CN114604802B - 一种自配重的叉车用氢电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自配重的叉车用氢电系统，包括自配重框架，所述自配重框架具有上、下两层置物台，其中，下层置物台设有储氢系统和储能系统，上层置物台设有：氢燃料电池发电用的电堆模块、用于将储氢系统中氢气供应给电堆模块的氢气子系统、用于向电堆模块提供空气的空气子系统，以及用于将电堆模块产生电能进行调节后输出给叉车使用的电压转换器。本发明结构紧凑，供电稳定，同时采用自配重框架满足叉车的负重需求，从而提高叉车的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及叉车氢电系统设计技术领域，尤其涉及一种自配重的叉车用氢电系统。
背景技术
叉车作为重要的物流系统工具，主要进行货物装卸与搬运。目前传统叉车主要是内燃机叉车和蓄电池叉车，但是随着全球变暖和资源紧缺的问题加剧，减排和节能是目前叉车的主要发展方向。
而主流的电动叉车功率输出恒定，同时会随着电量降低而导致工作性能下降，从而影响物流搬运的进度；当遇到天气寒冷或者在环境温度低于-15℃的冷库中工作时，电池可能会出现故障，导致工作无法正常进行。
现有的氢电叉车设计主要偏重于48V DC平台，功率在10kW左右，储氢系统为35MPa，续航时间短，另外由于电堆会不断产生水，水若随车排放会导致水渍污染地面，造成结冰或安全隐患。因此目前急需对目前电动叉车提出更新的解决方案。
专利文献CN113460918A公开了一种叉车用燃料电池结构，包括：设置于叉车本体内的安装框，安装框架包括安装板，安装板上沿水平方向依次设置固定存放区、活动存放区、竖梁和配重区，配重区包括用于约束配重块的限位架和滑块滑轨组件，限位架与安装板之间水平移动。本发明提供了一种可放置自添加配重件的安装框架，通过自主添加需要的配重件来满足叉车的负重要求。当设备过多时，会影响配重件的添加数量，从而导致负重要求无法满足。
专利文献CN211605293U公开了一种叉车用燃料电池，包括高能电池组、氢气存储罐、燃料电池电堆、空气进气口和水热管理箱，所述燃料电池电堆的一端连接有空气进气口。从而降低叉车的碳排放量，但是并没有提供合理的布局方式，因此该设备无法推广使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种自配重的叉车用氢电系统，该系统结构紧凑，在满足节能减排的同时，通过安装框架与设备的自重来满足叉车所需要的负重要求。
一种自配重的叉车用氢电系统，包括自配重框架，所述自配重框架具有上、下两层置物台，其中，下层置物台设有储氢系统和储能系统，上层置物台设有：氢燃料电池发电用的电堆模块、用于将储氢系统中氢气供应给电堆模块的氢气子系统、用于向电堆模块提供空气的空气子系统，以及用于将电堆模块产生电能进行调节后输出给叉车使用的电压转换器。
优选的，所述电堆模块为液冷式，所述下层置物台上还设有冷却系统，所述冷却系统通过管路连接电堆模块，由于冷却系统相关设备重量较大，将其布置于下层有利于叉车重心的稳定。
优选的，所述下层置物台上还设有用于收集电堆模块发电过程产生水的储液水箱，其中将储液水箱布置在下层，可避免在叉车工作因储液水箱中液体晃动导致叉车重心不稳的问题。
优选的，所述自配重框架的其中一侧设有通过加氢管连接储氢系统、用于加氢的加氢口，以及通过排水管连接储液水箱、用于排水的排水口，所述排水口靠近加氢口，采用该布置方式使得装置结构更加紧凑。
优选的，还配备有补充氢源的加氢柱以及配套使用的加氢枪，所述加氢枪还带有随柱排液口，在注氢的同时完成排水的工作，从而提高的工作效率；更进一步的，通过排水口流出的液体对注氢管进行降温，避免气体流动时与管壁摩擦过热引发事故。
优选的，所述电堆模块设于所述上层置物台的一侧，所述空气子系统设于另一侧，电堆模块和空气子系统之间设有拓展箱，可以根据实际工作需求往箱内放置配重件或新增设备，使得该系统设备搭配更加灵活多变且适应性更好；同时也能满足不同工作需求下的负重。
优选的，所述自配重框架的重量为600～700kg，将部分重量直接转移至框架上，减少配重块的使用，从而为其他设备提供了更多的安装空间。
优选的，所述氢气子系统包括氢气引射器，所述氢气引射器包括混合室、文丘里管和水气分离室，所述混合室具有：用于连接储氢系统的第一进气口，第二进气口，以及，用于向文丘里管中供氢气的出气口；所述水气分离室具有：用于接收从电堆模块上氢气流道出口排出氢气尾气的入口连接所述第二进气口的出口，以及，用于将分离出的水排出的排水口；所述文丘里管用于向电堆模块供应氢气，通过水气分离、引射回氢，从而达到氢气再利用的功能；更近一步的，根据文丘里管的特性，只需利用气流压力差即可将尾气中的氢气抽回到电堆模块中继续使用，省去额外配置的抽气设备，从而节省了安装空间。
优选的，所述第一进气口具有第一进气管，第一进气管设有可将第一进气管闭合的截止阀，以及可调节进气量的比例阀，所述第一进气管连接所述第一进气口处设有用于向混合室内喷入氢气的喷头，结构紧凑从而节省出更多的安装空间。
优选的，所述水气分离室设于混合室的下方，所述水气分离室内设有用于将水气分离室分隔形成蛇形流道的冷凝板，所述水气分离室的底部设有储水室，储水室设有排水口。
与现有技术相比，本发明的增益效果：
(1)采用了自配重框架，从而省去了部分配重块的使用，为其他设备的安装提供了更多的安装空间。
(2)布局选用将体积与质量较大的储氢和储能系统放置于下层，将零散且质量较小的设备布置在上层，从而提高了叉车重心的稳定性。
(3)利用加氢方向和排水口方向相反布置的设计，使得加氢时通过反向流动的液体对因气体流动而温度升高的管道进行降温，从而解决了气体管道的散热问题。
附图说明
图1为本发明提供的氢电系统的结构示意图；
图2为本发明提供的加氢柱的结构示意图；
图3为本发明提供的氢气子系统的结构示意图；
图中，1、DC-DC转换器；2、电堆模块；3、冷却系统；4、拓展箱；5、储氢系统；6、空气子系统；7、储液水箱；8、储能系统；9、加氢口；10、排水口；11、自配重框架；12、氢气子系统；13、随柱排液口；14加氢枪；15、加氢柱；16、排水泵；17、截止阀；18、比例阀；19、高速喷头；20、混合室；21、吹风阀；22、泄压阀；23、文丘里管；24、回氢路径；25、冷凝板；26、储水室；27、排水电磁阀；28、尾气入口。
具体实施方式
如图1所示，一种自配重的叉车用氢电系统，包括带有上、下两层置物台的自配重框架11，其中自配重框架11重量为600kg以上。
下层置物台设有储氢系统5和储能系统8；
其中，储氢系统5选用70MP氢系统，或更换为35MP氢系统。
储能系统8选择磷酸铁锂电池方案，其放电倍率为5～8C，或选择温度耐热性更高的钛酸锂电池、镍氢电池方案。
上层置物台设有氢燃料电池发电用的电堆模块2、用于将储氢系统5中氢气供应给电堆模块的氢气子系统12、用于向电堆模块2提供空气的空气子系统6，以及用于将电堆模块2产生电能进行调节后输出给叉车使用的降压型DC-DC转换器1；
电堆模块2采用液冷式，下层置物台上还设有冷却系统4，冷却系统4通过管路连接电堆模块2；电堆模块2布置在系统中部位置，便于电气及子系统布局，采用水冷石墨压延方案或选择金属板电堆方案，电堆额定输出功率为35kW。
靠近储氢系统5一侧还设有储液水箱7，其中储液水箱7的排水管道与储氢系统5注氢管道平行且贴近布置；储氢水箱7还带有PTC加热装置，从而避免在低温环境下工作时发生冻箱的情况。
该系统设备的布置原理：将体积大且不易损坏的储氢系统5，储能系统8以及储液水箱7布置自配重框架11的下层，而上层从中间往外将设备易损且比较精密的电堆模块2的电堆布置在中心，并将降压DCDC1铺设在电堆上方，电堆四周分别布置有电堆模块2相关的设备，氢气子系统12，空气子系统6以及拓展箱4，将核心的电堆包裹在框架中心，从而保护了电堆的安全，其中拓展箱4位于电堆模块2和空气子系统6之间。
拓展箱4本身为空箱子，便于后期设备迭代或者设备添加时提供拓展安装的空间；当出现临时需要超载运输货物时，可以往拓展箱4内增加配重件，从而满足临时的负重要求；还可以用于存放维修检测设备，便于户外工作检修。
上述设备通过CAN通讯与整车实现信息交互，其中将氢气SOC、储能容量、剩余氢气量、水箱容量等信息直接通信到整车面板，便于操作人员监控。
如图2所示，为特制可接地排水的加氢柱15，使用时将加氢枪14与加氢口9对应，随柱排液口13与排水口对应，启动排水泵16将废水抽出，同时将新氢气注入进储氢系统5中，便捷高效即避免了水渍污染也提高工作效率；由于排水管与注氢管非常贴近使得排水管内液体流动可对一侧的注氢管进行降温，避免气体流动时与管壁摩擦过热引发事故。
如图3所示，氢气子系统12包括氢气引射器，氢气引射器包括混合室20、文丘里管23和水气分离室；
混合室20具有：用于连接储氢系统5的第一进气口，第二进气口，以及，用于向文丘里管23中供氢气的出气口；其中在第一进口设有控制含氢比例的比例阀18，控制氢气进入的截止阀17以及将氢气注入混合室20的高速喷嘴19，可以通过调整高速喷嘴19位置进行不同回流流量范围控制，其中氢气引射器的引射系数为0.65～1.2；
水气分离室设于混合室20的下方，内设有用于将水气分离室分隔形成蛇形流道的冷凝板25，水气分离室的底部设有储水室26，储水室26设有带有排水电磁阀27的排水口，其中排水口还带有PTC加热装置，避免在温度过低的工作环境下；在电堆反应剩余的氢气通过尾气入口28进入水气分离室，通过冷凝板25将多余水分分离，并沿着回氢路径24返回到混合室20内，跟随着从高速喷头19吹出的氢气重新进入电堆反应；
文丘里管23用于向电堆模块2供应氢气，其中文丘里管还带用于排出管内粉尘颗粒的吹扫阀门21以及泄压阀22。
氢气子系统12通过水气分离、引射回氢，从而达到氢气再利用的功能；更近一步的，根据文丘里管的特性，只需通过气流压力差即可将尾气中的氢气抽回到电堆模块中继续使用，省去额外配置的抽气设备，从而节省了安装空间。
本系统采用的电压平台为80V DC，更高的电压有利于电机寿命和效率提升，相比于业内普遍的48V DC动力更强。
具体使用过程：将储存在储氢系统的氢气，经瓶阀组件进行控制，在电堆中进行氢气和氧气反应产生电能，然后电能通过降压型DC-DC转换器进行调节，输出给整车电压平台；其中电堆产生的电能直接驱动电机，多余的电能储存到储能系统中，当整车需要高负载输出时，电堆和储能系统同时供给电力。
Claims (5)
1.一种自配重的叉车用氢电系统，其特征在于，包括自配重框架，所述自配重框架具有上、下两层置物台，其中，下层置物台设有储氢系统和储能系统，上层置物台设有：氢燃料电池发电用的电堆模块、用于将储氢系统中氢气供应给电堆模块的氢气子系统、用于向电堆模块提供空气的空气子系统，以及用于将电堆模块产生电能进行调节后输出给叉车使用的电压转换器；所述自配重框架的其中一侧设有通过加氢管连接储氢系统、用于加氢的加氢口，以及通过排水管连接储液水箱、用于排水的排水口，所述排水口靠近加氢口，所述电堆模块设于所述上层置物台的一侧，所述空气子系统设于另一侧，电堆模块和空气子系统之间设有可放置配重件或新设备的拓展箱；
其中储水箱的排水管与储氢系统的注氢管平行且贴近布置，此外配备有补充氢源的加氢柱以及配套使用的加氢枪，所述加氢枪还带有随柱排液口，使用时随柱排液口与排水口对应，启动排水泵通过随柱排液口与排水口将废水抽出，同时加氢口将新氢气注入储氢系统中，由于排水管与注氢管分成贴近使得排水管内液体流动可对一侧的注氢管进行降温，避免气体流动时与管壁摩擦过热引发事故；
所述氢气子系统包括氢气引射器，所述氢气引射器包括混合室、文丘里管和水气分离室，所述混合室具有：
用于连接储氢系统的第一进气口，
第二进气口，
以及，用于向文丘里管中供氢气的出气口，所述第一进气口具有第一进气管，第一进气管设有可将第一进气管闭合的截止阀，以及可调节进气量的比例阀，所述第一进气管连接所述第一进气口处设有用于向混合室内喷入氢气的喷头；
所述水气分离室具有：
用于接收从电堆模块上氢气流道出口排出氢气尾气的入口，
连接所述第二进气口的出口，
以及，用于将分离出的水排出的排水口；
所述文丘里管用于向电堆模块供应氢气。
2.根据权利要求1所述自配重的叉车用氢电系统，其特征在于，所述电堆模块为液冷式，所述下层置物台上还设有冷却系统，所述冷却系统通过管路连接电堆模块。
3.根据权利要求1所述自配重的叉车用氢电系统，其特征在于，所述下层置物台上还设有用于收集电堆模块发电过程产生水的储液水箱。
4.根据权利要求1所述自配重的叉车用氢电系统，其特征在于，所述自配重框架的重量为600~700kg。
5.根据权利要求1所述自配重的叉车用氢电系统，其特征在于，所述水气分离室设于混合室的下方，所述水气分离室内设有用于将水气分离室分隔形成蛇形流道的冷凝板，所述水气分离室的底部设有储水室，储水室设有排水口。
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