气流量和换热及时，第二腔室的底板9和左右两个侧壁8上设有供空气流通和热交换的鳞片状条形孔开孔，鳞片状条形孔既保障热交换面积又可防水、防尘。第二腔室的底板9和左右两个侧壁8上设有的开孔能够供燃料电池电堆5进排气和散热。作为优选，开孔为鳞片状条形孔，既能够对第二腔室起到一定保护作用，又不会影响空气流通和热交换。
在本发明中，还包括助力传感器，助力传感器与电机的电机控制器相连，还外接助力开关。在将氢能动力系统作为助力装置使用时，触发助力开关可控制电机做功实现助力。安装在氢能助力两轮车上时，助力开关为脚蹬，在骑行者转动脚蹬时被助力传感器感知，能够获得电机的助力，从而能实现脚踏车、助力和全电三种模式自由切换。进一步的，作为拓展，将氢能动力系统安装在轮椅上时，助力开关为手轮，在乘坐者转动手轮时被助力传感器感知，能够获得电机的助力。
如图1至图5所示，下面本发明的工作过程做详细说明：
氢能助力两轮车的车架采用3036铝合金材质，第一腔室位于车架的前梁处，低压固态储氢供氢系统1安装在电动自行车的前梁内；第二腔室位于脚踏板处，燃料电池电堆5和运行控制系统2安装在电动自行车的脚踏板内；助力传感器分别与电机控制器和脚蹬相连。燃料电池电堆5为配套质子交换膜的200W风冷型燃料电池电堆，额定电压24V，额定电流8.33A，氢气压力0.04MPa至0.06MPa，耗氢量2.4L/min，工作环境温度-5~35℃。固态储氢材料为LaNi5基储氢合金；加热片为加热功率50W的控温聚酰亚胺柔性加热片。如图5所示，LaNi5基储氢合金在放氢流量2L/min，加热功率50W下，1L（直径70mm，长度370mm）储氢瓶的可持续放氢时间314min，可以满足平原、爬坡等实际路况需求。
钥匙启动氢能助力两轮车，正常骑行时可以选取助力或不助力，在选取不助力时，不启动氢能动力系统，像骑脚踏车一样脚蹬氢能助力两轮车。在选取助力时，充电电池继电器接通，充电电池7为运行控制系统（例如燃料电池电堆控制器、温度传感器、压力传感器、风扇等）供电，燃料电池电堆控制器6控制燃料电池继电器接通、进气电磁阀接通、排气电磁阀接通、风扇运转、加热片开始加热。储氢瓶3释放的氢气依次经过瓶口阀、减压阀4、进气电磁阀后进入燃料电池电堆5，在燃料电池电堆5中发生反应产生电能，燃料电池电堆5产生的电能在燃料电池电堆控制器6的控制下供给电机使用。蹬氢能助力两轮车的脚蹬，脚蹬的转动被助力传感器感应后传递到电机控制器中，电机控制器控制电机转动，电机与氢能助力两轮车的后轮相连，驱动后轮转动，实现助力。在氢能动力系统运行时，温度传感器感应燃料电池电堆的温度、压力传感器感应储氢瓶供氢的压强、风扇为燃料电池电堆吹风降温。
氢能动力系统在助力时，助力与人力的比例可调节，本领域技术人员可以采用现有技术实现，此处不再一一赘述。在采用氢能动力系统作为动力时，不再采用助力传感器，氢能动力系统运行即提供动力。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种氢能助力两轮车，其特征在于，包括：
车架和安装在所述车架上的车轮、电机、低压固态储氢供氢系统、燃料电池电堆、运行控制系统；
所述车轮与所述电机相连，所述电机与所述燃料电池电堆、所述运行控制系统相连，所述燃料电池电堆与所述低压固态储氢供氢系统、所述运行控制系统相连；所述燃料电池电堆为配套质子交换膜的风冷型燃料电池电堆；
所述低压固态储氢供氢系统安装在所述车架的前梁内；所述燃料电池电堆、所述运行控制系统安装在所述车架的脚踏板处；
所述脚踏板内设有第二腔室，所述第二腔室的底板和左右两个侧壁上设有供空气流通和热交换的开孔；所述开孔为鳞片状条形孔；
所述前梁上设有第一腔室，所述第一腔室包括上隔层、隔板和下隔层；
所述上隔层包括瓶托和加热片，所述加热片安装在所述瓶托上，所述瓶托安装在所述隔板上；所述下隔层包括底托，所述隔板安装在所述底托上；
所述低压固态储氢供氢系统包括固态储氢供氢装置和减压阀，所述减压阀的一端与所述固态储氢供氢装置相连，另一端与所述燃料电池电堆相连；
所述固态储氢供氢装置包括储氢瓶、固态储氢材料和瓶口阀，所述固态储氢材料位于所述储氢瓶内，用于储存和释放氢气，所述瓶口阀一端与所述储氢瓶相连，另一端与所述减压阀相连；
所述储氢瓶插装在所述加热片内。
2.根据权利要求1所述的氢能助力两轮车，其特征在于：
所述加热片为控温聚酰亚胺柔性加热片。
3.根据权利要求1所述的氢能助力两轮车，其特征在于：
还包括助力传感器，所述助力传感器与电机控制器相连。
4.根据权利要求1所述的氢能助力两轮车，其特征在于：
所述低压固态储氢供氢系统还包括进气电磁阀，所述进气电磁阀的一端与所述减压阀相连，另一端与所述燃料电池电堆相连。
5.根据权利要求1所述的氢能助力两轮车，其特征在于：
所述固态储氢材料为AB5型或AB2型储氢材料的一种或多种；
所述固态储氢材料为以石墨作为添加剂、以树脂作为粘结剂的粒状材料。
6.根据权利要求1所述的氢能助力两轮车，其特征在于：
所述运行控制系统包括燃料电池电堆控制器和供电装置；
所述燃料电池电堆控制器分别与所述燃料电池电堆、所述供电装置相连，在所述供电装置的电力支持下控制所述燃料电池电堆、所述低压固态储氢供氢系统的运行。
7.根据权利要求6所述的氢能助力两轮车，其特征在于：
所述供电装置包括充电电池和充电电池继电器，所述充电电池继电器一端与所述充电电池相连，另一端与所述燃料电池电堆控制器相连；
所述充电电池为锂电池。
8.根据权利要求6所述的氢能助力两轮车，其特征在于：
所述运行控制系统还包括燃料电池继电器、温度传感器、压力传感器、排气电磁阀、风扇和CAN总线；所述燃料电池继电器一端与所述燃料电池电堆控制器相连，另一端与所述燃料电池电堆相连；所述燃料电池电堆控制器分别与所述温度传感器、所述压力传感器、所述排气电磁阀、所述风扇、所述CAN总线相连。
CN202011139237.XA 2020-10-22 2020-10-22 一种氢能助力两轮车 Active CN112009614B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011139237.XA CN112009614B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种氢能助力两轮车

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011139237.XA CN112009614B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种氢能助力两轮车

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112009614A CN112009614A (zh) 2020-12-01
CN112009614B true CN112009614B (zh) 2021-02-19

Family

ID=73527622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011139237.XA Active CN112009614B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种氢能助力两轮车

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112009614B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115923984B (zh) * 2023-01-10 2024-03-22 京氢未来新能源科技(北京)有限公司 一种氢电混合能动车

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103241336A (zh) * 2012-02-03 2013-08-14 江苏华源氢能科技发展有限公司 氢燃料电池电动自行车动力系统
CN203996744U (zh) * 2014-06-20 2014-12-10 深圳市万盟电子有限公司 一种氢燃料电池电动自行车
CN204315669U (zh) * 2015-01-30 2015-05-06 温州大学 用于电动汽车的燃料电池装置
CN104670390A (zh) * 2015-01-05 2015-06-03 沈阳德邦仪器有限公司 一种以氢能源为燃料电池的电动自行车
CN105083459A (zh) * 2015-08-14 2015-11-25 深圳市家信信息科技开发有限公司 一种基于can总线的电动车控制系统
CN206068073U (zh) * 2016-09-26 2017-04-05 芦刘娃 电助力自行车
CN109625150A (zh) * 2019-01-30 2019-04-16 永安行科技股份有限公司 氢能源助力车控制系统及其控制方法
CN110474070A (zh) * 2019-08-19 2019-11-19 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 一种固态储氢供氢燃料电池系统
CN110544784A (zh) * 2019-09-04 2019-12-06 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车
CN110606160A (zh) * 2019-09-17 2019-12-24 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 一种基于低压固态储氢为氢源的氢能自行车
CN211208584U (zh) * 2019-11-29 2020-08-07 浙江氢谷智能装备科技有限公司 燃料电池电堆的风冷式散热装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103241336A (zh) * 2012-02-03 2013-08-14 江苏华源氢能科技发展有限公司 氢燃料电池电动自行车动力系统
CN203996744U (zh) * 2014-06-20 2014-12-10 深圳市万盟电子有限公司 一种氢燃料电池电动自行车
CN104670390A (zh) * 2015-01-05 2015-06-03 沈阳德邦仪器有限公司 一种以氢能源为燃料电池的电动自行车
CN204315669U (zh) * 2015-01-30 2015-05-06 温州大学 用于电动汽车的燃料电池装置
CN105083459A (zh) * 2015-08-14 2015-11-25 深圳市家信信息科技开发有限公司 一种基于can总线的电动车控制系统
CN206068073U (zh) * 2016-09-26 2017-04-05 芦刘娃 电助力自行车
CN109625150A (zh) * 2019-01-30 2019-04-16 永安行科技股份有限公司 氢能源助力车控制系统及其控制方法
CN110474070A (zh) * 2019-08-19 2019-11-19 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 一种固态储氢供氢燃料电池系统
CN110544784A (zh) * 2019-09-04 2019-12-06 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车
CN110606160A (zh) * 2019-09-17 2019-12-24 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 一种基于低压固态储氢为氢源的氢能自行车
CN211208584U (zh) * 2019-11-29 2020-08-07 浙江氢谷智能装备科技有限公司 燃料电池电堆的风冷式散热装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王顺权.电动自行车用氢燃料电池动力系统研究.《江苏科技信息》.2020,(第4期), *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112009614A (zh) 2020-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bertoluzzo et al. Development of electric propulsion systems for light electric vehicles
CN111993910B (zh) 氢燃料电池助力单车控制系统及其控制方法
CN110606160B (zh) 一种基于低压固态储氢为氢源的氢能自行车
Shang et al. Hydrogen fuel cell hybrid scooter (HFCHS) with plug-in features on Birmingham campus
CN111890957A (zh) 氢燃料电池助力自行车
CN112009614B (zh) 一种氢能助力两轮车
CN111907636A (zh) 一种助力自行车的动力系统
EP1661199A2 (en) Hydrogen storage-based rechargeable fuel cell system
CN106627219A (zh) 一种电动汽车电能供给系统及其控制方法
Ren et al. Review of energy storage technologies for extended range electric vehicle
CN106064560A (zh) 燃料电池混合动力系统及其控制方法
CN212313759U (zh) 一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统
WO2017107253A1 (zh) 一种氢能纯电动动力总成
CN113147511A (zh) 固态储氢为氢源的“电电混动”氢燃料电池两轮电动车
Von Jouanne et al. Gone with the wind: innovative hydrogen/fuel cell electric vehicle infrastructure based on wind energy sources
CN207441863U (zh) 用于驱动新能源空铁的氢燃料电池单体结构
CN111942185A (zh) 电池助力自行车的动力系统
KR101055643B1 (ko) 연료전지 자전거
CN112078717A (zh) 一种热自补偿型助力自行车的动力系统
CN207705314U (zh) 新能源汽车驱动氢燃料电池包
CN220410303U (zh) 一种新型固态储氢燃料电池三轮车
CN219651017U (zh) 一种固态储氢燃料电池电动快递三轮车
CN212499928U (zh) 电池助力自行车的动力系统
CN207705311U (zh) 氢燃料电池单体结构
CN218055498U (zh) 一种无电池辅助的复合固态储氢燃料电池电动自行车

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant