CN113140754A - 一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液氢、燃料电池冷藏车技术领域，尤其为一一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，包括冷藏车系统,所述冷藏车系统包括车架、转向系统、悬架系统、车桥、驱动系统、冷藏箱体和主控单元，本发明通过利用液氢冷量的燃料电池动力系统冷藏车，该液氢冷藏车行驶里程长，同时，由于液氢温度低，应用气化过程吸收热量的特点，从而为冷藏箱体提供冷量，有利于降低运输车对冷量需求的成本，替代了目前的大多的冷藏车为汽油为燃料，并且通过汽油式发动机产生电力，为整个冷藏车提供电能，从而不需要不断的提供汽油，给人们的带来便利，对环境进一步的保护，因此提高了冷藏车的使用性能。

Description

一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统
技术领域
本发明涉及液氢、燃料电池冷藏车技术领域，具体为一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统。
背景技术
氢燃料电池车是电动车的一种，其能量是通过氢气和氧气发生化学作用，将化学能直接变成电能的,燃料电池的化学反应过程生成物只有水，没有有害产物及二氧化碳，因此燃料电池车辆是无污染汽车，而且燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍,所以从能源的利用和环境保护的方面考虑，燃料电池汽车是一种理想的车辆，目前的大多的冷藏车为汽油为燃料，并且通过汽油式发动机产生电力，为整个冷藏车提供电能，其需要不断的提供汽油，从而给人们的带来便利的同时，产生的气体造成了环境的污染之一，并且运输成本较高，因此降低了冷藏车的使用性能。
综上所述，本发明通过设计一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统来解决存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，包括冷藏车系统,所述冷藏车系统包括车架、转向系统、悬架系统、车桥、驱动系统、冷藏箱体和主控单元，所述驱动系统包括液氢储存箱体、单向阀体、氢气缓冲罐、增压器、氢气存储瓶、燃料电池发动机和驱动电机和液氢冷藏箱，所述液氢冷藏箱包括温控开关、汽液分离装置和液氢气化热交互装置。
优选的，所述液氢储存箱体通过管道连接在单向阀体的一端，所述单向阀体的另一端通过管道连接在液氢冷藏箱中的液氢气化热交互装置上。
优选的，所述冷藏箱体采用专用液氢冷藏机组并且冷藏箱体内部设置有5～7kW小功率常用冷藏机组，所述液氢气化热交互装置通过管道连接在汽液分离装置上，所述温控开关通过导线电性连接在液氢气化热交互装置上。
优选的，所述液氢冷藏箱中的汽液分离装置通过管道连接在氢气缓冲罐上。
优选的，所述氢气缓冲罐通过管道连接在增压器上，所述增压器通过管道连接在氢气存储瓶上，所述氢气存储瓶通过管道连接在燃料电池发动机，所述燃料电池发动机通过导线电性连接在驱动电机。
优选的，所述驱动电机分别通过导线电性连接在转向系统、悬架系统、车桥、驱动系统、冷藏箱体和主控单元上。
优选的，其具体步骤如下：
S1,辆正常行驶时,车辆正常行驶时，燃料电池发动机持续工作，此时用液氢冷量保证冷藏箱体冷量供应；
S2,临时停车时冷藏箱体冷量供应方式分为两种，储能电池电量充足时，利用电能提供冷量需求；当储能电池电量不足时，利用液氢冷量提供冷藏箱体冷量需求，在冷藏箱体中，配置一套约6kW小功率常用冷藏机组，用于当车辆临时停止时，冷藏箱体温度维持，比如若需要运输1000公里，每300公里临时停车休息时，此时若车辆储能电池电量充足时，储能电池输出，供给小功率冷藏机组，维持冷藏箱体温度；当车辆储能电池电量不足时，自控制启动燃料电池发动机，发电补充车辆储能电池，此时液氢冷量制冷，用以维持车辆临时停止时冷藏箱体内温度，此过程循环确保在车辆临时停止时冷藏箱体冷量供应。
优选的，所述S1中辆正常行驶时,车辆正常行驶时，燃料电池发动机持续工作，此时用液氢冷量保证冷藏箱体冷量供应的具体步骤如下：
S11，液氢冷藏车工作时，液氢从液氢储存箱体流出，流经单向阀体，到液氢冷藏箱，在液氢冷藏箱中温控开关开启，液氢流向液氢气化热交互装置，在液氢气化热交互装置使液氢气化吸热气化，冷藏箱体利用冷气降温，液氢气化热交互装置流出气体经过汽液分离装置后流向氢气缓冲罐，氢气缓冲罐流出后通过增压器增压并且储存入氢气存储瓶，供给燃料电池发电机发电，再将电能送给驱动电机；
S12，液氢气化热交互装置工作原理，液氢经过液氢气化热交互装置，在热交互装置液氢与空气流实现热量交互，液氢吸收空气的热量气化，气化为氢气流出存储，燃料电池发动机发电使用，高温空气释放热量冷却，温度降低，冷空气流在冷藏箱体循环，实现冷藏箱体制冷；
S13，主控单元在接收到信号时，主控单元发送液氢储存箱体内液氢泵等开启，使液氢流出液氢储存箱体，温控开关开启，液氢气化热交互装置工作，液氢气化经氢气缓冲罐后通过增压器增压并且存入氢气储气瓶，氢气储气瓶氢气流出在应用于燃料电池发动机，将电能输送给驱动电机，给车辆行驶提供动力。
优选的，所述S13中主控单元在接收到的信号包括：
1)条件一：冷藏箱体温度达到设定温度发送的温度信号；
2)条件二：氢气存储瓶发送的压力过低信号；
3)条件三：燃料电池持续工作信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过利用液氢冷量的燃料电池动力系统冷藏车，该液氢冷藏车行驶里程长，同时，由于液氢温度低，应用气化过程吸收热量的特点，从而为冷藏箱体提供冷量，有利于降低运输车对冷量需求的成本，替代了目前的大多的冷藏车为汽油为燃料，并且通过汽油式发动机产生电力，为整个冷藏车提供电能，从而不需要不断的提供汽油，给人们的带来便利，对环境进一步的保护，因此提高了冷藏车的使用性能。
附图说明
图1为本发明整体系统框架示意图
图2为本发明液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统流程示意图；
图3为本发明控制策略示意图；
图4为本发明液氢气化热交互装置工作原理示意图。
图中：1、冷藏车系统；2、车架；3、转向系统；4、悬架系统；5、车桥；6、驱动系统；7、冷藏箱体；8、主控单元；9、液氢储存箱体；10、单向阀体；11、氢气缓冲罐；12、增压器；13、氢气存储瓶；14、燃料电池发动机；15、驱动电机；16、液氢冷藏箱；17、温控开关；18、汽液分离装置；19、液氢气化热交互装置。
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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，包括冷藏车系统1,冷藏车系统1包括车架2、转向系统3、悬架系统4、车桥5、驱动系统6、冷藏箱体7和主控单元8，驱动系统6包括液氢储存箱体9、单向阀体10、氢气缓冲罐11、增压器12、氢气存储瓶13、燃料电池发动机14、驱动电机15和液氢冷藏箱16，液氢冷藏箱16包括温控开关17、汽液分离装置18和液氢气化热交互装置19。
具体实施案例：
(1)车辆正常行驶时
正常行驶时,车辆正常行驶时，燃料电池发动机14持续工作，此时用液氢冷量保证冷藏箱体7冷量供应；
如图2利用液氢冷量的燃料电池动力系统冷藏车流程示意图所示，液氢冷藏车工作时，液氢从液氢储存箱体9流出，流经单向阀体10，到液氢冷藏箱16，在液氢冷藏箱16中温控开关17开启，液氢流向液氢气化热交互装置19，在液氢气化热交互装置19使液氢气化吸热气化，冷藏箱体7利用冷气降温，液氢气化热交互装置19流出气体经过汽液分离装置18后流向氢气缓冲罐11，氢气缓冲罐11流出后通过增压器12增压并且储存入氢气存储瓶13，供给燃料电池发电机14发电，再将电能送给驱动电机15；
如图3液氢气化热交互装置工作原理，液氢气化热交互装置19工作原理，液氢经过液氢气化热交互装置19，在热交互装置液氢与空气流实现热量交互，液氢吸收空气的热量气化，气化为氢气流出存储，燃料电池发动机14发电使用，高温空气释放热量冷却，温度降低，冷空气流在冷藏箱体7循环，实现冷藏箱体7制冷；
如图4控制策略示意所示，主控单元8在接收到以下任意一信号时：
1)条件一：冷藏箱体温度7达到设定温度发送的温度信号；
2)条件二：氢气存储瓶13发送的压力过低信号；
3)条件三：燃料电池持续工作信号。
主控单元8在接收到信号时，主控单元8发送液氢储存箱体9内液氢泵等开启，使液氢流出液氢储存箱体9，温控开关17开启，液氢气化热交互装置19工作，液氢气化经氢气缓冲罐11后通过增压器12增压并且存入氢气储气瓶13，氢气储气瓶13氢气流出在应用于燃料电池发动机14，将电能输送给驱动电机15，给车辆行驶提供动力。
(2)临时停车时冷藏箱体7冷量供应方式分为两种，储能电池电量充足时，利用电能提供冷量需求；当储能电池电量不足时，利用液氢冷量提供冷藏箱体7冷量需求，在冷藏箱体7中，配置一套约6kW小功率常用冷藏机组，用于当车辆临时停止时，冷藏箱体7温度维持，比如若需要运输1000公里，每300公里临时停车休息时，此时若车辆储能电池电量充足时，储能电池输出，供给小功率冷藏机组，维持冷藏箱体7温度；当车辆储能电池电量不足时，自控制启动燃料电池发动机14，发电补充车辆储能电池，此时液氢冷量制冷，用以维持车辆临时停止时冷藏箱体7内温度，此过程循环确保在车辆临时停止时冷藏箱体7冷量供应。
实施例：
燃料电池电池车配置原料氢来源有两种形态，一是高压(35MPa或70MPa)气态氢，一种是液态氢。本设计采用液态氢，液态氢作为车载燃料有很多优势。
首先，为冷藏箱体提供冷量，满足冷藏箱体冷气需求，且制冷效果非常好，例如，18吨冷藏车安装60kW的燃料电池发系统，则燃料电池发电时需要氢气流量约10升每秒，在工作过程中，液氢气化吸热和低温氢气升温吸热，可将6.6米的冷藏箱体内的气温维持I在-5℃(环境温度35℃)。
其次，储氢重量比优势。相同质量的氢，两种形态存储，所需的存储体积相差很大。液氢储罐载量大，相同质量氢的陶瓷液氢储罐的储氢重量比是22％，而常见35MPa气氢的储氢系统重量比2.3％。
最后，液氢续驶里程更长，液氢冷藏燃料电池车是燃料电池车的一种，具有普通燃料电池车的环保和高效能量利用优势。同时，该车液氢作为能源原料，相同体积的液氢和燃油相比，液氢燃料电池车续驶里程要远高于燃油车续驶里程。
重要的是，大吨位的液氢冷藏运输车不但增加续驶里程，而且有利于降低运输车对冷量需求的成本。
从而本发明是利用液氢冷量的燃料电池动力系统冷藏车，用液氢作为驱动能源，同时用液氢冷量实现冷藏箱体制冷，其效果如下：
(1)液氢能源在车辆上的有效利用，大大增加了车辆的续驶里程。相同体积的液氢和燃油相比，液氢车续驶里程要远高于燃油车续驶里程，约是3倍。
(2)液氢能源在车辆上的有效利用，由于液氢储罐重量轻，载量大，方便在车辆上的布置，具有储氢重量比优势；相同质量氢的陶瓷液氢储罐的储氢重量比是22％，而常见35MPa气氢的储氢系统重量比2.3％。
(3)用液氢气化实现为冷藏箱体制冷，有利于降低运输车对冷量需求的成本。
(4)用液氢冷量实现冷藏箱体制冷，液氢冷藏机组结构简单，体积小，维护成本低。
(5)利用液氢冷量的燃料电池动力系统冷藏车具备普通燃料电池车的高效、环保、低噪音的优点。同时提高燃料电池动力系统的比能量。
(6)系统中增加了氢气缓冲罐、增压设备以及储氢瓶，保证了燃料电池发动机的氢气持续、平稳供应。
(7)系统中单向阀体的运用，使液氢只能单向流动，不回流，确保液氢储存箱的液氢纯度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，包括冷藏车系统(1),所述冷藏车系统(1)包括车架(2)、转向系统(3)、悬架系统(4)、车桥(5)、驱动系统(6)、冷藏箱体(7)和主控单元(8)，其特征在于，所述驱动系统(6)包括液氢储存箱体(9)、单向阀体(10)、氢气缓冲罐(11)、增压器(12)、氢气存储瓶(13)、燃料电池发动机(14)和驱动电机(15)和液氢冷藏箱(16)，所述液氢冷藏箱(16)包括温控开关(17)、汽液分离装置(18)和液氢气化热交互装置(19)。
2.根据权利要求1所述的一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，其特征在于：所述液氢储存箱体(9)通过管道连接在单向阀体(10)的一端，所述单向阀体(10)的另一端通过管道连接在液氢冷藏箱(16)中的液氢气化热交互装置(19)上。
3.根据权利要求1所述的一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，其特征在于：所述冷藏箱体(7)采用专用液氢冷藏机组并且冷藏箱体(7)内部设置有5～7kW小功率常用冷藏机组，所述液氢气化热交互装置(19)通过管道连接在汽液分离装置(18)上，所述温控开关(17)通过导线电性连接在液氢气化热交互装置(19)上。
4.根据权利要求1所述的一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，其特征在于：所述液氢冷藏箱(16)中的汽液分离装置(18)通过管道连接在氢气缓冲罐(11)上。
5.根据权利要求1所述的一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，其特征在于：所述氢气缓冲罐(11)通过管道连接在增压器(12)上，所述增压器(12)通过管道连接在氢气存储瓶(13)上，所述氢气存储瓶(13)通过管道连接在燃料电池发动机(14)，所述燃料电池发动机(14)通过导线电性连接在驱动电机(15)。
6.根据权利要求1所述的一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，其特征在于：所述驱动电机(15)分别通过导线电性连接在转向系统(3)、悬架系统(4)、车桥(5)、驱动系统(6)、冷藏箱体(7)和主控单元(8)上。
7.根据权利要求1～7中任意一项所述的一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，其具体步骤如下：
S1,辆正常行驶时,车辆正常行驶时，燃料电池发动机(14)持续工作，此时用液氢冷量保证冷藏箱体(7)冷量供应；
S2,临时停车时冷藏箱体(7)冷量供应方式分为两种，储能电池电量充足时，利用电能提供冷量需求；当储能电池电量不足时，利用液氢冷量提供冷藏箱体(7)冷量需求，在冷藏箱体(7)中，配置一套约6kW小功率常用冷藏机组，用于当车辆临时停止时，冷藏箱体(7)温度维持，比如若需要运输1000公里，每300公里临时停车休息时，此时若车辆储能电池电量充足时，储能电池输出，供给小功率冷藏机组，维持冷藏箱体(7)温度；当车辆储能电池电量不足时，自控制启动燃料电池发动机(14)，发电补充车辆储能电池，此时液氢冷量制冷，用以维持车辆临时停止时冷藏箱体(7)内温度，此过程循环确保在车辆临时停止时冷藏箱体(7)冷量供应。
8.根据权利要求7所述的一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，其特征在于：所述S1中辆正常行驶时,车辆正常行驶时，燃料电池发动机(14)持续工作，此时用液氢冷量保证冷藏箱体冷量供应的具体步骤如下：
S11，液氢冷藏车工作时，液氢从液氢储存箱体(9)流出，流经单向阀体(10)，到液氢冷藏箱(16)，在液氢冷藏箱(16)中温控开关(17)开启，液氢流向液氢气化热交互装置(19)，在液氢气化热交互装置(19)使液氢气化吸热气化，冷藏箱体(7)利用冷气降温，液氢气化热交互装置(19)流出气体经过汽液分离装置(18)后流向氢气缓冲罐(11)，氢气缓冲罐(11)流出后通过增压器(12)增压并且储存入氢气存储瓶(13)，供给燃料电池发电机(14)发电，再将电能送给驱动电机(15)；
S12，液氢气化热交互装置(19)工作原理，液氢经过液氢气化热交互装置(19)，在热交互装置液氢与空气流实现热量交互，液氢吸收空气的热量气化，气化为氢气流出存储，燃料电池发动机(14)发电使用，高温空气释放热量冷却，温度降低，冷空气流在冷藏箱体(7)循环，实现冷藏箱体(7)制冷；
S13，主控单元(8)在接收到信号时，主控单元(8)发送液氢储存箱体(9)内液氢泵等开启，使液氢流出液氢储存箱体(9)，温控开关(17)开启，液氢气化热交互装置(19)工作，液氢气化经氢气缓冲罐(11)后通过增压器(12)增压并且存入氢气储气瓶(13)，氢气储气瓶(13)氢气流出在应用于燃料电池发动机(14)，将电能输送给驱动电机(15)，给车辆行驶提供动力。
9.根据权利要求1所述的一种利用液氢冷量的燃料电池动力的冷藏车系统，其特征在于：所述S13中主控单元(8)在接收到的信号包括：
1)条件一：冷藏箱体(7)温度达到设定温度发送的温度信号；
2)条件二：氢气存储瓶(13)发送的压力过低信号；
3)条件三：燃料电池持续工作信号。
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