CN113217805A - 一种车载储氢装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载储氢装置，属于燃料电池技术领域。本发明的车载储氢装置，包括储氢单元、加氢与供氢单元和氢气泄放单元，储氢单元包括互相连通的主储氢瓶和辅储氢瓶，主储氢瓶与辅储氢瓶分别设置于车辆的车架两侧并低于车架的上表面布置；主储氢瓶与辅储氢瓶的储氢压力为70Mpa；加氢与供氢单元包括加氢接头、加氢连接管、供氢主管，加氢接头及供氢主管均设置于主储氢瓶的一端并均与加氢连接管连接；氢气泄放单元包括泄放总管和安全泄放阀，主储氢瓶与辅储氢瓶上均设有安全泄放阀，安全泄放阀与泄放总管通过泄放管路连接。单瓶储氢密度高，不占用货箱空间且行车安全性高，同时，供气管路的长度和接头数量少，车载储氢装置的系统安全性高。

Description

一种车载储氢装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种车载储氢装置。
背景技术
车载储氢技术按照存储原理分为物理储氢和化学储氢两大类。物理储氢主要有高压气态储存、低温液态储存、高压液态储存等方式。化学储氢主要有金属氢化物储氢、有机液体储氢等方式。目前各种储氢技术在车载储氢领域均有所应用，而高压气态储氢技术最成熟，成本最低，是现阶段主要应用的储氢技术。目前车载高压气态储氢容器主要有铝内胆纤维缠绕瓶(Ⅲ型瓶)和塑料内胆纤维缠绕瓶(Ⅳ型)两种。
目前国内商用车一般采用35MPa车载储氢系统，并采用后置式布置方案，将多瓶组车载储氢系统层层罗列布置在驾驶室后侧，这种布置方案不仅占用了部分货箱空间，而且在车辆发生正面碰撞时，还会阻止驾驶室后移，对驾驶室形成挤压，不利于乘员的安全。因此，需要开发一种储氢密度高、车辆安全性好且不影响货箱空间的车载储氢系统，以提高车载储氢系统的实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载储氢装置，单瓶储氢密度高，不占用货箱空间且行车安全性高，同时，供气管路的长度和接头数量少，车载储氢装置的系统安全性高。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种车载储氢装置，包括：
储氢单元，包括互相连通的主储氢瓶和辅储氢瓶，所述主储氢瓶与所述辅储氢瓶分别设置于车辆的车架两侧并低于所述车架的上表面布置；所述主储氢瓶与所述辅储氢瓶的储氢压力为70Mpa；
加氢与供氢单元，包括加氢接头、加氢连接管、供氢主管，所述辅储氢瓶通过所述加氢连接管与所述主储氢瓶相连通，所述加氢接头及所述供氢主管均设置于所述主储氢瓶的一端并均与所述加氢连接管连接；
氢气泄放单元，包括泄放总管和安全泄放阀，所述主储氢瓶与所述辅储氢瓶上均设有所述安全泄放阀，所述安全泄放阀与所述泄放总管通过泄放管路连接。
作为车载储氢装置的优选方案，所述车载储氢装置还包括设置于所述主储氢瓶一端的检测与控制单元，所述检测与控制单元包括设置于所述加氢连接管上的多通高压气轨总成，所述多通高压气轨总成分别与所述加氢接头及所述供氢主管连接。
作为车载储氢装置的优选方案，所述多通高压气轨总成上集成有用于检测其内部氢气压力的气轨压力检测件。
作为车载储氢装置的优选方案，所述检测与控制单元包括安全阀，所述安全阀设置于连接所述供氢主管与所述泄放总管的安全泄放连接管上。
作为车载储氢装置的优选方案，所述供氢主管上设有供氢截止阀，沿氢气流通方向，所述供氢截止阀设置于所述安全泄放连接管的后方。
作为车载储氢装置的优选方案，所述检测与控制单元包括高压减压器和低压压力检测件，所述高压减压器与所述低压压力检测件均设置于所述供氢主管上，沿氢气流通方向，所述高压减压器设置于所述低压压力检测件的前方，所述低压压力检测件用于检测减压后所述供氢主管内的氢气压力。
作为车载储氢装置的优选方案，所述主储氢瓶与所述辅储氢瓶的供氢口处均设有瓶口阀，所述瓶口阀上集成有电控截止阀和用于检测所述主储氢瓶或所述辅储氢瓶内氢气温度的温度检测件。
作为车载储氢装置的优选方案，所述加氢与供氢单元还包括用于检测氢气是否泄露的氢气泄露检测件，所述主储氢瓶与所述辅储氢瓶的供氢口处均设有所述氢气泄露检测件。
作为车载储氢装置的优选方案，所述加氢接头上设有用于与加氢站通讯连接的通讯模块，所述通讯模块分别与所述气轨压力检测件及所述瓶口阀通讯连接。
作为车载储氢装置的优选方案，所述多通高压气轨总成、所述低压压力检测件、所述瓶口阀、所述氢气泄露检测件及所述通讯模块均与所述车辆的整车控制器通讯连接，以使所述整车控制器能实时监测所述车载储氢装置的氢气压力和温度，并控制所述车载储氢装置启动或停止向所述车辆供氢，以及控制所述车载储氢装置泄放氢气。
作为车载储氢装置的优选方案，所述主储氢瓶与车辆的驾驶位位于同侧。
作为车载储氢装置的优选方案，所述检测与控制单元包括放空阀，所述放空阀设置于连接所述供氢主管与所述泄放总管的放空连接管上。
作为车载储氢装置的优选方案，所述多通高压气轨总成上用于检测其内氢气压力的压力表。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的车载储氢装置，包括储氢单元、加氢与供氢单元和氢气泄放单元，储氢单元包括互相连通的主储氢瓶和辅储氢瓶，主储氢瓶与辅储氢瓶分别设置于车辆的车架两侧并低于车架的上表面布置；主储氢瓶与辅储氢瓶的储氢压力为70Mpa；加氢与供氢单元包括加氢接头、加氢连接管、供氢主管，辅储氢瓶通过加氢连接管与主储氢瓶相连通，加氢接头及供氢主管均设置于主储氢瓶的一端并均与加氢连接管连接；氢气泄放单元包括泄放总管和安全泄放阀，主储氢瓶与辅储氢瓶上均设有安全泄放阀，安全泄放阀与泄放总管通过泄放管路连接。通过提高储氢压力，提高了单瓶储氢密度，存储相同质量氢气时可采用较少氢气瓶数量；同时采用侧置式组合布置方案，不占用货箱空间，显著提高了行车安全性。利用加氢连接管将辅储氢瓶与主储氢瓶连通，以达到将主储氢瓶扩容的目的，既扩大了主储氢瓶的容积，又能减少供气管路的长度和接头数量，提高了车载储氢装置的系统安全性。此外，在发生意外时，还能通过氢气泄放单元将两个储氢瓶内的氢气泄放，进一步提高了整车安全性。
附图说明
图1为本发明实施例中车载储氢装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中主储氢瓶端部结构示意图；
图3为本发明实施例中主储氢瓶与防护架的结构示意图；
图4为本发明实施例中辅储氢瓶与防护架的结构示意图。
附图标记：
100、车架；
1、储氢单元；11、主储氢瓶；111、瓶口阀；12、辅储氢瓶；
2、加氢与供氢单元；21、加氢接头；211、通讯模块；22、加氢连接管；23、供氢主管；231、供氢截止阀；24、氢气泄露检测件；25、高压单向阀；
3、氢气泄放单元；31、泄放总管；32、安全泄放阀；33、主泄放连接管；34、辅泄放连接管；
4、检测与控制单元；41、多通高压气轨总成；411、压力表；42、安全阀；43、低压单向阀；44、放空阀；45、高压减压器；46、低压压力检测件；47、氢气过滤器；
5、防护架；51、保护板；52、箍带总成。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-4所示，本实施例在于提供一种车载储氢装置，包括储氢单元1、加氢与供氢单元2和氢气泄放单元3，储氢单元1包括互相连通的主储氢瓶11和辅储氢瓶12，主储氢瓶11与辅储氢瓶12分别设置于车辆的车架100两侧并低于车架100的上表面布置，采用侧置的布置方式既不影响整车的货箱空间，也不影响驾驶员的后方视野，并在车辆发生正面碰撞时不会对驾驶室的安全造成影响，还能使车架100的重心较低，利于保持整车姿态；主储氢瓶11与辅储氢瓶12的储氢压力为70Mpa，在相同储氢容积条件下，主储氢瓶11与辅储氢瓶12的储氢量较储氢压力为35MPa的氢气瓶提高约1.68倍；本实施例的主储氢瓶11与辅储氢瓶12的储氢量，相当于三个35MPa同等规格氢气瓶的储氢量，因此可以减少部分氢气接口，降低了车载储氢装置的整体重量；同时主储氢瓶11与辅储氢瓶12均低于车架100的上表面布置，无需单独设计外护罩，降低了整车成本和重量；加氢与供氢单元2包括加氢接头21、加氢连接管22、供氢主管23，辅储氢瓶12通过加氢连接管22与主储氢瓶11相连通，加氢接头21及供氢主管23均设置于主储氢瓶11的一端并均与加氢连接管22连接；氢气泄放单元3包括泄放总管31和安全泄放阀32，主储氢瓶11与辅储氢瓶12上均设有安全泄放阀32，安全泄放阀32与泄放总管31通过泄放管路连接。
可选地，主储氢瓶11的两端与辅储氢瓶12的两端均设有安全泄放阀32，主储氢瓶11的两端的安全泄放阀32之间通过主泄放连接管33连接，主泄放连接管33再连接至泄放总管31连接上；辅储氢瓶12的两端的安全泄放阀32之间通过辅泄放连接管34连接，辅泄放连接管34再连接至泄放总管31连接上。可选地，泄放总管31的一端延伸至整车上方，以使泄放总管31将泄放的氢气汇总并集中泄放至整车上方，确保安全泄放。
可选地，车载储氢装置还包括设置于主储氢瓶11一端的检测与控制单元4，检测与控制单元4包括设置于加氢连接管22上的多通高压气轨总成41，多通高压气轨总成41分别与加氢接头21及供氢主管23连接。采用多通高压气轨总成41，能减少高压氢气管路的长度和接头数量，便于提高该车载储氢装置的系统安全性。
可选地，供氢主管23设有分别与泄放总管31连接的安全泄放连接管和放空连接管，沿氢气流通方向，放空连接管位于安全泄放连接管的后方。可选地，检测与控制单元4包括安全阀42，安全阀42设置于连接供氢主管23与泄放总管31的安全泄放连接管上。可选地，安全泄放连接管上设有低压单向阀43，沿氢气流通方向，低压单向阀43设置于安全阀42的后方。当供氢主管23内发生异常高压情况时，或者说供氢主管23内的氢气压力高于安全阀42的设定压力时，安全阀42自动开启，氢气依次通过安全阀42、低压单向阀43进入泄放总管31进行泄放。可选地，检测与控制单元4包括放空阀44，放空阀44设置于连接供氢主管23与泄放总管31的放空连接管上。当需要维修该车载储氢装置时，可手动打开放空阀44，将供氢总管内存留的氢气放空，避免发生危险。
可选地，检测与控制单元4包括高压减压器45和低压压力检测件46，高压减压器45与低压压力检测件46均设置于供氢主管23上，沿氢气流通方向，高压减压器45设置于低压压力检测件46的前方，低压压力检测件46用于检测减压后供氢主管23内的氢气压力。可选地，检测与控制单元4包括设置于供氢主管23上的氢气过滤器47，沿氢气流通方向，氢气过滤器47设置于高压减压器45的前方，以避免供氢管路上的部件堵塞。示例性地，低压压力检测件46采用低压压力传感器。
可选地，多通高压气轨总成41上集成有用于检测其内部氢气压力的气轨压力检测件，由于供氢时，多通高压气轨总成41与主储氢瓶11和辅储氢瓶12连接，可利用气轨压力检测件实时监测主储氢瓶11和辅储氢瓶12内的氢气压力，便于驾驶员监控两个储氢瓶内的氢气余量，以便及时加氢。示例性地，气轨压力检测件采用高压压力传感器。
可选地，多通高压气轨总成41上用于检测其内氢气压力的压力表411，虽然通过气轨压力检测件可获得主储氢瓶11和辅储氢瓶12内的氢气压力，但是气轨压力检测件获得的压力数值显示在驾驶室内的显示屏上，在维修时，不便于维修人员实时查看，压力表411的设置便于维修使用，且压力表411为机械表，其数值更准确，还可通过压力表411与气轨压力检测件的数值进行核验。
可选地，主储氢瓶11与辅储氢瓶12的供氢口处均设有瓶口阀111，瓶口阀111上集成有电控截止阀和用于检测主储氢瓶11或辅储氢瓶12内氢气温度的温度检测件。
可选地，加氢与供氢单元2还包括用于检测氢气是否泄露的氢气泄露检测件24，主储氢瓶11与辅储氢瓶12的供氢口处均设有氢气泄露检测件24。加氢及供氢大部分接头及检测与控制单元4集成在主储氢瓶11的一端，尽量的减少了高压氢气管路的长度，将氢气接口集中到相对小的空间，并在其上方设置了氢气泄露检测件24，高度集成化的结构设计使得两个储氢瓶具有较好的车辆适配性和安全性。在辅储氢瓶12的供氢口处也设置氢气泄露检测件24，保证辅储氢瓶12的安全性。示例性地，氢气泄露检测件24采用氢气传感器。
可选地，加氢接头21上设有用于与加氢站通讯连接的通讯模块211，通讯模块211分别与气轨压力检测件及瓶口阀111通讯连接，以在加氢时，使通讯模块211即时地将主储氢瓶11与辅储氢瓶12内的氢气压力和温度传送给加氢站，保证加氢安全。示例性地，通讯模块211采用红外通讯方式，便于快速与加氢站建立连接。
可选地，加氢接头21与多通高压气轨总成41之间的管路上设有高压单向阀25，避免两个储氢瓶内的氢气反向流出。
可选地，主储氢瓶11与车辆的驾驶位位于同侧，由于加氢及供氢大部分接头及检测与控制部件集成在主储氢瓶11的一端，将主储氢瓶11与驾驶位同侧设置，方便驾驶员对手动阀门的操作。
可选地，供氢主管23上设有供氢截止阀231，沿氢气流通方向，供氢截止阀231设置于安全泄放连接管的后方。供氢截止阀231在准备起车时手动打开，整车长时间不运行时需要将其调整为关闭状态，确保氢气使用安全。同样为了方便驾驶员操作，供氢截止阀231也与驾驶位同侧设置。
可选地，多通高压气轨总成41、低压压力检测件46、瓶口阀111、氢气泄露检测件24及通讯模块211均与车辆的整车控制器通讯连接，以使整车控制器能实时监测车载储氢装置的氢气压力和温度，并控制车载储氢装置启动或停止向车辆供氢，以及控制车载储氢装置泄放氢气。
可选地，如图3、图4结合图1所示，车载储氢装置还包括两个与主储氢瓶11和辅储氢瓶12一一对应设置的防护架5，防护架5采用框架结构，防护架5在满足防撞和放飞石冲击的前提下，尽量减重。可选地，防护架5的底部设有带孔的保护板51，起到支撑和保护主储氢瓶11或辅储氢瓶12的作用。可选地，防护架5上均设有用于固定主储氢瓶11或辅储氢瓶12的箍带总成52。
示例性地，本实施例的车载储氢装置的包括以下工况：
加氢时，氢气依次通过加氢接头21、高压单向阀25、多通高压气轨总成41最终由瓶口阀111进入主储氢瓶11与辅储氢瓶12。
供氢时，氢气由主储氢瓶11与辅储氢瓶12的瓶口阀111排出，并依次通过多通高压气轨总成41、氢气过滤器47、高压减压器45、供氢截止阀231沿着供氢主管23供给车辆的氢燃料电池发动机。
当供氢主管23内发生异常高压情况时，或者说供氢主管23内的氢气压力高于安全阀42的设定压力时，安全阀42自动开启，氢气依次通过安全阀42、低压单向阀43进入泄放总管31进行泄放。
当需要维修该车载储氢装置时，可手动打开放空阀44，将供氢总管内存留的氢气放空，避免发生危险。
在发生火烧情况时，主储氢瓶11与辅储氢瓶12两端的安全泄放阀32均开启，将主储氢瓶11与辅储氢瓶12内的氢气进行泄放，保证整车安全。
本实施例还提供了一种轻卡，包括轻卡车架100和设置于轻卡车架100上的上述车载储氢装置。主储氢瓶11与辅储氢瓶12分别设置于轻卡车架100两侧并低于轻卡车架100的上表面布置，能使自重较轻的轻卡车架100的重心较低，更利于保持整车姿态。
可选地，轻卡车架100上设有用于与防护架5连接的孔阵，易于形成平台化的轻卡车架100。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种车载储氢装置，其特征在于，包括：
储氢单元(1)，包括互相连通的主储氢瓶(11)和辅储氢瓶(12)，所述主储氢瓶(11)与所述辅储氢瓶(12)分别设置于车辆的车架(100)两侧并低于所述车架(100)的上表面布置；所述主储氢瓶(11)与所述辅储氢瓶(12)的储氢压力为70Mpa；
加氢与供氢单元(2)，包括加氢接头(21)、加氢连接管(22)、供氢主管(23)，所述辅储氢瓶(12)通过所述加氢连接管(22)与所述主储氢瓶(11)相连通，所述加氢接头(21)及所述供氢主管(23)均设置于所述主储氢瓶(11)的一端并均与所述加氢连接管(22)连接；
氢气泄放单元(3)，包括泄放总管(31)和安全泄放阀(32)，所述主储氢瓶(11)与所述辅储氢瓶(12)上均设有所述安全泄放阀(32)，所述安全泄放阀(32)与所述泄放总管(31)通过泄放管路连接。
2.根据权利要求1所述的车载储氢装置，其特征在于，所述车载储氢装置还包括设置于所述主储氢瓶(11)一端的检测与控制单元(4)，所述检测与控制单元(4)包括设置于所述加氢连接管(22)上的多通高压气轨总成(41)，所述多通高压气轨总成(41)分别与所述加氢接头(21)及所述供氢主管(23)连接。
3.根据权利要求2所述的车载储氢装置，其特征在于，所述多通高压气轨总成(41)上集成有用于检测其内部氢气压力的气轨压力检测件。
4.根据权利要求3所述的车载储氢装置，其特征在于，所述检测与控制单元(4)包括安全阀(42)，所述安全阀(42)设置于连接所述供氢主管(23)与所述泄放总管(31)的安全泄放连接管上。
5.根据权利要求4所述的车载储氢装置，其特征在于，所述供氢主管(23)上设有供氢截止阀(231)，沿氢气流通方向，所述供氢截止阀(231)设置于所述安全泄放连接管的后方。
6.根据权利要求3所述的车载储氢装置，其特征在于，所述检测与控制单元(4)包括高压减压器(45)和低压压力检测件(46)，所述高压减压器(45)与所述低压压力检测件(46)均设置于所述供氢主管(23)上，沿氢气流通方向，所述高压减压器(45)设置于所述低压压力检测件(46)的前方，所述低压压力检测件(46)用于检测减压后所述供氢主管(23)内的氢气压力。
7.根据权利要求6所述的车载储氢装置，其特征在于，所述主储氢瓶(11)与所述辅储氢瓶(12)的供氢口处均设有瓶口阀(111)，所述瓶口阀(111)上集成有电控截止阀和用于检测所述主储氢瓶(11)或所述辅储氢瓶(12)内氢气温度的温度检测件。
8.根据权利要求7所述的车载储氢装置，其特征在于，所述加氢与供氢单元(2)还包括用于检测氢气是否泄露的氢气泄露检测件(24)，所述主储氢瓶(11)与所述辅储氢瓶(12)的供氢口处均设有所述氢气泄露检测件(24)。
9.根据权利要求8所述的车载储氢装置，其特征在于，所述加氢接头(21)上设有用于与加氢站通讯连接的通讯模块(211)，所述通讯模块(211)分别与所述气轨压力检测件及所述瓶口阀(111)通讯连接。
10.根据权利要求9所述的车载储氢装置，其特征在于，所述多通高压气轨总成(41)、所述低压压力检测件(46)、所述瓶口阀(111)、所述氢气泄露检测件(24)及所述通讯模块(211)均与所述车辆的整车控制器通讯连接，以使所述整车控制器能实时监测所述车载储氢装置的氢气压力和温度，并控制所述车载储氢装置启动或停止向所述车辆供氢，以及控制所述车载储氢装置泄放氢气。
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