CN116231007A - 一种燃料电池汽车氢气消纳系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池汽车供氢技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池汽车氢气消纳系统，包括储氢支路和氢气质量检测支路，储氢支路和氢气质量检测支路均与氢气加注口连通，储氢支路和氢气质量检测支路的末端与动力电池电堆连通。当加氢站所在的氢气不参与氢气抽样检测时，通过储氢支路完成常规的储氢加注即可；当加氢站所在的氢气需要抽样检测时，通过氢气质量检测支路完成氢气颗粒物称量和气态杂质的检测，而无论是储氢支路所收集的氢气，还是经氢气质量检测支路检测合格后的氢气均可用于氢燃料电池汽车供电动力系统动力电池电堆提供动力，有效解决了氢气收集后直接燃烧处理造成的安全问题，而且可将收集的氢气作为氢燃料电池汽车电堆能源供应。

Description

一种燃料电池汽车氢气消纳系统

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车供氢技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池汽车氢气消纳系统。

背景技术

燃料电池汽车是一种氢气为燃料的新型发动机汽车，而氢气品质的保障是氢能与燃料电池汽车产业健康发展与规模化应用的基本条件。

氢气中杂质的种类及其浓度含量由氢气制备原料、工艺方法、提纯技术、运输方式、加注设备和工艺、操作规范性多方面因素共同决定。同时，基于氢气制备、储存、运输和加注流程长，杂质来源复杂以及存在大规模工业氢气不能满足燃料电池车用氢气品质要求问题，氢气中微量、痕量杂质的分析检测面临巨大的挑战。。

现有技术中，为确保氢气质量有效快速溯源，移动式氢气质量检测装备的研发有序展开。基于实现氢气移动检测的车载部分，同时考虑到低碳消耗的问题，通常选择氢燃料电池汽车作为车载装置。移动检测端进行颗粒物称量时，存在氢气尾气排放；而氢气气态杂质进入气态杂质检测系统时，从分流支路排出的氢气也会作为尾气排放。然而，由于氢气为危险化学品，禁止随意外排，一般直接采用尾气收集后集中燃烧处理的方法。但是，无论是氢气排空，还是集中燃烧处理均存在一定的安全隐患，并且造成了氢能源的浪费。

鉴于此，本发明提出了一种氢燃料电池汽车氢气消纳系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢燃料电池汽车氢气消纳系统，该系统不仅有效解决了氢气收集后直接燃烧处理造成的安全问题，而且可将收集的氢气作为氢燃料电池汽车电堆能源供应，以将氢气消纳。

本发明提供一种氢燃料电池汽车氢气消纳系统，包括储氢支路和氢气质量检测支路，

其中，所述储氢支路和所述氢气质量检测支路通过三通阀与氢气加注口连通，所述储氢支路和所述氢气质量检测支路的末端与动力电池电堆连通。

作为本技术方案优选地，所述氢气质量检测支路包括颗粒物称量支路和气态杂质检测支路，其中，所述颗粒物称量支路和所述气态杂质检测支路并联设置，所述颗粒物称量支路的末端设置有氢气缓冲罐，所述氢气缓冲罐与所述动力电池电堆连通；所述气体杂质检测支路的末端设置有混合尾气处理装置。

作为本技术方案优选地，所述气态杂质检测支路包括检测支路和分流支路，其中，所述检测支路和所述分流支路并联设置，所述分流支路的末端与所述氢气缓冲罐连通，所述检测支路的末端与所述混合尾气处理装置连通。

作为本技术方案优选地，所述储氢支路上设置储氢瓶，所述储氢瓶和所述三通阀之间设置有第一单向阀，所述储氢瓶和所述动力电池电堆之间设置有第一控制阀。

作为本技术方案优选地，所述颗粒物称量支路上设置有颗粒物称量装置，所述颗粒物称量装置的两端分别设置有第二单向阀和第三单向阀；所述颗粒物称量支路靠近所述颗粒物称量装置进气口的一端还设置有第一压力表。

作为本技术方案优选地，所述检测支路上设置有气态杂质检测装置，所述气态杂质检测装置的末端与所述混合尾气处理装置连通。

作为本技术方案优选地，所述检测支路靠近所述气态杂质检测装置进气口的一端设置有第二压力表，所述检测支路和所述分流支路靠近所述三通阀的一端分别设置有第二控制阀和第三控制阀。

作为本技术方案优选地，所述氢气缓冲罐与所述颗粒物称量支路、所述分流支路连通的一端设置有第四单向阀，所述氢气缓冲罐与所述动力电池电堆之间设置有第四控制阀。

作为本技术方案优选地，还包括纯化装置，所述纯化装置设置在所述第四控制阀和所述动力电池电堆之间。

作为本技术方案优选地，还包括人机交互模块，所述人机交互模块用于控制三通阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀的开闭。

本发明的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，至少具有以下技术效果：

本发明的氢燃料电池汽车氢气消纳系统包括储氢支路和氢气质量检测支路，并且储氢支路和氢气质量检测支路的前端均与氢气加注口连通，储氢支路和氢气质量检测支路的末端均与动力电池电堆连通。当加氢站所在的氢气不参与氢气抽样检测时，通过储氢支路完成常规的储氢加注即可；当加氢站所在的氢气样品需要抽样检测时，通过氢气质量检测支路完成氢气颗粒物称量和气态杂质的检测，而无论是储氢支路所收集的氢气，还是经氢气质量检测支路检测合格后的氢气均可用于氢燃料电池汽车供电动力系统动力电池电堆提供动力，不仅有效解决了氢气收集后直接燃烧处理造成的安全问题，而且可将收集的氢气作为氢燃料电池汽车电堆能源供应，以将氢气消纳，因质量检测而产生的氢气尾气得到了资源化回收利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明氢燃料电池汽车氢气消纳系统的示意图。

附图标记说明：

1：储氢支路；2：三通阀；3：氢气加注口；4：动力电池电堆；5：颗粒物称量支路；6：氢气缓冲罐；7：混合尾气处理装置；8：检测支路；9：分流支路；10：储氢瓶；11：第一单向阀；12：第一控制阀；13：颗粒物称量装置；14：第二单向阀；15：第三单向阀；16：第一压力表；17：气态杂质检测装置；18：第二压力表；19：第二控制阀；20：第三控制阀；21：第四单向阀；22：第四控制阀；23：纯化装置；24：人机交互模块。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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所述特征。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。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”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，本实施例提供一种氢燃料电池汽车氢气消纳系统，包括储氢支路1和氢气质量检测支路，其中，所述储氢支路1和所述氢气质量检测支路通过三通阀2与氢气加注口3连通，所述储氢支路1和所述氢气质量检测支路的末端与动力电池电堆4连通。

当加氢站所在的氢气不参与氢气抽样检测时，通过储氢支路1完成常规的储氢加注即可；当加氢站所在的氢气样品需要抽样检测时，通过氢气质量检测支路完成氢气颗粒物称量和气态杂质的检测，而无论是储氢支路1所收集的氢气，还是经氢气质量检测支路检测合格后的氢气均可用于氢燃料电池汽车供电动力系统动力电池电堆4提供动力，不仅有效解决了氢气收集后直接放空或燃烧带来的隐患，而且可将收集的氢气作为氢燃料电池汽车电堆能源供应，以将氢气消纳。

在上述技术方案的基础上，进一步，所述氢气质量检测支路具体包括颗粒物称量支路5和气态杂质检测支路，其中，所述颗粒物称量支路5和所述气态杂质检测支路并联设置，所述颗粒物称量支路5的末端设置有氢气缓冲罐6，所述氢气缓冲罐6与所述动力电池电堆4连通；所述气体杂质检测支路的末端设置有混合尾气处理装置7。

其中，颗粒物称量支路5和气态杂质检测支路并联设置，颗粒物称量支路5用于氢气中颗粒物质量的检测，而气态杂质检测支路用于氢气中气态杂质的检测。当加氢站的氢气样品需要进行颗粒物称量时，将氢气加注口3与颗粒物称量支路5连通，完成颗粒物称量；当加氢站的氢气样品需要进行气态杂质现存情况检测时，将氢气加注口3与气态杂质检测支路连通，完成气态杂质的检测。

此外，颗粒物称量支路5的末端设置有氢气缓冲罐6，颗粒物称量所产生的氢气尾气可直接进入氢气缓冲罐6，通过氢气缓冲罐6向动力电池电堆4供氢将氢气消纳；而气体杂质检测支路的末端设置有混合尾气处理装置7，因气态杂质检测所产生的尾气可直接进入混合尾气处理装置7进行处理，进而检测尾气排空所造成的安全隐患。

在上述技术方案的基础上，进一步优选地，所述气态杂质检测支路包括检测支路8和分流支路9，其中，所述检测支路8和所述分流支路9并联设置，所述分流支路9的末端与所述氢气缓冲罐6连通，所述检测支路8的末端与所述混合尾气处理装置7连通。

当氢气气态杂质进入气态杂质检测支路时，为匹配检测系统的压力，通过检测支路8和分流支路9对氢气加注口3的氢气样品进行分流，其中，分流支路9的末端与氢气缓冲罐6连通，通过氢气缓冲罐6向动力电池电堆4供氢以将分流支路9产生的氢气消纳。而检测支路8因气态杂质检测所产生的尾气可直接进入混合尾气处理装置7进行处理。

在本发明的另一具体的实施例中，所述储氢支路1上设置储氢瓶10，所述储氢瓶10和所述三通阀2之间设置有第一单向阀11，所述储氢瓶10和所述动力电池电堆4之间设置有第一控制阀12。

当加氢站所在的氢气不参与氢气抽样检测时，确定通向储氢支路1的三通阀2、第一单向阀11处于on，其他所以阀门均处于off，将加氢枪接入氢气加注口3，完成常规氢燃料电池汽车加氢操作。然后，使通向储氢支路1的三通阀2、第一单向阀11恢复至off，其他保持不变。

而颗粒物称量支路5上设置有颗粒物称量装置13，所述颗粒物称量装置13的两端分别设置有第二单向阀14和第三单向阀15；所述颗粒物称量支路5靠近所述颗粒物称量装置13进气口的一端还设置有第一压力表16。

检测支路8上设置有气态杂质检测装置17，所述气态杂质检测装置17的末端与所述混合尾气处理装置7连通。并且所述检测支路8靠近所述气态杂质检测装置17进气口的一端设置有第二压力表18，所述检测支路8和所述分流支路9靠近所述三通阀2的一端分别设置有第二控制阀19和第三控制阀20。

而所述氢气缓冲罐6与所述颗粒物称量支路5、所述分流支路9连通的一端设置有第四单向阀21，所述氢气缓冲罐6与所述动力电池电堆4之间设置有第四控制阀22。

当加氢站所在的氢气需要进行颗粒物检测时，首先，确定通向颗粒物称量支路5的三通阀2、第二单向阀14、第三单向阀15、第四单向阀21处于on，其他管路均处于off；检测时，气体样品依次通过三通阀2、第二单向阀14、第一压力表16、颗粒物称量装置13，而经颗粒物称量后产生的尾气通过第三单向阀15和第四单向阀21，将氢气尾气存储入氢气缓冲罐6中；完成检测后，使三通阀2以及第二单向阀14、第三单向阀15和第四单向阀21恢复至off，其他保持不变。

当加氢站所在的氢气需要进行气态杂质的测定时，首先，确定通向颗粒物称量支路5的三通阀2、第二控制阀19、第三控制阀20和第四单向阀21处于on，其他管路处于off；检测时，将氢气样品接入气态杂质检测支路8，调节控制第二控制阀19以及第三控制阀20的开度，观测第二压力表18的读数，使气体流量满足气态杂质检测装置17所需的压力；然后，打开第四单向阀21，将分流支路9的气体存储至氢气缓冲罐6中，同时打开混合尾气处理装置7。完成气态杂质进样后，首先结束氢气加注口3氢气的注入，使三通发明控制器、第二控制阀19、第三控制阀20和第四单向阀21处于off。

最后，当完成加氢站氢气样品的抽样检测时，移动检测车撤离加氢站，将常规用于氢燃料电池汽车供氢的储氢瓶10对应的第二控制阀19处于off，更换为氢气缓冲罐6供氢，打开第四控制阀22，对氢燃料电池堆供氢。当氢气缓冲罐6的氢气压力低于1MPa时，供氢线路更换为储氢瓶10供氢。

在上述技术方案的基础上，进一步优选地，还包括纯化装置23，并且所述纯化装置23设置在所述第四控制阀22和所述动力电池电堆4之间。因颗粒物称量装置13产生的尾气和分流支路9的氢气均会进入氢气缓冲罐6，为避免颗粒物中含有的杂质进入动力电池电堆4，在氢气缓冲罐6和动力电池电堆4之间设置有纯化装置23。

在上述技术方案的基础上，更为优选地，该系统还包括人机交互模块24，所述人机交互模块24用于控制三通阀2、第一单向阀11、第二单向阀14、第三单向阀15、第四单向阀21、第一控制阀12、第二控制阀19、第三控制阀20和第四控制阀22的开闭。

最后需要说明的一点是，本系统中所有的管路均属于耐高压管壁系统，并且所使用的所有单向阀、压力表和控制阀均为耐高压级别。

此外，为满足氢气中痕量杂质的检测需求，需对检测支路8构成的整个管路进行钝化处理。

综上，本系统将储氢瓶10与氢气缓冲罐6并联设置，实现了对氢燃料电池电堆供氢，有效解决了氢气放空或者燃烧带来的隐患，同时有效降低了氢气缓冲罐6的储氢压力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，包括储氢支路(1)和氢气质量检测支路，

其中，所述储氢支路(1)和所述氢气质量检测支路通过三通阀(2)与氢气加注口(3)连通，所述储氢支路(1)和所述氢气质量检测支路的末端与动力电池电堆(4)连通。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，所述氢气质量检测支路包括颗粒物称量支路(5)和气态杂质检测支路，

其中，所述颗粒物称量支路(5)和所述气态杂质检测支路并联设置，所述颗粒物称量支路(5)的末端设置有氢气缓冲罐(6)，所述氢气缓冲罐(6)与所述动力电池电堆(4)连通；

所述气体杂质检测支路的末端设置有混合尾气处理装置(7)。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，所述气态杂质检测支路包括检测支路(8)和分流支路(9)，

其中，所述检测支路(8)和所述分流支路(9)并联设置，所述分流支路(9)的末端与所述氢气缓冲罐(6)连通，所述检测支路(8)的末端与所述混合尾气处理装置(7)连通。

4.根据权利要求3所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，所述储氢支路(1)上设置储氢瓶(10)，所述储氢瓶(10)和所述三通阀(2)之间设置有第一单向阀(11)，所述储氢瓶(10)和所述动力电池电堆(4)之间设置有第一控制阀(12)。

5.根据权利要求4所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，所述颗粒物称量支路(5)上设置有颗粒物称量装置(13)，所述颗粒物称量装置(13)的两端分别设置有第二单向阀(14)和第三单向阀(15)；

所述颗粒物称量支路(5)靠近所述颗粒物称量装置(13)进气口的一端还设置有第一压力表(16)。

6.根据权利要求5所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，所述检测支路(8)上设置有气态杂质检测装置(17)，所述气态杂质检测装置(17)的末端与所述混合尾气处理装置(7)连通。

7.根据权利要求6所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，所述检测支路(8)靠近所述气态杂质检测装置(17)进气口的一端设置有第二压力表(18)，所述检测支路(8)和所述分流支路(9)靠近所述三通阀(2)的一端分别设置有第二控制阀(19)和第三控制阀(20)。

8.根据权利要求7所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，所述氢气缓冲罐(6)与所述颗粒物称量支路(5)、所述分流支(9)连通的一端设置有第四单向阀(21)，所述氢气缓冲罐(6)与所述动力电池电堆(4)之间设置有第四控制阀(22)。

9.根据权利要求8所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，还包括纯化装置(23)，所述纯化装置(23)设置在所述第四控制阀(22)和所述动力电池电堆(4)之间。

10.根据权利要求8所述的氢燃料电池汽车氢气消纳系统，其特征在于，还包括人机交互模块(24)，所述人机交互模块(24)用于控制三通阀(2)、第一单向阀(11)、第二单向阀(14)、第三单向阀(15)、第四单向阀(21)、第一控制阀(12)、第二控制阀(19)、第三控制阀(20)和第四控制阀(22)的开闭。

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