CN207268376U - 一种燃料电池车车载氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池车车载氢系统，其特征在于，包括：氢气加注模块，包括加注口、过滤器、单向阀、压力表；氢气存储模块，包括储氢瓶、瓶口组合阀和限流阀；氢气供应模块，包括过滤器、调压阀、压力传感器、管道安全阀、管路低压电磁阀、手动截止阀和球阀；其中氢气加注模块通过氢气管路连接于氢气存储模块，氢气存储模块通过氢气管路连接于所述氢气供应模块，所述氢气供应模块连接于燃料电池反应堆。

Description

一种燃料电池车车载氢系统

技术领域

本实用新型涉及一种可为燃料电池汽车提供高压氢气加注的车载氢系统。

背景技术

鉴于石油资源的消耗和减排需求，发展新能源汽车成为国家重要战略。新能源汽车现阶段主要有纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车三大类。其中氢燃料电池汽车，因其零排放、加氢速度快、续航里程可观等优势，而使用最为广泛。但是氢气的储存压力大，对管路要求高，若发生泄漏其易燃易爆的特性极易带来重大危险事故，故其对供氢管路有较严格的质量要求。

氢气具有比重轻、着火范围广泛的特点，在空气中比例4％～75％都可燃烧，密闭状态时候还有可能引起爆炸，另外其无色无味、阳光下氢气燃烧的火焰肉眼不可见，因此出现泄漏无法通过常规方法观察到。再者，氢气分子的体积很小，非常容易泄露。针对目前燃料电池汽车车载氢系统中加氢口的布置结构形式，加注口之后连接的是压力表，这种结构加注口一旦出现泄漏的话会导致压力表压降现象，在国内该现象普遍存在，时好时坏，主要原因是加氢口密封面有杂质导致密封不严；据了解，目前国内加氢站由于没有气枪吹扫，很难确保加氢口和加氢枪干净，隐患较大；一旦出现压降现象容易造成用户恐慌，认为该系统泄漏严重，没有怎么使用就出现了大幅度压降，没有安全保证，不能让用户接受使用。因此对燃料电池车的应用必须保证在汽车正常使用条件下不能够有任何泄漏，同时要保证充分满足汽车各种使用工况下的氢气供应量，即氢气的储存和使用要充分满足安全、可靠、适用的要求。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一燃料电池车车载氢系统，所述车载氢系统的氢气加注模块采用加注口先连接单向阀，再连接压力表的结构，通过所述单向阀避免加注结束后氢气回流，有效的保证整个供气系统安全。

本实用新型的一个目的在于提供一燃料电池车车载氢系统，所述车载氢系统的氢气加注模块采用加注口通过连接一过滤器的结构，使得所述车载氢系统能尽早过滤，以保证进入储氢瓶组中氢气的纯度、避免杂质对阀门等零件造成影响。

本实用新型的一个目的在于提供一燃料电池车车载氢系统，所述车载氢系统的供应模块通过管路低压电磁阀并联一手动截止阀，若管路低压电磁阀失效，氢气无法进入燃料电池反应堆生产电来驱动车辆，此时通过打开所述手动截止阀可以让氢气继续进入燃料电池反应堆，使得车辆可以就近行驶到检修厂进行处理。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种燃料电池车车载氢系统，加氢站中的各个设备均通过氢气管道被设置连接，其特征在于，包括：

氢气加注模块，包括加注口、过滤器、单向阀、压力表；

氢气存储模块，包括储氢瓶、瓶口组合阀和限流阀；

氢气供应模块，包括过滤器、调压阀、压力传感器、管道安全阀、手动截止阀、管路低压电磁阀和球阀；

其中氢气加注模块通过氢气管路连接于氢气存储模块，氢气存储模块通过氢气管路连接于所述氢气供应模块，所述氢气供应模块连接于燃料电池反应堆。

根据本实用新型的一实施例，其中所述加注口和所述压力表固定于一加注面板，以方便操作。

根据本实用新型的一实施例，所述氢气加注模块的所述过滤器为一粗滤过滤器，所述氢气供应模块的所述过滤器为一细滤过滤器。

根据本实用新型的一实施例，其中所述瓶口组合阀包括压力释放装置(即PRD组件)、瓶口电磁阀和手动截止阀，所述压力释放装置连接储氢瓶实现超温超压保护，所述瓶口电磁阀和所述手动截止阀设置在与所述储氢瓶连接的氢气管道上，所述储氢瓶通过所述压力释放装置连接于瓶口的一集中排放口，进一步地，每所述储氢瓶尾设置一温度传感器和一压力释放装置，所述储氢瓶通过所述压力释放装置连接于瓶尾的一集中排放口。

优选地，所述瓶口组合阀还包括温度传感器。

优选地，其中至少一所述瓶口组合阀包括一压力传感器。

优选地，其中所述氢气存储模块可根据用户实际需求增减，设计成储氢瓶两组、三组、四组或更多组数的并联连接结构，所述储氢瓶采用卧式层叠放置，外框使用钢结构支架固定于车厢顶部，储气瓶与底座之间采用减震皮垫使其满足车用抗震要求。

根据本实用新型的一实施例，其中所述氢气供应模块进一步具有一手动放空口和一排气针阀，所述调压阀、所述管道安全阀、所述排气针阀分别连接于所述手动放空口。

根据本实用新型的一实施例，所述管路低压安全阀与所述手动截止阀相并联。

根据本实用新型的一实施例，其中所述调压阀为一个进气口、三个出气口和一个排放口的结构，三个出气口分别连接所述压力传感器、所述管道安全阀和通向燃料电池反应堆的管路。

通过在上述氢气加注模块、氢气存储模块和氢气供应模块中设置压力表、单向阀、过滤器、电磁阀、调压阀等部件组成氢气供应控制系统，所有部件组装前进行去油处理，管路装配过程中应采用严格措施防止杂物、油污等进入或遗留在管内，并且所有管路、阀门等全部采用螺接结构，而不用焊接连接，能够稳定的完成氢气加注、氢气存储和氢气供应功能。本实用新型体现了高效燃料供给、智能灵敏控制、全方位安全保障及系统构成简单、使用安全可靠和维护保养方便等特点。本实用新型的有益效果在于，该燃料电池车车载氢系统能够安全提供氢气供燃料电池车使用，并且能够保证燃料电池车在各种运行工况下能够实现氢气的稳定供给，其设计合理，使用安全，能够适用于城市公交系统及现有氢燃料电池车的行驶动力源提供需要。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的组成框架图。

图2是本实用新型一实施例的氢气加注模块立体结构示意图。

图3是本实用新型一实施例的氢气加注模块立体结构的俯视示意图。

图4是本实用新型一实施例的氢气存储模块与氢气供应模块连接方式的立体结构示意图。

图5是本实用新型一实施例的氢气供应模块部分立体结构示意图。

具体实施方式

下面将通过结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，以使任何所属领域的技术人员能够制造和使用本实用新型。在下面的描述中的实施例仅作为例子和修改物对该领域熟练的技术人员将是显而易见的。在下面的描述中定义的一般原理将适用于其它实施例，替代物，修改物，等效实施和应用中，而不脱离本实用新型的精神和范围。

依本实用新型，其提供一燃料电池车车载氢系统，安装在新能源汽车车厢顶部，能满足储氢、供氢、补氢、排空和吹扫功能。如图1所示，该系统主要由氢气加注模块10、氢气存储模块20和氢气供应模块30构成，其中所述氢气加注模块10依次连接有加注口11、过滤器12、单向阀13和压力表14；所述氢气加注模块10通过氢气管路连接于所述氢气存储模块20，其中所述氢气存储模块20包括储氢瓶21、瓶口组合阀22和限流阀23；所述氢气存储模块20通过氢气管路连接于所述氢气供应模块30，其中所述氢气供应模块30包括过滤器31、调压阀32、压力传感器33、管道安全阀34、管路低压电磁阀36、手动截止阀37和球阀38，所述氢气供应模块30通过氢气管路连接于燃料电池反应堆。

进一步地，其中加注口11为TN1/TN5加注口，如图2所示，其中所述加注口11和压力表14固定在一个加注面板15上，通过集成一体在加注面板15上可以提高结构的稳定性，以方便操作和观察。

优选地，本实用新型所采用的所述压力表14为禁油压力表。

具体地，其中所述氢气加注模块10的所述过滤器12为粗滤过滤器，所述氢气供应模块30的所述过滤器31为细滤过滤器，过滤器用于过滤氢气中所携带的杂质，防止杂质对下游的零部件造成损坏，且能拆卸滤网清洗干净后重新安装。

每所述储氢瓶口依次设置瓶口组合阀22和限流阀23，其中所述瓶口组合阀22包括压力释放装置(即PRD组件)221、瓶口电磁阀222和手动截止阀223，所述压力释放装置221连接于所述储氢瓶21，可实现超温超压保护，以防止气瓶爆炸，每组储氢瓶排放的氢气都经所述压力释放装置221到一集中排放口24排放，所述瓶口电磁阀222和手动截止阀223设置在与储氢瓶21连接的氢气管道上，并且所述瓶口电磁阀222在35MPa下12V或24V就能打开，省电高效；所述手动截止阀223正常情况下保持打开状态，在特殊情况如气密性试验、维修等情况时关闭，可保证储氢瓶阀在维护和检修时的安全性；所述限流阀23用以限制气体流量，防止流量过大造成冲击性破坏。进一步地，每一储氢瓶21尾设置一温度传感器(图中未示出)和一压力释放装置221，所述储氢瓶21通过所述压力释放装置221连接于瓶尾的一集中排放口24，所述压力释放装置221含有易熔塞和爆破片，当气瓶内氢气温度和压力达到一定值并会影响到整车安全性时，实现对气瓶及整车的安全性保护。更进一步地，所述瓶口电磁阀222可在燃料电池系统出现故障时自动、及时地控制氢气流出以保障安全，手动截止阀223是对所述瓶口电磁阀222的补充，是出现系统故障时切断氢气供应的双重保障，限流阀23用于在氢气大量外泄时(如管道破裂造成)及时地截流关闭管路。

进一步地，所述瓶口组合阀22还包括温度传感器(图中未示出)和压力传感器224，可输出信号实时检测储氢瓶内温度和压力的变化情况，并且当加氢时通过压力传感器可以确定需要加氢的储氢瓶。

进一步地，每个储氢瓶21对应一个瓶口组合阀22，其中可以是只要一个所述瓶口组合阀22包括一压力传感器224，或根据需要，可以是每一瓶口组合阀22都包括一压力传感器224，当储氢瓶21中(高压端)压力低于设定压力时，瓶口阀组22内瓶口电磁阀222关闭，停止供气。

虽然本实施例的附图中所述氢气存储模块20为四组，但是本领域的技术人员应当知道，所述氢气存储模块20可根据用户实际需求增减，设计成储氢瓶一组、两组、三组、四组或更多组数的并联连接结构；所述储氢瓶21优选规格为140L、35MPa铝合金内胆碳纤维缠绕储氢瓶，工作温度为-40℃至+85℃、质量≤80kg。这款储氢瓶的储气量大非常适合燃料电池移动发电车使用，所述储氢瓶21采用卧式层叠放置，外框使用钢结构支架固定于车厢顶部，储氢瓶与底座之间采用减震皮垫使其满足车用抗震要求。

所述氢气供应模块30进一步具有一手动放空口39和一排气针阀35，其中所述排气针阀35用于控制气体流出所述手动放空口39，所述调压阀32、所述管道安全阀34、所述排气针阀35分别都与所述手动放空口39相连，所述管道安全阀34用于调压阀32下游压力升高时可及时将多余的压力释放掉以保护下游的零部件；所述手动放空口39用于系统在置换、维修保养时将不需要的氢气排出。更进一步地，其中所述调压阀32为一个进气口、三个出气口和一个排放口的结构，三个出气口分别连接所述压力传感器33、所述管道安全阀34和通向燃料电池反应堆40的管路。

进一步地，所述手动截止阀35与所述管道安全阀34并联，所述手动截止阀37与所述管路低压电磁阀36并联。

如图3至图4所示，运行氢气加注系统10，向储氢瓶21中加注氢气时，先打开相应要加注储氢瓶21的限流阀23等各个阀门，全车的电源系统确认关闭以及加注口11与加氢机的加气枪连接完毕后，35MPa高压氢气通过加注口11进入并依次流向过滤器12、单向阀13和压力表14，因加氢时汽车断电，无法使用压力传感器，故用压力表14实时检测加注压力以免过充。然后分路流向各个限流阀23、瓶口组合阀22后进入储氢瓶21中，其中所述瓶口电磁阀222此时也不通电。由于氢气供应模块设置调压阀32，所以加氢时不用担心氢气经管路直接流入燃料电池反应堆。

具体地，其中所述过滤器12主要用于过滤流经管路后即将进入储氢瓶21的氢气中的杂质及大分子，以保证进入储氢瓶21中氢气的纯度，提高系统运行中的稳定性，减少对供氢管路造成的影响。其中加注口11于压力表14之间设置单向阀13，通过单向阀13保证氢气沿加注方向流动，防止氢气分流和倒灌，避免加注结束后气体回流，若加注口11存在微量泄漏也不会对压降造成影响，而且加注口11容易泄漏的氢气量由于采用所述结构也减少了，有效的保证整个供气系统安全，对于用户的使用和管路安全，都有了进一步的提高。

如图5所示，靠近所述燃料电池反应堆接口40连接一球阀38，以用于紧急情况下关闭。

本实用新型提供的燃料电池车载氢系统氢气供应流程为，打开相应的阀门，使得35MPa高压氢气从储氢瓶21中出来依次通过瓶口阀组22、限流阀23、过滤器31、调压阀32和管路低压电磁阀36，其中所述瓶口电磁阀222和所述管路低压电磁阀36此时通电，并通过调压阀32将35MPa高压氢气转换为低压可用氢气送至燃料电池反应堆，而由于所述氢气加注模块10设置所述单向阀13，所以供氢时不用担心氢气经管路流出所述加注口11。

进一步地，当所述调压阀32的低压端供气压力高于设定压力时，所述管路低压电磁阀36立即断电关闭，禁止超压气体进入燃料电池反应堆，对燃料电池形成保护。更进一步地，所述管路低压电磁阀36并联于手动截止阀37，当所述管路低压电磁阀36失效，氢气就无法进入所述燃料电池反应堆接40生产电来驱动车辆，通过打开所述手动截止阀37可以让氢气继续进入所述燃料电池反应堆接口40，使得车辆可以就近行驶到检修厂进行处理。

在系统维护和检修过程中，需要先排空系统内剩余氢气，再进行维护和更换各部件，更换后需吹扫管路中的夹杂空气。排气时，所述储氢瓶组21、所述瓶口压力释放装置221、所述瓶尾压力释放装置224的氢气汇集在一起通过所述集中排放口24和手动放空口39放散气体，防止外部环境中的明火对车载氢系统造成危害。所述集中排放口24可根据燃料电池车现场布置，一旦车辆发生火灾，当储气瓶受热内部气体温度上升到一定值时，瓶口的所述压力释放装置221排气系统开启，对瓶体内部剩余气体进行安全泄压。气体置换时，打开所有限流阀23和手动截止阀223，先用惰性气体(如氮气)加注入系统，加注到一定压力后停止加注，使惰性气体流经系统中所有管路，再用氢气将惰性气体置换出来，最后通过集中排放口和手动放空口排空达到气体置换功能。

该燃料电池车车载氢系统能够稳定的完成氢气加注、氢气存储和氢气供应功能，氢气加注模块能够使氢气通过氢气加注口、过滤器、单向阀和氢气管道向储气瓶组充填氢气。氢气存储模块能够实现氢气在高压状态下的大容量存储，其储气瓶的瓶口组合阀可以实现稳定和流量可调节的氢气流输送，储气瓶的尾部设置有温度传感器及压力释放装置。氢气供应模块在工作时提供经过压力调控满足需要的稳定氢气流进入燃料电池反应堆。本实用新型体现了高效燃料供给、智能灵敏控制、全方位安全保障、剩余气量测量精度高及系统构成简单、使用安全可靠和维护保养方便等特点。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (6)

1.一种燃料电池车车载氢系统，其特征在于，包括：

氢气加注模块，包括加注口、过滤器、单向阀、压力表；

氢气存储模块，包括储氢瓶、瓶口组合阀和限流阀；

氢气供应模块，包括过滤器、调压阀、压力传感器、管道安全阀、管路低压电磁阀、手动截止阀和球阀；

其中氢气加注模块通过氢气管路连接于氢气存储模块，氢气存储模块通过氢气管路连接于所述氢气供应模块，所述氢气供应模块连接于燃料电池反应堆。

2.根据权利要求1所述的燃料电池车车载氢系统，其中所述加注口和所述压力表固定于一加注面板。

3.根据权利要求1所述的燃料电池车车载氢系统，其中所述瓶口组合阀包括压力释放装置(即PRD组件)、瓶口电磁阀和手动截止阀，所述压力释放装置连接于瓶口的一集中排放口，进一步地，每所述储氢瓶尾设置一温度传感器和一压力释放装置，所述压力释放装置连接于瓶尾的一集中排放口。

4.根据权利要求1和3中任一所述的燃料电池车车载氢系统，其中所述瓶口组合阀还包括温度传感器，至少一所述瓶口组合阀包括一压力传感器。

5.根据权利要求1所述的燃料电池车车载氢系统，其中所述氢气供应模块进一步具有一手动放空口和一排气针阀，所述调压阀、所述管道安全阀、所述排气针阀分别连接于所述手动放空口。

6.根据权利要求1所述的燃料电池车车载氢系统，所述管路低压电磁阀并联于所述手动截止阀。