一种储氢系统及燃料电池车辆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池车辆技术领域，尤其涉及一种储氢系统及燃料电池车辆。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料的化学能通过电化学反应直接转换成电能的化学装置，为实现节能环保的作用，燃料电池已经成为新能源车辆的新的动力装置。
3.当发生火灾等特殊情况时，为避免储氢瓶及内部氢气因温度过高而发生爆炸，需要迅速将储氢系统的储氢瓶内部的高压氢气排放，此时瓶口组合阀的压力释放装置prd被激活，氢气从储氢瓶经瓶口组合阀prd进入排气管路，从排气管路的排气口排出。为保证储氢系统的安全需通过排气管路将氢气及时排放，排气管路中不能有积水且水不能经过排气管路进入prd腔体内部。水以及灰尘等其他杂物进入排气管路，会影响氢气的的正常排放。若水进入prd腔体内部，在寒冷情况下结冰膨胀，造成prd固定螺纹损坏等其他损伤，造成氢气泄漏，影响储氢系统安全。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提出一种储氢系统及燃料电池车辆，能够及时检测到排气管路中的冰水情况，并根据检测结果对排气管路进行吹扫。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种储氢系统，包括储氢瓶和排气管路，所述储氢瓶包括瓶口组合阀，所述瓶口组合阀与所述排气管路连接，所述排气管路的一端与空气压缩机连接，另一端与大气连通，所述排气管路中设置有多个电容检测模块，多个所述电容检测模块设置于所述排气管路的不同位置，所述电容检测模块用于检测与其对应位置的介质的电容；所述空气压缩机能够根据所述电容检测模块的检测结果对所述排气管路进行吹扫。
7.可选地，所述电容检测模块包括第一电容极板和第二电容极板，所述第一电容极板和所述第二电容极板分别设置于所述排气管路的相对两侧。
8.可选地，所述电容检测模块还包括电容检测单元，所述电容检测单元用于检测所述第一电容极板和所述第二电容极板之间的电容。
9.可选地，所述电容检测模块包括圆筒式电容结构，所述圆筒式电容结构的外径与所述排气管路的内径相同，所述圆筒式电容结构内嵌于所述排气管路内。
10.可选地，所述电容检测模块包括弧形电容结构，所述弧形电容结构的外径与所述排气管路的内径相同，两个所述弧形电容结构分别设置于所述排气管路内的相对两侧。
11.可选地，所述排气管路中还设置有融冰模块，所述融冰模块用于将所述排气管路中的冰融化。
12.可选地，所述融冰模块包括加热器。
13.可选地，所述融冰模块设置为多个，多个所述融冰模块与多个所述电容检测模块
一一对应设置；或，
14.所述融冰模块设置为一个，一个所述融冰模块位于所述空气压缩机与所述排气管路之间。
15.可选地，所述空气压缩机通过电磁阀与所述排气管路连接，所述电磁阀用于控制所述空气压缩机的吹扫方式。
16.一种燃料电池车辆，其包括如以上任一项所述的储氢系统和控制台，所述控制台上设置有第一控制开关和信号传输单元，所述空气压缩机与所述第一控制开关电连接，所述电容检测模块与所述信号传输单元通讯连接。
17.本实用新型的有益效果：
18.本实用新型提供的储氢系统，通过在排气管路中设置多个电容检测模块，能够实时检测排气管路各个位置的积水和结冰情况，并根据电容检测模块的检测结果，控制空气压缩机对排气管路进行吹扫。该储氢系统能够实时监测排气管路中的积水和结冰情况，并根据检测结果控制排气管路的吹扫策略，有效地避免排气管路中的水进入储氢瓶的瓶口组合阀prd腔体内部，在温度较低时结冰膨胀，造成prd固定螺纹或其他部件损坏；提高了维护效率和储氢系统的安全性能。
19.本实用新型提供的燃料电池车辆，应用上述的储氢系统排气装置，储氢系统为燃料电池提供氢气，当发生火灾等特殊情况时，氢气通过排气管路进行排放。电容检测模块能够实时检测排气管路中各个位置的积水和结冰情况，空气压缩机根据电容检测模块的检测结果对排气管路进行吹扫，避免排气管路堵塞或者prd固定螺纹和其他部件损坏，影响储氢系统的安全，提高了燃料电池车辆的安全性能。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例提供的储氢系统的结构示意图；
21.图2是本实用新型实施例提供的电容检测模块的原理示意图；
22.图3是本实用新型实施例提供的含水量与电容的关系示意图；
23.图4是本实用新型实施例提供的燃料电池车辆的控制原理图。
24.图中：
25.101、信号传输单元；102、计算存储单元；103、数据分析单元；104、控制单元；105、显示屏；
26.1、空气压缩机；2、电磁阀；3、单向阀；5、电容检测模块；6、融冰模块；7、排气管路；8、排气口；9、三通阀；10、高压软管；11、介质；
27.41、一号瓶口组合阀；42、二号瓶口组合阀；43、三号瓶口组合阀；44、四号瓶口组合阀；51、第一电容极板；52、第二电容极板；71、总管路；72、分支管路。
具体实施方式
28.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
29.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
32.如图1所示，本实施例提供了一种储氢系统，包括储氢瓶和排气管路7，储氢瓶包括瓶口组合阀，瓶口组合阀与排气管路7连通，排气管路7的一端与空气压缩机1连接，另一端与大气连通。排气管路7中设置有多个电容检测模块5，多个电容检测模块5设置于排气管路7的不同位置，电容检测模块用于检测与其对应位置的介质11的电容；空气压缩机1能够根据电容检测模块5的检测结果对排气管路7进行吹扫。
33.本实施例提供的储氢系统，通过在排气管路7中设置多个电容检测模块5，能够实时检测排气管路7各个位置的积水和结冰情况，并根据电容检测模块5的检测结果，控制空气压缩机1对排气管路7进行吹扫。该储氢系统能够实时监测排气管路7中的积水和结冰情况，并根据检测结果控制排气管路7的吹扫策略，有效地避免排气管路7中的水进入储氢瓶的瓶口组合阀prd腔体内部，在温度较低时结冰膨胀，造成prd固定螺纹或其他部件损坏；提高了维护效率和储氢系统的安全性能。
34.排气管路7包括水平设置的总管路71和竖直设置的分支管路72，储氢瓶设置有四个，四个储氢瓶的四个瓶口组合阀分别为一号瓶口组合阀41、二号瓶口组合阀42、三号瓶口组合阀43和四号瓶口组合阀44。四个瓶口组合阀分别通过一个分支管路72与总管路71连接，空气压缩机1通过三通阀9与一号瓶口组合阀41连接。电容检测模块5可以安装在总管路71中各个易积水位置。在本实施例中，电容检测模块5设置有一个，布置于靠近排气管路7的排气口8的位置，一旦有雨雪进入排气管路7，电容检测模块5即可检测到。当然，在其他实施例中，可以根据总管路71中各个易积水位置，设置多个电容检测模块5，同时检测多个位置的积水和结冰情况。
35.可选地，空气压缩机1通过电磁阀2与排气管路7连接，电磁阀2用于控制空气压缩机1的吹扫方式。在本实施例中，采用脉冲式吹扫方式对排气管路7进行吹扫，电磁阀2打开五秒钟再闭合一秒钟，然后再打开五秒钟，以六秒钟为一个循环，每次吹扫循环十次，即每吹扫五秒钟暂停一秒，然后再进行吹扫五秒钟，以吹扫五秒钟中止一秒钟为一个循环，按照此种方式进行循环吹扫，每次吹扫时间持续一分钟。吹扫五秒钟排气管路7中的水一部分从排气口8排出，另一部分会沿着与二号瓶口组合阀42、三号瓶口组合阀43和四号瓶口组合阀44相连的分支管路72上升，在中止吹扫时，水在重力作用下会再次聚积到水平设置的总管
路71中。在暂停吹扫一秒钟结束后，会再次吹扫五秒钟，以此方式循环吹扫。如果一直吹扫，水会悬浮在竖直设置的分支管路72中，无法沿水平设置的总管路71排出，而采用脉冲吹扫方式能够将排气管路7中的水尽可能多的吹到排气管路7之外。
36.在本实施例中，根据电容检测模块5检测的电容，能够计算出排气管路7中的积水面积，根据积水面积的大小控制每次吹扫时间，积水面积越大，每次吹扫时间越长；积水面积越小，每次吹扫时间越短。
37.为了防止在泄放氢气时，氢气反向进入空气压缩机1。空气压缩机1与三通阀9之间还设置有单向阀3。
38.可选地，排气管路7与空气压缩机1之间通过高压软管10连接。为了便于空气压缩机1的布置，空气压缩机1通过高压软管10与排气管路7连接。根据燃料电池车辆的内部空间合理布置空气压缩机1和排气管路7的相对位置，高压软管10具有一定的柔性，便于连接空气压缩机1和排气管路7。
39.在本实施例中，三通阀9的第一接口与高压软管10连接，三通阀9的第二接口与一号瓶口组合阀41连接，三通阀9的第三接口与排气管路7连接。
40.电容检测模块5基于电容变化原理检测不同介质11以及同种介质11的数量。由于多相流体(含杂质)中的介质11具有不同介电常数，当介质11组分浓度和数量或相态发生变化时，从而介电常数发生变化。通过测量安装在排气管路7中电容检测模块5检测到的电容值的变化，推导出排气管路7中多相流体的组分和数量。
41.可选地，如图2所示，在本实施例中，电容检测模块5包括第一电容极板51和第二电容极板52，第一电容极板51和第二电容极板52分别设置于排气管路7的相对两侧。
42.可选地，电容检测模块5包括电容检测单元，电容检测单元用于检测第一电容极板51和第二电容极板52之间的电容。在本实施例中，电容检测单元为万用表，通过万用表测量相对设置的第一电容极板51和第二电容极板52之间的电容。
43.电容计算公式为：
[0044][0045]
其中，ε为两个电容极板之间的介质11的介电常数；s为两个电容极板之间的正对面积；k为两个电容极板之间的介质11的静电常数；d为两个电容极板之间的间距。
[0046]
当万用表检测到第一电容极板51和第二电容极板52之间的电容后，根据该计算公式推导出介质11的组分和数量。如图3所示的含水量与电容的关系图可知，当介质11为水时，水量越大，电容越大。
[0047]
在本实施例中，在总管路71靠近排气口8的位置的上下两侧分别固定第一电容极板51和第二电容极板52，第一电容极板51和第二电容极板52之间在正常状态下为空气，电容可能会有微小波动，但是基本稳定在一个近似值c0。当有水或杂质等介质11进入排气管路7时，介电常数ε发生变化，电容值也发生变化，根据电容的计算公式可以推导出介质11的种类以及数量。不同介质11的介电常数不同，比如：氢气的介电常数ε为1.00026，空气的介电常数ε为1.000585，水蒸气的介电常数ε为1.00785，水的介电常数ε为81.5，冰的介电常数ε为2～3。当检测到排气管路7中有水、冰及杂质等进入时，电容值变化，根据成分和数量的不同均出现高于c0的情况，此时可判断排气管路7中有介质11混入。为避免控制信号的干
扰，实际使用过程中极少量的水、冰及杂质等不构成对排气管路7损害时的状态量标定为c
0 k
，以此设置为初始状态，当c＞c
0 k
时，则判断排气管路7中有介质11混入，操作人员可手动吹扫或设置为自动吹扫，根据c的不同执行相关的吹扫策略，控制电磁阀2和空气压缩机1等执行件进行吹扫，直至c≤c
0 k
。
[0048]
在本实用新型另一个可选地实施例中，电容检测模块5包括圆筒式电容结构，圆筒式电容结构的外径与排气管路7的内径相同，圆筒式电容结构内嵌于排气管路7内。
[0049]
在本实用新型又一个可选地实施例中，电容检测模块5包括弧形电容结构，弧形电容结构的外径与排气管路7的内径相同，两个弧形电容结构分别设置于排气管路7的相对两侧。
[0050]
可选地，排气管路7中还设置有融冰模块6，在电容检测模块5检测到排气管路7中的介质11为冰时，融冰模块6用于将排气管路7中的冰融化。当电容检测模块5检测到排气管路7中有冰时，控制融冰模块6开始工作，排气管路7中的冰逐渐融化；当检测到排气管路7中的冰完全融化后，融冰模块6停止工作。在本实施例中，融冰模块6靠近电容检测模块5设置。
[0051]
在本实用新型另一个可选地实施例中，电容检测模块5设置有多个，融冰模块6也设置有多个，多个融冰模块6与多个电容检测模块5一一对应设置。当其中一个电容检测模块5检测到排气管路7中有冰时，控制与该电容检测模块5对应的融冰模块6工作，以将排气管路7中的冰融化。或者，融冰模块6设置为一个，一个融冰模块6位于空气压缩机1与排气管路7之间，无论排气管路7中任一位置的电容检测模块5检测到与其对应的位置有冰时，控制空气压缩机1和该融冰模块6同时工作，空气压缩机1吹气，将融冰模块6产生的热量快速扩散到排气管路7中的任意位置，将排气管路7中任意位置的冰融化。
[0052]
可选地，融冰模块6包括加热器。当然，在其他实施例中，融冰模块6不限于加热器，也可以采用保温膜覆盖或缠绕的方式实现融冰效果。
[0053]
本实施例还提供了一种燃料电池车辆，包括上述的储氢系统和控制台，控制台上设置有第一开关阀和信号传输单元101，空气压缩机1与第一开关阀电连接，电容检测模块5与信号传输单元101通讯连接。
[0054]
本实施例提供的燃料电池车辆，应用上述的储氢系统排气装置，储氢系统为燃料电池提供氢气，当发生火灾等特殊情况时，氢气通过排气管路7进行排放。电容检测模块5能够实时检测排气管路7中各个位置的积水和结冰情况，空气压缩机1根据电容检测模块5的检测结果对排气管路7进行吹扫，避免排气管路7堵塞或者prd固定螺纹和其他部件损坏，影响储氢系统的安全，提高了燃料电池车辆的安全性能。
[0055]
在本实施例中，空气压缩机1直接使用燃料电池车辆的车载空气压缩机，节约了成本。
[0056]
燃料电池车辆的控制台上还设置有第二开关阀、第三开关阀、计算存储单元102和显示屏105，第二控制阀与电磁阀2电连接，用于控制电磁阀2的开关。第三开关阀与加热器电连接，用于控制加热器的开关。计算存储单元102与信号传输单元101电连接，电容检测模块5检测的电容值发送给信号传输单元101，计算存储单元102根据接收到的电容和其内存储的电容计算公式推导出介质11的种类和数量，然后发送提示至显示屏105，如果显示屏105提示排气管路7中有冰，操作人员通过第三开关阀控制加热器开始工作；直到显示屏105提示排气管路7中冰融化成水，操作人员通过第三开关阀控制加热器停止工作，再通过第一
开关阀打开空气压缩机1，通过第二开关阀控制电磁阀2对排气管路7进行吹扫。操作人员还可以根据显示屏105提示的水的数量延长或缩短空气压缩机1吹扫的时间。
[0057]
当然，本实施例中的燃料电池车辆也可以实现自动吹扫，如图4所示，燃料电池车辆的控制台上还设置有数据分析单元103和控制单元104，计算存储单元102将计算的结果发送至数据分析单元103，数据分析单元103根据接收到的计算结果进行分析，并设定相应的控制策略，然后将控制策略发送给控制单元104，或者数据分析单元103将计算结果直接发送给控制单元104，控制单元104包括第一开关阀、第二开关阀和第三开关阀，控制单元104控制融冰模块6、电磁阀2和空气压缩机1工作。
[0058]
需要说明的是，计算存储单元102、信号传输单元101、数据分析单元103和控制单元104的工作原理已是现有技术，在此不再赘述。
[0059]
以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。