氢能电动拖挂车及旅行车的制作方法

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种氢能电动拖挂车及旅行车。

背景技术：

汽车作为人类的重要交通工具，为人类的进步做出了巨大的贡献。然而传统内燃机汽车需要消耗大量的石油、天然气等不可再生能源，内燃机燃烧燃料后产生的大量有害气体随汽车尾气排放到大气中，严重危害人们的身体健康，并且燃烧后排放的大量二氧化碳气体已成为地球温室效应的主要原因之一。传统内燃机汽车的大量使用，所带来的能源压力和生态问题日益凸显。人们开始寻求新型动力汽车，目前，新型动力汽车大多分为混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(EV)、空气动力发动机汽车、太阳能动力汽车等几类。混合动力汽车(HEV)具有电池电动车和内燃机汽车的优点，但仍存在排放和能源问题，并需要两种不同类型动力装置，其驱动和控制系统更复杂、成本更高。纯电动汽车(EV)行驶中无污染排放、噪声低、能量转换效率高，但电池驱动的电动汽车受制于车载电池。在比功率、循环寿命、充放电性能、造价和安全性等方面难以实用。汽车一次充电的续驶里程无法达到当前内燃机汽车水平。另外，电池组价格昂贵，循环寿命有限，充电时间太长。空气动力发动机汽车利用压缩空气直接驱动汽车发动机，存在耗气量大、一次充气有效行使距离短、车速低等问题。太阳能电动车仍需减小电池体积和提高光电转换效率。燃料电池的出现及现在工业制氢成本的不断降低为解决这一新型动力问题提供了可能性。

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极化学反应直接转化为电能的装置。反应物质(氢气和氧气)在电化学反应过程中不断地被消耗来产生电能，其基本结构主要由阳极、阴极、电解质和外围电路组成。燃料电池具有能量转化率高、燃料多样化、环境污染小、噪音低、维修性好等特点，其反应过程不涉及到燃烧，工作安全可靠。

技术实现要素：

针对目前存在的技术问题，本发明提供一种氢能电动拖挂车，以解决现有电动汽车行驶距离短、车速慢及环境污染的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种氢能电动拖挂车，包括载体箱，所述载体箱内设置有储氢罐、氢燃料电池堆栈、电机及单档减速器、动力输出轴和混合氧化物电解槽，所述混合氧化物电解槽通过第一管道与所述储氢罐连通，所述储氢罐通过第二管道与所述氢燃料电池堆栈的负极连通，所述氢燃料电池堆栈的正极通过第三管道与外界空气连通，所述氢燃料电池堆栈的出水口通过第四管道与所述混合氧化物电解槽连通，所述电机及单档减速器与所述氢燃料电池堆栈电连接；

还包括设置在所述载体箱下端并与所述动力输出轴连接的行走轮发电机构，其中至少一个该行走轮发电机构与所述混合氧化物电解槽电连接。

采用上述技术方案，用氢能代替纯电动电能部分，行走轮发电机构在行走过程中产生电能给混合氧化物电解槽电解供电，混合氧化物电解槽电解产生的氢气经过第一管道进入储氢罐，储氢罐通过第二管道将氢气输送至氢燃料电池堆栈，同时空气中的氧气通过第三管道进入氢燃料电池堆栈进行化学反应产生电能，具体为氢气经过催化剂(铂)的作用，氢原子中两个电子被分离出来，这两个电子在正极的吸引下，经外部电路产生电流，失去电子的氢离子(质子)可穿过质子交换膜(即固体电解质)，在正极与氧原子和电子重新结合为水，产生的水经第四管道进入混合氧化物电解槽供电解使用，如此形成了氢能源循环，彻底解决了纯电动汽车普遍存在的行驶里程短、充电繁琐的问题，即使在无加氢站的地方，也无续航里程的担忧，同时提高了安全性，降低了环境污染。

作为优选，在所述第一管道上设置有流量计、压力计、电磁阀、进入泵和增压器，在所述第二管道上设置有降压器、流量计、流出泵和电磁阀。

该方案，混合氧化物电解槽产生氢气，通过流量计测得流量反馈给氢瓶控制器，同时控制增压器对即将流入储氢罐的氢气进行增压变成液态氢；同时第二管道上的降压器进行降压并测得流量，根据流出氢气流量控制氢气流出泵工作向氢燃料电池堆栈输送氢气，使氢气进入氢燃料电池堆栈参与化学反应。

作为优选，在所述第四管道内设置有单向电磁阀、过滤网和水汽收集器。

作为优选，在所述第三管道上设置有空气泵、空气过滤器、流量计和电磁阀。

作为优选，所述行走轮发电机构包括固定在所述载体箱下端的空心行走柱，该空心行走柱下端连接有连接轴，该连接轴的两端分别连接有行走轮，在空心行走柱内设置有旋转盘，在该旋转盘的上端设置有连接部，其下端设置有第二涡轮，该连接部和第二涡轮分别伸出所述空心行走柱的两端，所述连接部通过长螺钉连接有旋转带动盘，旋转带动盘上端设置有第一涡轮，在所述旋转盘上设置有转子，在所述空心行走柱内对应该转子的位置设置有定子，该定子与所述混合氧化物电解槽电连接；

在所述动力输出轴上靠近其两端的位置分别设置有第一蜗杆和第二蜗杆，该第一蜗杆能够与所述第一涡轮啮合，该第二蜗杆与第二涡轮啮合。

该方案，当需要拖挂车自身的氢能动力进行驱动时，拧紧旋转带动盘与连接部之间的长螺钉，此时，旋转带动盘上移，动力输出轴在转动时设置在其上的第一蜗杆与旋转带动盘上的第一涡轮啮合带动旋转盘转动，旋转盘上的第二涡轮与连接轴内的第二蜗杆啮合带动连接轴转动，从而带动行走轮转动，旋转盘转动时带动转子转动，转子转动产生磁场，定子做切割磁场运动产生电流给混合氧化物电解槽供电，实现了行走的同时给混合氧化物电解槽或者其他负载供电，当不需要拖挂车自身动力驱动时，松开旋转带动盘与连接部之间的长螺钉即可，此时行驶轮发电机构利用牵引车带动拖挂车行驶，由于旋转盘上的第二涡轮与连接轴内的第二蜗杆一直处于啮合状态，因此定子仍能做切割磁场运动产生电流给混合氧化物电解槽或其他负载供电。

作为优选，在所述载体箱内还设置有汽车尾气箱，所述混合氧化物电解槽设置在该汽车尾气箱上端并紧贴该汽车尾气箱。

该方案，当车辆处于低温严寒环境中时，可以通过牵引车排放的汽车尾气给混合氧化物电解槽提供一定的热量，使其达到能工作的温度。

作为优选，还包括冷却液循环腔，该冷却液循环腔紧贴所述汽车尾气箱，并且所述冷却液循环腔分别通过U型管与所述储氢罐、氢燃料电池堆栈、电机及单档减速器连通并形成循环回路。

如此设置，设置冷却液循环腔，一方面，可以对载体箱内部的各元件进行冷却降温，另一方面当外界环境温度过低时可通过汽车尾气箱内的热量对冷却液循环腔提供一定的热量，保证载体箱内各元件的稳定运行。

作为优选，在所述载体箱的前板内侧正对所述氢燃料电池堆栈的位置设置有散热风扇，在所述载体箱的后板上正对所述氢燃料电池堆栈的位置分布有散热孔。

作为优选，所述冷却液循环腔呈倒L型结构，在该L型结构的水平段内设置有衣物烘干阁。

一种旅行车，包括牵引车，该牵引车的后端通过拖钩与所述的氢能电动拖挂车连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明用氢能代替了纯电动电能部分，行走轮发电机构在行走过程中产生电能给混合氧化物电解槽电解供电，混合氧化物电解槽电解产生的氢气经过第一管道进入储氢罐，储氢罐通过第二管道将氢气输送至氢燃料电池堆栈，同时空气中的氧气通过第三管道进入氢燃料电池堆栈进行化学反应产生电能，产生的水经第四管道进入混合氧化物电解槽供电解使用，如此形成了氢能源循环，彻底解决了纯电动汽车普遍存在的行驶里程短、充电繁琐的问题，即使在无加氢站的地方，也无续航里程的担忧，同时提高了安全性，降低了环境污染。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的后视图；

图3为图1中的散热风扇在载体箱上的结构示意图；

图4为图1中的行走轮发电机构的结构示意图；

图5为具有本发明的氢能电动拖挂车的旅行车的结构示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

如附图1-附图4所示的氢能电动拖挂车，包括载体箱1，载体箱1内设置有储氢罐2、氢燃料电池堆栈3、电机及单档减速器4、动力输出轴5、PCU能源分配箱6、MCU和HCU总成箱7、DC\DC和TMS总成箱8和混合氧化物电解槽9，混合氧化物电解槽9通过第一管道20与储氢罐2的进氢口连通，储氢罐2上设置氢能控制器，在第一管道20上设置有流量计、压力计、电磁阀和增压器，储氢罐2通过第二管道21与氢燃料电池堆栈3的负极连通，在第二管道21上设置有降压器、流量计和电磁阀,氢能控制器与流量计、电磁阀、增压器和降压器电性连接，以对氢气的输送过程进行控制。氢燃料电池堆栈3的正极通过第三管道30与外界空气连通，在第三管道30上设置有空气泵、空气过滤器、流量计和电磁阀。氢燃料电池堆栈3的出水口通过第四管道31与混合氧化物电解槽9连通，在第四管道31内设置有单向电磁阀、过滤网和水汽收集器。电机及单档减速器4与氢燃料电池堆栈3电连接，同时电机及单档减速器4与动力输出轴5连接。

在储氢罐2的进氢口设置有温度计及易熔塞，即当温度升高有超过安全线风险前，易熔塞融化，氢气泄露散到大气中去；当温度降低到易熔塞材料(材料根据实际温度试验情况选定)凝固点后，易熔塞再次封堵住储氢罐。

PCU(动力控制装置)用来保证所有行驶工况下都能合理地控制燃料电池的输出功率和驱动电池充放电，所以它将通过车辆局域CAN网络汇集储氢罐总成的压力、流量、氢燃料电池堆栈温度、化学反应快慢等信息；PCU通过该能源分配箱6(用CAN高、CAN低、实现CAN网络连接)分别与MCU和HCU总成箱7、DC\DC和TMS总成箱8电连接。HCU通过该MCU和HCU总成箱7(用CAN高、CAN低、实现CAN网络连接)与DC/DC和TMS总成箱8、PCU能源分配箱9、储氢罐2上的开闭控制阀、加压/泄压阀通讯连接。当然在该箱体内部HCU也与MCU通过CAN高、CAN低、实现CAN网络连接。DC/DC与TMS集成在DC\DC和TMS总成箱8中，其上两个长条形插槽分别为尺寸相等的DC/DC(或DC/AC根据实际功能需求时再具体定制)与TMS线束插槽(包括CAN高、CAN低线)，用于接收从CAN上来自HCU和BMS的指令请求，三个圆插头为三相电源插头用于与连接电机及单档减速器4的三相插头(同时也分线与PCU的三相插头相连，服从PCU电能分配)，将氢燃料电池堆栈产生电流形式进行转换供给电机及单档减速器4使用，而TMS将接收从CAN上传来自HCU、BMS和MCU的信息指令结合行驶工况需求来控制牵引车输出的动力传递。PCU能源分配箱6、MCU和HCU总成箱7、DC\DC和TMS总成箱8属于现有技术，在此不做详细描述。

图4结合图1可以看出，在载体箱1下端设置有两套行走轮发电机构，该行走轮发电机构包括固定在载体箱1下端的空心行走柱52，空心行走柱52沿竖直方向设置，该空心行走柱52下端连接有连接轴54，连接轴54沿水平方向设置，该连接轴54的两端分别连接有行走轮，在空心行走柱52内沿竖直方向设置有旋转盘53，在该旋转盘53的上端设置有连接部530，其下端设置有第二涡轮531，该连接部530和第二涡轮531分别伸出空心行走柱52的两端，连接部530通过长螺钉连接有旋转带动盘58，旋转带动盘58的上端设置有第一涡轮，在旋转盘53上设置有转子56，转子56可随旋转盘53旋转，在空心行走柱52内对应该转子56的位置设置有定子57，定子57随空心行走柱52固定，其中一套定子57通过接线端子与混合氧化物电解槽9电连接，另一套定子57通过接线端子与车载电瓶电连接。在动力输出轴5上靠近其两端的位置分别设置有第一蜗杆51和第二蜗杆55，旋转带动盘58上移后该第一蜗杆51能够与第一涡轮啮合连接，该第二蜗杆55与第二涡轮531一直啮合连接。

请参考图1，在载体箱1内还设置有汽车尾气箱10，汽车尾气箱10正对牵引车排气尾管并与牵引车排气尾管连接，牵引车的汽车尾气会直接进入汽车尾气箱10，混合氧化物电解槽9嵌设在该汽车尾气箱10上端并紧贴该汽车尾气箱10。还包括冷却液循环腔11，该冷却液循环腔11紧贴所述汽车尾气箱10，冷却液循环腔11呈倒L型结构，在该L型结构的水平段内设置有衣物烘干阁12。并且冷却液循环腔11的竖直段上分别通过U型管与储氢罐2、氢燃料电池堆栈3、电机及单档减速器4、PCU能源分配箱6、MCU和HCU总成箱7、DC\DC和TMS总成箱8连通并形成循环回路，以对其进行降温冷却。

为了提高人们出行的舒适性及便捷性，在载体箱1上设有燃气灶15、影音系统14，在载体箱1侧壁上设置衣物甩干桶13，在冷却液循环腔11竖直段内设置扇形齿轮，该扇形齿轮与衣物甩干桶13之间通过转轴连接，该转轴与动力输出轴5通过皮带连接。

从图2和图3可以看出，为了提高拖挂车的使用性能，避免由于载体箱1内各元件运行引起的温度过高，在载体箱1的前板内侧正对氢燃料电池堆栈3的位置设置有散热风扇17，在载体箱1的后板上正对氢燃料电池堆栈3的位置分布有散热孔16。

本发明氢能供电过程如下：当需要拖挂车自身的动力进行驱动时，拧紧旋转带动盘58与连接部530之间的长螺钉，此时，旋转带动盘58上移，动力输出轴5在转动时设置在其上的第一蜗杆51与设置在旋转带动盘58上的第一涡轮啮合带动旋转盘53转动，旋转盘53上的第二涡轮531与连接轴54内的第二蜗杆55啮合带动连接轴54转动，从而带动行走轮转动，旋转盘53转动时带动转子56转动，转子56转动产生磁场，定子57做切割磁场运动产生电流，实现了行走的同时给混合氧化物电解槽9或者其他负载供电。混合氧化物电解槽9电解产生氢气进入储氢罐2内，储氢罐2内的氢气进入氢燃料电池堆栈3的负极产生化学反应，同时氧气进入氢燃料电池堆栈3正极后与电子结合生成水，再进入混合氧化物电解槽9，如此就形成了制氢、用氢循环，即使在无加氢站的地方，也完全实现了无续航里程的忧虑。当不需要拖挂车自身动力驱动时，松开旋转带动盘58与连接部530之间的长螺钉即可，此时第一蜗杆与第一涡轮的啮合断开，此时行驶轮发电机构利用牵引车带动拖挂车行驶，由于旋转盘53上的第二涡轮531与连接轴内的第二蜗杆55一直处于啮合状态，因此定子仍能做切割磁场运动产生电流给混合氧化物电解槽或其他负载供电。

本发明公开的旅行车，如图5所示，包括牵引车100，牵引车100可为家用车或其他传统燃油车，该牵引车100的后端通过拖钩与图1中的氢能电动拖挂车连接，拖钩可采用现有技术，其两端分别与牵引车后端和拖挂车前端连接，如此形成了传统油氢混合旅行车。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。