CN220410303U - 一种新型固态储氢燃料电池三轮车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型固态储氢燃料电池三轮车，其包括三轮车车体及供电控制装置、总控装置、燃料电池装置、储氢装置及蓄电装置。三轮车车体上设置有第一腔体、第二腔体、第三腔体及第四腔体，总控装置设置于第一腔体内，燃料电池装置设置于第二腔体内，储氢装置设置于第三腔体内，蓄电装置设置于第四腔体内。储氢装置与燃料电池装置连通，总控装置与燃料电池装置电性连接；蓄电装置与供电控制装置电性连接且均与总控装置电性连接，三轮车车体的电机与供电控制装置电性连接。将供电控制装置、总控装置、燃料电池装置、储氢装置以及蓄电装置单独设置有腔体，避免装置之间相互影响，提高了安全性能，避免粉尘进入第二腔体内损坏燃料电池装置。

Description

一种新型固态储氢燃料电池三轮车

技术领域

本实用新型涉及固态储氢车技术领域，尤其涉及一种新型固态储氢燃料电池三轮车。

背景技术

氢能作为清洁高效的二次能源一直备受人们关注，如果能当做能源载体更好的利用在现代可再生能源系统中，将解决风能和太阳能在其运行中的间歇性问题。当前，已具有实用化的储氢方式主要为三种：高压气态储氢、低温液态储氢和基于储氢合金的固态储氢。相较于前两种储氢方式，固态储氢具有储氢密度高、压力低、安全性好、氢气纯度高等优点，是未来氢能储运技术的重要发展方向。

目前，三轮车的动力来源多为蓄电池。蓄电池主要以铅酸电池和锂电池为主，铅酸电池，充放循环可在400次，寿命在两年左右，锂电池性能优于铅酸电池，充放超过500次，寿命在4-5年。根据电池大小不同，行驶里程可在50-150公里左右。虽然以电池作为动力来源，已经足够满足人们日常生活使用，但是在报废回收阶段会对环境造成巨大污染。

氢能三轮车，顾名思义，是以氢气作为能源，通过化学反应实现化学能转换为电能，再由电能转换为机械能推动车辆前进，来实现氢的利用。最大的好处在于它是与空气中的氧反应，产物只有水蒸气，是真正意义上的零污染，有效减少了传统汽油车辆和蓄电池车辆造成的环境污染。

为解决上述问题，202021640805.X公开了一种应用于电动三轮车的氢燃料电池系统，具体而言，在原有三轮车控制系统和电力系统中加入氢燃料电池发电系统，将各组件进行电性连接，实现三轮车控制。其存在的不足在于：在整车安全方面没有考虑，简单将各部件拼接实现驱动。

202122702731.9公开了一种固态储氢燃料电池三轮车，具体而言，在座椅下面发电舱内安装燃料电池和固态储氢罐，燃料电池发电系统和蓄电池组作为整车动力来源，实现三路车驱动。其存在的不足在于：固态储氢罐和燃料电池固定在氢能三轮车同一箱体内，即发电舱内。在使用过程中，更换固态储氢罐或对其充氢都需要打开整个发电舱，无法避免的造成粉尘颗粒物进入箱体内部，经冷却风扇吹入电堆极板流道中，会严重损害燃料电池性能，因此没有考虑到车辆在使用过程中的实用性。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本实用新型提供一种新型固态储氢燃料电池三轮车。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型的新型固态储氢燃料电池三轮车包括三轮车车体、供电控制装置、总控装置、燃料电池装置、储氢装置以及蓄电装置；

所述三轮车车体上设置有第一腔体、第二腔体、第三腔体以及第四腔体，所述总控装置设置于所述第一腔体内，所述燃料电池装置设置于所述第二腔体内，所述储氢装置设置于所述第三腔体内，所述蓄电装置设置于所述第四腔体内；

所述储氢装置与所述燃料电池装置连通，所述总控装置与所述燃料电池装置电性连接；所述蓄电装置与所述供电控制装置电性连接且均与所述总控装置电性连接，所述三轮车车体的电机与所述供电控制装置电性连接。

可选地，所述总控装置包括总控制器、燃料电池控制器、压力传感器、温度传感器、防反二极管以及逆变器；

所述压力传感器和所述温度传感器均设置于所述燃料电池装置上，所述压力传感器和所述温度传感器均与所述燃料电池控制器电性连接，所述总控制器和所述燃料电池装置均与所述燃料电池控制电性连接；

所述燃料电池装置、所述防反二极管、所述逆变器以及所述蓄电装置依次电性连接，所述逆变器与所述供电控制装置电性连接。

可选地，所述第一腔体位于所述三轮车车体的座位的前方，所述第二腔体设置于所述三轮车车体的座位的下方，所述第三腔体设置于所述三轮车车体的座位的后方，所述第四腔体设置于所述三轮车车体的车斗的下方。

可选地，所述燃料电池装置包括燃料电池电堆、供气机构、进气管以及排气管，所述燃料电池电堆设置于所述第二腔体内，所述储氢装置与所述燃料电池电堆通过所述供气机构连通；

所述第二腔体上开设有第一进气口和第一排气口，所述第一进气口通过所述进气管连通所述燃料电池电堆，所述第一排气口通过所述排气管连通所述燃料电池电堆，所述排气管上设置有排气电磁阀；

所述供气机构和所述排气电磁阀均与所述总控装置电性连接。

可选地，所述供气机构包括供气管道、减压阀、过滤器以及进气电磁阀，所述储氢装置、所述减压阀、所述过滤器、所述进气电磁阀以及所述燃料电池电堆通过所述供气管道依次连通，所述进气电磁阀与所述总控装置电性连接。

可选地，所述燃料电池装置还包括散热风扇，所述第二腔体上还开设有散热口，所述散热风扇设置于所述散热口处，所述散热风扇与所述总控装置电性连接。

可选地，所述第三腔体上开设有第二进气口和第二排气口，所述第二进气口与所述第一排气口连通。

可选地，所述储氢装置内部装填有固态储氢合金。

可选地，所述供电控制装置包括电池开关、电源锁、电堆开关以及电机控制器；

所述蓄电装置、所述电池开关、所述电源锁、所述电机控制器以及所述三轮车车体的电机依次电性连接，所述电源锁与所述总控装置电性连接；

所述蓄电装置与所述总控装置通过所述电堆开关电性连接。

可选地，所述新型固态储氢燃料电池三轮车还包括显示屏，所述显示屏与所述供电控制装置电性连接。

(三)有益效果

本实用新型采用氢气作为主要动力来源，实现零碳出行。将供电控制装置、总控装置、燃料电池装置、储氢装置以及蓄电装置单独设置有腔体，有效地将每个装置隔离开，避免装置之间相互影响，提高了整车的安全性能，并且，在更换储氢装置时仅需开启第三腔体，更换便捷，避免开启第二腔体时粉尘颗粒物进入第二腔体内部损坏燃料电池装置。

附图说明

图1为本实用新型的新型固态储氢燃料电池三轮车的逻辑控制示意图；

图2为本实用新型的新型固态储氢燃料电池三轮车的结构示意图；

图3为本实用新型的新型固态储氢燃料电池三轮车的第四腔体结构示意图。

【附图标记说明】

1；三轮车车体；2；车把；3；第一腔体；4；第二腔体；5；第三腔体；6；第四腔体；

11；第一进风口；12；第一排风口；13；第二排风口；

21：燃料电池电堆；22：燃料电池控制器；23：总控制器；24：进气电磁阀；25：过滤器；26：减压阀；27：储氢装置；28：温度传感器；29：压力传感器；30：散热风扇；31：排气电磁阀；32：防反二极管；33：逆变器；34：电源锁；35：电机控制器；36：电机；37：电堆开关；38：蓄电装置；39：电池开关；40：显示屏。

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图2的定向为参照。

虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种新型固态储氢燃料电池三轮车，其包括山轮车车体1以及设置于山轮车车体1上的供电控制装置、总控装置、燃料电池装置、储氢装置27以及蓄电装置38。其中，山轮车车体1上设置有第一腔体3、第二腔体4、第三腔体5以及第四腔体6，总控装置设置于第一腔体3内，燃料电池装置设置于第二腔体4内，储氢装置27设置于第三腔体5内，蓄电装置38设置于第四腔体6内，储氢装置27与燃料电池装置通过管道连通，通过储氢装置27为燃料电池装置提供氢气，燃料电池装置以氢气为能源，通过化学反应将氢气的化学能转换为电能，为山轮车车体1和整套系统提供电能。总控装置与燃料电池装置电性连接，电性连接包括导线连接和信号连接，总控装置控制燃料电池装置的运行状态，采用与燃料电池装置相匹配的常规控制设备。蓄电装置38与供电控制装置电性连接且均与总控装置电性连接，山轮车车体1的电机36与供电控制装置电性连接，采用燃料电池装置为电机36供电驱动三轮车行进，蓄电装置38实现电堆启动和三轮车辅助供电功能。本实用新型采用氢气作为主要动力来源，实现零碳出行。将供电控制装置、总控装置、燃料电池装置、储氢装置27以及蓄电装置38单独设置有腔体，有效地将每个装置隔离开，避免装置之间相互影响，提高了整车的安全性能，并且，在更换储氢装置27时仅需开启第三腔体5，更换便捷，避免开启第二腔体4时粉尘颗粒物进入第二腔体4内部损坏燃料电池装置。

如图1所示，总控装置包括总控制器23、燃料电池控制器22、压力传感器29、温度传感器28、防反二极管32以及逆变器33。压力传感器29和温度传感器28均设置于燃料电池装置上，用于检查燃料电池内部的压力和温度。压力传感器29和温度传感器28均与燃料电池控制器22电性连接，通过燃料电池控制器22获取压力和温度数据，总控制器23和燃料电池装置均与燃料电池控制电性连接，燃料电池控制器22将数据输送至总控制器23。燃料电池装置、防反二极管、逆变器33以及蓄电装置38依次电性连接，蓄电装置38优选为蓄电池，逆变器33与供电控制装置电性连接。防反二极管32为燃料电池装置输出端连接的第一个电子元器件，用于防止电流逆流，再经逆变器33进行升压降压匹配其他电控元件和电机36额定电压进行供电。

如图2和图3所示，第一腔体3位于山轮车车体1的座位的前方，第二腔体4设置于山轮车车体1的座位的下方，第三腔体5设置于山轮车车体1的座位的后方，第四腔体6设置于山轮车车体1的车斗的下方，彼此之间相互隔离开，彼此独立，避免相互影响，提高车辆的安装性能。

如图1所示，燃料电池装置包括燃料电池电堆21、供气机构、进气管以及排气管，燃料电池电堆21设置于第二腔体4内，储氢装置27与燃料电池电堆21通过供气机构连通。燃料电池电堆21优选为600W-2kW风冷型质子交换膜燃料电池，功率转化效率为45％-60％，相比于水冷型质子交换膜燃料电池不需要结构简单、成本低。第二腔体4上开设有第一进风口11和第一排风口12，第一进风口11通过进气管连通燃料电池电堆21，为燃料电池电堆21提供氧气。第一排风口12通过排气管连通燃料电池电堆21，排气管上设置有排气电磁阀31，用于排放尾气，尾气仅为水蒸气。供气机构和排气电磁阀31均与总控装置电性连接，在启动燃料电池电堆21时同步启动供气机构和排气电磁阀31。其中，供气机构包括供气管道、减压阀26、过滤器25以及进气电磁阀24，储氢装置27、减压阀26、过滤器25、进气电磁阀24以及燃料电池电堆21通过供气管道依次连通，进气电磁阀24与总控装置的燃料电池控制器22电性连接，通过燃料电池控制器22控制进气电磁阀24的开度，从而控制氢气的进气量。优选地，进气管、排气管以及供气管均可以采用不锈钢管或PU气管，不锈钢管或PU气管需满足承压要求。

如图2所示，燃料电池装置还包括散热风扇30，第二腔体4上还开设有散热口，散热口安装3mm厚防尘过滤网，散热风扇30设置于散热口处，散热风扇30外边框与第一排风口12在垂直和水平方向上对正，散热风扇30与总控装置电性连接。通过散热风扇30将空气出入第二腔体4内，对燃料电池电堆21进行降温。第三腔体5上开设有第二进风口和第二排风口13，第三腔体5和第二腔体4之间通过第二进风口和第一排风口12进行连通。空气经散热风扇30吸入燃料电池电堆21，经燃料电池电堆21加热后吹向第三腔室内部，利用燃料电池电堆21余热对固态储氢供氢装置进行加热，再由第二排风口13排出，不需要额外附设加热设备对储氢装置27进行加热，实现对燃料电池电堆21的余热利用，降低了系统能耗。

优选地，储氢装置27内部装填有固态储氢合金，固态储氢合金具体为稀土系AB5型和钛系AB2型储氢材料，具有良好的的充放氢性能，循环次数高达4000次。储氢装置27的出口与减压阀26的一端连接，减压阀26另一端通过过滤器25连接燃料电池电堆21，实现对燃料电池电堆21供氢。

如图1所示，供电控制装置包括电池开关39、电源锁34、电堆开关37以及电机控制器35，蓄电装置38、电池开关39、电源锁34、电机控制器35以及山轮车车体1的电机36依次电性连接，电源锁34与总控装置电性连接，蓄电装置38与总控装置通过电堆开关37电性连接。新型固态储氢燃料电池三轮车还包括显示屏40，显示屏40与供电控制装置电性连接。电源锁34、电池开关39、电堆开关37和显示屏40安装在山轮车车体1的车把2上，电源锁34位于主电路中，控制电机控制器35的启停、显示屏40的供电以及主电路的启停功能，电堆开关37位于分电路，控制燃料电池电堆21部分的启停功能，电池开关39位于另一个分电路，控制电池连接主电路，实现对三轮车供电系统的控制，显示屏40在电源锁34连接时显示车况信息。

本实用新型采用氢气作为主要动力来源，实现零碳出行。将供电控制装置、总控装置、燃料电池装置、储氢装置27以及蓄电装置38单独设置有腔体，有效地将每个装置隔离开，避免装置之间相互影响，提高了整车的安全性能，并且，在更换储氢装置27时仅需开启第三腔体5，更换便捷，避免开启第二腔体4时粉尘颗粒物进入第二腔体4内部损坏燃料电池装置。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述新型固态储氢燃料电池三轮车包括山轮车车体(1)、供电控制装置、总控装置、燃料电池装置、储氢装置(27)以及蓄电装置(38)；

所述山轮车车体(1)上设置有第一腔体(3)、第二腔体(4)、第三腔体(5)以及第四腔体(6)，所述总控装置设置于所述第一腔体(3)内，所述燃料电池装置设置于所述第二腔体(4)内，所述储氢装置(27)设置于所述第三腔体(5)内，所述蓄电装置(38)设置于所述第四腔体(6)内；

所述储氢装置(27)与所述燃料电池装置连通，所述总控装置与所述燃料电池装置电性连接；所述蓄电装置(38)与所述供电控制装置电性连接且均与所述总控装置电性连接，所述山轮车车体(1)的电机(36)与所述供电控制装置电性连接。

2.如权利要求1所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述总控装置包括总控制器(23)、燃料电池控制器(22)、压力传感器(29)、温度传感器(28)、防反二极管(32)以及逆变器(33)；

所述压力传感器(29)和所述温度传感器(28)均设置于所述燃料电池装置上，所述压力传感器(29)和所述温度传感器(28)均与所述燃料电池控制器(22)电性连接，所述总控制器(23)和所述燃料电池装置均与所述燃料电池控制电性连接；

所述燃料电池装置、所述防反二极管、所述逆变器(33)以及所述蓄电装置(38)依次电性连接，所述逆变器(33)与所述供电控制装置电性连接。

3.如权利要求1所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述第一腔体(3)位于所述山轮车车体(1)的座位的前方，所述第二腔体(4)设置于所述山轮车车体(1)的座位的下方，所述第三腔体(5)设置于所述山轮车车体(1)的座位的后方，所述第四腔体(6)设置于所述山轮车车体(1)的车斗的下方。

4.如权利要求1-3任意一项所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述燃料电池装置包括燃料电池电堆(21)、供气机构、进气管以及排气管，所述燃料电池电堆(21)设置于所述第二腔体(4)内，所述储氢装置(27)与所述燃料电池电堆(21)通过所述供气机构连通；

所述第二腔体(4)上开设有第一进风口(11)和第一排风口(12)，所述第一进风口(11)通过所述进气管连通所述燃料电池电堆(21)，所述第一排风口(12)通过所述排气管连通所述燃料电池电堆(21)，所述排气管上设置有排气电磁阀(31)；

所述供气机构和所述排气电磁阀(31)均与所述总控装置电性连接。

5.如权利要求4所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述供气机构包括供气管道、减压阀(26)、过滤器(25)以及进气电磁阀(24)，所述储氢装置(27)、所述减压阀(26)、所述过滤器(25)、所述进气电磁阀(24)以及所述燃料电池电堆(21)通过所述供气管道依次连通，所述进气电磁阀(24)与所述总控装置电性连接。

6.如权利要求4所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述燃料电池装置还包括散热风扇(30)，所述第二腔体(4)上还开设有散热口，所述散热风扇(30)设置于所述散热口处，所述散热风扇(30)与所述总控装置电性连接。

7.如权利要求4所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述第三腔体(5)上开设有第二进风口和第二排风口(13)，所述第二进风口与所述第一排风口(12)连通。

8.如权利要求1-3任意一项所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述储氢装置(27)内部装填有固态储氢合金。

9.如权利要求1-3任意一项所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述供电控制装置包括电池开关(39)、电源锁(34)、电堆开关(37)以及电机控制器(35)；

所述蓄电装置(38)、所述电池开关(39)、所述电源锁(34)、所述电机控制器(35)以及所述山轮车车体(1)的电机(36)依次电性连接，所述电源锁(34)与所述总控装置电性连接；

所述蓄电装置(38)与所述总控装置通过所述电堆开关(37)电性连接。

10.如权利要求1-3任意一项所述的新型固态储氢燃料电池三轮车，其特征在于，所述新型固态储氢燃料电池三轮车还包括显示屏(40)，所述显示屏(40)与所述供电控制装置电性连接。