CN217455696U - 一种基于氢发动机的增程式电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体为一种基于氢发动机的增程式电动汽车，具体包括车体、设于车体上的传动系统和动力系统，动力系统上连有氢增程器，氢增程器包括依次连接的储氢系统、氢发动机和发电机，储氢系统包括气路和与气路相连通的氢气瓶，气路上设有加入氢气的加氢口模块、将高压氢气减压至设定压力状态的减压阀模块和管理多路瓶阀的氢控制器。本方案中的氢发动机没有一氧化碳、二氧化碳和碳烟的排放，符合绿色环保的要求，可保护生态环境。

Description

一种基于氢发动机的增程式电动汽车

技术领域

本实用新型涉及一种基于氢发动机的增程式电动汽车，属于电动汽车技术领域。

背景技术

增程式电动汽车作为传统燃油车和纯电动汽车的过渡车型，兼顾了传统燃油车和纯电动汽车的优点，但目前增程式电动汽车的增程器多为燃油增程器，仍会排放二氧化碳及有害气体对环境造成损害。且随着国家碳达峰碳中和目标的确定，现迫切需要寻找可作为替代品的清洁能源来用于增程式电动汽车。

氢是宇宙中最丰富的物质之一，氢能具有热值高、能量转化率高等特点，是一种理想的清洁能源，氢气燃烧时只产生热量和水，以氢气为燃料的增程器完全符合当下新能源汽车的定义。氢发动机的基本原理与普通的汽油或柴油发动机原理一样，但氢内燃机里的燃料是氢气，使发动机摆脱了对化石能源的依赖，转向绿色氢能。氢发动机还比传统汽油发动机干净，输出功率给发电机进而给动力电池充电，使电动汽车既可以配置较少的动力电池容量，又不会给用户带来里程焦虑。随着上游氢能产业链的发展，特别是中石化等能源巨头参与加氢站的建设，未来氢能汽车加氢也会像加油一样越来越方便。氢发动机增程器成本上比目前热门的氢燃料电池系统低。

综上所述，如何设计一种基于氢发动机的增程式电动汽车，是目前电动汽车领域亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供的基于氢发动机的增程式电动汽车，以氢气作为燃料，摆脱了对传统化石能源的依赖，且没有一氧化碳、二氧化碳和碳烟的排放，利于生态环境的保护。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于氢发动机的增程式电动汽车，包括车体、设于车体上的传动系统和驱动传动系统工作的动力系统，动力系统上连有氢增程器，氢增程器包括依次连接的储氢系统、氢发动机和发电机；储氢系统包括气路和与气路相连通的氢气瓶，气路上设有加入氢气的加氢口模块、将高压氢气减压至设定压力状态的减压阀模块和管理多路瓶阀的氢控制器。

优选地，加氢口模块包括加氢嘴、过滤器一和单向阀一，加氢嘴与加氢站的加氢枪对接，过滤器一和单向阀一设于气路上且过滤器一设于加氢嘴和单向阀一之间。

优选地，减压阀模块包括连接于气路上的减压阀、安全阀和泄压截止阀一；安全阀和泄压截止阀一均与低压排气管路相连接。

优选地，减压阀模块还包括连接于气路上的用于保护减压阀的过滤器二及检测气压状况的压力传感器一。

优选地，氢气瓶内设有单向阀二和过滤器三。

优选地，氢气瓶的瓶口设有瓶口阀模块，瓶口阀模块包括连接于气路上的电磁阀、温度传感器、高压截止阀和TPRD。

优选地，气路上还设有氢浓度传感器和压力传感器二。

优选地，氢发动机包括高压氢轨组件、高压喷氢器、火花塞、进气阀、排气阀和发动机运动组件；通过高压氢轨组件将氢气增压至设定的高压状态，进而氢气进入高压喷氢器并喷射到燃烧室，再由火花塞点火，在进气阀及排气阀的开闭配合下完成燃烧做功，再经发动机运动组件将机械能进行传递。

优选地，氢气瓶的数量根据放置空间及续驶里程的要求进行设置。

优选地，发电机的输出电压不小于350V。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的电动汽车以氢气为燃料，排放比传统汽油发动机干净，通过输出功率给发电机进而给动力电池充电，使电动汽车既可以配置较少的动力电池容量，又不会给用户带来里程焦虑。且随着上游氢能产业链的发展，特别是中石化等能源巨头参与加氢站的建设，未来氢能汽车加氢也会像加油一样方便。

2、氢发动机增程器在成本上比目前热门的氢燃料电池系统低，可节约制造成本。

3、氢发动机里的燃料是氢气，氢发动机是传统发动机的拓展，可使发动机摆脱对化石能源的依赖，转向绿色氢能，使发动机COx排放接近于零，利于节能减排及生态环境的保护。

4、本实用新型中的氢发动机不需要热机、不存在冷起动问题。

5、本实用新型中的发动机可以运行于高效率工况，能耗低。

6、本实用新型可运用于客车，卡车及大型乘用车等交通工具上，适用范围广。

附图说明

图1为电动汽车中动力系统和传动系统的连接结构示意图。

图2为氢增程器中储氢系统的气路结构示意图。

图3为氢增程器中氢发动机的结构示意图。

附图标记包括：加氢口模块1、加氢嘴11、过滤器一12、单向阀一13、氢气瓶2、单向阀二21，过滤器三22、瓶口阀模块3、电磁阀31、温度传感器32、高压截止阀33、TPRD34、压力传感器二41、减压阀模块5、过滤器二51、减压阀52、压力传感器一53、安全阀54、泄压截止阀一55、氢控制器6、氢浓度传感器7、传动系统8、外部环境9、动力电池91、车用蓄电池92、氢增程器93、储氢系统93-1、氢发动机93-2和发电机93-3、能量分配单元94、驱动电机95、行走轮10、高压氢轨组件101、高压喷氢器102、火花塞103、进气阀104、排气阀105、活塞107。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本实用新型的实施例做详细说明：

一种基于氢发动机的增程式电动汽车，包括车体、设于车体上的传动系统8和驱动传动系统8工作的动力系统，整车由整车控制器VCU进行控制；动力系统包括驱动电机95，传动系统8由驱动电机95驱动。车体侧部还连接有行走轮10，动力系统可驱动传动系统8带动行走轮10行走，进而使得整车进行运动。如图1所示，动力系统包括动力电池91和车用蓄电池92，动力系统上还连有氢增程器93，氢增程器93包括依次连接的储氢系统93-1、氢发动机93-2和发电机93-3，通过储氢系统93-1将氢气输送给氢发动机93-2，氢发动机93-2燃烧氢气并将化学能转化为机械能，通过机械能带动发电机93-3运动。氢增程器93以电能的形式给动力电池91补电，当动力电池91的电量SOC值低于设定值（如20%）时，整车控制器VCU启动储氢系统93-1及氢发动机93-2，输出功率给发电机93-3，发电机93-3输出电能给动力电池91充电；当动力电池91的电量SOC值高于设定值（如90%）时，关闭储氢系统93-1及氢发动机93-2，以避免氢发动机93-2反复启停，利于提高氢发动机93-2的工作效率。

如图2所示，储氢系统93-1包括气路和与气路相连通的氢气瓶2，气路上设有若干阀门，气路上还设有加入氢气的加氢口模块1、将高压氢气减压至设定压力状态的减压阀模块5和管理多路瓶阀的氢控制器6。

加氢口模块1包括加氢嘴11、过滤器一12和单向阀一13，加氢嘴11与加氢站的加氢枪对接，向氢气瓶2内注入高压氢气；过滤器一12和单向阀一13设于气路上且过滤器一12设于加氢嘴11和单向阀一13之间；过滤器一12用于过滤来自气源的固体杂质，确保储氢系统93-1内的各个阀门不受固体杂质的污染损坏。

减压阀模块5包括连接于气路上的减压阀52、安全阀54和泄压截止阀一55；安全阀54和泄压截止阀一55均与低压排气管路相连接。减压阀52用于将高压氢气减压至设定的压力状态后再向氢发动机93-2供气，同时在氢发动机93-2停机时，能可靠锁闭，切断氢气供应。安全阀54与低压排气管路连接，用于在减压阀52出现锁闭故障而导致出口压力超压时，通过低压排气管路泄放超压氢气至外部环境9中，确保储氢系统93-1的安全。泄压截止阀一55与低压排气管连接，用于车辆维修、保养时，主动排放下游管路内的氢气。减压阀模块5还包括连接于气路上的用于保护减压阀52的过滤器二51及检测气压状况的压力传感器一53，过滤器二51用于保护减压阀52，确保减压阀52不受固体杂质污染而损坏密封面。

氢气瓶2内设有单向阀二21和过滤器三22，氢气瓶2的数量根据放置空间及续驶里程的要求进行设置，具体可使用一个氢气瓶2单独供气，或使用两个氢气瓶2或多个氢气瓶2联合供气。氢气瓶2的尺寸和容积依据车辆布置空间的情况进行选定，具体可选用储氢压力为35MPa或70MPa的氢气瓶2，也可根据实际情况选用其他容积规格的氢气瓶2。

氢气瓶2的瓶口设有瓶口阀模块3，瓶口阀模块3包括连接于气路上的电磁阀31、温度传感器32、高压截止阀33和TPRD34。高压截止阀33用于在系统维修、保养过程中需要更换下游管路或阀门等部件时切断气体供应通道，高压电磁阀31在发动机启动后通电开启，打开气瓶供气通道，发动机停机后断电关闭，切断气瓶供气通道；TPRD34为安全泄压装置，采用易熔合金塞，其排气口与排气管路连接，当氢气瓶2遭遇火烧温度升高时及时熔化，迅速排放氢气瓶2内的高压氢气，避免氢气瓶2爆炸；温度传感器32用于监测氢气瓶2内的氢气温度，结合所监测氢气瓶2的压力，可计算氢气瓶2内的氢气质量。储氢系统93-1的气路上还设有压力传感器二41和氢浓度传感器7，压力传感器二41为高压压力传感器，用于监测氢气瓶2的压力；氢浓度传感器7布置在车体的气瓶舱、乘客舱及氢发动机舱的最高位置处，用于检测整车的氢气泄漏情况。 储氢系统93-1中的氢控制器6管理多路瓶阀的开闭动作，进行多路温度、压力和氢浓度传感器7的检测。

如图3所示，氢发动机93-2包括高压氢轨组件101、高压喷氢器102、火花塞103、进气阀104、排气阀105和发动机运动组件；通过高压氢轨组件101将氢气增压至设定的高压状态，进而氢气进入高压喷氢器102并喷射到燃烧室，再由火花塞103点火，在进气阀104及排气阀105的开闭配合下完成燃烧做功，再经发动机运动组件将机械能进行传递，发动机运动组件包括活塞107。上述燃烧室用于供燃料在其中燃烧生成高温燃气，它是发动机的常规重要组成部分。

本实施例选用与发动机输出的额定功率相匹配的发电机93-3，发电机93-3的输出电压不小于350V。且发电机93-3的类型根据整车的布置空间进行选择，可选择共轴的发电机93-3，或由皮带驱动的发电机93-3，本实施例优选共轴的发电机93-3。发电机93-3输出的电流通过电动车的能量分配单元94给动力电池91充电或者直接给驱动电机95供电。电动车的能量分配单元94包括OBC、 DCDC和PDU，其中OBC为车载充电器，DCDC为直流变换器， PDU为电源分配部件，用以对能量进行分配。本实用新型可以运用于客车，卡车及大型乘用车等汽车上。

以上的仅是本实用新型的实施例，该实用新型不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型内容的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种基于氢发动机的增程式电动汽车，包括车体、设于车体上的传动系统（8）和驱动传动系统（8）工作的动力系统，其特征在于，所述动力系统上连有氢增程器（93），所述氢增程器（93）包括依次连接的储氢系统（93-1）、氢发动机（93-2）和发电机（93-3）；所述储氢系统（93-1）包括气路和与气路相连通的氢气瓶（2），所述气路上设有加入氢气的加氢口模块（1）、将高压氢气减压至设定压力状态的减压阀模块（5）和管理多路瓶阀的氢控制器（6）。

2.根据权利要求1所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述加氢口模块（1）包括加氢嘴（11）、过滤器一（12）和单向阀一（13），所述加氢嘴（11）与加氢站的加氢枪对接，所述过滤器一（12）和单向阀一（13）设于气路上且过滤器一（12）设于加氢嘴（11）和单向阀一（13）之间。

3.根据权利要求2所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述减压阀模块（5）包括连接于气路上的减压阀（52）、安全阀（54）和泄压截止阀一（55）；所述安全阀（54）和泄压截止阀一（55）均与低压排气管路相连接。

4.根据权利要求3所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述减压阀模块（5）还包括连接于气路上的用于保护减压阀（52）的过滤器二（51）及检测气压状况的压力传感器一（53）。

5.根据权利要求4所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述氢气瓶（2）内设有单向阀二（21）和过滤器三（22）。

6.根据权利要求5所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述氢气瓶（2）的瓶口设有瓶口阀模块（3），所述瓶口阀模块（3）包括连接于气路上的电磁阀（31）、温度传感器（32）、高压截止阀（33）和TPRD（34）。

7.根据权利要求6所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述气路上还设有氢浓度传感器（7）和压力传感器二（41）。

8.根据权利要求7所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述氢发动机包括高压氢轨组件（101）、高压喷氢器（102）、火花塞（103）、进气阀（104）、排气阀（105）和发动机运动组件；通过高压氢轨组件（101）将氢气增压至设定的高压状态，进而氢气进入高压喷氢器（102）并喷射到燃烧室，再由火花塞（103）点火，在进气阀（104）及排气阀（105）的开闭配合下完成燃烧做功，再经发动机运动组件将机械能进行传递。

9.根据权利要求8所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述氢气瓶（2）的数量根据放置空间及续驶里程的要求进行设置。

10.根据权利要求9所述的基于氢发动机的增程式电动汽车，其特征在于，所述发电机的输出电压不小于350V。

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