CN114976111A - 一种应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统及重型车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池领域，特别是一种应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统及重型车辆；其中包括第一发动机及第二发动机，所述第一发动机设置在重型车辆驾驶室下方，所述第一发动机的第一散热器设置在重型车辆车头，所述第二发动机设置在重型车辆纵梁一侧，所述第二发动机的第二散热器设置在车顶，所述第一发动机及第二发动机的氢气进口与液氢瓶连接，所述第一散热器及第二散热器的进出口分别与第一发动机及第二发动机的冷却水进出口连接。本发明能够实现双燃料电池发动机系统额定总功率输出达到200kW，稳定提供49吨及以下重型车辆的功率需求，且散热功率最大可达300kW；并且相同容积的液氢瓶可以提供更多的阳极氢气，进而增加重型卡车的续航里程。

Description

一种应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统及重型车辆
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别是一种应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统及重型车辆。
背景技术
目前新能源乘用车以及商用车采用锂电池等纯电动发动机较多，对于重型卡车，需要更大功率的发动机，大功率的锂电池包存在热管理困难，电池功率密度不均匀等问题，采用燃料电池发动机代替大功率锂电池包成为现今新能源车特别是重型卡车的主流需求。但是目前燃料电池发动机系统尚存在集成度低及效率低等问题，尤其是在重型车辆的燃料电池功率水平太低，从而导致燃料电池车辆的续航里程不能满足使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统及重型车辆，能够实现燃料电池发动机额定净输出总功率达到200kW，且集成度高。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明提供了一种应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，所述双燃料电池发动机系统包括第一发动机及第二发动机，所述第一发动机设置在重型车辆驾驶室下方，所述第一发动机的第一散热器设置在重型车辆车头，所述第二发动机设置在重型车辆纵梁一侧，所述第二发动机的第二散热器设置在车顶，所述第一发动机及第二发动机的氢气进口与液氢瓶连接，所述第一散热器及第二散热器的进出口分别与第一发动机及第二发动机的冷却水进出口连接。
进一步地，所述液氢瓶设置为串联的一级液氢瓶及二级液氢瓶，所述第一发动机及第二发动机的氢气进口均与二级液氢瓶连接。
进一步地，所述一级液氢瓶与二级液氢瓶分别设置在重型车辆纵梁中部与重型车辆纵梁一侧，所述一级液氢瓶位于所述二级液氢瓶上方。
进一步地，所述一级液氢瓶与重型车辆纵梁垂直设置，所述二级液氢瓶与重型车辆纵梁平行设置。
进一步地，所述第一散热器设置为吸风式散热器，和/或所述第二散热器设置为吹风式散热器。
进一步地，所述第一发动机设置在所述一级液氢瓶与所述第一散热器之间，所述第一发动机与第一散热器之间设置有第一补水箱，第一散热器顶端设置有第一去离子罐，第一空气过滤器设置在所述二级液氢瓶靠近第一散热器一侧的顶部。
进一步地，所述第二发动机与二级液氢瓶对称设置在重型车辆纵梁两侧，所述第二发动机设置在一级液氢瓶下方，所述第二散热器设置在所述一级液氢瓶顶部，所述第二散热器顶端设置有第二补水箱及第二去离子罐，所述第二发动机的一侧设置第二空气过滤器。
进一步地，所述第一发动机和第二发动机还包括电堆及位于电堆下方的进气流量计、水泵及空压机，及位于电堆上方的氢气循环泵、DCDC，所述进气流量计与空压机入口相连通，所述空压机与电堆空气路连通；水泵与电堆冷却系统连通；所述液氢瓶、氢气循环泵与电堆氢气路连通，所述电堆输出电能通过DCDC输出至车载锂电池包或电压平台。
进一步地，所述第一发动机及第二发动机的额定总功率输出分别为100kW。
作为本发明实施例的又一方面，提供一种重型车辆，所述重型车辆包括车载锂电池包或电压平台，所述车载锂电池包或电压平台与如上述任意一实施例所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统相连通。
本发明实施例至少部分实现了如下技术效果：
本发明实施例通过合理利用空间，将两套发动机系统集成在重型车辆上，能够实现双燃料电池发动机系统额定总功率输出达到200kW，稳定提供49吨及以下重型卡车的功率需求；而且，本发明实施例风冷散热器分别采用车头吸风式和车顶吹风式散热，散热功率最大可达300kW；另外，两级液氢瓶液氢的质量分别可达80kg和30kg，液氢的密度比传统35MPag和70MPag氢气都大，相同容积的液氢瓶可以提供更多的阳极氢气，进而增加重型卡车的续航里程。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一实施例双燃料电池发动机系统示意图；
图2为本发明一实施例为第一发动机及对应系统示意图；
图3为本发明一实施例为第二发动机及对应系统示意图；
图4为本发明一实施例一发动机示意图。
附图说明:
1、第一补水箱；2、第一散热器；3、第一去离子罐；4、第一发动机；5、第一空气过滤器；6、一级液氢瓶；7、二级液氢瓶；8、第二补水箱；9、第二散热器；10、第二去离子罐；11、第二发动机；12、第二空气过滤器；13、进气流量计；14、水泵；15、空压机；16、氢气循环泵；17、电堆；18、DCDC；19、重型车辆纵梁。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1，
参考图1-4所示，本实施例提供一种应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，所述双燃料电池发动机系统包括第一发动机4及第二发动机11，所述第一发动机4设置在重型车辆驾驶室下方，所述第一发动机4的第一散热器2设置在重型车辆车头，所述第二发动机11设置在重型车辆纵梁19一侧，所述第二发动机11的第二散热器9设置在车顶，所述第一发动机4及第二发动机11的氢气进口与液氢瓶连接，所述第一散热器2及第二散热器9的进出口分别与第一发动机4及第二发动机11的冷却水进出口连接。
在本实施例中，双燃料电池发动机系统包括两套燃料电池发动机，两套风冷散热系统和液氢瓶车载氢系统。能够应用于49吨及以下重型卡车，整车布置两套燃料电池发动机系统，发动机额定净输出总功率能够达到200kW。
其中两套燃料电池发动机高度集成，还包括电控系统，空气系统，冷却水系统以及氢气系统，常规配置不一一赘述。
优选地，所述液氢瓶设置为串联的一级液氢瓶6及二级液氢瓶7，所述第一发动机4及第二发动机11的氢气进口均与二级液氢瓶7连接。通过两级液氢瓶车载氢系统能够在满足完成单次续航公里数的同时，保证空间布置及液氢瓶生产成本，通过两级液氢瓶串联连接提高重卡的续航里程。
优选地，所述一级液氢瓶6与二级液氢瓶7分别设置在重型车辆纵梁19中部与重型车辆纵梁19一侧，所述一级液氢瓶6位于所述二级液氢瓶7上方。通过合理的配置氢瓶的位置，保证空间的合理利用，其中两级液氢瓶液氢的质量分别为80kg和30kg，液氢的密度比传统35MPag和70MPag氢气都大，相同容积的液氢瓶可以提供更多的阳极氢气，进而增加重型卡车的续航里程。
优选地，所述一级液氢瓶6与重型车辆纵梁19垂直设置，所述二级液氢瓶7与重型车辆纵梁19平行设置。
优选地，所述第一散热器2设置为吸风式散热器，和/或所述第二散热器9设置为吹风式散热器。在本实施例中，风冷散热器采用车头吸风式和车顶吹风式散热，散热功率最大可达300kW。
优选地，所述第一发动机4设置在所述一级液氢瓶6与所述第一散热器2之间，所述第一发动机4与第一散热器2之间设置有第一补水箱1，第一散热器2顶端设置有第一去离子罐3，第一空气过滤器5设置在所述二级液氢瓶7靠近第一散热器2一侧的顶部。在本实施例中，第一发动机4包括独立的空气系统、冷却系统及散热系统，通过对其位置的合理配置，进一步优化了空间。
优选地，所述第二发动机11与二级液氢瓶7对称设置在重型车辆纵梁19两侧，所述第二发动机11设置在一级液氢瓶6下方，所述第二散热器9设置在所述一级液氢瓶6顶部，所述第二散热器9顶端设置有第二补水箱8及第二去离子罐10，所述第二发动机11的一侧设置第二空气过滤器12。第二发动机11也包括独立的空气系统、冷却系统及散热系统，通过对其位置的合理配置，进一步优化了空间。
优选地，所述第一发动机4和第二发动机11还包括电堆17及位于电堆17下方的进气流量计13、水泵14及空压机15，及位于电堆17上方的氢气循环泵16、DCDC18，所述进气流量计13与空压机15入口相连通，所述空压机15与电堆空气路连通；水泵14与电堆冷却系统连通；所述液氢瓶、氢气循环泵16与电堆氢气路连通，所述电堆17输出电能通过DCDC18输出至车载锂电池包或电压平台。每套燃料发动机通过各自的系统运行，仅共同使用一套供氢气系统，实现在现有重卡空间内布置两套系统功率在100kW发动机，高度集成，低耦合。
优选地，所述第一发动机4及第二发动机11的额定总功率输出分别为100kW。即双系统包括两套额定功率为100kW的燃料电池发动机，还可以包括两套散热功率为150kW的风冷散热器，保证双燃料电池发动机系统净输出额定功率达到200kW。
两套燃料电池发动机的工作原理相同，两级液氢瓶车载氢系统经过减压气化后进入发动机，提供质子交换膜阳极侧氢气的供给，发动机内空压机经过空气滤清器提供质子交换膜阴极侧空气的供给，氢气和空气中的氧气反映产生电能以及热能，电能通过发动机DCDC进入车载锂电池包或整车的电压平台，热能是反应产生的寄生功耗，通过风冷散热系统进行冷却，实现质子交换膜电堆温度的稳定控制。
实施例二
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种重型车辆，其所解决问题的原理与前述实施例的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统相似，重复之处不再赘述。
在本实施例中，所述重型车辆包括车载锂电池包或电压平台，所述车载锂电池包或电压平台与如上述任意一实施例所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统相连通。本实施例中重型车辆可以是49吨重型卡车。
在上述实施例中，双燃料电池发动机系统可以给车载锂电池包充电，或直接通过燃料电池发动机电控系统供给整车电压平台。发动机包括燃料电池核心部件质子交换膜电堆，空压机，水泵，氢气循环泵，DCDC，高压分线盒等BOP零部件，氢气和空气在电堆中反映产生电能，给车载电池包充电或供给整车电压平台。散热系统提供发动机的冷却，主要包括风冷散热器，膨胀水箱，去离子罐等零部件。风冷散热器通过电子风散的强制对流换热芯体中的冷却水，从而达到冷却燃料电池发动机的功能，膨胀水箱提供冷却系统补水和排气的功能，去离子罐起到降低冷却系统电导率的功能。
应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述双燃料电池发动机系统包括第一发动机及第二发动机，所述第一发动机设置在重型车辆驾驶室下方，所述第一发动机的第一散热器设置在重型车辆车头，所述第二发动机设置在重型车辆纵梁一侧，所述第二发动机的第二散热器设置在车顶，所述第一发动机及第二发动机的氢气进口与液氢瓶连接，所述第一散热器及第二散热器的进出口分别与第一发动机及第二发动机的冷却水进出口连接。
2.如权利要求1所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述液氢瓶设置为串联的一级液氢瓶及二级液氢瓶，所述第一发动机及第二发动机的氢气进口均与二级液氢瓶连接。
3.如权利要求2所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述一级液氢瓶与二级液氢瓶分别设置在重型车辆纵梁中部与重型车辆纵梁一侧，所述一级液氢瓶位于所述二级液氢瓶上方。
4.如权利要求3所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述一级液氢瓶与重型车辆纵梁垂直设置，所述二级液氢瓶与重型车辆纵梁平行设置。
5.如权利要求1所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述第一散热器设置为吸风式散热器，和/或所述第二散热器设置为吹风式散热器。
6.如权利要求3所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述第一发动机设置在所述一级液氢瓶与所述第一散热器之间，所述第一发动机与第一散热器之间设置有第一补水箱，第一散热器顶端设置有第一去离子罐，第一空气过滤器设置在所述二级液氢瓶靠近第一散热器一侧的顶部。
7.如权利要求3所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述第二发动机与二级液氢瓶对称设置在重型车辆纵梁两侧，所述第二发动机设置在一级液氢瓶下方，所述第二散热器设置在所述一级液氢瓶顶部，所述第二散热器顶端设置有第二补水箱及第二去离子罐，所述第二发动机的一侧设置第二空气过滤器。
8.如权利要求1所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述第一发动机和第二发动机还包括电堆及位于电堆下方的进气流量计、水泵及空压机，及位于电堆上方的氢气循环泵、DCDC，所述进气流量计与空压机入口相连通，所述空压机与电堆空气路连通；水泵与电堆冷却系统连通；所述液氢瓶、氢气循环泵与电堆氢气路连通，所述电堆输出电能通过DCDC输出至车载锂电池包或电压平台。
9.如权利要求1-8任意一项所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统，其特征在于，所述第一发动机及第二发动机的额定总功率输出分别为100kW。
10.一种重型车辆，其特征在于，所述重型车辆包括车载锂电池包或电压平台，所述车载锂电池包或电压平台与如权利要求1-9任意一项所述的应用于重型车辆的双燃料电池发动机系统相连通。
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