CN115923984B - 一种氢电混合能动车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氢电混合能动车,包括两轮或三轮车车体,还包括:安装于两轮或三轮车车体上的,用于固态储氢的储氢瓶;至少两个用于减少储氢瓶震动的减震装置,至少两个减震装置并排安装于储氢瓶的底部和两轮或三轮车车体之间;至少一个用于测量储氢瓶质量的称重装置;至少一个称重装置置于储氢瓶的底部和两轮或三轮车车体之间。本发明通过称重装置测量储氢瓶内氢气的余量,其不受温度和压力的影响,使测量结果更准确,以方便氢气余量不足时,及时进行补充,从而保证两轮或三轮车车体的续航。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域,尤其涉及一种氢电混合能动车。
背景技术
氢能因其单位质量能量密度高且和氧气反应后产物只有水,因此,氢能被认为是最理想的清洁能源。
两轮或三轮车作为小巧轻便的移动交通工具受到大众喜爱,现有技术中,两轮或三轮车为燃油摩托车或蓄电池电车,而燃油的燃烧会对环境造成污染,蓄电池则因其电池内部的衰减问题,续航能力不佳,尤其是在寒冷的冬季,续航能力几乎为夏季的一半。因此亟需一种续航能力好,且不污染环境的两轮或三轮车。
现有技术中,通过检测输送氢气的压力和计算燃料电池发电功率,以测定储氢瓶内的氢气的余量。但是同等量的氢气,在不同温度下,其压力不同,且燃料电池发电功率也是变化的,因此,不能准确测定储氢瓶内氢气的余量,从而导致不能及时补充氢气,而影响两轮或三轮车车体的续航。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足,本发明提供一种氢电混合能动车,其解决了储氢瓶内氢气余量测定不准确,影响氢气补充的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案包括:
一种氢电混合能动车,包括两轮或三轮车车体,还包括:
安装于两轮或三轮车车体上的,用于固态储氢的储氢瓶;
至少两个用于减少所述储氢瓶震动的减震装置,所述至少两个减震装置并排安装于所述储氢瓶的底部和所述两轮或三轮车车体之间;
至少一个用于测量所述储氢瓶质量的称重装置;所述至少一个称重装置置于所述储氢瓶的底部和所述两轮或三轮车车体之间。
优选地,所述称重装置包括用于检测所述储氢瓶的质量的压力传感器。
优选地,所述减震装置包括用于缓冲振动的弹簧,所述弹簧的顶端与所述储氢瓶连接;
用于吸收振动能量的减震器,所述减震器底部与所述两轮或三轮车车体连接,顶端与所述弹簧的底部连接;
所述弹簧处于自由状态时,所述弹簧的顶端与所述称重装置的顶端在同一平面上。
优选地,所述减震装置为两个,分别置于所述储氢瓶的前后两端;
所述称重装置为一个,位于两个所述减震装置之间。
优选地,所述弹簧发生形变时,所述储氢瓶内剩余氢气的质量M为:
式中,k-所述弹簧的弹力系数;
S1-两个所述弹簧31中一个所述弹簧的变形量;
S2-两个所述弹簧31中另一个所述弹簧的变形量;
F-所述压力传感器所测得的压力值;
g-重力加速度常数,取9.8;
M0-所述储氢瓶和所述储氢瓶内的固态储氢合金材料的总质量;
所述弹簧没有形变时,所述储氢瓶内剩余氢气的质量M为:
优选地,还包括两个安装于所述两轮或三轮车车体上的位移传感器,分别用于测量所述两个减震装置的所述弹簧的变形量。
优选地,还包括用于对所述储氢瓶内的固态储氢材料进行加热的加热装置;
所述加热装置置于所述储氢瓶的内部。
优选地,还包括用于驱动所述两轮或三轮车车体移动的驱动电机;
与所述储氢瓶连通的燃料电池电堆,用于将氢能转换为电能;
所述燃料电池电堆与所述驱动电机电连接,以为所述驱动电机提供电能;
所述储氢瓶和所述燃料电池电堆均安装于所述两轮或三轮车车体的后端。
优选地,还包括用于为所述驱动电机提供电能的蓄电池;所述蓄电池安装于所述两轮或三轮车车体的前端;
与所述蓄电池的充电端连通的逆变器,以将直流电转化为交流电;
所述逆变器的另一端与所述燃料电池电堆电连接。
优选地,还包括安装于所述两轮或三轮车车体的前端的显示屏,用于显示所述蓄电池的电能余量、所述储氢瓶内的氢气的余量、行程里数及行驶速度。
(三)有益效果
本发明的有益效果是:
(1)本发明通过称重装置测量储氢瓶内氢的余量,其不受温度和压力的影响,使测量结果更准确,以方便氢余量不足时,及时进行补充,从而保证两轮或三轮车车体的续航。
(2)本发明以燃料电池电堆将氢能转换为的电能为主要输出动力,蓄电池内的电能作为辅助动力,能够保证两轮或三轮车车体正常运行,且能够减少环境污染。
(3)本发明中的氢能与电能分别置于两轮或三轮车车体的后部和前部,以将储氢瓶为燃料电池电堆供氢能的管路与蓄电池的电能的电路分开,以保证安全使用两轮或三轮车车体。
附图说明
图1为本发明的的氢电混合能动车的整体结构示意图;
图2为本发明的电能和氢能控制氢电混合能动车的流程图;
图3为本发明的氢电混合能电动车的整体结构示意图;
图4为本发明的储氢瓶、减震装置和称重装置的组合结构示意图;
图5为本发明的燃料电池电堆的结构示意图。
【附图标记说明】
1:储氢瓶;2:称重装置;3:减震装置;5:蓄电池;6:显示屏;31:弹簧;32:减震器;41:燃料电池电堆;42:驱动电机。
具体实施方式
为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
实施例
如图1~3所示,一种氢电混合能动车,包括两轮或三轮车车体:安装于两轮或三轮车车体上的,用于固态储氢的储氢瓶1;至少两个用于减少储氢瓶1震动的减震装置3,至少两个减震装置3并排安装于储氢瓶1的底部和所述两轮或三轮车车体之间;至少一个用于测量储氢瓶1质量的称重装置2;至少一个称重装置2置于储氢瓶1的底部和所述两轮或三轮车车体之间。
本实施例中的两轮车车体具有常规的自行车结构,如车架、车把、前车轮和后车轮。三轮车车体具有常规的三轮车结构,如车架、车把、前后三个车轮。
两轮或三轮车作为小巧轻便的移动交通工具受到大众喜爱,现有技术中,两轮或三轮车为燃油摩托车或蓄电池电车,而燃油的燃烧会对环境造成污染,蓄电池则因其电池内部的衰减问题,续航能力不佳,尤其是在寒冷的冬季,续航能力几乎为夏季的一半。因此亟需一种续航能力好,且不污染环境的两轮或三轮车。
现有技术中,通过检测输送氢气的压力和计算燃料电池发电功率,以测定储氢瓶1内的氢气的余量。但是同等量的氢气,在不同温度下,其压力不同,且燃料电池发电功率也是变化的,因此,不能准确测定储氢瓶1内氢气的余量,从而导致不能及时补充氢气,而影响两轮或三轮车车体的续航。
本发明通过称重装置2测量储氢瓶1内氢气的余量,其不受温度和压力的影响,使测量结果更准确,以方便储氢瓶1内余量不足时,及时进行补充,从而保证两轮或三轮车车体的续航。
本实施例以两轮车为例,但本发明的其他实施例中,并不限于两轮车,也可以是三轮车。
本实施例中,称重装置2的顶端与储氢瓶1能够始终保持抵接,以能够测量储氢瓶1内氢气的余量。
本实施例中,储氢瓶1内装有固态储氢合金材料,固态储氢合金材料为碱金属及合金或碱土金属及合金,固态储氢合金材料为AB型、AB2型或AB5型。储氢瓶1为铝合金材质。
本实施例中,储氢瓶1充放氢时压力小于1MPa。
如图4所示,具体地,称重装置2包括用于检测储氢瓶1的质量的压力传感器。通过压力传感器测量储氢瓶1、储氢瓶1内的固态储氢材料和储氢瓶1内氢气的总质量,总质量减去储氢瓶1和储氢瓶内的固态储氢材料的总质量即为储氢瓶1内氢气的质量,通过储氢瓶1内的质量以判断储氢瓶1内所剩余的氢气的量,以保证在储氢瓶1内的氢气质量不足时,及时进行补充。
本实施例中,所使用的压力传感器的测压范围为0~30kg,测量误差为0.001%。
如图4所示,进一步地,减震装置3包括用于缓冲振动的弹簧31,弹簧31的顶端与储氢瓶1连接;用于吸收振动能量的减震器32,减震器32底部与两轮或三轮车车体连接,顶端与弹簧31的底部连接。通过弹簧31缓冲储氢瓶1的震动,通过减震器32吸收震动能量,以使两轮或三轮车车体行驶过程中,减小储氢瓶1的震动。
本实施例中,当储氢瓶1内没有氢气时,储氢瓶1的底部仍能够与称重装置2接触,即称重装置2仍能够对储氢瓶1进行称重测量,且弹簧31在自然状态下时,弹簧31的顶端与称重装置2的顶端在同一平面上。
如图4所示,更进一步地,减震装置3为两个,分别置于储氢瓶1的前后两端;称重装置2为一个,位于两个所述减震装置3之间。通过两个减震装置3对储氢瓶1进行支撑并减震,通过称重装置2对储氢瓶1进行称重,以判断储氢瓶1内的氢气的量。
本实施例中,由于称重装置2只是放置在储氢瓶1的底部,并未与储氢瓶1连接,因此,在两轮或三轮车车体行驶过程中,两轮或三轮车车体受到震动作用或储氢瓶1前后两端受力不一致时,储氢瓶1会以称重装置2为支点,储氢瓶1的前后两端有少量的偏转。
于是,两轮或三轮车车体型行驶过程中,两个减震装置3的弹簧31对储氢瓶1进行支撑,并发生形变。因此,两个减震装置3对储氢瓶1具有支撑或下拉作用,对于弹簧31的变形量S为弹簧31自由状态下的长度减去弹簧31变形后的长度,即弹簧31被压缩时,变形量S为正值,弹簧31被拉伸时,变形量S为负值。
两轮或三轮车车体行驶过程中,由两个减震装置3和称重装置2共同支撑储氢瓶1,因此,储氢瓶1内剩余的氢的质量M为:
本发明中,k-弹簧31的弹力系数;
M-储氢瓶1内剩余的氢气的质量;
S1-两个所述弹簧31中一个弹簧31的变形量;
S2-两个所述弹簧31中另一个弹簧31的变形量;
F-压力传感器所测得的压力值;
g-重力加速度常数,取9.8;
M0-储氢瓶1和储氢瓶1内固态储氢合金材料的总质量。
当两轮或三轮车车体停止不行驶,且两轮或三轮车车体停留在平路上时,储氢瓶1并不会受到震动,储氢瓶1前后两端受力一致,此时,两个弹簧31均没有形变,两个弹簧31对储氢瓶1均没有支撑作用。此时,储氢瓶1内剩余的氢气的质量M为:
如图4所示,本实施例中,还包括两个安装于两轮或三轮车车体上的位移传感器,分别用于测量两个减震装置3的弹簧31的变形量。
进一步地,本实施例中,还包括用于对储氢瓶1内的固态储氢材料进行加热的加热装置,以使其能够释放氢气;加热装置置于储氢瓶1的内部。固态储氢材料释放氢气时需要吸收热量,且储氢瓶1内的温度达到一定值时,固态储氢材料才能够气化,因此通过加热装置对储氢瓶1内进行加热,以使固态储氢材料能够更好地释放氢气。
如图1、2和5所示,本发明中,还包括用于驱动两轮或三轮车车体移动的驱动电机42;与储氢瓶1连通的燃料电池电堆41,用于将氢能转换为电能;燃料电池电堆41与驱动电机42电连接,以为驱动电机42提供电能;储氢瓶1和燃料电池电堆41均安装于两轮或三轮车车体的后端。使用时,燃料电池电堆41将氢能转换为电能,并为驱动电机42提供电能,以驱动两轮或三轮车车体行车。
如图2和5所示,本实施例中,还包括用于为驱动电机42提供电能的蓄电池5;蓄电池5安装于两轮或三轮车车体的前端;与蓄电池5的充电端连通的逆变器,以将直流电转化为交流电;逆变器的另一端与燃料电池电堆41电连接。本实施例中,将蓄电池5置于两轮或三轮车车体前端,储氢瓶1置于两轮或三轮车车体的后端,能够使电路与供氢气管道分开,以提供使用的安全性。
本实施例中,当温度低于预设值时,固态储氢材料不能够释放氢气,此时,燃料电池电堆41不能够为两轮或三轮车车体提供动力,即使用蓄电池5为两轮或三轮车车体供能。通过加热装置为储氢瓶1供热,温度达到预设值时,固态储氢材料即能够释放氢气,以为两轮或三轮车车体供能,此时,燃料电池电堆41为两轮或三轮车车体供能,蓄电池5不再为两轮或三轮车车体供能。本实施例中,两轮或三轮车车体移动时,优先使用氢能为两轮或三轮车车体提供动力,氢能供应不足时,再使用电能为两轮或三轮车车体提供动力,以减少电能的使用,从而减少因生产电能而带来的环境污染。
作为示例,本实施例中,所用的燃料电池电堆41为空冷型氢质子燃料电池电堆,其额定功率为200w~600w,驱动电机42的额定功率为400w~800w,且驱动电机42的额定功率大于燃料电池电推41的额定功率。
本实施例中,燃料电池电堆41将氢能转换为电能,一部分电能用于驱动驱动电机42,另一部分电能用于为蓄电池5充电,以备用。
如图1和2所示,本实施例中,还包括安装于两轮或三轮车车体的前端的显示屏6,用于显示蓄电池5内的电能余量、储氢瓶1内氢气的余量、行程里数及行驶速度。
在本发明的描述中,需要理解的是,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,或成一体;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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”,可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”,可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”,可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述,是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种氢电混合能动车,包括两轮或三轮车本体;其特征在于,还包括:
安装于所述两轮或三轮车本体上的,用于固态储氢的储氢瓶(1);
两个用于减少所述储氢瓶(1)震动的减震装置(3),两个所述减震装置(3)并排安装于所述储氢瓶(1)的底部和所述两轮或三轮车本体之间;
还包括用于对所述储氢瓶(1)内的固态储氢材料进行加热的加热装置;
所述加热装置置于所述储氢瓶(1)的内部;
一个用于测量所述储氢瓶(1)质量的称重装置(2);所述称重装置(2)置于所述储氢瓶(1)的底部和所述两轮或三轮车本体之间,称重装置(2)的顶端与储氢瓶(1)能够始终保持抵接,所述称重装置(2)包括用于检测所述储氢瓶(1)的质量的压力传感器;
所述减震装置(3)包括用于缓冲振动的弹簧(31),所述弹簧(31)的顶端与所述储氢瓶(1)连接;用于吸收振动能量的减震器(32),所述减震器(32)底部与所述两轮或三轮车本体连接,顶端与所述弹簧(31)的底部连接,通过弹簧(31)缓冲储氢瓶(1)的震动,通过减震器(32)吸收震动能量,以使两轮或三轮车车体行驶过程中,减小储氢瓶(1)的震动;
两个所述减震装置(3)分别置于所述储氢瓶(1)的前后两端;
所述称重装置(2)位于两个所述减震装置(3)之间,弹簧(31)在自然状态下,弹簧(31)的顶端与称重装置(2)的顶端在同一平面上;
所述弹簧(31)发生形变时,所述储氢瓶(1)内剩余氢气的质量M为:;
式中,k-所述弹簧(31)的弹力系数;
S1-两个所述弹簧(31)中一个所述弹簧(31)的变形量;
S2-两个所述弹簧(31)中另一个所述弹簧(31)的变形量;
F-所述压力传感器所测得的压力值;
g-重力加速度常数,取9.8;
M0-所述储氢瓶(1)和所述储氢瓶(1)内的固态储氢合金材料的总质量;
所述弹簧(31)没有形变时,所述储氢瓶(1)内剩余氢气的质量M为:。
2.如权利要求1所述的氢电混合能动车,其特征在于,还包括两个安装于所述两轮或三轮车本体上的位移传感器,分别用于测量两个所述减震装置(3)的所述弹簧(31)的变形量。
3.如权利要求1~2中任意一项所述的氢电混合能动车,其特征在于,还包括用于驱动所述两轮或三轮车本体移动的驱动电机(42);
与所述储氢瓶(1)连通的燃料电池电堆(41),用于将氢能转换为电能;
所述燃料电池电堆(41)与所述驱动电机(42)电连接,以为所述驱动电机(42)提供电能;
所述储氢瓶(1)和所述燃料电池电堆(41)均安装于所述两轮或三轮车本体的后端。
4.如权利要求3所述的氢电混合能动车,其特征在于,还包括用于为所述驱动电机(42)提供电能的蓄电池(5);所述蓄电池(5)安装于所述两轮或三轮车本体的前端;
与所述蓄电池(5)的充电端连通的逆变器,以将直流电转化为交流电;
所述逆变器的另一端与所述燃料电池电堆(41)电连接。
5.如权利要求4所述的氢电混合能动车,其特征在于,还包括安装于所述两轮或三轮车本体的前端的显示屏(6),用于显示所述蓄电池(5)的电能余量、所述储氢瓶(1)内的氢气的余量、行程里数及行驶速度。
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