一种低排放环保车载制氢装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车载制氢装置技术领域，具体为一种低排放环保车载制氢装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]随着石油资源的日益减少和汽车尾气污染问题的日益严重，提高内燃机热效率、降低有害排放成为了当今内燃机发展所需解决的重要问题之一。由于氢气的扩散和燃烧速度高于汽油，因而进气混氢可以有效缩短发动机的燃烧持续期，从而改善汽油机热效率并降低HC及CO排放。同时，氢气宽广的燃烧界限和较低的点火能量也使得混氢内燃机可以在稀薄燃烧模式下运行，从而进一步改善内燃机经济与排放性能。氧气是最为理想的助燃剂之一，在内燃机上采用富氧空气可以有效地促进燃料充分、快速地燃烧，进而降低内燃机油耗率及有害排放。由于目前制氢、储氢等成本较高和相关的基础设施较少，这使得氢及混氢内燃机汽车难以短时间内大面积推广。
[0003]目前氢气的制取方式主要有重整甲烷或煤等能源制氢及电解水制氢两种方式。通过重整甲烷或煤等石化能源制氢工艺复杂，且仍然会产生CO、CO2及其它有害排放，因而不能使氢能制取过程实现零排放。通过太阳能、风能、水能等可再生能源发电电解水，不但可制取氢气还可获得氧气，制取过程实现零排放。
[0004]氢气的存储方法分为高压气态储氢、液态储氢及金属氢化物储氢等方式。高压气态储氢通常将氢气压力提高至20MPa以上，利用气罐等设备对氢气进行储存，但由于氢气的体积比能量密度低，因而采用该技术储存的氢气能量有限。采用液态储氢尽管可以提高氢气的随车储存量，但液氢储存成本昂贵、结构复杂、系统自重大，且存在氢气液化时能量损失大等问题。而采用金属氢化物等材料对氢气进行储存，并在一定条件下释放氢气的技术也存在设备体积大、寿命短等问题。同时，上述3种氢气储存方式都只能对已经制得的氢气进行存储，因而对加氢站的依赖程度较大。
[0005]电解水制氢是实现氢气随制随用的有效技术之一，由于电解水制氢机的体积小，耗电相对较低，所以该制氢机更适合在车辆上安装并以蓄电池为电源实现氢气、氧气的随车制取。目前，电解水制氢机主要分为石棉膜加碱性电解液以及离子交换膜加去离子水电解液两种形式。但由于石棉膜式制氢机所产生的氢气中会携带对发动机零件有害的碱性物质，因而该技术不适合在车辆上实际使用。相比之下，离子膜式制氢机采用去离子水为电解液，所以利用该制氢机所制得的氢气纯度较高，并可避免碱液进入发动机对零件产生的损坏。
【发明内容】
[0006]本发明所解决的技术问题在于提供一种低排放环保车载制氢装置及控制方法，以解决上述【背景技术】中的问题。
[0007]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:一种低排放环保车载制氢装置，其特征在于:该装置包括:发动机蓄电池、制氢氧机、制氢氧机开关继电器、氢气及氧气储存系统和电子控制单元，所述电子控制单元与蓄电池相连，蓄电池通过制氢氧机开关继电器连接到制氢氧机，制氢氧机上连接有氢气及氧气储存系统；所述电子控制单元与氧气储存罐压力传感器、氢气存储罐压力传感器、氧气罐单向放气阀、供氧气管路性电磁阀和供氢管路电磁阀相连；
[0008]所述氢气及氧气储存系统包括与制氢氧机相连通的氢气储存罐和氧气储存罐、连接在制氢氧机和氢气储存罐之间的连接管路上的供氢管路单向电磁阀、连接在制氢氧机和氧气储存罐之间的连接管路上的供氧管路单向电磁阀、安装在氧气储气罐上部的氧气罐单向放气阀和氧气储存罐压力传感器、安装在氢气储气罐上方的氢气储存罐压力传感器、与氧气储存罐相连通的供氧管路、与氢气储存罐相连通的供氢管路、连接在供氧管路上的供氧气管路线性电磁阀和氧气供给管路阻燃阀、以及连接在供氢管路上的供氢管路电磁阀和氢气供给管路阻燃阀。
[0009]2、根据权利要求1所述的一种低排放环保车载制氢装置，其特征在于:所述氢气储存罐和氧气储存罐通过车载罐体固定座安装在车体上，所述车载罐体固定座包括基座、安装架、卡条，所述基座设置为开口半圆柱结构，基座右端高于基座左端，基座右端设置有安装板；所述安装架设置为L形结构，安装架与基座两端相连接，所述基座、安装架、安装板上并设置有安装孔，所述基座左端垂直设置有铁柱；所述卡条设置为半圆弧结构，卡条一端与铁柱相连接，卡条另一端卡接于基座右端。
[0010]3、应用权利要求1所述装置的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0011](I)制氢及储氢过程:电子控制单元首先检测蓄电池电压信号a、氢气储存罐压力信号f和氧气储存罐压力信号g，在蓄电池电压高于十二伏，且氢、氧气罐压力低于3bar时，电子控制单元发出控制信号b接通制氢氧机开关继电器使制氢氧机开始制氢气、氧气，所制得的氢气与氧气分别通过管路进入氢气储存罐及氧气储存罐中；当蓄电池电压低于十二伏或氢、氧气储存罐压力中的任何一个的压力高于3bar时，电子控制单元发出控制信号b，断开制氢氧机开关继电器使制氢氧机停止运行；由于在氢气及氧气储存罐与制氢氧机相连接的管路中分别安装了供氢管路单向阀和供氧管路单向阀，因而已经制得并存储在氢气及氧气储存罐中的氢、氧气不会倒流回制氢氧机；
[0012](2)供气过程:提供纯氢气以及氢氧混合气两种供气模式，以满足不同工况下发动机对氢、氧气的供给要求；
[0013]I)在供给纯氢气时，电子控制单元发出控制信号c打开供氢管路电磁阀，并发出控制信号d关闭供氧管路线性电磁阀，使氢气通过供氢管路及氢气供给管路阻燃阀进入发动机氢气轨；同时，电子控制单元根据检测到的氧气储存罐压力信号f及氢气储存罐压力信号g，当氧气储存罐压力和氢气储存罐压力不相等时，电子控制单元发出控制信号e打开氧气储存罐单向放气阀使部分氧气排出进入驾驶室，以保证氢、氧气罐压力保持相等；
[0014]2)在供给氢氧混合气时，电子控制单元发出控制信号c打开供氢管路电磁阀，使氢气通过供氢管路及供氢管路阻燃阀进入发动机氢气轨，同时，电子控制单元发出控制信号d打开供氧管路线性电磁阀，并根据检测到的氢、氧气储存罐压力调整供氧管路线性电磁阀的开度，保持氧气储存罐压力和氢气储存罐压力相等，使氧气通过供氧管路及供氧管路阻燃阀进入到发动机进气总管，以提高发动机进气中的氧气浓度并实现富氧燃烧。
[0015]与已公开技术相比，本发明存在以下优点:本发明针对氢气基础设施建设不足、加氢困难及现有制氢系统难以实现氢、氧气储存的问题，提出了一种适合车用的制氢、储氢及氢氧混合气供给系统。该车载氢-氧制取、储存、供给系统可以利用蓄电池电能实现氢气及氧气的随车制取，并通过一套储存装置实现氢气与氧气的储存，使车辆可以利用上一次运行时所制取的氢气及氧气实现纯氢或纯氢富氧起动，从而大幅降低汽油机起动时所产生的HC及CO排放，并减少起动时发动机能耗。同时，利用该系统可以提供纯氢气和氢氧混合气两种不同的供气模式，以满足不同工况下发动机的需要。本系统中氢气和氧气的储存压力较低(约为3bar)，因而氢气及氧气储存罐的强度可以较传统车用高压氢气、氧气储存罐大幅降低，从而减少了制氢系统的重量及制造成本，有利于提高整车经济性和系统实用性。由于氢气和氧气可分别供给进入氢气轨和进气总管，从而避免了将氢氧混合气预混后送入发动机而导致的回火问题，提高了系统安全性。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图。
[0017]图2为本发明的制氢氧机结构示意图。
[0018]图3为本发明的制氢氧机极板结构示意图。
[0019]图4为本发明的车载罐体固定座结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]如图1所示，一种低排放环保车载制氢装置，包括:发动机蓄电池1、制氢氧机3、制氢氧机开关继电器2、氢气及氧气储存系统和电子控制单元17，所述电子控制单元17与蓄电池I相连，蓄电池I通过制氢氧机开关继电器2连接到制氢氧机3，制氢氧机3上连接有氢气及氧气储存系统。
[0022]本实施例中，所述氢气及氧气储存系统包括与制氢氧机相连通的氢气储存罐5和氧气储存罐7、连接在制氢氧机和氢气储存罐之间的连接管路上的供氢管路单向电磁阀4、连接在制氢氧机和氧气储存罐之间的连接管路上的供氧管路单向电磁阀6、安装在氧气储气罐上部的氧气罐单向放气阀8和氧气储存罐压力传感器9、安装在氢气储气罐上方的氢气储存罐压力传感器12、与氧气储存罐相连通的供氧管路11、与氢气储存罐相连通的供氢管路14、连接在供氧管路上的供氧气管路线性电磁阀10和氧气供给管路阻燃阀15、以及连接在供氢管路上的供氢管路电磁阀13和氢气供给管路阻燃阀16。
[0023]本实施例中，如图2、图3所示，所述制氢氧机3包括极板31、缘胶垫框32、阴极接端33、阳极接端34、氢氧混合气出口 35，所述极板31的两端各一片分别联接于阴极接端33和阳极接端34 ;所述绝缘胶垫框32安装在每一片极板31的同一向面，极板31竖立平行排列并固定形成电解槽，所述极板31的安装绝缘胶垫框32位置的内侧的上端开有气体通孔39，液体通孔310和液气平衡孔311，所述极板31和绝缘胶垫框32组合安装成电解槽后，气体通