CN114909599B - 一种新能源汽车用储氢罐及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新能源汽车用储氢罐及其使用方法，包括内罐体和外罐体，内罐体与外罐体之间具有间隔腔，还包括泵体，泵体的出口端设置有第一阀体，入口端设置有第二阀体；第一阀体与冷却水箱和间隔腔连通；第二阀体与冷却水箱和间隔腔连通；外罐体上设置有与间隔腔连通的连接管，所述连接管的出口端连接有第三阀体，冷却水箱连接有回流管，所述回流管通过第三阀体与连接管连通。本发明，通过设置有内罐体、外罐体以及间隔腔，利用泵体在储氢罐充氢时，给内罐体进行降温，使其内部气压得以进一步压缩，使储氢罐内的气体存储量接近设计总量，提高储氢罐的容积利用率。

Description

一种新能源汽车用储氢罐及其使用方法
技术领域
本发明涉及储氢罐技术领域，具体涉及一种新能源汽车用储氢罐及其使用方法。
背景技术
氢能源作为未来新能源之一，在能量领域中，占据着极其重要的地位。在氢能汽车中，储氢罐是氢能汽车的重要组成部分。然而，储氢罐在储氢时，储氢罐内的压力变大，温度升高，而高温又使储氢罐内的气体压缩难度增大，又因储氢罐常采用保温材料制成，温度难以散去，使储氢罐内存储的气体总量与储氢罐的设计总量之间始终具有一定的差值，实际存储量难以达到设计存储量。
并且，储氢罐在释放氢气时，储氢罐内压力降低、温度降低，而低温又使得储氢罐内的压力进一步降低，储氢罐难以将所存储的氢气全部释放出来，其氢气的释放量与存储量之间差值较大，使得储氢罐内容积的有效利用率降低。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种能够提高储氢罐容积的利用率的新能源汽车用储氢罐及其使用方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种新能源汽车用储氢罐，包括内罐体和套设在内罐体外的外罐体，内罐体与外罐体之间具有间隔腔，还包括泵体，所述泵体的出口端设置有第一阀体，所述泵体的入口端设置有第二阀体；
所述第一阀体具有至少两个出口，其中一个出口与冷却水箱连通，另有一个出口与间隔腔的底部连通；
所述第二阀体具有至少两个入口，其中一个入口与冷却水箱连通，另有一个入口与间隔腔连通；
所述外罐体上设置有与间隔腔连通的连接管，所述连接管的出口端连接有第三阀体，冷却水箱连接有回流管，所述回流管通过第三阀体与连接管连通。
进一步地，所述外罐体由隔热材料制成或所述外罐体上设置有隔热层。
进一步地，所述内罐体与所述外罐体之间设置有多个支撑块，用于使内罐体悬设在外罐体内。
进一步地，所述泵体采用水气两用泵，所述间隔腔内设置有水位传感器和气压传感器，所述水位传感器、气压传感器、第二阀体、第三阀体以及泵体接入汽车的主控系统中，所述主控系统能够根据水位传感器以及气压传感器传输过来的数值控制对第三阀体、泵体以及第二阀体的开启和关闭。
进一步地，所述第二阀体具有三个入口，其中一个入口与外界空气连通，所述第三阀体具有两个出口，其中一个出口与回流管连通，另一个出口通过一根导通管通入驾驶室内。
一种新能源汽车用储氢罐使用方法，包括上述的新能源汽车用储氢罐，所述储氢罐在充氢状态下包括以下步骤：
S1、开始充氢，调整第一阀体、第二阀体和第三阀体，使泵体的入口端与冷却水箱连通，泵体的出口端与间隔腔连通，间隔腔通过连接管和回流管与冷却水箱连通，并开启泵体；
S2、停止充氢，调整第一阀体和第二阀体，使泵体的入口端与间隔腔连通，泵体的出口端与冷却水箱连通，将间隔腔内的冷却水抽出；
S3、开始抽真空，调整第三阀体将连接管封闭，泵体对间隔腔进行抽真空，之后将第二阀体和泵体进行关闭。
进一步地，所述储氢罐在使用状态下包括以下步骤：
S1、储氢罐开启，调整第一阀体、第二阀体和第三阀体，使泵体的入口端与与外界空气连通，泵体的出口端与间隔腔连通，间隔腔与导通管连通，并启动泵体；
S2、储氢罐关闭，调整第一阀体、第二阀体和第三阀体，使泵体的入口端与间隔腔连通，泵体的出口端与冷却水箱连通，连接管封闭，泵体对间隔腔进行抽真空，之后将第二阀体和泵体进行关闭。
本发明的有益效果体现在：
本发明，通过设置有内罐体、外罐体以及间隔腔，利用泵体在储氢罐充氢时，给内罐体进行降温，使其内部气压得以进一步压缩，使储氢罐内的气体存储量接近设计总量，提高储氢罐的容积利用率。
附图说明
在附图中：
图1为本发明一种新能源汽车用储氢罐的立体图；
图2为本发明一种新能源汽车用储氢罐的半剖视图；
图3为本发明一种新能源汽车用储氢罐的回路示意图。
附图标记说明：
1-内罐体，2-外罐体，21-连接管，22-第三阀体，23-回流管，24-气压传感器，25-水位传感器，26-导通管，3-间隔腔，4-泵体，41-第一阀体，42-第二阀体，5-底座，6-冷却水箱，7-支撑块，8-气囊，81-囊体，82-弹性件，83-通气管。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。
需要说明，若发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。
参见图1至图3。
一种新能源汽车用储氢罐，包括底座5以及设置在底座5上的储氢罐，该储氢罐包括内罐体1和套设在内罐体1外的外罐体2，内罐体1与外罐体2之间具有间隔腔3，该外罐体2上设置有隔热层或由隔热材料制成（图中未显示），用于降低或隔绝由外部环境传递至间隔腔3的热量。因隔热层的制作以及隔热材料的使用为现有技术，故此处不做过多赘述。底座5上还设置有泵体4，该泵体4的出口端设置有第一阀体41，该第一阀体41为换向阀具有至少两个出口，其中一个出口与冷却水箱6连通，另有一个出口与间隔腔3的底部连通。该泵体4的入口端设置有第二阀体42，该第二阀体42为换向阀具有至少两个入口，其中一个入口与冷却水箱6连通，另有一个入口与间隔腔3连通。外罐体2上设置有与间隔腔3的顶部连通的连接管21，该连接管21的出口端连接有第三阀体22，该冷却水箱6连接有回流管23，该回流管23通过第三阀体22与连接管21连通。
具体实施中，当给储氢罐充氢时，储氢罐的温度升高，此时泵体4开启，调整第一阀体41、第二阀体42和第三阀体22，使泵体4的入口端与冷却水箱6连通，泵体4的出口端与间隔腔3连通，间隔腔3通过连接管21和回流管23与冷却水箱6连通。泵体4将冷却水箱6中的冷却水注入间隔腔3内，待间隔腔3内的冷却水注满后，冷却水通过间隔腔3顶部的连接管21进入回流管23最终回到冷却水箱6中，以此为储氢罐降温。储氢罐温度下降，其内部气压得以进一步压缩，使储氢罐内存储的气体总量接近储氢罐的设计总量，降低两者之间的差值。
待充气完毕后，调整第一阀体41和第二阀体42，使泵体4的入口端与间隔腔3连通，泵体4的出口端与冷却水箱6连通，以此将间隔腔3内的冷却水全部抽出，随后第三阀体22将连接管21封闭。减少内罐体1和外罐体2之间能够进行热量传递的介质，避免外界温度传导到内罐体1上，使内罐体1升温，进而导致内罐体1内的压力过大，造成氢气外泄或对罐体造成应力损伤。
本发明，通过设置有内罐体、外罐体以及间隔腔，利用泵体在储氢罐充氢时，给内罐体进行降温，使其内部气压得以进一步压缩，使储氢罐内的气体存储量接近设计总量，提高储氢罐的容积利用率。
其中，该冷却水箱6可采用汽车上的冷却水箱，也可以是在汽车上另设一个冷却水箱。
在一实施例中，内罐体1与外罐体2之间设置有多个支撑块7，通过支撑块7使内罐体1悬设在外罐体2内。这样设计，内罐体与外罐体之间的间隔腔处于近乎将内罐体包裹的状态，注入间隔腔内的冷却水能够更多的与内罐体接触，为内罐体降温。
在一实施例中，该泵体4采用水气两用泵，该间隔腔3的底部设置有水位传感器25，间隔腔3的顶部设置有气压传感器24，该水位传感器25、气压传感器24、第二阀体42、第三阀体22以及泵体4接入汽车的主控系统中。主控系统能够根据水位传感器25以及气压传感器24传输过来的数值控制对第三阀体22、泵体4以及第二阀体42进行开启和关闭。
具体实施中，当主控系统通过水位传感器25判断间隔腔3内的水被全部排出以后，控制第三阀体22将连接管21关闭，此时泵体4继续工作，对间隔腔3进行抽真空，待主控系统通过气压传感器24判断间隔腔3内的气压达到预设值时，主控系统将第二阀体42和泵体4进行关闭。使间隔腔3内维持负压状态，进一步将外界温度与内罐体1隔绝开来，延缓温度的传导。
优选的，第一阀体41也接入汽车的主控系统中，通过汽车的主控系统自动对第一阀体41进行调节，自动化智能化程度高，设计合理。
在一实施例中，该第二阀体42具有三个入口，其中一个入口与外界空气连通，该第三阀体22具有两个出口，其中一个出口与回流管23连通，另一个出口通过一根导通管26通入驾驶室内或其他需要冷气的地方。
具体实施中，在汽车的启动过程中，内罐体1释放氢气，温度下降，此时调整第二阀体42使泵体4的入口端与外界空气连通，泵体4的出口端与间隔腔3连通，调整第三阀体22使间隔腔3与导通管26连通。启动泵体4，泵体4将外界空气注入间隔腔3内，外界空气的热量被内罐体1吸收，温度降低，使得进入导通管26内的气流为冷气流，将该冷气流导入驾驶室，可作为驾驶室内的冷风空调使用，还可以将该冷气流导入汽车中需要进行散热降温的部件上，对其进行散热降温，更加节能环保。同时，内罐体1吸收了外界空气的热量，内罐体1的温度得以控制，不会下降太多，与原有的储氢罐相比，罐体内的气压不会因低温的原因而下降的过多，使储氢罐能够释放出来的氢气更多，降低释放量与存储量之间差值，进一步提高储氢罐的容积利用率。
优选的，第一阀体41为二位三通换向阀，第二阀体42为四位四通换向阀，第三阀体22为三位三通换向阀。其中，第一阀体41也可以为三位四通换向阀，在泵体4抽真空时，调整第一阀体41使泵体4的出口端与外界空气连通，将间隔腔3中的气体抽至外界。
优选的，内罐体1内设置有可伸缩的气囊8，该气囊8包括可伸缩的囊体81，囊体81的内部设置有弹性件82，该弹性件82用于推动囊体81伸展开来，增大囊体81在内罐体1内的体积，囊体81呈中空状，其上设有一通气管83，该通气管83的一端穿过内罐体1与外罐体2，与外部连通。同时，通气管83与内罐体1和外罐体2的穿设位置处密封处理。
具体实施中，在为内罐体1进行充气时，内罐体1的压力增大，内罐体1内的压力挤压气囊8，使气囊8的体积压缩，减小占用内罐体1的体积，气囊8内的气体因挤压从通气管83排出至外部空气中。当内罐体1的氢气接近完全释放时，罐体内的压强降低，此时弹性件82推动囊体81伸展开来，增大囊体81在内罐体1内的体积，提高罐体内的压力，使罐体内的氢气尽可能的排出，排干净，使储氢罐能够释放出来的氢气更多，降低释放量与存储量之间差值，进一步提高储氢罐的容积利用率。
需要说明的是，专利申请号为202010073743.7，公开的一种注氢储氢罐，其虽然也采用了大致相同的原理来降低罐体内氢气的残余，但需要注意的是，其采用的结构对密封性有着较高的要求，其制作难度大、成本高、不易实现，且使用寿命低。而本申请所采用的气囊，结构简单，成本低廉，且可以多次重复使用，不易损坏，使用寿命长。
优选的，弹性件82为弹簧。
一种上述的新能源汽车用储氢罐的使用方法，其在充氢状态下包括以下步骤：
S1、开始充氢，调整第一阀体41、第二阀体42和第三阀体22，使泵体4的入口端与冷却水箱6连通，泵体4的出口端与间隔腔3连通，间隔腔3通过连接管21和回流管23与冷却水箱6连通，并开启泵体4；
S2、停止充氢，调整第一阀体41和第二阀体42，使泵体4的入口端与间隔腔3连通，泵体4的出口端与冷却水箱6连通，将间隔腔3内的冷却水抽出；
S3、开始抽真空，调整第三阀体22将连接管21封闭，泵体4对间隔腔3进行抽真空，之后将第二阀体42和泵体4进行关闭。
在一实施例中，上述的新能源汽车用储氢罐的使用方法中，在储氢罐使用状态下包括以下步骤：
S1、储氢罐开启，调整第一阀体41、第二阀体42和第三阀体22，使泵体4的入口端与与外界空气连通，泵体4的出口端与间隔腔3连通，间隔腔3与导通管26连通，并启动泵体4；
S2、储氢罐关闭，调整第一阀体41、第二阀体42和第三阀体22，使泵体4的入口端与间隔腔3连通，泵体4的出口端与冷却水箱6连通，连接管21封闭，泵体4对间隔腔3进行抽真空，之后将第二阀体42和泵体4进行关闭。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同更换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新能源汽车用储氢罐，其特征在于，包括内罐体(1)和套设在内罐体(1)外的外罐体(2)，内罐体(1)与外罐体(2)之间具有间隔腔(3)，还包括泵体(4)，所述泵体(4)的出口端设置有第一阀体(41)，所述泵体(4)的入口端设置有第二阀体(42)；
所述第一阀体(41)具有至少两个出口，其中一个出口与冷却水箱(6)连通，另有一个出口与间隔腔(3)的底部连通；
所述第二阀体(42)具有三个入口，一个入口与冷却水箱(6)连通，一个入口与间隔腔(3)连通，一个入口与外界空气连通；
所述外罐体(2)上设置有与间隔腔(3)连通的连接管(21)，所述连接管(21)的出口端连接有第三阀体(22)，冷却水箱(6)连接有回流管(23)，所述回流管(23)通过第三阀体(22)与连接管(21)连通；
所述第三阀体(22)具有两个出口，其中一个出口与回流管(23)连通，另一个出口通过一根导通管(26)通入驾驶室内作为驾驶室内的冷风空调使用。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车用储氢罐，其特征在于，所述外罐体(2)由隔热材料制成或所述外罐体(2)上设置有隔热层。
3.根据权利要求1或2所述的新能源汽车用储氢罐，其特征在于，所述内罐体(1)与所述外罐体(2)之间设置有多个支撑块(7)，用于使内罐体(1)悬设在外罐体(2)内。
4.根据权利要求1或2所述的新能源汽车用储氢罐，其特征在于，所述泵体(4)采用水气两用泵，所述间隔腔(3)内设置有水位传感器(25)和气压传感器(24)，所述水位传感器(25)、气压传感器(24)、第二阀体(42)、第三阀体(22)以及泵体(4)接入汽车的主控系统中，所述主控系统能够根据水位传感器(25)以及气压传感器(24)传输过来的数值控制对第三阀体(22)、泵体(4)以及第二阀体(42)的开启和关闭。
5.一种新能源汽车用储氢罐使用方法，其特征在于，所述新能源汽车用储氢罐为权利要求1至4中任一项所述的新能源汽车用储氢罐，所述储氢罐在充氢状态下包括以下步骤：
S1、开始充氢，调整第一阀体(41)、第二阀体(42)和第三阀体(22)，使泵体(4)的入口端与冷却水箱(6)连通，泵体(4)的出口端与间隔腔(3)连通，间隔腔(3)通过连接管(21)和回流管(23)与冷却水箱(6)连通，并开启泵体(4)；
S2、停止充氢，调整第一阀体(41)和第二阀体(42)，使泵体(4)的入口端与间隔腔(3)连通，泵体(4)的出口端与冷却水箱(6)连通，将间隔腔(3)内的冷却水抽出；
S3、开始抽真空，调整第三阀体(22)将连接管(21)封闭，泵体(4)对间隔腔(3)进行抽真空，之后将第二阀体(42)和泵体(4)进行关闭。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车用储氢罐使用方法，其特征在于，所述储氢罐在使用状态下包括以下步骤：
S1、储氢罐开启，调整第一阀体(41)、第二阀体(42)和第三阀体(22)，使泵体(4)的入口端与与外界空气连通，泵体(4)的出口端与间隔腔(3)连通，间隔腔(3)与导通管(26)连通，并启动泵体(4)；
S2、储氢罐关闭，调整第一阀体(41)、第二阀体(42)和第三阀体(22)，使泵体(4)的入口端与间隔腔(3)连通，泵体(4)的出口端与冷却水箱(6)连通，连接管(21)封闭，泵体(4)对间隔腔(3)进行抽真空，之后将第二阀体(42)和泵体(4)进行关闭。
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