CN215971896U - 一种固态储氢燃料电池电动三轮车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固态储氢燃料电池电动三轮车，发电舱内设置有固态储氢罐和燃料电池系统，固态储氢罐通过管路与燃料电池系统连接，三轮车上还设有与燃料电池系统电性连接的蓄电池组，燃料电池系统和蓄电池组分别与车体的驱动系统形成供电连接；固态储氢罐上设有加热部件和用于监测其内部温度的温度传感器，蓄电池组与加热部件电性连接，控制装置与温度传感器、蓄电池组、燃料电池系统和驱动系统形成控制连接。本实用新型在三轮车中的发电舱中设置蓄电池组、固态储氢罐和燃料电池系统，蓄电池组为驱动系统提供初始启动电源，使电动三轮车行驶，同时加热固态储氢罐使其释放氢气，并进入燃料电池系统发电，解决续航里程短、充电不方便及动力不足的问题。

Description

一种固态储氢燃料电池电动三轮车

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种固态储氢燃料电池电动三轮车，当然还可以利用在其它两轮电动车或四轮电动车上。

背景技术

近些年来,随着中国经济的迅猛发展,多元化的市场空间不断扩大,短途运输发挥着越来越重要的作用。同时,随着农村道路的不断改善和农民收入的逐渐提高,电动三轮车产品凭借其环保、节能、便捷、实用的优点,越来越多的出现在人们的视野当中。据预测,几年之内,中国电动三轮车的保有量将以千万辆来计算，发展迅猛。

但是在实际应用中发现，现有电动三轮车电力储备主要由铅酸电池和锂离子电池承担，虽然一定程度上克服了污染问题，但废旧电池的回收还不是十分完善，对环境仍有很大威胁，且两者都具备续航短、充电慢、充电难、寿命衰减的问题，并且锂离子电池存在一点的安全隐患和更换价格昂贵的弊端。

实用新型内容

针对现有技术的不足，为了解决目前电动三轮车电池续航短、充电慢、充电难、寿命衰减及更换成本高等缺点，本实用新型提供了一种固态储氢燃料电池电动三轮车，所采用的蓄电池组作为备用电源只负责三轮车启动和固态储氢罐的加热，解决了蓄电池作为主力电源需要短期更换的成本问题，很大程度上减轻了后期回收处理的污染弊端。

一种固态储氢燃料电池电动三轮车，包括车体和设置于所述车体上的发电舱和控制装置，所述发电舱内设置有固态储氢罐和燃料电池系统，所述固态储氢罐通过管路与所述燃料电池系统连接，所述三轮车上设有与所述燃料电池系统电性连接的蓄电池组，所述燃料电池系统和所述蓄电池组分别与所述车体的驱动系统形成供电连接；所述固态储氢罐上还设有加热部件和用于监测其内部温度的温度传感器，所述蓄电池组与所述加热部件电性连接，所述控制装置与所述的温度传感器、蓄电池组、燃料电池系统和驱动系统形成控制连接。

进一步地，所述发电舱设置在所述车体上的座椅下方，所述座椅通过隔热垫与所述发电舱隔离，所述发电舱的迎风面侧设有风冷进气口，所述燃料电池系统靠近所述风冷进气口设置，所述发电舱的背风面侧下部设有排气口。

所述座椅设置在所述发电舱的上端开口处，且在所述发电舱的前端设有活动合页，所述活动合页与所述座椅的前端形成铰接。

所述固态储氢罐与所述燃料电池系统呈平行间隔设置于所述发电舱中，且与所述发电舱的内侧面形成间隙，所述发电舱的底部设有垂直于底部热气流动方向的隔断，所述隔断位于所述固态储氢罐的下端设置在所述隔断上，用于阻隔所述发电舱中的热气短路。

所述燃料电池系统包括燃料电池发电机和功率控制器，所述的燃料电池发电机与所述固态储氢罐通过连接管路连接，且在所述连接管路上还设有截止阀，所述截止阀和蓄电池组分别与所述功率控制器电性连接。

优选地，所述蓄电池组为镍氢蓄电池组，所述燃料电池发电机为质子交换膜燃料电池。

进一步地，所述三轮车上还设有与所述蓄电池组和控制装置电性连接的电源锁。

所述固态储氢罐上还设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制装置通过信号线路连接，用于检测所述固态储气罐中的释放氢气压力。

进一步地，所述车体的车把处还设有与所述控制装置电性连接的仪表显示屏，用于显示车辆工作状态。

所述燃料电池系统为质子交换膜燃料电池。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

A.本实用新型所提供了的固态储氢燃料电池电动三轮车，氢燃料电池系统以氢气作为还原剂，以氧气作为氧化剂，当燃料电池系统工作时，产物只有水，没有废气排放；在电动三轮车开始启动行驶时，蓄电池组为驱动系统提供电源，并使电动三轮车行驶，同时供给其它辅助用电器件和加热部件电源，使其辅助用电器件工作，加热部件产生热后使固态储氢罐中的氢气释放，并进入燃料电池系统中，当达到发电要求时，燃料电池系统将会实现独立为驱动系统和辅助用电器件供电，当存在多余电能时，还会将多余电能存储在蓄电池组中，当存在动力馈电时，蓄电池组会自动补充电能，助力驱动系统，解决了现有电动三轮车续航里程短、充电不方便及动力不足的问题，保证三轮车正常驱动的前提下日常用电设备运行稳定。

B.本实用新型在车体的发电仓中设置了固态储氢罐，能够保证高储氢量的同时氢气供给超高纯度，可重复使用，相比传统储氢罐更加安全。

C.本实用新型通过对发电舱的设计，在发电舱中采用并行且间隔设置的燃料电池系统和固态储氢罐，在固态储氢罐的下端设置隔断，从而使燃料电池系统所产生的热量能够最大化供给到固态储氢罐进行加热，实现节电以及能量利用最大化。

D.本实用新型中的蓄电池组采用镍氢蓄电池组，循环寿命高，无污染，且耐过充过放，具有较高的回收价值，彻底解决传统电动三轮车废电池回收问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型所提供的整车结构示意图；

图2为本实用新型所提供的整车控制结构示意图；

图3为图1中的A部局部放大结构示意图。

图中标识如下：

1-车体，11-车把；

2-发电舱；3-固态储氢罐

4-燃料电池系统

41-燃料电池发电机，42-功率控制器

5-蓄电池组，51-盖板；6-驱动系统；7-温度传感器；8-控制装置

9-座椅；10-隔热垫；20-隔断；30-截止阀；40-电源锁；50-压力传感器60-仪表显示屏；70-货箱；80-DC-DC稳压器；90-辅助用电器件；

a-风冷进气口；b-排气口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，也可以是电性连接；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实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供了一种固态储氢燃料电池电动三轮车，包括车体1和设置于车体1上的发电舱2和控制装置8，在发电舱2内设置有固态储氢罐3和燃料电池系统4，固态储氢罐3通过管路与燃料电池系统4连接，三轮车上还设有与燃料电池系统4电性连接的蓄电池组5，燃料电池系统4和蓄电池组5分别与车体1的驱动系统6形成供电连接；固态储氢罐3上还设有加热部件和用于检测其内部温度的温度传感器7，蓄电池组5与加热部件电性连接，控制装置8与温度传感器7、蓄电池组5、燃料电池系统4和驱动系统6形成控制连接。本实用新型所采用的蓄电池组5采用镍氢蓄电池组5，设置在发电舱2前端的脚踏板处，在镍氢蓄电池组5的上方设有蓄电池盖板21。

如图2所示，燃料电池系统4包括燃料电池发电机41、冷却装置(图中未示出)和功率控制器42，燃料电池发电机41、冷却装置分别与固态储氢罐3通过连接管路连接，且在连接管路上还设有截止阀30，截止阀30和蓄电池组5分别与功率控制器42电性连接。燃料电池发电机41是一种不经过燃烧，直接以电化学反应将存在于燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置，本实用新型优选的燃料电池发电机采用质子交换膜燃料电池，能将氢气与氧气化合成洁净水并释放出电能的技术，这种燃料电池的能量转换效率高达60％以上，具有功率密度高、噪声低等良好性能。截止阀30与功率控制器42相连接，通过功率控制器42调节截止阀30将固态储氢罐3产生的氢气的压力和流量控制到燃料电池发电机41所需的压力和流量，并保证镍氢蓄电池组5健康电量状态。

镍氢蓄电池组5分别与功率控制器42、燃料电池系统4、固态储氢罐3中的加热部件和驱动系统6相连，负责启动初期将固态储氢罐3的加热部件加热到可以放氢的预定温度，及开始放氢前驱动驱动系统6工作，实现三轮车的启动与正常行驶，燃料电池系统4发电后经功率控制器42将多余的电量储存到镍氢蓄电池组5。

镍氢蓄电池组5采用无机电解液体系，其具有的低温性能相比锂系列电池更具优势，能很好的解决冬天低温馈电问题；循环寿命高，无污染，耐过充过放，且具有较高的回收价值，彻底解决传统电动三轮车废电池回收问题。

固态储氢罐3与氢燃料电池系统6、压力传感器50和温度传感器7相连接，是整车的主要动力氢气的储放间，包括储放空间和加热部件，储放空间用于储存固态储氢物，加热部件用于对固态储氢物加热，压力传感器50和温度传感器7与整车控制装置8相连接。整车停机后，固态储氢罐3内释放出的氢气能够进入燃料电池发电机反应室内并对催化剂进行冷却，防止催化剂被氧化，当然还可以设置独立的冷却装置对反应室中的催化剂进行冷却处理。根据仪表显示屏60上的数据通过控制装置自动调控功率控制器42对固态储氢罐3内加热部件的加热效率，以保证放氢效率和整车瞬时加减载，避免燃料电池系统4间歇进氢导致的发电波动过大。

如图1所示，发电舱2优选设置在货箱70前端的整车中段，其上设置座椅9，座椅9通过隔热垫10与发电舱2隔离，发电舱2的迎风面侧设有风冷进气口a，如图3所示，燃料电池系统4靠近风冷进气口a设置，发电舱2的背风面侧下部设有排气口b，从而保证燃料电池系统4散热，并利用余热加热固态储氢罐3，即保证固态储氢罐3温度，缓解了镍氢蓄电池组的供电压力。发电舱2内前后依次安置燃料电池系统4和固态储氢罐3，二者之间形成一供热气流通的间隙，同时燃料电池系统4和固态储氢罐3分别与发电舱的内壁之间形成有间隙，固态储氢罐3与燃料电池系统4呈平行间隔设置于发电舱2中，发电舱2的底部设有隔断20，隔断20位于固态储氢罐3的下端，用于阻隔发电舱2中的热气短路，充分利用发电余热，且与驾驶者零接触，确保安全。从图3中可以看出，燃料电池系统4自身所产生的热量沿着其外部的间隙移动，由于隔断20的存在，不会直接从固态储氢罐3的下端排出至排气口b，而是返回至燃料电池系统4与固态储氢罐3之间的间隙中，沿着此间隙环绕固态储氢罐3，利用余热为固态储氢罐3整体加热，大大提高了加热效率，使燃料电池系统4在较短时间内为驱动系统6进行供电，减少了蓄电池组5为加热部件供电的成本。

虽然发电舱2内具有自身热量补给，仍需温度传感器7监测固态储氢罐3内温度是否达到正常工作的预定温度，不足的温度部分通过自身加热部件完成。

另外，为了拆装固态储氢罐3更加方便，本实用新型在发电舱2的前端设有活动合页(图中未示出)，活动合页与座椅9的一端形成铰接，通过采用前开式打开方式，方便固态储氢罐3的加气以及备用固态储氢罐的更换。

本实用新型所提供的电动三轮车上还设有电源锁40，其设置在车把11上，与整车控制装置相连，并与镍氢蓄电池组直接电性连接，作为车辆识别认证入口和工作的总开关。

当然，电动三轮车上的安全驾驶辅助用电器件90包括大灯、转向灯和喇叭，且各用电器件与氢燃料电池系统统一与DC-DC稳压器80依次相连接，保证用电稳定高效。

驱动系统6设置于货箱70底部用于驱动电动三轮车的正常行驶，驱动系统包括电动机和传动装置。电动机采用以SPWM或PWM方式控制交流电动机或永磁电动机；传动装置置于车厢底部与后轮机械连接，负责动能传输。

本实用新型具体工作情况如下：电动三轮车启动时由镍氢电池蓄电池组5供电驱动驱动系统6，使电动三轮车正常行驶，同时将蓄电池组5的电能供给到固态储氢罐3的加热部件，待温度传感器7检测固态储氢罐3内温度达到预定温度并稳定后，且压力传感器50检测到氢气压力满足燃料电池系统4的发电要求后，由整车的控制装置8自动打开截止阀进气口，使燃料电池系统4进入工作状态，并为整车供电，整车控制装置8通过与其连接的功率控制器42自动调节镍氢蓄电池组5充放电状态；如三轮车爬坡需要较大电力功率且燃料电池供给不及时状态时，镍氢蓄电池组5放电作为补充，当燃料电池系统4发电过剩或镍氢蓄电池组5亏电时，整车控制装置8自动控制燃料电池系统4为镍氢蓄电池组5充电。

上述的温度传感器、压力传感器、冷却装置、燃料电池系统等都可以采用现有技术，这里不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种固态储氢燃料电池电动三轮车，包括车体(1)和设置于所述车体(1)上的发电舱(2)和控制装置(8)，其特征在于，所述发电舱(2)内设置有固态储氢罐(3)和燃料电池系统(4)，所述固态储氢罐(3)通过管路与所述燃料电池系统(4)连接，所述三轮车上还设有与所述燃料电池系统(4)电性连接的蓄电池组(5)，所述燃料电池系统(4)和所述蓄电池组(5)分别与所述车体(1)的驱动系统(6)形成供电连接；所述固态储氢罐(3)上设有加热部件和用于监测其内部温度的温度传感器(7)，所述蓄电池组(5)与所述加热部件电性连接，所述控制装置(8)与所述的温度传感器(7)、蓄电池组(5)、燃料电池系统(4)和驱动系统(6)形成控制连接。

2.根据权利要求1所述的固态储氢燃料电池电动三轮车，其特征在于，所述发电舱(2)设置在所述车体(1)上的座椅(9)下方，所述座椅(9)通过隔热垫(10)与所述发电舱(2)隔离，所述发电舱(2)的迎风面侧设有风冷进气口(a)，所述燃料电池系统(4)靠近所述风冷进气口(a)设置，所述发电舱(2)的背风面侧下部设有排气口(b)。

3.根据权利要求2所述的固态储氢燃料电池电动三轮车，其特征在于，所述座椅(9)设置在所述发电舱(2)的上端开口处，且在所述发电舱(2)的前端设有活动合页，所述活动合页与所述座椅(9)的前端形成铰接。

4.根据权利要求2所述的固态储氢燃料电池电动三轮车，其特征在于，所述固态储氢罐(3)与所述燃料电池系统(4)呈平行间隔设置于所述发电舱(2)中，且与所述发电舱(2)的内侧面形成间隙，所述发电舱(2)的底部设有垂直于底部热气流动方向的隔断(20)，所述固态储氢罐(3)的下端设置在所述隔断(20)上，用于阻隔所述发电舱(2)中的热气短路。

5.根据权利要求1所述的固态储氢燃料电池电动三轮车，其特征在于，所述燃料电池系统(4)包括燃料电池发电机(41)和功率控制器(42)，所述的燃料电池发电机(41)与所述固态储氢罐(3)通过连接管路连接，且在所述连接管路上还设有截止阀(30)，所述截止阀(30)和蓄电池组(5)分别与所述功率控制器(42)电性连接。

6.根据权利要求5所述的固态储氢燃料电池电动三轮车，其特征在于，所述蓄电池组(5)为镍氢蓄电池组，所述的燃料电池发电机(41)为质子交换膜燃料电池。

7.根据权利要求1-6任一所述的固态储氢燃料电池电动三轮车，其特征在于，所述三轮车上还设有与所述蓄电池组(5)和控制装置(8)电性连接的电源锁(40)。

8.根据权利要求1所述的固态储氢燃料电池电动三轮车，其特征在于，所述固态储氢罐(3)上还设有压力传感器(50)，所述压力传感器(50)与所述控制装置(8)通过信号线路连接，用于检测所述固态储氢罐(3)中的释放氢气压力。

9.根据权利要求1所述的固态储氢燃料电池电动三轮车，其特征在于，所述车体(1)的车把(11)处还设有与所述控制装置(8)电性连接的仪表显示屏(60)，用于显示车辆工作状态。

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