一种车载液氢燃料电池发动机装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池发动机技术领域，尤其涉及一种车载液氢燃料电池发动机装置。


背景技术：

2.燃料电池发动机的主要工作原理是氢气和氧气在催化剂上发生电化学反应，对外输出功率。随着氢燃料电池技术的不断发展，燃料电池发动机对外输出的功率不断增加，应用场景也在不断扩大。
3.当燃料电池发动机应用到整车上时，随着车辆运输满转功率及里程的增加，需求输出功率不断增加，其用氢量也在不断增加，常规的氢气罐存氢量无法满足当前用氢需求，因此，整车上匹配的是液氢系统，其内的液氢经过空温式换热器变为气态后在进入电堆内部进行电化学反应。
4.液氢在氢气罐中存储会存在一定的蒸发，导致液氢罐内的压力升高，因此一般情况下液氢罐上会安装有安全泄压阀，通过其将多余的氢气排出至外部环境中，造成了一定的氢气燃料的浪费。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本实用新型实施例旨在提供一种车载液氢燃料电池发动机装置，用以解决现有燃料电池存在液氢蒸发浪费的问题。
6.一方面，本实用新型实施例提供了一种车载液氢燃料电池发动机装置，包括电堆、空压机、液氢罐、控制阀、换热器、散热器、水泵，以及用于在整车停机后周期性监测液氢罐内气压并在该气压大于预设范围的上限时开启控制阀使得电堆对整车动力电池进行充电或对电堆执行保温吹扫以保证该气压处于预设范围内的控制器；其中，
7.电堆的氢气入口依次经换热器的支路一、控制阀与液氢罐的出气口连接，空气入口与空压机的输出端连接，冷却液出口一路经水泵、散热器接其冷却液入口，另一路经换热器的支路二接其冷却液入口；
8.控制器的输出端分别与控制阀、水泵、空压机的控制端连接。
9.上述技术方案的有益效果如下：该装置具有定时唤醒功能，在整车停机后周期性地检测液氢罐内气压并判断是否其处于安全范围（预设范围）之内，实现液氢罐内气压的有效检测。一旦液氢罐内气压超出了预设范围立即启动电堆对整车动力电池进行充电或对电堆执行保温吹扫以保证液氢罐内气压始终处于预设范围内。利用无法避免的蒸发的氢气量，为整车电量进行存储或冬季下对电堆进行保温吹扫动作，提高了整车的氢气利用率，并保护了燃料电池发动机。
10.基于上述装置的进一步改进，所述控制器进一步包括：用于在整车停机后周期性监测液氢罐内气压并在该气压大于预设范围的上限时开启控制阀、向燃料电池控制器发出启动指令和该气压处于预设范围内关闭控制阀、向燃料电池控制器发出关闭指令的氢系统
控制器，以及，用于在接收到氢系统控制器发出的启动指令后在环境温度低于阈值时对电堆执行保温吹扫和在环境温度高于阈值时控制电堆对整车动力电池进行充电的燃料电池控制器，以及，用于整车停机时向氢系统控制器和燃料电池控制器均发出关闭指令和整车停机后周期性向燃料电池控制器发送环境温度的整车控制器。
11.进一步，所述氢系统控制器的输出端分别与所述控制阀的控制端、所述燃料电池控制器的输入端连接；并且，
12.所述燃料电池控制器的输出端分别与水泵、空压机的控制端连接；
13.所述整车控制器的输出端分别与所述燃料电池控制器、所述氢系统控制器的输入端连接。
14.进一步，所述控制阀进一步包括第一控制阀和第二控制阀；并且，所述液氢罐的外壳上设有顶部排气口、上部排气口和底部排液口；其中，
15.所述顶部排气口上设有用于排空的安全阀；
16.所述上部排气口经第一控制阀与换热器一的支路一输入端连接；
17.所述底部排液口经第二控制阀与换热器一的支路一输入端连接；
18.所述第一控制阀、第二控制阀、安全阀的控制端均与控制器的输出端连接。
19.进一步，所述液氢罐的储液腔顶部设有气体压力传感器；并且，
20.所述气体压力传感器的输出端与控制器的输入端连接。
21.进一步，所述换热器进一步包括空温式换热器和氢板换热器；其中，
22.所述空温式换热器的输入端分别与第一控制阀和第二控制阀的输出端连接，输出端与氢板换热器的支路一输入端连接，控制端与控制器的输出端连接；
23.所述氢板换热器的支路一输出端与电堆的氢气入口连接；其支路二输入端与电堆的冷却液出口连接，输出端与电堆的冷却液入口连接，以通入电堆输出的高温冷却液。
24.进一步，该装置还包括空气过滤器；其中，
25.所述空气过滤器设于空压机前端，其输出端与空压机的输入端连接。
26.进一步，该装置还包括设于车厢内部的环境温度传感器；其中，
27.所述环境温度传感器的输出端与所述整车控制器的输入端连接。
28.进一步，该装置还包括节温器和ptc加热单元；其中，
29.所述节温器的输入端与水泵的输出端连接，输出端一经ptc加热单元与电堆的冷却液入口连接，输出端二经散热器与电堆的冷却液入口连接，控制端与控制器的输出端连接。
30.进一步，该装置还包括设于空温式换热器到氢板换热器之间的传输管路内壁上的温度压力一体传感器；
31.所述温度压力一体传感器的输出端与控制器的输入端连接；并且，
32.所述散热器包括散热管道和布设于该散热管道上的风扇。
33.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
34.1、采用三种控制器进行组合控制，实现了无污染、低功耗、可定时唤醒功能。
35.2、通过控制器对控制阀、水泵、空压机等进行独立控制，可有效避免氢气即燃料气的浪费，同时提高了氢气的利用率。
36.3、在整车停机时均保证液氢存储罐内气压始终处于预设范围内，提高了燃料电池
发动机的安全性。
37.提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
38.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
39.图1示出了实施例1车载液氢燃料电池发动机装置组成示意图；
40.图2示出了实施例2车载液氢燃料电池发动机装置组成示意图。
具体实施方式
41.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开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使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
42.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
43.实施例1
44.本发明的一个实施例，公开了一种车载液氢燃料电池发动机装置，如图1所示，包括电堆、空压机、液氢罐、控制阀、换热器、散热器、水泵，以及控制器。
45.电堆的氢气入口依次经换热器的支路一、控制阀与液氢罐的出气口连接，空气入口与空压机的输出端连接，冷却液出口一路经水泵、散热器接其冷却液入口，另一路经换热器的支路二接其冷却液入口。
46.控制器的输出端分别与控制阀、水泵、空压机的控制端连接。
47.控制器，用于在整车停机后周期性监测液氢罐内气压并在该气压大于预设范围的上限时开启控制阀使得电堆对整车动力电池进行充电或对电堆执行保温吹扫以保证该气压处于预设范围内，以及，整车正常运行时开启控制阀、水泵、空压机使得电堆对车载用电设备供电。
48.与现有技术相比，该装置具有定时唤醒功能，在整车停机后周期性地检测液氢罐内气压并判断是否其处于安全范围（预设范围）之内，实现液氢罐内气压的有效检测。一旦液氢罐内气压超出了预设范围立即启动电堆对整车动力电池进行充电或对电堆执行保温吹扫以保证液氢罐内气压始终处于预设范围内。利用无法避免的蒸发的氢气量，为整车电量进行存储或冬季下对电堆进行保温吹扫动作，提高了整车的氢气利用率，并保护了燃料电池发动机。
49.实施例2
50.在实施例1的基础上进行改进，所述控制器进一步包括整车控制器、燃料电池控制器、氢系统控制器，如图2所示。
51.氢系统控制器的输出端分别与控制阀的控制端、燃料电池控制器的输入端连接。燃料电池控制器的输出端分别与水泵、空压机的控制端连接。整车控制器的输出端分别与燃料电池控制器、氢系统控制器的输入端连接。
52.氢系统控制器，用于在整车停机后周期性监测液氢罐内气压并在该气压大于预设范围的上限时开启控制阀、向燃料电池控制器发出启动指令和该气压处于预设范围内关闭控制阀、向燃料电池控制器发出关闭指令。以及，用于整车正常运行时开启控制阀为燃料电池提供燃料气。
53.燃料电池控制器，用于在接收到氢系统控制器发出的启动指令后在环境温度低于阈值时对电堆执行保温吹扫和在环境温度高于阈值时控制电堆对整车动力电池进行充电。以及，用于整车正常运行时启动空压机为燃料电池提供空气，并启动水泵使得燃料电池冷却液系统正常运行。
54.整车控制器，用于整车停机时向氢系统控制器和燃料电池控制器均发出关闭指令和整车停机后周期性向燃料电池控制器发送环境温度的整车控制器。
55.优选地，控制阀进一步包括第一控制阀和第二控制阀。
56.优选地，液氢罐的外壳上设有顶部排气口、上部排气口和底部排液口。其中，顶部排气口上设有用于排空的安全阀；上部排气口经第一控制阀与换热器一的支路一输入端连接；底部排液口经第二控制阀与换热器一的支路一输入端连接。
57.第一控制阀、第二控制阀、安全阀的控制端均与控制器的输出端连接。
58.优选地，液氢罐的储液腔顶部设有气体压力传感器。并且，气体压力传感器的输出端与控制器的输入端连接。
59.优选地，换热器进一步包括空温式换热器和氢板换热器。
60.空温式换热器的输入端分别与第一控制阀和第二控制阀的输出端连接，输出端与氢板换热器的支路一输入端连接，控制端与控制器的输出端连接。
61.氢板换热器的支路一输出端与电堆的氢气入口连接；其支路二输入端与电堆的冷却液出口连接，输出端与电堆的冷却液入口连接，以通入电堆输出的高温冷却液。
62.优选地，该装置还包括空气过滤器。其中，空气过滤器设于空压机前端，其输出端与空压机的输入端连接。
63.优选地，该装置还包括设于车厢内部的环境温度传感器。其中，环境温度传感器的输出端与整车控制器的输入端连接。
64.优选地，该装置还包括节温器和ptc加热单元。其中，节温器的输入端与水泵的输出端连接，输出端一经ptc加热单元与电堆的冷却液入口连接，输出端二经散热器与电堆的冷却液入口连接，控制端与控制器的输出端连接。
65.优选地，该装置还包括设于空温式换热器到氢板换热器之间的传输管路内壁上的温度压力一体传感器。温度压力一体传感器的输出端与控制器的输入端连接。
66.优选地，散热器包括散热管道和布设于该散热管道上的风扇。
67.与实施例1相比，本实施例提供的装置具有如下有益效果：
68.1、采用三种控制器组合进行控制，实现了无污染、低功耗、可定时唤醒功能。
69.2、通过控制器对控制阀、水泵、空压机等进行独立控制，可有效避免氢气即燃料气的浪费，同时提高了氢气的利用率。
70.3、在整车停机时均保证液氢存储罐内气压始终处于预设范围内，提高了燃料电池发动机的安全性。
71.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。