CN216153586U - 一种氢气运输车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢气运输车，属于氢燃料电池车辆技术领域，该氢气运输车包括至少一个用于储存氢气的集装气瓶，还包括氢燃料电池动力系统和车载氢系统，车载氢系统包括用于向氢燃料电池动力系统提供氢气的储氢瓶，至少一个集装气瓶通过第一输气装置与车载氢系统相连，至少一个集装气瓶通过第二输气装置与氢燃料电池动力系统相连。本方案使用氢燃料电池动力系统作为整车运行的动力来源，相对于传统动力车辆，可以大大减少污染物的排放，更好地保护环境；该氢气运输车可以利用车辆携带的集装气瓶及时对车载氢系统补充供氢，延长运输里程；本方案在车辆返回时，可以利用集装气瓶的剩余氢气对氢燃料电池动力系统直接供氢，节约了停车加氢的时间。

Description

一种氢气运输车

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池车辆技术领域，尤其涉及一种氢气运输车。

背景技术

目前，氢气的异地运输主要通过氢气运输车辆来实现。氢气管束车是一种用于运输高压氢气的运输工具，通常作为加氢站的主要供氢来源，氢气管束车将氢气运输至各地加氢站，并由氢气管束车向加氢站供氢，再由加氢站向氢燃料电池车辆供氢。氢气管束车一般包括汽车拖车以及设置在汽车拖车上的若干大容积高压氢气瓶，并配置有相应的连接管道、阀门及安全装置等。

目前，常用的氢气运输车辆使用的动力源仍以传动发动机为主，在行驶过程中会出现氮氧化物、碳氧化物、硫氧化合物、颗粒物等污染物。为了降低传统动力车辆对环境造成的危害，目前已有氢燃料电池卡车问世。现有的氢燃料电池卡车的结构如图1所示，主要包括车头01、车载氢系统及燃料电池系统02、集装箱03、车轮04及底盘05。但是，由于各地加氢站建设不均，即使采用氢燃料电池卡车运输氢气，也会因储氢瓶容量限制、无法及时加氢等氢气补给不足的问题，导致运输距离受限，致使氢燃料电池卡车无法像柴油运输车一样进行多地域运输。

因此，如何在降低污染排放的同时延长氢气运输车的运输距离，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种氢气运输车，用于减少排放污染物，并且延长运输距离。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种氢气运输车，包括至少一个用于储存氢气的集装气瓶，还包括氢燃料电池动力系统和车载氢系统，所述车载氢系统包括用于向所述氢燃料电池动力系统提供氢气的储氢瓶，至少一个所述集装气瓶通过第一输气装置与所述车载氢系统相连，至少一个所述集装气瓶通过第二输气装置与所述氢燃料电池动力系统相连。

优选地，所述第一输气装置包括连接于所述集装气瓶与所述车载氢系统之间的增压装置。

优选地，所述第一输气装置包括连接于所述增压装置与所述集装气瓶之间的气体缓冲瓶。

优选地，所述气体缓冲瓶和与其相连的所述集装气瓶之间的输气管路设有第一阀门。

优选地，所述气体缓冲瓶与所述车载氢系统之间的输气管路设有第二阀门。

优选地，所述第二输气装置包括连接于所述集装气瓶与所述氢燃料电池动力系统之间的过滤器。

优选地，所述第二输气装置包括连接于所述集装气瓶与所述氢燃料电池动力系统之间的减压阀。

优选地，所述氢燃料电池动力系统和与其相连的所述集装气瓶之间的输气管路设有第三阀门。

优选地，上述氢气运输车还包括用于容纳所述集装气瓶的集装箱，所述第一输气装置包括设置于所述集装箱上的第一充氢接口，所述第二输气装置包括设置于所述集装箱上的第二充氢接口，所述集装箱上还设置有向加氢站充氢的第三充氢接口。

优选地，上述氢气运输车还包括辅助电池动力系统。

本实用新型提供的氢气运输车，包括至少一个用于储存氢气的集装气瓶，还包括氢燃料电池动力系统和车载氢系统，所述车载氢系统包括用于向所述氢燃料电池动力系统提供氢气的储氢瓶，至少一个所述集装气瓶通过第一输气装置与所述车载氢系统相连，至少一个所述集装气瓶通过第二输气装置与所述氢燃料电池动力系统相连。

本实用新型的工作原理如下：

初始状态下，对氢气运输车进行加氢，使集装气瓶和车载氢系统的储氢瓶均处于额定储氢压力状态下，此时，无需利用集装气瓶对车载氢系统或氢燃料电池动力系统供氢，第一输气装置和第二输气装置处于关闭状态。

工作状态下，车辆起动并开始行进，由车载氢系统向氢燃料电池动力系统供氢，当车载氢系统的储氢瓶剩余储氢量不足以支持车辆继续行驶时，可以开启第一输气装置，并利用集装气瓶向车载氢系统供氢，直至达到供氢目标后关闭第一输气装置，此时，车载氢系统可以再次对氢燃料电池动力系统供氢并支持车辆继续行驶。当车载氢系统再次需要加氢时，可重复上述自加氢过程，从而实现及时供氢，延长车辆的行驶里程。

车辆到达氢气运输目的地后利用集装气瓶对加氢站等设备供氢，集装气瓶内的压力随着供氢过程逐渐降低，供氢结束后，集装气瓶内的压力降低至氢燃料电池动力系统所需供气压力，此时，若车载氢系统的剩余储氢量不足以支持车辆返回时，可开启第二输气装置，将集装气瓶内的剩余氢气直接输送至氢燃料电池动力系统，以实现补充供氢，不仅节省了停车加氢的时间，而且能够延长车辆的行驶里程。

由上述技术方案可知，本实用新型具有以下有益效果：

1)本方案提供的氢气运输车使用氢燃料电池动力系统作为整车运行的动力来源，相对于传统动力车辆，可以大大减少污染物的排放，从而能够更好地保护环境；

2)本方案提供的氢气运输车在运输氢气的过程中，可以利用车辆携带的集装气瓶及时对车载氢系统补充供氢，延长运输里程；

3)本方案在车辆返回时，可以利用集装气瓶的剩余氢气对氢燃料电池动力系统直接供氢，节约了停车加氢的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的氢燃料电池卡车结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例中的氢气运输车的结构框图。

图1至图2中的各项附图标记的含义如下：

01-车头、02-车载氢系统及燃料电池系统、03-集装箱、04-车轮、05-底盘；

1-氢燃料电池动力系统、2-辅助电池动力系统、3-车载氢系统、4-气体缓冲瓶、5-第一阀门、6-第一充氢接口、7-集装气瓶、8-第三充氢接口、9-集装箱、10-第三阀门、11-过滤器、12-减压阀、13-第二充氢接口、14-增压装置、15-第四阀门、16-第二阀门。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参照图2，图2为本实用新型具体实施例中的氢气运输车的结构框图。

为了解决目前氢气运输车存在的污染问题以及氢燃料电池卡车的运输里程受限等问题，本实用新型提供了一种氢气运输车，其具体为可实现自加氢功能的氢燃料电池车辆，该氢气运输车包括至少一个用于储存氢气的集装气瓶7，还包括氢燃料电池动力系统1和车载氢系统3，车载氢系统3包括用于向氢燃料电池动力系统1提供氢气的储氢瓶，至少一个集装气瓶7通过第一输气装置与车载氢系统3相连，至少一个集装气瓶7通过第二输气装置与氢燃料电池动力系统1相连。其中，氢燃料电池动力系统1将氢气与氧气的化学能直接转换成电能，并通过产生的电能驱动电机转动，从而实现对整车的驱动。车载氢系统3可作为氢燃料电池动力系统1的控制系统，包括氢气管理系统(Hydrogen Management System，HMS)和用于向氢燃料电池动力系统1提供氢气的储氢瓶，HMS可用于控制氢气加注、储存、输送、供给等过程，还可以集成其他控制功能。氢气运输车运输的氢气储存在集装气瓶7内部。

本实用新型的工作原理如下：

初始状态下，对氢气运输车进行加氢，使集装气瓶7和车载氢系统3的储氢瓶均处于额定储氢压力状态下，此时，无需利用集装气瓶7对车载氢系统3或氢燃料电池动力系统1供氢，第一输气装置和第二输气装置处于关闭状态。

工作状态下，车辆起动并开始行进，由车载氢系统3向氢燃料电池动力系统1供氢，当车载氢系统3的储氢瓶剩余储氢量不足以支持车辆继续行驶时，可以开启第一输气装置，并利用集装气瓶7向车载氢系统3供氢，直至达到供氢目标后关闭第一输气装置，此时，车载氢系统3可以再次对氢燃料电池动力系统1供氢并支持车辆继续行驶。当车载氢系统3再次需要加氢时，可重复上述自加氢过程，从而实现及时供氢，延长车辆的行驶里程。

车辆到达氢气运输目的地后利用集装气瓶7对加氢站等设备供氢，集装气瓶7内的压力随着供氢过程逐渐降低，供氢结束后，集装气瓶7内的压力降低至氢燃料电池动力系统1所需供气压力，此时，若车载氢系统3的剩余储氢量不足以支持车辆返回时，可开启第二输气装置，将集装气瓶7内的剩余氢气直接输送至氢燃料电池动力系统1，以实现补充供氢，不仅节省了停车加氢的时间，而且能够延长车辆的行驶里程。

优选地，上述氢气运输车还包括用于容纳集装气瓶7的集装箱9，第一输气装置包括设置于集装箱9上的第一充氢接口6，第二输气装置包括设置于集装箱9上的第二充氢接口13，集装箱9上还设置有向加氢站充氢的第三充氢接口8。集装气瓶7安装于集装箱9内部，并通过集装箱9上设置的各个充氢接口向外部输送氢气，在一种具体实施例方案中，集装气瓶7可直接向外界提供压力为20MPa的氢气。本方案在集装箱9上设置不同的充氢接口，可以在组装时将车载氢系统3以及氢燃料电池动力系统1分别通过第一充氢接口6和第二充氢接口13连接于集装箱9，第三充氢接口8则专门用于向外界加氢站等设备供氢，如此设置，可以避免频繁拆卸接头，节省操作时间。

需要说明的是，由于集装气瓶7的额定压力(例如20MPa)一般低于车载氢系统3的额定储氢压力(例如35MPa)，因此，为了保证顺利加氢，需要在集装气瓶7与车载氢系统3之间安装增压系统。优选地，第一输气装置包括连接于集装气瓶7与车载氢系统3之间的增压装置14，如此设置，由集装气瓶7输出的氢气经过进一步加压之后再充装到车载氢系统3的储氢瓶中，满足车载氢系统3的需要。其中，增压装置14可采用压气机。当然，如果集装气瓶7的额定压力与车载氢系统3的储氢瓶的额定压力一致或基本一致，也可以不使用增压装置14，或者将上述增压装置14替换成稳压装置，同样能够满足车载氢系统3的需要。

为了避免集装气瓶7直接与增压装置14连接，增加氢气输送过程中的安全性，进一步优选地，上述第一输气装置还包括连接于增压装置14与集装气瓶7之间的气体缓冲瓶4。集装气瓶7释放的氢气需要先到气体缓冲瓶4内进行暂存，当车载氢系统3需要补充氢气时，再由增压装置14将氢气进一步升压之后输送至车载氢系统3。

优选地，气体缓冲瓶4和与其相连的集装气瓶7之间的输气管路设有第一阀门5。第一阀门5可通过手动操作方式或车载氢系统3自动控制的方式实现开闭动作，以便于根据车载氢系统3的需求进行打开和关闭。

优选地，气体缓冲瓶4与车载氢系统3之间的输气管路设有第二阀门16。第二阀门16的开闭操作方式与第一阀门5类似，故本文不再赘述。当集装气瓶7向气体缓冲瓶4输送氢气时，可以将第二阀门16关闭，当气体缓冲瓶4达到额定压力时，再打开第二阀门16，并通过增压装置14加压后向车载氢系统3供氢。

需要说明的是，第二阀门16可以设置于增压装置14沿供氢方向的管路上游或管路下游，优选地，请参照图2所示，本方案将第二阀门16设置于气体缓冲瓶4与增压装置14之间的输气管路上，并且还在增压装置14与车载氢系统3之间的输气管路上设置有第四阀门15。当车载氢系统3不需要补充氢气时，上述第一阀门5、第二阀门16、第四阀门15以及增压装置14等可以均处于关闭状态。

优选地，氢燃料电池动力系统1和与其相连的集装气瓶7之间的输气管路设有第三阀门10，如图2所示。其中，第三阀门10可以设置于集装箱9内部，也可以设置于集装箱9外部与氢燃料电池动力系统1之间的输气管路上。当集装气瓶7对外界的加氢站等设备供氢结束后，集装气瓶7内还有剩余的氢气，且集装气瓶7的压力一般会降低至0.6MPa以下，此时，可以通过手动操作或车载氢系统3自动控制的方式打开第三阀门10，使用集装气瓶7对氢燃料电池动力系统1直接供氢，节约停车加氢的时间。

优选地，第二输气装置包括连接于集装气瓶7与氢燃料电池动力系统1之间的过滤器11，集装气瓶7释放的氢气经过过滤器11过滤之后再输送至氢燃料电池动力系统1中，可以进一步提高氢燃料电池的工作安全性。

进一步优选地，第二输气装置包括连接于集装气瓶7与氢燃料电池动力系统1之间的减压阀12。当集装气瓶7完成对外界加氢站等设备的供氢之后，如果集装气瓶7内的压力仍然大于氢燃料电池动力系统1所需供氢压力，则可以启动减压阀12对氢气进行降压处理，然后再将减压后的氢气通入氢燃料电池动力系统1中使用，进一步提高了使用安全性。

优选地，上述氢气运输车还包括辅助电池动力系统2，其采用动力电池作为整车动力源，可作为整车起动、加速或延长续航里程的辅助动力系统。具体的，辅助电池动力系统2可以采用锂电池动力系统，锂电池的储存电量一般为10～50千瓦时，当然，本方案还可以选用其他规格的锂电池，本文不再赘述。

下面，结合具体实例来介绍本实用新型提供的氢气运输车的工作过程：

初始状态下，对氢气运输车进行加氢，使集装气瓶7和车载氢系统3的储氢瓶均处于额定储氢压力状态下，此时，无需利用集装气瓶7对车载氢系统3或氢燃料电池动力系统1供氢，气体缓冲瓶4空置，第一阀门5、第二阀门16、第三阀门10、第四阀门15均处于关闭状态，增压装置14处于关闭状态，辅助电池动力系统2处于SOC为100％状态。

工作状态下，车辆起动并开始行进，由车载氢系统3向氢燃料电池动力系统1供氢。当车载氢系统3的储氢瓶剩余储氢量不足以支持车辆继续行驶时，HMS可发出报警信号，提示用户需要补充氢气。用户可选择利用车辆自身携带的集装气瓶7对车载氢系统3供氢，此时，可就近停车，准备使用集装气瓶7进行加氢。

停车后，可以手动打开第一阀门5，由集装气瓶7向气体缓冲瓶4进行充装，此时，可由HMS获取气体缓冲瓶4以及第一阀门5的状态，当气体缓冲瓶4达到自身额定压力时，控制第一阀门5关闭，控制第二阀门16和第四阀门15打开，启动增压装置14。氢气从气体缓冲瓶4经过增压装置14进入车载氢系统3，当HMS提示气体缓冲瓶4内的气体不足以充装车载氢系统3时，控制第二阀门16、第四阀门15以及增压装置14关闭，由HMS提供车载氢系统3的剩余SOC值并显示预估可行驶里程。此时可能出现两种情况，第一种情况下，车载氢系统3没有加氢至额定压力，但是，加氢后的已有储氢量(预估可行驶里程)足够支持车辆行驶至运送地，那么，则不再进行加氢；第二种情况下，车载氢系统3没有加氢至额定压力，并且预估可行驶里程也不足以支持车辆到达运送地，那么，则重复上述向气体缓冲瓶4加氢的步骤，继续向车载氢系统3加氢。当车载氢系统3达到额定压力时，无论是否可以支持车辆行驶到运送地，出于安全考虑，都禁止继续加氢。用户可以等到车载氢系统3剩余氢气不足时再次加氢。

车辆再次行驶时，要求第一阀门5、第二阀门16、第三阀门10和第四阀门15均处于关闭状态，增压装置14也处于关闭状态。

当车辆到达运送地后，可将集装箱9留在运送地后使车辆返回，或者将集装气瓶7内的氢气卸气至运送地加氢站后使车辆返回，本方案根据不同的模式采用不同的车辆返回方式：

在第一种车辆返回方式中，集装箱9连同集装气瓶7留在运送地，在留下集装气瓶7之前，需要打开第一阀门5，对气体缓冲瓶4进行充装，当气体缓冲瓶4到达额定压力时关闭第一阀门5。此时，可以将集装箱9拆卸至运送地，车辆的其他部分则可自行返回。车载氢系统3还可以通过外部加氢站进行加注氢气至额定压力，此时，上述第一至第四阀门均处于关闭状态，气体缓冲瓶4处于额定压力状态。当该氢气运输车返回时，还可使用辅助电池动力系统2作为辅助动力源。

在第二种车辆返回方式中，集装箱9不留在运送地，将集装气瓶7内的氢气卸气至运送地加氢站之后，集装箱9连同集装气瓶7随车辆一同返回。为了尽可能延长车辆返回时的行驶里程，车载氢系统3可通过外部加氢站进行加注氢气至额定压力，此时，上述第一至第四阀门也均处于关闭状态。当车载氢系统3的储氢瓶剩余氢气无法支持动力系统工作时，启动集装气瓶7供氢。集装气瓶7在卸气后，瓶内压力一般降低至0.6MPa以下，该部分剩余氢气是无法通过卸气柱卸气到加氢站的，此时集装气瓶7内的气体压力低且符合氢燃料电池动力系统1所需氢气压力，因此，可采用由集装气瓶7直接向氢燃料电池动力系统1供氢的方式进行供氢，即，打开第三阀门10，氢气通过过滤器11后输送至氢燃料电池动力系统1。此时，辅助电池动力系统2作为辅助动力源。如果集装气瓶7内的压力大于0.6MPA，则启动减压阀12，将氢气进行降压处理后再通入到氢燃料电池动力系统1中。在第二种车辆返回方式中，本方案还可以利用集装气瓶7内剩余氢气实现供氢，节约了利用加氢站加氢的时间。

需要说明的是，本领域技术人员可以对HMS的控制逻辑进行定制，以使HMS具有不同的控制功能。本方案涉及的HMS可以配置独立电源或外置电源独立接口，并可根据整车工作模式需求自动唤醒，还可以对集装箱9及集装气瓶7的各个接口进行监测和控制，并对气体缓冲瓶4及增压装置14进行监测和控制，本方案中的HMS还具备预警机制，可在系统出现风险时进行预警。

在车辆运行期间，HMS可以全程记录并控制车载氢系统3、集装气瓶7、气体缓冲瓶4以及增压装置14等，通过多次运输，可实现系统策略优化。HMS在车辆返程时能够选择是否需要对车载氢系统3进行加氢或者是否使用车载氢系统3储存的氢气，也可以在去程时对续驶里程预估进行修正，从而实现了氢气利用最优化。

需要说明的是，在不使用集装气瓶7对车载氢系统3或氢燃料电池动力系统1进行加氢的时候，上文所述的第一阀门5至第四阀门15以及增压装置14均处于关闭状态。

本实用新型具有以下有益效果：

1)本方案提供的氢气运输车使用氢燃料电池动力系统1作为整车运行的动力来源，相对于传统动力车辆，可以大大减少污染物的排放，从而能够更好地保护环境；

2)本方案提供的氢气运输车在运输氢气的过程中，可以利用车辆携带的集装气瓶7及时对车载氢系统3补充供氢，延长运输里程；

3)本方案在车辆返回时，可以利用集装气瓶7的剩余氢气对氢燃料电池动力系统1直接供氢，节约了停车加氢的时间，进一步延长车辆行驶里程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种氢气运输车，包括至少一个用于储存氢气的集装气瓶，其特征在于，还包括氢燃料电池动力系统和车载氢系统，所述车载氢系统包括用于向所述氢燃料电池动力系统提供氢气的储氢瓶，至少一个所述集装气瓶通过第一输气装置与所述车载氢系统相连，至少一个所述集装气瓶通过第二输气装置与所述氢燃料电池动力系统相连。

2.根据权利要求1所述的氢气运输车，其特征在于，所述第一输气装置包括连接于所述集装气瓶与所述车载氢系统之间的增压装置。

3.根据权利要求2所述的氢气运输车，其特征在于，所述第一输气装置包括连接于所述增压装置与所述集装气瓶之间的气体缓冲瓶。

4.根据权利要求3所述的氢气运输车，其特征在于，所述气体缓冲瓶和与其相连的所述集装气瓶之间的输气管路设有第一阀门。

5.根据权利要求4所述的氢气运输车，其特征在于，所述气体缓冲瓶与所述车载氢系统之间的输气管路设有第二阀门。

6.根据权利要求1所述的氢气运输车，其特征在于，所述第二输气装置包括连接于所述集装气瓶与所述氢燃料电池动力系统之间的过滤器。

7.根据权利要求6所述的氢气运输车，其特征在于，所述第二输气装置包括连接于所述集装气瓶与所述氢燃料电池动力系统之间的减压阀。

8.根据权利要求1所述的氢气运输车，其特征在于，所述氢燃料电池动力系统和与其相连的所述集装气瓶之间的输气管路设有第三阀门。

9.根据权利要求1所述的氢气运输车，其特征在于，还包括用于容纳所述集装气瓶的集装箱，所述第一输气装置包括设置于所述集装箱上的第一充氢接口，所述第二输气装置包括设置于所述集装箱上的第二充氢接口，所述集装箱上还设置有向加氢站充氢的第三充氢接口。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的氢气运输车，其特征在于，还包括辅助电池动力系统。

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