CN114103620B - 氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统及控制方法，包括液氨供给组件、液氨气化加热组件、氨氢燃料内燃机、氨裂解分离器、燃料电池系统、直流电源转换器、发电机、逆变器、动力电池、驱动电机，氨氢燃料内燃机设置有燃料气道喷射装置、燃料缸内喷射装置，氨氢燃料内燃机以氨为主燃料，以氨经过氨裂解分离器重整后产生的氢气为引燃和助燃燃料，保证了氨在内燃机内稳定的燃烧；氨氢燃料内燃机驱动发电机，发电机发出的电能可直接提供给驱动电机作为车辆的驱动力，也可为动力电池充电，实现多种动力系统并联混合为车辆提供驱动力，在满足车辆动力性的同时提高了燃料的利用率，车辆只携带液态氨燃料，实现二氧化碳零排放。

Description

氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统及控制方法

技术领域

本发明涉及节能与新能源车辆领域，特别涉及一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统及控制方法。

背景技术

氢是被广泛研究的清洁无碳可再生燃料，被认为是最理想的未来车用能源。氢气热值比较高，且完全燃烧只生成水，而且这些水可以分解成氢气和氧气，可以实现循环利用。但氢气密度低，且难于液化而导致储存、运输困难，上述问题暂时制约了氢在车辆上的推广应用。而采用纯电驱动的商用车、成本高、重量大、有效载荷被降低。中重型商用车和长途客车由于车辆满载质量大、续驶里程长以及车辆行驶基本为高速工况的特点，该类车型发展纯电动路线，将导致车辆的整备质量翻倍，而且车辆增加成本巨大也不为市场所接受。

氨是世界上第二大合成的工业化学物质，全球年产量约2亿吨，相关基础及产业链完善。氨不但可以作为氢能的载体，用于制氢，而且氨的物化特性决定它可以作为发动机的替代燃料。与氢一样，氨也可从可再生能源的各种资源中生产，作为内燃机燃料，与氢相比，标准状态下，氨气的体积能量密度为14.9MJ/m3，高于氢气的体积能量密度10.8MJ/m3，而且氨气在常压下，-33℃就变成液体，具有易储存携带，续航里程长等优势；同时氨的自燃温度和最小点火能力高，可燃范围小，使用安全可靠；但氨也存在点火困难，火焰传播速度慢，动力性和响应性差等问题，导致现有的车辆在面对不同的运行工况时，内燃机难以保持在稳定工作的高效区运转，能耗高。

发明内容

本发明目的在于提供一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统及控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

首先本发明提供一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其包括：液氨供给组件、液氨气化加热组件、氨氢燃料内燃机、氨裂解分离器、燃料电池系统、直流电源转换器、发电机、逆变器、动力电池、驱动电机，所述氨氢燃料内燃机设置有燃料气道喷射装置、燃料缸内喷射装置，所述氨裂解分离器设置有电加热装置，所述氨裂解分离器具有氮气输出端和氢气输出端、氨氮氢混合气输出端；

所述液氨供给组件的液氨输出端通过管路与液氨气化加热组件的氨输入端连接，所述液氨气化加热组件的氨气输出端通过管路分别与燃料气道喷射装置的气轨输入端、氨裂解分离器的氨输入端连接，所述燃料气道喷射装置用于将氨气喷射入氨氢燃料内燃机的各缸进气道内；

所述氨裂解分离器的氨氮氢混合气输出端通过管路与燃料缸内喷射装置的气轨输入端连接，所述燃料缸内喷射装置用于将氨氮氢混合气喷射入氨氢燃料内燃机的各气缸内，氨氮氢混合气作为引燃燃料；

所述氨裂解分离器的氢气输出端通过管路与燃料电池系统的氢气输入端连接，氢气进入燃料电池系统内进行电化学反应并产生电能；

所述燃料电池系统的输出端通过线束与直流电源转换器输入端连接，所述发电机固定于氨氢燃料内燃机的飞轮壳端由氨氢燃料内燃机提供动力，所述发电机通过线束与逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端通过线束与动力电池的输入端连接，所述驱动电机的输入端通过线束并联连接直流电源转换器的输出端、逆变器的输出端和动力电池的输出端，所述动力电池的输出端通过线束与氨裂解分离器的电加热装置连接；

所述氨氢燃料内燃机的废气输出端通过管路与氨裂解分离器的废气输入端连接。

本发明的有益效果是：在车辆启动时，动力电池可为氨裂解分离器的电加热装置、驱动电机和发电机提供电力，使得氨可在氨裂解分离器内发生裂解反应，当燃料气道喷射装置、氨裂解分离器、燃料缸内喷射装置各个启动参数达到阈值时，发电机拖动氨氢燃料内燃机达到启动转速，燃料气道喷射装置、燃料缸内喷射装置开始喷射燃料，氨氢燃料内燃机点火启动，并驱动发电机发电，发电机为驱动电机和动力电池充电提供能量，氨氢燃料内燃机运行后排出废气一部分进入氨裂解分离器中，与动力电池一同为氨裂解反应提供能量，加快氨裂解反应的速度；当氨裂解分离器排出氢气的压力和温度达到阈值后，燃料电池系统启动运行，为驱动电机和动力电池充电提供能量，在正常运行工况时，燃料电池系统是驱动车辆运行的主动力源，而氨氢燃料内燃机驱动发电机发出的电能直接提供给驱动电机，为车辆提供辅助驱动力，同时多余能量为动力电池充电，在车辆大功率工况下，动力电池也为车辆提供驱动能量，在车辆低功率工况下，过剩的电力就给动力电池充电，实现了多种动力系统并联混合为车辆提供驱动力，在满足车辆动力性的同时提高了燃料的利用率，且车辆只携带液态氨燃料，可实现二氧化碳的零排放，此外，解决氨氢燃料内燃机的启动问题，而且还能够补偿车辆的瞬态动力需求，保障氨氢燃料内燃机稳定工作在高效区。

作为上述技术方案的进一步改进，所述液氨气化加热组件包括蒸发器、第一散热器，所述燃料电池系统、蒸发器与第一散热器闭环连接形成燃料电池冷却液回路，所述蒸发器的氨输入端通过管路与液氨供给组件的液氨输出端连接，所述蒸发器的氨输出端分别通过管路与燃料气道喷射装置的气轨输入端、氨裂解分离器的氨输入端连接，所述第一散热器设置有第一风扇。

燃料电池系统的冷却液以蒸发器中的液氨作为冷媒，大幅降低了燃料电池系统冷却液温度，减小了散热组件的体积，并且燃料电池系统的冷却液的热能被蒸发器中液态氨吸收，液氨变成氨气，废弃的能量得到了回收，提高燃料的利用效率。

所述液氨气化加热组件还包括热交换器、冷却水泵、第二散热器和设置于氨氢燃料内燃机上的内燃机冷却系统，所述冷却水泵、内燃机冷却系统、热交换器与第二散热器闭环连接形成内燃机冷却液回路，所述热交换器的介质输入端通过管路与所述蒸发器的氨输出端连接，所述热交换器的介质输出端分别通过管路与燃料气道喷射装置的气轨输入端、氨裂解分离器的氨输入端连接，所述第二散热器设置有第二风扇。

氨氢燃料内燃机的冷却液热能在热交换器中被氨气吸收，氨气温度升高，从而氨裂解所需的热量可来自燃料电池系统的冷却液废弃热能、氨氢燃料内燃机的冷却液及排放废气的废弃热能和动力电池的电能，通过梯次能量的综合利用，尽可能多的废弃的能量得到了回收，进一步提高燃料的利用效率。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统还包括设置于液氨气化加热组件、氨裂解分离器、燃料气道喷射装置、燃料缸内喷射装置与燃料电池系统之间的存储稳压冷凝器，所述液氨气化加热组件的氨气输出端通过管路与存储稳压冷凝器的氨气输入端连接，所述存储稳压冷凝器的氨气输入端通过管路与燃料气道喷射装置的气轨输入端连接，所述氨裂解分离器的氨氮氢混合气输出端通过管路与存储稳压冷凝器的氨氮氢混合气输入端连接，所述存储稳压冷凝器的氨氮氢混合气输出端通过管路与燃料缸内喷射装置的气轨输入端连接，所述氨裂解分离器的氢气输出端通过管路与存储稳压冷凝器的氢气输入端连接，所述存储稳压冷凝器的氢气输出端通过管路与燃料电池系统的氢气输入端连接。

在存储稳压冷凝器中，氨裂解后的氨氮氢混合气、分离后的氢气分别与氨气之间进行热交换，混合气和氢气的温度降低，而氨气的温度进一步升高，存储稳压冷凝器为燃料电池系统和氨氢燃料内燃机存储一定量的压力稳定、温度符合要求的气体燃料。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述存储稳压冷凝器的氨气输入端与燃料气道喷射装置的气轨输入端之间设置有第一稳压阀，在所述存储稳压冷凝器的氨氮氢混合气输出端与燃料缸内喷射装置的气轨输入端之间设置有第二稳压阀，在所述存储稳压冷凝器的氢气输出端与燃料电池系统的氢气输入端之间设置有第三稳压阀，在所述液氨气化加热组件的氨气输出端与存储稳压冷凝器的氨气输入端之间设置有第一电控流量控制装置，在所述液氨气化加热组件的氨气输出端与氨裂解分离器的氨输入端之间设置有单向阀，所述存储稳压冷凝器安装有第二压力传感器和第二温度传感器，所述燃料气道喷射装置的气轨安装有第一温度传感器和第一压力传感器，所述氨裂解分离器安装有第三温度传感器，所述燃料缸内喷射装置的气轨安装有第三压力传感器。其中第一稳压阀可减少氨气的压力波动，第二稳压阀可降低氨氮氢混合气的压力波动，第三稳压阀可减少氢气的压力波动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统还包括催化还原后处理器，所述液氨供给组件的液氨输出端通过管路与催化还原后处理器的氨输入端连接，所述催化还原后处理器的废气输入端通过管路分别与氨裂解分离器的废气输出端、氨氢燃料内燃机的废气输出端连接。

本方案通过催化还原后处理器对废气进行净化处理再排放，其中液氨供给组件也给催化还原后处理器供给氨，氨作为还原剂，对氨氢燃料内燃机和氨裂解分离器来的废气进行净化，净化后的气体再排放到大气中，保护环境，用氨燃料作为还原剂进入催化还原后处理器，不再需要尿素喷射系统，降低了成本。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器连接于氨氢燃料内燃机的废气输出端与催化还原后处理器的废气输入端之间，所述涡轮增压器的空气输出端通过管道与氨氢燃料内燃机的空气输入端连接。

本方案还通过涡轮增压器对氨氢燃料内燃机的废气能量进一步利用，涡轮增压器可提高进入氨氢燃料内燃机的空气量，进一步提升了燃料能量的利用率。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述液氨供给组件的液氨输出端与催化还原后处理器的氨输入端之间设置有第二电控流量控制装置，在所述氨裂解分离器的废气输出端与催化还原后处理器的废气输入端之间设置有电控调压阀。

本方案可根据不同工况，通过第二电控流量控制装置调节进入催化还原后处理器内的氨量，通过电控调压阀间接地控制进入氨裂解分离器中的废气量，氨氢燃料内燃机排出的高温气体在氨裂解分离器中加热氨气，促使氨气在氨裂解分离器中发生裂解反应。

作为上述技术方案的进一步改进，所述氨裂解分离器具有氮气输出端，所述氨裂解分离器的氮气输出端通过管路与催化还原后处理器的氮气输入端连接。

一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统的控制方法，其采用上述的氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统应用于车辆，具体控制方法如下：

在车辆启动时，动力电池给氨裂解分离器中的电加热装置供电，提供氨在氨裂解分离器反应所需要的能量，同时也可为驱动电机提供能量，驱动车辆运行，氨在氨裂解分离器中发生裂解反应，当燃料气道喷射装置的气轨的温度和压力、氨裂解分离器的温度和燃料缸内喷射装置的气轨的压力达到阈值时，动力电池提供能量给发电机，发电机拖动氨氢燃料内燃机达到启动转速，燃料气道喷射装置、燃料缸内喷射装置开始喷射燃料，氨氢燃料内燃机点火启动，驱动发电机发电，发电机电能通过逆变器后，为驱动电机和动力电池充电提供能量，氨氢燃料内燃机运行后排出废气一部分进入氨裂解分离器中，与动力电池一同为氨裂解反应提供能量，加快氨裂解反应的速度；当氨裂解分离器排出氢气的压力和温度达到阈值后，燃料电池系统启动运行，为驱动电机和动力电池充电提供能量；

在车辆正常运行工况时，燃料电池系统是驱动车辆运行的主动力源，氨氢燃料内燃机驱动发电机发出的电能经过逆变器后直接提供给驱动电机，为车辆提供辅助驱动力，同时多余能量为动力电池充电，使得氨氢燃料内燃机保持在高效区工作，此时氨裂解反应所需要的能量主要来自于氨氢燃料内燃机；

在车辆加速和爬坡大功率工况时，燃料电池系统、氨氢燃料内燃机和动力电池同时为车辆提供驱动能量；

在减速和下坡时，驱动电机、燃料电池系统发电机同时为动力电池充电，此时氨氢燃料内燃机和燃料电池系统工作在小负荷区域；

车辆停止行驶时，氨氢燃料内燃机先熄火，氨裂解分离器停止加热，燃料电池系统再熄火，高压、低压下电后，车辆运行结束。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1是本发明所提供的氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其一实施例的示意图；

图2是本发明所提供的氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其一实施例的控制过程示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图2，本发明的氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统作出如下实施例：

本实施例的氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统包括液氨供给组件、液氨气化加热组件、氨氢燃料内燃机9、氨裂解分离器11、燃料电池系统23、直流电源转换器24、发电机25、逆变器26、动力电池27、驱动电机28、存储稳压冷凝器12、催化还原后处理器21和涡轮增压器18，所述氨裂解分离器11具有氢气输出端、氮气输出端和氨氮氢混合气输出端，所述氨裂解分离器11设置有电加热装置，所述氨氢燃料内燃机9设置有燃料气道喷射装置8、燃料缸内喷射装置14。

液氨供给组件包括依次连接的液氨存储器1和液氨泵3，所述液氨泵3的输出端为所述液氨供给组件的氨输出端，在所述液氨存储器1和液氨泵3之间设置有电控截止阀2，电控截止阀2控制燃料供给的开关，液氨泵3提升液氨的压力。

液氨气化加热组件包括蒸发器4、第一散热器29、热交换器5、冷却水泵15、第二散热器17和设置于氨氢燃料内燃机9上的内燃机冷却系统，所述燃料电池系统23、蒸发器4与第一散热器29闭环连接形成燃料电池冷却液回路，所述第一散热器29设置有第一风扇30，所述冷却水泵15、内燃机冷却系统、热交换器5与第二散热器17闭环连接形成内燃机冷却液回路，所述第二散热器17设置有第二风扇16，所述蒸发器4的氨输入端通过管路与液氨供给组件的液氨输出端连接，所述热交换器5的介质输入端通过管路与所述蒸发器4的氨输出端连接，所述热交换器5的介质输出端分别通过管路与与存储稳压冷凝器12的氨气输入端、氨裂解分离器11的氨输入端连接，所述存储稳压冷凝器12的氨气输入端通过管路与燃料气道喷射装置8的气轨输入端连接，所述氨裂解分离器11的氨氮氢混合气输出端通过管路与存储稳压冷凝器12的氨氮氢混合气输入端连接，所述存储稳压冷凝器12的氨氮氢混合气输出端通过管路与燃料缸内喷射装置14的气轨输入端连接，所述氨裂解分离器11的氢气输出端通过管路与存储稳压冷凝器12的氢气输入端连接，所述存储稳压冷凝器12的氢气输出端通过管路与燃料电池系统23的氢气输入端连接，氢气进入燃料电池系统23内进行电化学反应并产生电能，所述燃料气道喷射装置8用于将氨气喷射入氨氢燃料内燃机9的各缸进气道内，所述燃料缸内喷射装置14用于将氨氮氢混合气喷射入氨氢燃料内燃机9的各气缸内，氨氮氢混合气作为引燃燃料。

燃料电池系统23的输出端通过线束与直流电源转换器24输入端连接，所述发电机25固定于氨氢燃料内燃机9的飞轮壳端由氨氢燃料内燃机9提供动力，所述发电机25通过线束与逆变器26的输入端连接，所述逆变器26的输出端通过线束与动力电池27的输入端连接，所述驱动电机28的输入端通过线束并联连接直流电源转换器24的输出端、逆变器26的输出端和动力电池27的输出端，所述动力电池27的输出端通过线束与氨裂解分离器11的电加热装置连接。

氨氢燃料内燃机9的废气输出端通过管路分别与涡轮增压器18的废气输入端、氨裂解分离器11的废气输入端连接，所述液氨供给组件的液氨输出端通过管路与催化还原后处理器21的氨输入端连接，所述催化还原后处理器21的废气输入端通过管路分别与氨裂解分离器11的废气输出端、涡轮增压器18的废气输出端连接，所述涡轮增压器18的空气输出端通过管道与氨氢燃料内燃机9的空气输入端连接，所述氨裂解分离器11的氮气输出端通过管路与催化还原后处理器21的氮气输入端连接。

在车辆启动时，动力电池27可为氨裂解分离器11的电加热装置、驱动电机28和发电机25提供电力，使得氨可在氨裂解分离器11内发生裂解反应，当燃料气道喷射装置8、氨裂解分离器11、燃料缸内喷射装置14各个启动参数达到阈值时，发电机25拖动氨氢燃料内燃机9达到启动转速，燃料气道喷射装置8、燃料缸内喷射装置14开始喷射燃料，氨氢燃料内燃机9点火启动，并驱动发电机25发电，发电机25为驱动电机28和动力电池27充电提供能量，氨氢燃料内燃机9运行后排出废气一部分进入氨裂解分离器11中，与动力电池27一同为氨裂解反应提供能量，加快氨裂解反应的速度；当氨裂解分离器11排出氢气的压力和温度达到阈值后，燃料电池系统23启动运行，为驱动电机28和动力电池27充电提供能量，在正常运行工况时，燃料电池系统23是驱动车辆运行的主动力源，而氨氢燃料内燃机9驱动发电机25发出的电能直接提供给驱动电机28，为车辆提供辅助驱动力，同时多余能量为动力电池27充电，在车辆大功率工况下，动力电池27也为车辆提供驱动能量，在车辆低功率工况下，过剩的电力就给动力电池27充电，实现了多种动力系统并联混合为车辆提供驱动力，在满足车辆动力性的同时提高了燃料的利用率，且车辆只携带液态氨燃料，可实现二氧化碳的零排放，此外，解决氨氢燃料内燃机9的启动问题，而且还能够补偿车辆的瞬态动力需求，保障氨氢燃料内燃机9稳定工作在高效区。

本实施例的燃料电池系统23的冷却液以蒸发器4中的液氨作为冷媒，大幅降低了燃料电池系统23冷却液温度，减小了散热组件的体积，并且燃料电池系统23的冷却液的热能被蒸发器4中液态氨吸收，液氨变成氨气，废弃的能量得到了回收，提高燃料的利用效率。

且氨氢燃料内燃机9的冷却液热能在热交换器5中被氨气吸收，氨气温度升高，从而氨裂解所需的热量可来自燃料电池系统23的冷却液废弃热能、氨氢燃料内燃机9的冷却液及排放废气的废弃热能和动力电池27的电能，通过梯次能量的综合利用，尽可能多的废弃的能量得到了回收，进一步提高燃料的利用效率。

在存储稳压冷凝器12中，氨裂解后的氨氮氢混合气、分离后的氢气分别与氨气之间进行热交换，混合气和氢气的温度降低，而氨气的温度进一步升高，存储稳压冷凝器12为燃料电池系统23和氨氢燃料内燃机9存储一定量的压力稳定、温度符合要求的气体燃料。

本实施例通过催化还原后处理器21对废气进行净化处理再排放，其中液氨供给组件也给催化还原后处理器供给氨，氨作为还原剂，对氨氢燃料内燃机9和氨裂解分离器11来的废气进行净化，净化后的气体再排放到大气中，保护环境，用氨燃料作为还原剂进入催化还原后处理器，不再需要尿素喷射系统，降低了成本，还通过涡轮增压器18对氨氢燃料内燃机9的废气能量进一步利用，涡轮增压器18可提高进入氨氢燃料内燃机9的空气量，进一步提升了燃料能量的利用率。

进一步地，在所述存储稳压冷凝器12的氨气输入端与燃料气道喷射装置8的气轨输入端之间设置有第一稳压阀7，在所述存储稳压冷凝器12的氨氮氢混合气输出端与燃料缸内喷射装置14的气轨输入端之间设置有第二稳压阀13，在所述存储稳压冷凝器12的氢气输出端与燃料电池系统23的氢气输入端之间设置有第三稳压阀22，在所述热交换器5的介质输出端与存储稳压冷凝器12的氨气输入端之间设置有第一电控流量控制装置6，在所述热交换器5的介质输出端与氨裂解分离器11的氨输入端之间设置有单向阀10，第一稳压阀7可减少氨气的压力波动，第二稳压阀13可降低氨氮氢混合气的压力波动，第三稳压阀22可减少氢气的压力波动，单向阀10防止氨裂解分离器11内的混合气倒流。

所述存储稳压冷凝器12安装有第二压力传感器34和第二温度传感器35，所述燃料气道喷射装置8的气轨安装有第一温度传感器31和第一压力传感器32，所述氨裂解分离器11安装有第三温度传感器33，所述燃料缸内喷射装置14的气轨安装有第三压力传感器36。

在所述液氨供给组件的液氨输出端与催化还原后处理器21的氨输入端之间设置有第二电控流量控制装置20，在所述氨裂解分离器11的废气输出端与催化还原后处理器21的废气输入端之间设置有电控调压阀19，可根据不同工况，通过第二电控流量控制装置20调节进入催化还原后处理器21内的氨量，通过电控调压阀19间接地控制进入氨裂解分离器11中的废气量，氨氢燃料内燃机9排出的高温气体在氨裂解分离器11中加热氨气，促使氨气在氨裂解分离器11中发生裂解反应。

此外，本实施例还提供一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统的控制方法，其采用上述的氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统应用于车辆，具体控制方法如下：

在车辆启动时，动力电池27给氨裂解分离器11中的电加热装置供电，提供氨在氨裂解分离器11反应所需要的能量，同时也可为驱动电机28提供能量，驱动车辆运行，氨在氨裂解分离器11中发生裂解反应，当第一温度传感器31、第三温度传感器33和第三压力传感器36达到阈值时，动力电池27提供能量给发电机25，发电机25拖动氨氢燃料内燃机9达到启动转速，燃料气道喷射装置8、燃料缸内喷射装置14开始喷射燃料，氨氢燃料内燃机9点火启动，驱动发电机25发电，发电机25电能通过逆变器26后，为驱动电机28和动力电池27充电提供能量，氨氢燃料内燃机9运行后排出废气一部分进入氨裂解分离器11中，与动力电池27一同为氨裂解反应提供能量，加快氨裂解反应的速度；当第二压力传感器34和第二温度传感器35达到阈值后，燃料电池系统23启动运行，为驱动电机28和动力电池27充电提供能量；

在车辆正常运行工况时，燃料电池系统23是驱动车辆运行的主动力源，氨氢燃料内燃机9驱动发电机25发出的电能经过逆变器26后直接提供给驱动电机28，为车辆提供辅助驱动力，同时多余能量为动力电池27充电，使得氨氢燃料内燃机9保持在高效区工作，此时氨裂解反应所需要的能量主要来自于燃料电池系统23的冷却液、氨氢燃料内燃机9的冷却液和排气热源及动力电池27；

在车辆加速和爬坡大功率工况时，燃料电池系统23、氨氢燃料内燃机9和动力电池27同时为车辆提供驱动能量；

在车辆减速和下坡时，驱动电机28、燃料电池系统23发电机25同时为动力电池27充电，此时氨氢燃料内燃机9和燃料电池系统23工作在小负荷区域；

车辆停止行驶时，氨氢燃料内燃机9先熄火，氨裂解分离器11停止加热，燃料电池系统23再熄火，高压、低压下电后，车辆运行结束。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其特征在于：其包括：液氨供给组件、液氨气化加热组件、氨氢燃料内燃机（9）、氨裂解分离器（11）、燃料电池系统（23）、直流电源转换器（24）、发电机（25）、逆变器（26）、动力电池（27）、驱动电机（28），所述氨氢燃料内燃机（9）设置有燃料气道喷射装置（8）、燃料缸内喷射装置（14），所述氨裂解分离器（11）设置有电加热装置，所述氨裂解分离器（11）具有氢气输出端、氨氮氢混合气输出端、氮气输出端；

所述液氨供给组件的液氨输出端通过管路与液氨气化加热组件的氨输入端连接，所述液氨气化加热组件的氨气输出端通过管路分别与燃料气道喷射装置（8）的气轨输入端、氨裂解分离器（11）的氨输入端连接，所述燃料气道喷射装置（8）用于将氨气喷射入氨氢燃料内燃机（9）的各缸进气道内；

所述氨裂解分离器（11）的氨氮氢混合气输出端通过管路与燃料缸内喷射装置（14）的气轨输入端连接，所述燃料缸内喷射装置（14）用于将氨氮氢混合气喷射入氨氢燃料内燃机（9）的各气缸内；

所述氨裂解分离器（11）的氢气输出端通过管路与燃料电池系统（23）的氢气输入端连接，氢气进入燃料电池系统（23）内进行电化学反应并产生电能；

所述燃料电池系统（23）的输出端通过线束与直流电源转换器（24）输入端连接，所述发电机（25）固定于氨氢燃料内燃机（9）的飞轮壳端由氨氢燃料内燃机（9）提供动力，所述发电机（25）通过线束与逆变器（26）的输入端连接，所述逆变器（26）的输出端通过线束与动力电池（27）的输入端连接，所述驱动电机（28）的输入端通过线束并联连接直流电源转换器（24）的输出端、逆变器（26）的输出端和动力电池（27）的输出端，所述动力电池（27）的输出端通过线束与氨裂解分离器（11）的电加热装置连接；

所述氨氢燃料内燃机（9）的废气输出端通过管路与氨裂解分离器（11）的废气输入端连接；

所述氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统还包括设置于液氨气化加热组件、氨裂解分离器（11）、燃料气道喷射装置（8）、燃料缸内喷射装置（14）与燃料电池系统（23）之间的存储稳压冷凝器（12），所述液氨气化加热组件的氨气输出端通过管路与存储稳压冷凝器（12）的氨气输入端连接，所述存储稳压冷凝器（12）的氨气输入端通过管路与燃料气道喷射装置（8）的气轨输入端连接，所述氨裂解分离器（11）的氨氮氢混合气输出端通过管路与存储稳压冷凝器（12）的氨氮氢混合气输入端连接，所述存储稳压冷凝器（12）的氨氮氢混合气输出端通过管路与燃料缸内喷射装置（14）的气轨输入端连接，所述氨裂解分离器（11）的氢气输出端通过管路与存储稳压冷凝器（12）的氢气输入端连接，所述存储稳压冷凝器（12）的氢气输出端通过管路与燃料电池系统（23）的氢气输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其特征在于：

所述液氨气化加热组件包括蒸发器（4）、第一散热器（29），所述燃料电池系统（23）、蒸发器（4）与第一散热器（29）闭环连接形成燃料电池冷却液回路，所述蒸发器（4）的氨输入端通过管路与液氨供给组件的液氨输出端连接，所述蒸发器（4）的氨输出端分别通过管路与燃料气道喷射装置（8）的气轨输入端、氨裂解分离器（11）的氨输入端连接，所述第一散热器（29）设置有第一风扇（30）。

3.根据权利要求2所述的一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其特征在于：

所述液氨气化加热组件还包括热交换器（5）、冷却水泵（15）、第二散热器（17）和设置于氨氢燃料内燃机（9）上的内燃机冷却系统，所述冷却水泵（15）、内燃机冷却系统、热交换器（5）与第二散热器（17）闭环连接形成内燃机冷却液回路，所述热交换器（5）的介质输入端通过管路与所述蒸发器（4）的氨输出端连接，所述热交换器（5）的介质输出端分别通过管路与燃料气道喷射装置（8）的气轨输入端、氨裂解分离器（11）的氨输入端连接，所述第二散热器（17）设置有第二风扇（16）。

4.根据权利要求1所述的一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其特征在于：

在所述存储稳压冷凝器（12）的氨气输入端与燃料气道喷射装置（8）的气轨输入端之间设置有第一稳压阀（7），在所述存储稳压冷凝器（12）的氨氮氢混合气输出端与燃料缸内喷射装置（14）的气轨输入端之间设置有第二稳压阀（13），在所述存储稳压冷凝器（12）的氢气输出端与燃料电池系统（23）的氢气输入端之间设置有第三稳压阀（22），在所述液氨气化加热组件的氨气输出端与存储稳压冷凝器（12）的氨气输入端之间设置有第一电控流量控制装置（6），在所述液氨气化加热组件的氨气输出端与氨裂解分离器（11）的氨输入端之间设置有单向阀（10），所述存储稳压冷凝器（12）安装有第二压力传感器（34）和第二温度传感器（35），所述燃料气道喷射装置（8）的气轨安装有第一温度传感器（31）和第一压力传感器（32），所述氨裂解分离器（11）安装有第三温度传感器（33），所述燃料缸内喷射装置（14）的气轨安装有第三压力传感器（36）。

5.根据权利要求1所述的一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其特征在于：

所述氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统还包括催化还原后处理器（21），所述液氨供给组件的液氨输出端通过管路与催化还原后处理器（21）的氨输入端连接，所述催化还原后处理器（21）的废气输入端通过管路分别与氨裂解分离器（11）的废气输出端、氨氢燃料内燃机（9）的废气输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其特征在于：

所述氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统还包括涡轮增压器（18），所述涡轮增压器（18）连接于氨氢燃料内燃机（9）的废气输出端与催化还原后处理器（21）的废气输入端之间，所述涡轮增压器（18）的空气输出端通过管道与氨氢燃料内燃机（9）的空气输入端连接。

7.根据权利要求5所述的一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其特征在于：

在所述液氨供给组件的液氨输出端与催化还原后处理器（21）的氨输入端之间设置有第二电控流量控制装置（20），在所述氨裂解分离器（11）的废气输出端与催化还原后处理器（21）的废气输入端之间设置有电控调压阀（19）。

8.根据权利要求5所述的一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，其特征在于：

所述氨裂解分离器（11）的氮气输出端通过管路与催化还原后处理器（21）的氮气输入端连接。

9.一种氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统的控制方法，其特征在于：其采用如权利要求1至8任意一项所述的氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统，氨氢融合燃料内燃机与燃料电池复合动力系统应用于车辆，具体控制方法如下：

在车辆启动时，动力电池（27）给氨裂解分离器（11）中的电加热装置供电，提供氨在氨裂解分离器（11）反应所需要的能量，同时也可为驱动电机（28）提供能量，驱动车辆运行，氨在氨裂解分离器（11）中发生裂解反应，当燃料气道喷射装置（8）的气轨的温度和压力、氨裂解分离器（11）的温度和燃料缸内喷射装置（14）的气轨的压力达到阈值时，动力电池（27）提供能量给发电机（25），发电机（25）拖动氨氢燃料内燃机（9）达到启动转速，燃料气道喷射装置（8）、燃料缸内喷射装置（14）开始喷射燃料，氨氢燃料内燃机（9）点火启动，驱动发电机（25）发电，发电机（25）电能通过逆变器（26）后，为驱动电机（28）和动力电池（27）充电提供能量，氨氢燃料内燃机（9）运行后排出废气一部分进入氨裂解分离器（11）中，与动力电池（27）一同为氨裂解反应提供能量，加快氨裂解反应的速度；当氨裂解分离器（11）排出氢气的压力和温度达到阈值后，燃料电池系统（23）启动运行，为驱动电机（28）和动力电池（27）充电提供能量；

在车辆正常运行工况时，燃料电池系统（23）是驱动车辆运行的主动力源，氨氢燃料内燃机（9）驱动发电机（25）发出的电能经过逆变器（26）后直接提供给驱动电机（28），为车辆提供辅助驱动力，同时多余能量为动力电池（27）充电，使得氨氢燃料内燃机（9）保持在高效区工作，此时氨裂解反应所需要的能量主要来自于氨氢燃料内燃机（9）；

在车辆加速和爬坡大功率工况时，燃料电池系统（23）、氨氢燃料内燃机（9）和动力电池（27）同时为车辆提供驱动能量；

在减速和下坡时，驱动电机（28）、燃料电池系统（23）发电机（25）同时为动力电池（27）充电，此时氨氢燃料内燃机（9）和燃料电池系统（23）工作在小负荷区域；

车辆停止行驶时，氨氢燃料内燃机（9）先熄火，氨裂解分离器（11）停止加热，燃料电池系统（23）再熄火，高压、低压下电后，车辆运行结束。