CN216374196U - 一种氢燃料电池供电系统及牵引车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢燃料电池供电系统及牵引车，所述氢燃料电池供电系统安装在挂车上并用于为动力锂电池组供电，所述氢燃料电池供电系统包括燃料电池反应堆以及若干可拆卸设于所述挂车上的储氢罐，所述储氢罐与所述燃料电池反应堆连通。本实用新型将整个氢燃料电池供电系统安装在挂车上，以此利用挂车空间大的优点，增加了储氢量，从而提高了辆续航里程；另外将燃料电池反应堆和储氢罐均设置在挂车上，可降低两者连接结构的复杂性，从而方便了挂车的整体拆卸和更换，并确保单一氢燃料电池供电系统的完整性和相匹配性。

Description

一种氢燃料电池供电系统及牵引车

技术领域

本实用新型涉及新能源车技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池供电系统及牵引车。

背景技术

在排放要求日益严格、相关标准逐渐完善的今天，电动化成为大势所趋的背景下，中重型车也需要有进行零污染零排放的有效路径；目前港口使用的牵引车，主要依靠柴油机驱动，工作过程中有大量的空气污染物和温室气体排放，能量转化率低，能耗损失大。

码头的特殊装卸工况配置导致码头低速牵引车存在频繁空载、重载起步、加速、急停、长时间开机等候作业的特点，工作状态多样、复杂。现阶段传统燃油牵引车存在以下几个缺点：

(1)牵引车起步时，发动机振动和噪声的影响，整车的舒适性较低；

(2)因装机发动机功率配置高，在空载、轻载时功率过剩而导致燃油经济性差、重载加速时功率不足而导致冒黑烟污染环境；

(3)没有配备制动能量回收系统，频繁减速、刹车产生大量的热量损失；

(4)整车起步时，发动机动力响应较慢，启动加速较慢，影响牵引车工作效率；

(5)因牵引车需长时间开机等候作业，传统牵引车为满足空调、大灯等用电需求，发动机必须处于运转状态，燃油/燃气损失严重。

大力发展新能源汽车是应对全球能源短缺和环境污染的重大战略举措；在众多的新能源汽车中，燃料电池车因其具有零污染零排放、效率高、续航里程长、燃料来源多元化、能源可再生等优势而被认为是未来汽车工业可持续发展的重要方向，是解决全球能源问题和气候变化的理想新能源动力解决方案；但是由于一般的燃料电池车把整个储氢系统安装在前面的牵引车头上，这样存在以下缺点：

(1)侵占牵引车头的空间，由于氢气密度极低，导致储气系统体积庞大，会侵占牵引车空间，导致其他部件布置不便；

(2)由于氢气使用高压气瓶储存(35MPa),一旦泄露，将会喷射出来，造成喷射气流伤害，并且由于高气压本身也可能存在爆炸隐患，增加了风险；

(3)由于氢气极易燃烧，布置在牵引车头上，存在火灾隐患，威胁驾驶员生命安全；

(4)由于牵引车头空间限制，装载氢气重量有限，导致车辆行驶里程捉襟见肘。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有的技术缺陷，提供一种牵引车，将氢燃料电池供电系统的燃料电池反应堆和储氢罐均安装在挂车上，以此利用挂车空间大的优点，增加了储氢量，从而提高了辆续航里程。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种氢燃料电池供电系统，其安装于挂车上并用于为外部的动力锂电池组供电，所述氢燃料电池供电系统包括燃料电池反应堆以及若干可拆卸设于所述挂车上的储氢罐，所述储氢罐与所述燃料电池反应堆连通。

进一步的，所述氢燃料电池供电系统还包括用于为所述燃料电池反应堆降温的散热器。

进一步的，所述储氢罐和燃料电池反应堆通过托架排列设于所述挂车的下端。

进一步的，所述储氢罐与所述燃料电池反应堆通过第一管路连通，且在所述第一管路上设有控制其通断的第一阀门。

进一步的，所述燃料电池反应堆上还设有与外部连通的第二管路，且所述第二管路上设有控制其通断的第二阀门。

本实用新型还提供了一种牵引车，包括前端的牵引车头以及可拆卸设于牵引车头后端的挂车，所述挂车上设有如上述任一项所述的氢燃料电池供电系统，所述牵引车头上设有用于驱动牵引车头运动的电机以及为电机供电的动力锂电池组，所述燃料电池反应堆与所述动力锂电池组电连接。

进一步的，所述牵引车还包括设于所述牵引车头上的电气组件，所述电气组件分别与所述燃料电池反应堆和电机电连接。

所述电气组件包括串联的升压DC-DC转换器和逆变器，所述升压DC-DC 转换器的输入端与所述燃料电池反应堆电连接，所述升压DC-DC转换器的输出端与所述逆变器的输入端电连接，所述逆变器的输出端与所述电机电连接，所述动力锂电池组分别与所述升压DC-DC转换器的输出端和所述逆变器的输入端电连接。

进一步的，所述电气组件还包括辅助设备，所述辅助设备与所述动力锂电池组和/或氢燃料电池供电系统连接，所述辅助设备用于输入供电和输出供电。

进一步的，所述辅助设备包括充电输入端口和供电输出端口，所述充电输入端口用于为所述动力锂电池组供电，所述供电输出端口用于为外部设备供电。

进一步的，所述牵引车还包括设于所述牵引车头一侧的控制箱，所述电气组件设于所述控制箱内。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型中通过将氢燃料电池供电系统的燃料电池反应堆和储氢罐均安装在挂车上，以此利用挂车空间大的优点，可在挂车上安装若干个储氢罐，增加了储氢量，从而提高了辆续航里程；另外将燃料电池反应堆和储氢罐均设置在挂车上，可减少两者间的连接管路长度和降低连接结构的复杂性，避免在牵引车上分离并更换挂车时需要将燃料电池反应堆和储氢罐拆分开来，从而方便了挂车的整体拆卸和更换，并确保单一氢燃料电池供电系统的完整性和相匹配性。

相较于传统的燃油牵引车，本实用新型提供的牵引车通过氢燃料电池供电系统产生电能，再将产生的电能输送至电机，利用电机驱动牵引车头运动，具有能量转换率高和节能环保的优势，首先氢燃料电池牵引车排放物只有水，其次氢燃料电池没有活塞或涡轮等机械部件及中间环节，不经历热机过程，不受热力循环(卡诺循环)限制，故能量转换效率极高，是普通内燃机热效率的2倍以上；另外加氢时间短，续驶里程长，大幅度提高牵引车作业效率；燃料电池属于静态能量转换装置，除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件，因此与内燃机牵引车相比，摆脱了马达的轰鸣，运行过程中噪声和振动都较小。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为实施例1中挂车的示意图；

图2为实施例1中氢燃料电池供电系统的结构框图；

图3为实施例2中牵引车的示意图；

图4为实施例2中牵引车头的示意图；

图5为实施例2中牵引车的结构框图。

具体实施方式

为了更充分的理解本实用新型的技术内容，下面将结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步介绍和说明；需要说明的是，正文中如有“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的部件等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

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，本领域技术人员在没有作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。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例所示的一种氢燃料电池供电系统，安装在挂车2上并用于为动力锂电池组供电，氢燃料电池供电系统包括燃料电池反应堆4以及若干可拆卸设于挂车2上的储氢罐5，储氢罐5与燃料电池反应堆4连通；氢燃料电池供电系统通过氢氧发生化学反应产生电能，一方面输出12/24V直流电，另一方面将产生的电能输送至动力锂电池组进行储存；上述中，通过将氢燃料电池供电系统的燃料电池反应堆和储氢罐安装在挂车上，以此利用挂车空间大的优点，可在挂车上安装若干个储氢罐，增加了储氢量，从而提高了辆续航里程；另外将燃料电池反应堆和储氢罐均设置在挂车上，可减少两者间的连接管路长度和降低连接结构的复杂性，避免在牵引车上分离并更换挂车时需要将燃料电池反应堆和储氢罐拆分开来，从而方便了挂车的拆卸和更换，并确保单一氢燃料电池供电系统的完整性和相匹配性。

具体的，该氢燃料电池供电系统还包括用于为燃料电池反应堆4降温的散热器11，利用散热器提高散热效果和散热性能，确保燃料电池反应堆的安全与稳定性。

具体的，储氢罐5和燃料电池反应堆4通过托架12排列设于挂车2的下端，可减少该氢燃料电池供电系统对挂车上部空间的影响。

本实施例中，储氢罐5与燃料电池反应堆4通过第一管路13连通，且在第一管路13上设有控制其通断的第一阀门14；燃料电池反应堆4上还设有与外部连通的第二管路15，且第二管路15上设有控制其通断的第二阀门16；利用阀门来控制两管路的通断，方便控制氢燃料电池供电系统的工作状态，通过第一管路和第二管路向燃料电池反应堆中分别供给氢气和空气，氢气与空气中的氧气发生化学反应从而产生电能。

实施例2

如图3至图5所示，本实施例所示的一种牵引车，包括前端的牵引车头 1以及可拆卸设于牵引车头1后端的挂车2，该牵引车还包括设于牵引车头1 上并用于驱动牵引车头1运动的电机3以及为电机3供电的动力锂电池组9，挂车2上设有为动力锂电池组9供电的氢燃料电池供电系统，氢燃料电池供电系统包括燃料电池反应堆4以及若干可拆卸设于挂车2上的储氢罐5，储氢罐5与燃料电池反应堆4连通并为燃料电池反应堆4供给氢气，动力锂电池组9分别与燃料电池反应堆4和电机3电连接；上述中，通过将氢燃料电池供电系统的燃料电池反应堆和储氢罐安装在挂车上，以此利用挂车空间大的优点，可在挂车上安装若干个储氢罐，增加了储氢量，从而提高了辆续航里程；另外将燃料电池反应堆和储氢罐均设置在挂车上，可减少两者间的连接管路长度和降低连接结构的复杂性，避免在分离并更换挂车时需要将燃料电池反应堆和储氢罐拆分开来，从而方便了挂车的拆卸和更换，并确保单一氢燃料电池供电系统的完整性和相匹配性；相较于传统的燃油牵引车，该牵引车通过氢燃料电池供电系统产生电能，再将产生的电能依次输送至动力锂电池组和电机，利用电机驱动牵引车头运动，具有能量转换率高和节能环保的优势。

本实施例中，该牵引车还包括设于牵引车头1一侧的控制箱6以及设于控制箱6内的电气组件，该电气组件包括串联的升压DC-DC转换器7和逆变器8，升压DC-DC转换器7的输入端与燃料电池反应堆4电连接，升压DC-DC 转换器7的输出端与逆变器8的输入端电连接，逆变器8的输出端与电机3 电连接，动力锂电池组9分别与升压DC-DC转换器7的输出端和逆变器8的输入端电连接；具体的，氢燃料电池供电系统通过氢氧发生化学反应产生电能，一方面输出12/24V直流电，另一方面通过升压DC-DC转换器将氢燃料电池供电系统产生的电能输送至动力锂电池组9进行储存，避免电能浪费，通过逆变器转换为交流电并输送至电机，电机驱动牵引车头运动；还可以是利用动力锂电池组9中储存的电量作为供电电源，在氢燃料电池供电系统缺少原料或其它故障而不发生反应时紧急使用，从而在该牵引车设有两套组合式的供电系统，提高供电可靠性；可知地，可将电机通过传动轴与牵引车头上的驱动轮连接，从而驱动牵引车头运动。

本实施例中，电气组件还包括辅助设备10，辅助设备10与动力锂电池组9、氢燃料电池供电系统连接，辅助设备10用于输入供电和输出供电；具体的，辅助设备10包括充电输入端口17和供电输出端口18，充电输入端口用于为动力锂电池组9和/或氢燃料电池供电系统供电，即可通过外部电源为动力锂电池组9进行充电，使其形成燃气和充电双用车，供电输出端口用于为外部设备供电，以便于氢燃料电池港口牵引车的多样化使用。

具体的，氢燃料电池供电系统还包括用于为燃料电池反应堆4降温的散热器11。

本实施例中，储氢罐5和燃料电池反应堆4通过托架12排列设于挂车2 的下端，方便储氢罐的拆卸和安装。

本实施例中，牵引车头1包括车体101以及设于车体101上端的驾驶室 100，车体101上的驱动轮与电机传动连接。

本实施例中，储氢罐5与燃料电池反应堆4通过第一管路13连通，且在第一管路13上设有控制其通断的第一阀门14；燃料电池反应堆4上还设有与外部连通的第二管路15，且第二管路15上设有控制其通断的第二阀门16；利用阀门来控制两管路的通断，方便控制氢燃料电池供电系统的工作状态，通过第一管路和第二管路向燃料电池反应堆中分别供给氢气和空气，从而发生化学反应产生电能。

由上述可知，该牵引车采用氢燃料电池供电系统和动力锂电池组的组合方式进行能量输送，配备高倍率的动力锂电池组，牵引车动力系统通过检测电机所需输出功率，控制动力锂电池组进行功率输出，使得动力锂电池组的输出功率始终与负载需求功率一致，再通过氢燃料电池供电系统对动力锂电池组进行补电；氢燃料电池供电系统配备一定容积的储氢罐，储存氢燃料电池供电系统工作时所需要的氢气，在工作时，将氢和氧输入燃料电池组内的燃料电池反应堆内，发生化学反应产生电能，并通过升压DC-DC转换器将电能传递到动力锂电池组内，储存在动力锂电池组内后用于驱动电机的工作。

于其它实施例中，该牵引车还包括控制器(图中未示出)，控制器包括整车动力总成控制器和子控制器，整车动力总成控制器与子控制器协同作用控制牵引车的能量输出，使得牵引车在不同的工况下能够稳定可靠的运行。子控制器包括氢燃料电池供电系统控制器、锂电池控制器、电机控制器和电附件控制器。氢燃料电池控制器与氢燃料电池供电系统连接以控制其电能的产生和输出，在动力锂电池组储存的电量低于设定值时，氢燃料电池供电系统控制器控制氢燃料电池供电系统工作产生电能，并将产生的电能通过升压 DC-DC转换器补给输入到动力锂电池组。锂电池控制器与动力锂电池组连接以控制电能的输入和输出，保障动力锂电池组能够稳定可靠的进行充电和电量输出；电机控制器与电动机连接，以控制电机的工作状态，使得电机在复杂工况下可进行稳定可靠的工作；电附件控制器用于控制整车电子附件的工作状态，此处所述整车电子附件包括空调、大灯、警示灯、多媒体控制系统、散热器和阀门等。

于其它实施例中，该牵引车还包括动能回收装置(图中未示出)，动能回收装置用于牵引车制动时的动能回收，在重载刹车的过程中能够有效的利用牵引车的惯性进行能量回收，提升牵引车的能源利用率。具体地，动能回收装置的一端与电机连接，另一端与动力锂电池组连接，当牵引车刹车制动时，以往通过刹车鼓消耗的能量回馈至动力锂电池组，通过动力锂电池组回收储存后，一方面可以降低牵引车的能量消耗，另一方面还可减少制动鼓损耗。更多的在刹车制动时，还可由电机负扭矩将产生的能量回收至动力锂电池组内，从而达到节能，减少刹车片损耗的目的。

上述各实施例中牵引车的工作模式如下：

模式一、纯锂电池输出电动行驶模式，通过动力锂电池组输出电能，再通过逆变器输入到电机，电机驱动车体运动。

模式二、氢燃料电池供电系统输出模式，氢燃料电池供电系统配备燃料电池反应堆和储氢罐，在工作时，将氢和氧输入到燃料电池反应堆，发生化学反应产生电能，并通过升压DC-DC转换器将电能输送至动力锂电池组，再运用模式一的方式驱动车体运动。

模式三、随功率控制模式，由整车动力总成控制器计算牵引车所需输出功率，并将需求功率发送至动力锂电池组，动力锂电池组跟随相应的功率变化进行准确的电能传导，提高牵引车的能源使用效率。

模式四、制动能量回收模式，当牵引车制动刹车时，以往由刹车鼓消耗的能量通过动能回收装置将能量回馈至动力锂电池组，由动力锂电池组储存，从而降低能源消耗，减少制动鼓损耗。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述氢燃料电池供电系统安装于挂车上并用于为外部的动力锂电池组供电，所述氢燃料电池供电系统包括燃料电池反应堆以及若干可拆卸设于所述挂车上的储氢罐，所述储氢罐与所述燃料电池反应堆连通；所述氢燃料电池供电系统还包括用于为所述燃料电池反应堆降温的散热器。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述储氢罐和燃料电池反应堆通过托架排列设于所述挂车的下端。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池供电系统，其特征在于，所述储氢罐与所述燃料电池反应堆通过第一管路连通，且在所述第一管路上设有控制其通断的第一阀门；所述燃料电池反应堆上还设有与外部连通的第二管路，且所述第二管路上设有控制其通断的第二阀门。

4.一种牵引车，包括前端的牵引车头以及可拆卸设于牵引车头后端的挂车，其特征在于，所述挂车上设有如权利要求1-3任一项所述的氢燃料电池供电系统，所述牵引车头上设有用于驱动牵引车头运动的电机以及为电机供电的动力锂电池组，所述燃料电池反应堆与所述动力锂电池组电连接。

5.根据权利要求4所述的牵引车，其特征在于，还包括设于所述牵引车头上的电气组件，所述电气组件分别与所述燃料电池反应堆和电机电连接。

6.根据权利要求5所述的牵引车，其特征在于，所述电气组件包括串联的升压DC-DC转换器和逆变器，所述升压DC-DC转换器的输入端与所述燃料电池反应堆电连接，所述升压DC-DC转换器的输出端与所述逆变器的输入端电连接，所述逆变器的输出端与所述电机电连接，所述动力锂电池组分别与所述升压DC-DC转换器的输出端和所述逆变器的输入端电连接。

7.根据权利要求6所述的牵引车，其特征在于，所述电气组件还包括辅助设备，所述辅助设备与所述动力锂电池组和/或氢燃料电池供电系统连接，所述辅助设备用于输入供电和输出供电。

8.根据权利要求7所述的牵引车，其特征在于，所述辅助设备包括充电输入端口和供电输出端口，所述充电输入端口用于为所述动力锂电池组供电，所述供电输出端口用于为外部设备供电。

9.根据权利要求8所述的牵引车，其特征在于，还包括设于所述牵引车头一侧的控制箱，所述电气组件设于所述控制箱内。

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