CN115503560A - 一种车载液氢燃料电池冷能利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车载液氢燃料电池冷能利用系统，包括燃料电池堆、供氢子系统、空调子系统、燃料电池冷却子系统和动力电池子系统，所述供氢子系统与燃料电池堆连通，用于将液态氢气转变为气体氢气后输入燃料电池堆；所述空调子系统与供氢子系统连通，用于获取液态氢气转变为气体氢气过程中释放的冷能；所述燃料电池冷却子系统与供氢子系统连通，通过获取气体氢气的冷能来冷却或预热燃料电池堆；所述动力电池子系统与供氢子系统连通，通过回收供氢子系统产生的预热，用于发电。本发明充分利用液氢在汽化过程中的冷能，使得液氢作为汽车能源的利用率大大提高，实现能源的回收利用；还可将锂电池和电机余热充分利用，实现冷能和系统热量交互。

Description

一种车载液氢燃料电池冷能利用系统
技术领域
本发明涉及液氢燃料电池领域或者新能源汽车领域，具体涉及一种车载液氢燃料电池冷能利用系统。
背景技术
碳排放过多导致全球性变暖在今天成为全人类共同面对的问题。随着我国经济社会的发展，机动车保有量迅速增加。据统计，截至2022年3月底，全国机动车保有量达4.02亿辆，其中汽车3.07亿辆，机动车尾气排放严重污染环境影响人们的身体健康。
随着氢能的发展，氢能已经成为代替化石燃料的极佳选择。而液氢具有能量密度大、纯度高、适合长距离运输等优势，-253℃温度下的液氢密度为70.85kg/m3，约为标准状态下气态氢密度的800倍，约为70MPa、20℃状态下高压氢气的1.7倍。这就使得液氢成为氢燃料电池最佳供氢形式。
在液氢燃料电池汽车中，液氢进入燃料电池之前要经过汽化器汽化，转化为气态氢气，参与反应。在液氢汽化过程中会产生大量冷能，通过汽化器外壳和空气热交换，造成冷能浪费。在现有的技术中，虽对氢燃料电池汽车液氢汽化冷能的利用已有大量研究，如利用液氢受热汽化升温，通过载冷剂将冷能利用于汽车空调制冷、燃料电池冷却等。这种冷能管理策略简单易于实现，但还不够全面，由于整车中电池和发动机均会产生大量足以利用的热量，这些热量并没有很好地利用，无法实现部件与部件之间的热交换，能量没有高效利用，系统的能量利用率难免会降低。
另外，在现有的技术中，将液氢冷能利用于汽车空调制冷、燃料电池冷却是最常见的方式，过程中并不能保证冷量的充分利用。因此，针对车载液氢燃料电池冷能利用系统热量交互以及冷量高效利用的研究亟待开展。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种车载液氢燃料电池冷能利用系统，利用 -253℃下的液氢经过换热器、汽化器汽化释放的大量冷能，使其应用于车载空调制冷、燃料电池冷却、冷能发电，使得液氢作为汽车能源的利用率大大提高、降低能耗以及提高续航里程，还可以保证在汽车行驶中无污染，零排放，实现能源的回收利用。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种车载液氢燃料电池冷能利用系统，包括燃料电池堆、供氢子系统、空调子系统、燃料电池冷却子系统和动力电池子系统。
所述供氢子系统与燃料电池堆连通，用于将液态氢气转变为气体氢气后输入燃料电池堆；所述空调子系统与供氢子系统连通，用于获取液态氢气转变为气体氢气过程中释放的冷能；所述燃料电池冷却子系统与供氢子系统连通，通过获取气体氢气的冷能来冷却或预热燃料电池堆；所述动力电池子系统与供氢子系统连通，通过回收供氢子系统产生的余热，用于发电。
进一步，所述供氢子系统包括液氢储罐、第一电磁阀、汽化器、第三电磁阀、第一换热器、泵、压力调节阀、第一三通阀、第二加热器和第二三通阀；所述液氢储罐依次与第一电磁阀、汽化器、第三电磁阀、第一换热器、泵、压力调节阀、第一三通阀连通，所述第一三通阀一个出口与第二加热器连通，所述第一三通阀另一个出口与第二三通阀一个进口连通，所述第二加热器与第二三通阀另一个进口连通，第二三通阀出口与燃料电池堆连通；所述第一换热器出口处的安装第一温度传感器，当第一温度传感器检测温度大于等于第一设定值，通过控制所述第一三通阀使泵出口经过第二三通阀与燃料电池堆连通；当第一温度传感器检测温度小于第一设定值，通过控制所述第一三通阀使泵出口依次经过第二加热器、第二三通阀与燃料电池堆连通；所述燃料电池堆产生的电能输入锂电池。
进一步，所述空调子系统包括膨胀水箱、第二电磁阀、水泵、第一压缩机、四通阀、第一冷凝器、蒸发器、膨胀节流阀和鼓风机，所述汽化器的冷却水出口H依次与膨胀水箱、第二电磁阀、水泵、第一压缩机、四通阀的接口d连通，所述四通阀的接口c依次通过第一冷凝器、蒸发器与四通阀的接口a连通；所述四通阀的接口b通过膨胀节流阀与所述汽化器的冷却水出口E连通。
进一步，当空调子系统处于制冷模式下，通过控制所述四通阀，使四通阀的接口d与四通阀的接口c连通，且使四通阀的接口a与四通阀的接口b连通；当空调子系统处于制热模式下，通过控制所述四通阀，使四通阀的接口d与四通阀的接口a连通，且使四通阀的接口c与四通阀的接口b连通。
进一步，所述燃料电池冷却子系统包括第一冷媒罐、第四电磁阀、第一加热器、第五电磁阀、第六电磁阀、散热器和冷媒循环泵；
所述第一换热器冷媒出口与第一冷媒罐连通，所述第一冷媒罐第一出口依次连通第六电磁阀、散热器和燃料电池堆的冷媒进口，所述第一冷媒罐第二出口依次连通第五电磁阀和燃料电池堆的冷媒进口，所述第一冷媒罐第三出口依次连通第四电磁阀、第一加热器和燃料电池堆的冷媒进口；所述燃料电池堆的冷媒出口通过冷媒循环泵与所述第一换热器冷媒进口连通。
进一步，所述燃料电池堆设有第二温度传感器，当第二温度传感器检测温度小于第二设定值时，通过控制第四电磁阀使所述第一冷媒罐第三出口通过第一加热器与燃料电池堆的冷媒进口连通；当第二温度传感器检测温度大于等于第二设定值，且第二温度传感器检测温度小于第三设定值时，通过控制第五电磁阀使所述第一冷媒罐第二出口与燃料电池堆的冷媒进口连通；当第二温度传感器检测温度大于等于第三设定值时，通过控制第六电磁阀使所述第一冷媒罐第一出口通过散热器与燃料电池堆的冷媒进口连通。
进一步，所述动力电池子系统包括第一发电机、第二冷媒罐、第七电磁阀、第二换热器、第二压缩机、第一透平膨胀机、第二冷凝器、第三冷媒罐、第二透平膨胀机、第二发电机和第三压缩机；
所述汽化器的冷媒水出口I与第二冷媒罐、第七电磁阀、第二换热器、第二压缩机、第一透平膨胀机、第二冷凝器和汽化器的冷媒水进口F构成循环回路；所述第一透平膨胀机与第一发电机连接，用于产生电能；所述第一发电机与锂电池连接；所述锂电池用于驱动电机，
所述锂电池和电机底部安装第三冷媒罐，用于吸收锂电池和电机产生的余热；所述第三冷媒罐与第二透平膨胀机、第二换热器、第三压缩机构成循环回路；所述第二发电机与第二透平膨胀机，用于产生电能。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的车载氢燃料电池冷能利用系统，相较于以往的冷能利用方式，液氢汽化过程中冷能利用更为充分，能量的回收循环利用更为充分。
2.本发明所述的车载氢燃料电池冷能利用系统，实现了系统运行过程中的能量交互，将锂电池和电机的大量余热充分利用，实现冷能和系统热量的交互。
3.本发明所述的车载氢燃料电池冷能利用系统，在动力电池子系统中，合理利用直接膨胀法和朗肯循环法的结合——联合循环法，动力电池子系统中的效率最高可达50％且造价成本低。
4.本发明所述的车载氢燃料电池冷能利用系统中循环冷媒为66％乙二醇、33.6％去离子水和0.4％三氧化二铝的混合物，在满足与氢气换热要求及车辆在低温环境中的运行需求的同时，冷媒冷却性能也有一定的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统的工作原理图。
图2为本发明所述的动力电池子系统的工作原理图。
图中：
1-液氢储罐；2-第一电磁阀；3-汽化器；4-膨胀水箱；5-第二电磁阀；6-水泵；7-第一压缩机；8-第一冷凝器；9-蒸发器；10-四通阀；11-膨胀节流阀；12-鼓风机；14-第三电磁阀； 15-第一换热器；16-第一冷媒罐；17-第四电磁阀；18-第一加热器；19-第五电磁阀；21-第六电磁阀；22-散热器；24-燃料电池堆；25-冷媒循环泵；26-泵；27-压力调节阀；28-第一三通阀；29-第二加热器；30-第二三通阀；31-锂电池；32-电机；33-第二冷媒罐；34-第七电磁阀； 35-第二换热器；36-第二压缩机；37-第一透平膨胀机；38-第二冷凝器；39-第三冷媒罐；40- 第二透平膨胀机；41-第二发电机；42-第三压缩机；43-第一发电机。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，包括燃料电池堆24、供氢子系统、空调子系统、燃料电池冷却子系统和动力电池子系统，所述供氢子系统与燃料电池堆24连通，用于将液态氢气转变为气体氢气后输入燃料电池堆24；所述空调子系统与供氢子系统连通，用于获取液态氢气转变为气体氢气过程中释放的冷能；所述燃料电池冷却子系统与供氢子系统连通，通过获取气体氢气的冷能来冷却或预热燃料电池堆24；所述动力电池子系统与供氢子系统连通，通过回收供氢子系统产生的预热，用于发电。空调子系统中利用水为冷媒，燃料电池冷却子系统和动力电池子系统中的冷媒均为66％乙二醇、33.6％去离子水和0.4％三氧化二铝的混合物，充分利用液氢的冷量，同时利用循环过程中锂电池31和电机32产生的余热，产生能量交互，提高整个系统的能量利用。
所述供氢子系统包括液氢储罐1、第一电磁阀2、汽化器3、第三电磁阀14、第一换热器 15、泵26、压力调节阀27、第一三通阀28、第二加热器29和第二三通阀30；所述液氢储罐1依次与第一电磁阀2、汽化器3、第三电磁阀14、第一换热器15、泵26、压力调节阀27、第一三通阀28连通，所述液氢储罐1液氢出口与第一电磁阀2进水口连通；所述第一电磁阀 2出水口与汽化器3液氢进口连通；所述汽化器13气氢出口与第三电磁阀14气氢进口连通；所述第三电磁阀14气氢出口与第一换热器15气氢进口连通；所述第一换热器15气氢出口与泵26气氢进口连通；所述泵26气氢出口与压力调节阀27气氢进口连通；所述压力调节阀 27气氢出口与第一三通阀28气氢进口连通；所述第一三通阀28一个出口与第二加热器29 连通，所述第一三通阀28另一个出口与第二三通阀30一个进口连通，所述第二加热器29与第二三通阀30另一个进口连通，第二三通阀30出口与燃料电池堆24连通；所述第一换热器 15出口处的安装第一温度传感器，当第一温度传感器检测温度大于等于第一设定值，通过控制所述第一三通阀28使泵26出口经过第二三通阀30与燃料电池堆24连通；当第一温度传感器检测温度小于第一设定值，通过控制所述第一三通阀28使泵26出口依次经过第二加热器29、第二三通阀30与燃料电池堆24连通，氢气进入燃料电池堆中与空气中的氧气在催化剂的作用下进行化学反应产生电能；所述燃料电池堆24产生的电能输入锂电池31。
液氢储罐1中的液氢由第一电磁阀2控制流量，进入汽化器3与水和冷媒进行热量交换，将一部分冷量应用于空调子系统，一部分冷量应用于动力电池子系统。在第一换热器15中存在液氢并未完全汽化，形成的气液两相氢，第一换热器15还可以将冷能应用于燃料电池冷却子系统。经汽化器13汽化后的氢气由第三电磁阀14控制流量，进入第一换热器15与冷媒换热升温，在第一换热器15气氢出口处布置压力传感器和第一温度传感器，氢气由泵26带动进入压力调节阀27，压力调节阀27根据压力传感器控制氢气压力的调节，到达燃料电池堆所需要的氢气的压力，后氢气进入第二三通阀28，有选择性地走不同回路：根据第一温度传感器的监测，当气氢温度低于燃料电池堆要求温度时，经过第二加热器29加热后再进入燃料电池堆24；当气氢温度达到燃料电池堆要求温度时，直接进入燃料电池堆24。
汽化器3具有冷却水进口E、冷媒进口F、液氢进口G、冷却水出口H、冷媒出口I、气氢和液氢出口J；液氢从液氢进口G流入管壳式汽化器的壳体侧，根据管内折流板的分布在管束间流动，部分液氢汽化后，气液两相混合氢从气氢及液氢出口J流出；用于动力电池子系统的冷媒从冷媒进口F流入壳程内，再通过管道流入冷媒换热管束内，冷媒先与液氢汽化过程中的冷量换热，流速较快，充分吸收液氢汽化冷能，最后从冷媒出口I流出；用于空调系统的冷却水从冷却水进口E流入冷却水换热管束内，冷却水换热管束被冷媒换热管束包围，冷却水流速较冷媒流速较慢，冷却水吸收部分与液氢换热后冷媒的冷量，再从冷却水出口H流出；完成液氢汽化同时与冷却水以及冷媒交换热量。
本发明汽化器3通过水管分布以及水管内不同流速的设计，能让两个冷媒同时与液氢汽化冷能换热，不同的流速能改变各个水管内冷媒的热交换快慢，这完全可以避免空调子系统中冷却循环水吸收过多冷量导致结冰的问题。
所述空调子系统包括膨胀水箱4、第二电磁阀5、水泵6、第一压缩机7、四通阀10、第一冷凝器8、蒸发器9、膨胀节流阀11和鼓风机12，所述汽化器3的冷却水出口H依次与膨胀水箱4、第二电磁阀5、水泵6、第一压缩机7、四通阀10的接口d连通，所述四通阀10 的接口c依次通过第一冷凝器8、蒸发器9与四通阀10的接口a连通；所述四通阀10的接口 b通过膨胀节流阀11与所述汽化器3的冷却水出口E连通。
当空调子系统处于制冷模式下，通过控制所述四通阀10，使四通阀10的接口d与四通阀10的接口c连通，且使四通阀10的接口a与四通阀10的接口b连通；在制冷模式下，液氢通过在汽化器3中与冷却循环水进行热量交换，将冷能传递给冷却循环水，所述汽化器3 的冷却水出口H与膨胀水箱4进水口连通；所述膨胀水箱4出水口与第二电磁阀5进水口连通；所述第二电磁阀5出水口与水泵6进水口连通；所述水泵6出水口与第一压缩机7进水口连通；所述第一压缩机7出水口与四通阀10的接口d连通；四通阀10的接口d与四通阀 10的接口c连通，所述四通阀10的接口c与第一冷凝器8进水口连通；所述第一冷凝器8 出水口与蒸发器9进水口连通；所述蒸发器9出水口与四通阀10的接口a连通；四通阀10 的接口a与四通阀10的接口b连通，所述四通阀10的接口b与膨胀节流阀11进水口连通；所述膨胀节流阀11出水口与汽化器3的冷却水出口E连通，过程中冷却循环水经过多次温度、压强、状态的改变，完成空调制冷的循环；
液氢在汽化器3中与冷却循环水进行热量交换，将冷能传递给冷却循环水，第二电磁阀 5控制冷却循环水流量，由水泵6带动冷却循环水传输到压缩机7中，由低温低压液体变为高温高压气体，进入四通阀10中，四通阀10的接口d与四通阀10的接口c连通，随后进入冷凝器8中，形成低温低压液体，再进入蒸发器9中汽化吸热，使周围空气温度降低，蒸发器9出来的气体通过四通阀10，四通阀10的接口a与四通阀10的接口b连通，气体再通过膨胀节流阀11中，节流降压，压缩成为液体，调节和控制流量，同时在这个过程中，蒸发器 9中因汽化而变冷的空气通过管道通入膨胀节流阀11中，由布置在膨胀节流阀11前端的鼓风机12将冷风吹入驾驶室中，达到制冷效果。膨胀节流阀11中的液体又流入汽化器3中，实现空调制冷循环；
当空调子系统处于制热模式下，通过控制所述四通阀10，使四通阀10的接口d与四通阀10的接口a连通，且使四通阀10的接口c与四通阀10的接口b连通。在制热模式下，液氢通过在汽化器3中与冷却循环水进行热量交换，将冷能传递给冷却循环水，所述汽化器3 的冷却水出口H与膨胀水箱4进水口连通；所述膨胀水箱4出水口与第二电磁阀5进水口连通；所述第二电磁阀5出水口与水泵6进水口连通；所述水泵6出水口与第一压缩机7进水口连通；所述第一压缩机7出水口与四通阀10的接口d连通；四通阀10的接口d与四通阀 10的接口a，所述四通阀10的接口a与蒸发器9进水口连通；所述蒸发器9出水口与第一冷凝器8进水口连通；所述第一冷凝器8出水口与四通阀10的接口c连通；四通阀10的接口 c与四通阀10的接口b连通，所述四通阀10的接口b与膨胀节流阀11进水口连通；所述膨胀节流阀11出水口与汽化器3冷却水出口E连通，过程中冷却循环水经过多次温度、压强、状态的改变，完成空调制热的循环；
所述液氢在汽化器3中与冷却循环水进行热量交换，将冷能传递给冷却循环水，第二电磁阀5控制冷却循环水流量，由水泵6带动冷却循环水传输到压缩机7中，由低温低压液体变为高温高压气体，进入四通阀10中，四通阀10的接口d与四通阀10的接口a，随后进入蒸发器9中，接着进入冷凝器8，形成低温高压液体，向外部空气释放大量能量，使周围温度升高，达到制热效果，再进入四通阀10，四通阀10的接口c与四通阀10的接口b连通，液体再通过膨胀节流阀9中，调节和控制流量，又流入汽化器3中，实现空调制热循环。
所述燃料电池冷却子系统包括第一冷媒罐16、第四电磁阀17、第一加热器18、第五电磁阀19、第六电磁阀21、散热器22和冷媒循环泵25；所述第一换热器15冷媒出口与第一冷媒罐16连通，所述第一冷媒罐16第一出口依次连通第六电磁阀21、散热器22和燃料电池堆24的冷媒进口，所述第一冷媒罐16第二出口依次连通第五电磁阀19和燃料电池堆24 的冷媒进口，所述第一冷媒罐16第三出口依次连通第四电磁阀17、第一加热器18和燃料电池堆24的冷媒进口；所述燃料电池堆24的冷媒出口通过冷媒循环泵25与所述第一换热器 15冷媒进口连通。
所述燃料电池堆24设有第二温度传感器，当第二温度传感器检测温度小于第二设定值时，通过控制第四电磁阀17使所述第一冷媒罐16第三出口通过第一加热器18与燃料电池堆24 的冷媒进口连通；当第二温度传感器检测温度大于等于第二设定值，且第二温度传感器检测温度小于第三设定值时，通过控制第五电磁阀19使所述第一冷媒罐16第二出口与燃料电池堆24的冷媒进口连通；当第二温度传感器检测温度大于等于第三设定值时，通过控制第六电磁阀21使所述第一冷媒罐16第一出口通过散热器22与燃料电池堆24的冷媒进口连通。
实施例中，设第二温度传感器显示温度为T温，第二设定值T设二为70℃，第三设定值T设三为80℃，当T温<T设二时，第一冷媒罐16冷媒第三出口与第四电磁阀17冷媒进口连通，第四电磁阀17冷媒进口与第一加热器18冷媒进口连通，第一加热器18冷媒出口与燃料电池堆24的冷媒进口连通；当T设二<T温<T设三时，第一冷媒罐16第二出口与第五电磁阀19冷媒进口连通，第五电磁阀19冷媒出口与燃料电池堆24的冷媒进口连通；当T温>T设三时，第一冷媒罐16冷媒出口3与第六电磁阀21冷媒进口连通，第六电磁阀21冷媒出口与散热器22冷媒进口连通，散热器22冷媒出口与与燃料电池堆24冷媒进口连通；所述的燃料电池堆24冷媒出口与冷媒循环泵25冷媒入口连通；冷媒循环泵25冷媒出口与第二换热器15冷媒进口连通，完成燃料电池冷却循环。
燃料电池冷却子系统内的冷媒为66％乙二醇、33.6％去离子水和0.4％三氧化二铝的混合物，吸收冷能的冷媒流入第一冷媒罐16。燃料电池堆24安全高效且稳定的工作温度为70℃ -80℃，在燃料电池堆24冷媒入口处设置第二温度传感器检测燃料电池堆24温度。车辆冷启动时，燃料电池堆24温度比安全高效且稳定的工作温度低，为使燃料电堆24温度快速上升到合适的工作温度区间，冷媒由第四电磁阀17控制流量，通过第一加热器18加热后进入燃料电池堆24；当到达安全高效且稳定的工作温度范围时，由第五电磁阀19控制流量，冷媒直接进入燃料电池堆24；当温度大于安全高效且稳定的工作温度范围时，冷媒由第六电磁阀 21控制流量，通过有散热器22的通道，进行强制散热，降低冷媒温度后进入燃料电池堆24。给燃料电池堆24冷却后，被加热的冷媒从燃料电池堆24中流出，由冷媒循环泵25带动流入第一换热器15降温，后进入第一冷媒罐16，继续参与燃料电池冷却，完成燃料电池冷却循环。
如图2所示，所述动力电池子系统包括第一发电机43、第二冷媒罐33、第七电磁阀34、第二换热器35、第二压缩机36、第一透平膨胀机37、第二冷凝器38、第三冷媒罐39、第二透平膨胀机40、第二发电机41和第三压缩机42；所述汽化器3的冷媒水出口I与第二冷媒罐33、第七电磁阀34、第二换热器35、第二压缩机36、第一透平膨胀机37、第二冷凝器38 和汽化器3的冷媒水进口F构成循环回路；所述第一透平膨胀机37与第一发电机43连接，用于产生电能；所述第一发电机43与锂电池31连接；所述锂电池31用于驱动电机32，所述锂电池31和电机32底部安装第三冷媒罐39，用于吸收锂电池31和电机32产生的余热；所述第三冷媒罐39与第二透平膨胀机40、第二换热器35、第三压缩机42构成循环回路；所述第二发电机41与第二透平膨胀机40，用于产生电能。
如图2中，所述的汽化器3冷媒水出口I与第二冷媒罐33冷媒进口连通；所述的第二冷媒罐33冷媒出口与第七电磁阀34冷媒入口连通；所述的第七电磁阀34冷媒出口与第二换热器35冷媒进口连通；所述的第二换热器35冷媒出口与第二压缩机36冷媒进口连通；所述的第二压缩机36出气口与第一透平膨胀机37进气口连通；所述的第一透平膨胀机37出气口与第二冷凝器38进气口连通；所述的第二冷凝器38冷媒出口与汽化器3冷媒水进口F连通；所述的第一透平膨胀机37带动第一发电机43运转；所述第一发电机43与锂电池31连接；所述锂电池31用于驱动电机32，所述锂电池31和电机32底部安装第三冷媒罐39，用于吸收锂电池31和电机32产生的余热；所述的第三冷媒罐39出气口与第二透平膨胀机40进气口连通；所述的第二透平膨胀机40出气口与第二换热器35进气口连通；所述的第二换热器 35出气口与第三压缩机42冷媒进口连通；所述的第三压缩机42冷媒出口与第三冷媒罐冷媒进口连通；所述的第二透平膨胀机40带动第二发电机41运转；完成电机与锂电池余热利用循环。
动力电池子系统内的冷媒为66％乙二醇、33.6％去离子水和0.4％三氧化二铝的混合物，通过第七电磁阀34调节冷媒流量，吸收冷量后的冷媒进入第二换热器35中进行换热，形成常温低压气体，进入第二压缩机36中，形成常温高压气体，再通过第一透平膨胀机37膨胀，带动第一发电机43运转。冷媒从第一膨胀机37出来后，通过第二冷凝器38冷却为中温高压液体，回到汽化器3中，完成冷媒循环。
锂电池31和第一电机32表面会产生大量余热，将余热与第三冷媒罐里39中的冷媒换热，这里的冷媒为66％乙二醇、33.6％去离子水和0.4％三氧化二铝的混合物，形成高温高压气体，再通过第二透平膨胀机40膨胀，带动第二发电机41运转，由第二透平膨胀机40所产生的常温低压气体进入第二换热器35与冷媒进行热交换，形成低温低压液体，进入第三压缩机42，形成低温高压液体，再进入第三冷媒罐39，形成高温高压气体，完成电机与锂电池余热利用循环。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，包括燃料电池堆(24)、供氢子系统、空调子系统、燃料电池冷却子系统和动力电池子系统；
所述供氢子系统与燃料电池堆(24)连通，用于将液态氢气转变为气体氢气后输入燃料电池堆(24)；所述空调子系统与供氢子系统连通，用于获取液态氢气转变为气体氢气过程中释放的冷能；所述燃料电池冷却子系统与供氢子系统连通，通过获取气体氢气的冷能来冷却或预热燃料电池堆(24)；所述动力电池子系统与供氢子系统连通，通过回收供氢子系统产生的余热，用于发电。
2.根据权利要求1所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，所述供氢子系统包括液氢储罐(1)、第一电磁阀(2)、汽化器(3)、第三电磁阀(14)、第一换热器(15)、泵(26)、压力调节阀(27)、第一三通阀(28)、第二加热器(29)和第二三通阀(30)；所述液氢储罐(1)依次与第一电磁阀(2)、汽化器(3)、第三电磁阀(14)、第一换热器(15)、泵(26)、压力调节阀(27)、第一三通阀(28)连通，所述第一三通阀(28)一个出口与第二加热器(29)连通，所述第一三通阀(28)另一个出口与第二三通阀(30)一个进口连通，所述第二加热器(29)与第二三通阀(30)另一个进口连通，第二三通阀(30)出口与燃料电池堆(24)连通；所述第一换热器(15)出口处的安装第一温度传感器，当第一温度传感器检测温度大于等于第一设定值，通过控制所述第一三通阀(28)使泵(26)出口经过第二三通阀(30)与燃料电池堆(24)连通；当第一温度传感器检测温度小于第一设定值，通过控制所述第一三通阀(28)使泵(26)出口依次经过第二加热器(29)、第二三通阀(30)与燃料电池堆(24)连通；所述燃料电池堆(24)产生的电能输入锂电池(31)。
3.根据权利要求2所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，所述空调子系统包括膨胀水箱(4)、第二电磁阀(5)、水泵(6)、第一压缩机(7)、四通阀(10)、第一冷凝器(8)、蒸发器(9)、膨胀节流阀(11)和鼓风机(12)，所述汽化器(3)的冷却水出口H依次与膨胀水箱(4)、第二电磁阀(5)、水泵(6)、第一压缩机(7)、四通阀(10)的接口d连通，所述四通阀(10)的接口c依次通过第一冷凝器(8)、蒸发器(9)与四通阀(10)的接口a连通；所述四通阀(10)的接口b通过膨胀节流阀(11)与所述汽化器(3)的冷却水出口E连通。
4.根据权利要求3所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，当空调子系统处于制冷模式下，通过控制所述四通阀(10)，使四通阀(10)的接口d与四通阀(10)的接口c连通，且使四通阀(10)的接口a与四通阀(10)的接口b连通；当空调子系统处于制热模式下，通过控制所述四通阀(10)，使四通阀(10)的接口d与四通阀(10)的接口a连通，且使四通阀(10)的接口c与四通阀(10)的接口b连通。
5.根据权利要求2所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，所述燃料电池冷却子系统包括第一冷媒罐(16)、第四电磁阀(17)、第一加热器(18)、第五电磁阀(19)、第六电磁阀(21)、散热器(22)和冷媒循环泵(25)；
所述第一换热器(15)冷媒出口与第一冷媒罐(16)连通，所述第一冷媒罐(16)第一出口依次连通第六电磁阀(21)、散热器(22)和燃料电池堆(24)的冷媒进口，所述第一冷媒罐(16)第二出口依次连通第五电磁阀(19)和燃料电池堆(24)的冷媒进口，所述第一冷媒罐(16)第三出口依次连通第四电磁阀(17)、第一加热器(18)和燃料电池堆(24)的冷媒进口；所述燃料电池堆(24)的冷媒出口通过冷媒循环泵(25)与所述第一换热器(15)冷媒进口连通。
6.根据权利要求5所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，所述燃料电池堆(24)设有第二温度传感器，当第二温度传感器检测温度小于第二设定值时，通过控制第四电磁阀(17)使所述第一冷媒罐(16)第三出口通过第一加热器(18)与燃料电池堆(24)的冷媒进口连通；当第二温度传感器检测温度大于等于第二设定值，且第二温度传感器检测温度小于第三设定值时，通过控制第五电磁阀(19)使所述第一冷媒罐(16)第二出口与燃料电池堆(24)的冷媒进口连通；当第二温度传感器检测温度大于等于第三设定值时，通过控制第六电磁阀(21)使所述第一冷媒罐(16)第一出口通过散热器(22)与燃料电池堆(24)的冷媒进口连通。
7.根据权利要求5所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，所述动力电池子系统包括第一发电机(43)、第二冷媒罐(33)、第七电磁阀(34)、第二换热器(35)、第二压缩机(36)、第一透平膨胀机(37)、第二冷凝器(38)、第三冷媒罐(39)、第二透平膨胀机(40)、第二发电机(41)和第三压缩机(42)；
所述汽化器(3)的冷媒水出口I与第二冷媒罐(33)、第七电磁阀(34)、第二换热器(35)、第二压缩机(36)、第一透平膨胀机(37)、第二冷凝器(38)和汽化器(3)的冷媒水进口F构成循环回路；所述第一透平膨胀机(37)与第一发电机(43)连接，用于产生电能；所述第一发电机(43)与锂电池(31)连接；所述锂电池(31)用于驱动电机(32)；
所述锂电池(31)和电机(32)底部安装第三冷媒罐(39)，用于吸收锂电池(31)和电机(32)产生的余热；所述第三冷媒罐(39)与第二透平膨胀机(40)、第二换热器(35)、第三压缩机(42)构成循环回路；所述第二发电机(41)与第二透平膨胀机(40)，用于产生电能。
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