无内建高压储氢罐的氢电车的制作方法

本发明涉及一种运载工具，具体涉及直接以氢气为能源、以质子交换膜燃料电池pemfc氢电堆为发电装置的电动汽车。目前基于此原理的电动汽车，主流方案内建有高压储氢装置——高压储氢罐，本发明方案的氢电车不采用内建高压储氢罐，车辆总成所有设备均工作于常压或略高于常压的气压环境，储氢装置采用可装卸可更换的“便携更换式高压储氢罐”，故此专利还涉及高压容器领域。

背景技术：

随着社会生产力和科学技术的飞速发展，人类支配自然界各种物质和各种能量的能力达到前所未有的程度，以至于人类活动对于地球环境承载力构成越来越严重的威胁乃至破坏，举世公认的大规模消耗化石燃料导致大气环境污染、温室气体排放、环球气温上升、南北极冰盖消融、高山冰川退隐、灾难性气候事件频发等等，都向人类社会发出严重警告：地球人类必须彻底改变肆无忌惮的生活追求和用能方式，必须尽快大规模转向使用清洁、可再生能源，促使遭到破坏、劣化的环境得以喘息、愈合而逐步恢复，确保地球环境可以庇护人类永续发展。现在多国力推环保清洁新能源汽车政策，就是在此大背景下应运而生的。

新能源汽车发展进程里发明众多，有cng汽车，油电混合动力，甲醇、乙醇混合型燃油，有目前发展迅速的纯电动汽车，还有以氢为能量载体、采用质子交换膜技术的各种新能源车船，包括甲醇、乙醇为能源的燃料电池车，尤其突出的是直接以氢气作为能源的氢电车船。

主流氢电车以氢气为能量载体，采用质子交换膜燃料电池pemfc“冷燃烧”氢气，产生电力驱动车船运行，其排放物为清洁的纯水/水汽，成为最清洁最环保的新能源交通工具。由于氢气重量比能量密度最高，bldc直流无刷永磁电机效率最高，加之智能电控系统高效配电，再辅助以能量回收等技术，使氢电车续航里程超长，与同规格燃油车等行程比，只需约燃油重量十分之一的氢气，使氢电车综合运行效益最高。目前德国和日本已有车企成功研制了基于质子交换膜氢电堆技术方案的氢电车，近年来成功批量上市，性能领先，颇受关注。

德国、日本、以色列等科技发达国家先行一步，主导了氢电车产业方向，规划了氢电车生态体系，虽然其已成为目前世界主流，然而深究其应用环境，综合分析产业资源及其间相互关系，可以认定这一总体方案存在重大系统性缺陷，本专利不在此赘述，仅就氢电车结构方案论，该型氢电车亦存在系统性严重缺陷：将存储易燃易爆氢气的高压储氢罐设备固定装置于车身之内成为氢电车固有组成部分，不仅使氢电车成本居高不下，更埋下巨大安全隐患，增添难以估量的社会负担和用户烦恼，终将极大阻碍这一绝好产业大规模健康顺利地发展！

氢气的重量比能量密度高达32.7kwh/kg，约为燃油4倍，但标准大气压下其体积约为等重燃油体积的1万倍！显然，要将氢气作为能源使用到车辆船舶上，就必须大幅减少氢气所占空间，即大幅压缩其体积。据悉德国和日本现行高压储氢罐标准70mpa，约合700大气压，据此分析，高压氢气与等效燃油体积之比从约万倍降至14倍，再因使用重量10倍减少，相对比值为1.4，这在工程上可实现、商业化产品可接受。但跟着问题来了：储存和传输如此超高压氢气，如何确保在各种复杂的环境下，经年累月长时间存储和使用，高压储氢罐及其配套输气管路设备，仍然能够历久如新，保持不泄露不爆裂安全可靠呢？目前可采用的措施是：【1】在设计和制造环节确保产品质量具有超高可靠性指标，远超常规，要求0缺陷0失误；【2】在商业化运行使用环节，以法规、制度和社会组织等措施，确保定期逐车审核与保养制度的有效实施。然而众所周知，物理原理无可违背，自然规律不因人因国而异，产品可靠性原理之浴盆曲线揭示：任何产品在性能稳定后，随着时间推移，其可靠性逐渐降低终至失效是不可逆转的规律。显然，即使有上述两项有力措施保障，一定程度可以在表面上化解此类风险，但这种只求面上成功而难有恒久成效、不计社会成本的解决办法，实为本末倒置缺少良心的行政“敷衍”，绝对不足为取。这不仅在于内建式高压储氢罐及其配套系列产品的成本居高不下，会导致氢电车售价过高，阻吓大众消费，迟滞规模效益的快速形成，无益促进环保能源产业健康发展，更重要的是，所谓确保安全的定期审核、维护等一系列措施劳民伤财，带来人财物无底洞般的社会消耗型成本大幅增加，拖累财政负担，最终都要加给消费者！氢电车售价太高，运营成本太贵，安全措施太烦，长期运行成本高，诸多不利形成死结。

技术实现要素：

基于上述分析，本发明所提供的技术方案要点是，在氢电车内不配置内建永久式高压储氢罐，供氢采用可更换、便携式高压储氢罐，氢电堆发电所需氢气持续供应不是靠“加氢站”，而是靠更换高压储氢罐确保。氢电车内不再装配固定的高压设备，去掉昂贵的内建式高压储氢罐，无需为传输高压氢气配套的高压管路构件等材料、安装、调试和检测费用，氢电车工厂生产线及制造流程得以简化，产成品效率得以提升，整车制造成本大幅降低。

一种无内建高压储氢罐的氢电车，其特征是：车内不装配内建永久式的高压储氢罐，而采用可更换、便携式高压储氢罐，氢电堆所需氢气的持续供应采取换罐方式确保。

氢电车内建密封缓冲储氢罐，位置介于氢电堆和便携式高压储氢罐之间，属于0.1-0.3mpa的低压密封容器，具有耐冲击性。缓冲储氢罐是氢电车内建设备，是氢气流上下游之间的缓冲密封容器，它一端连接氢电堆为其直接输送压力适中的氢气，另一端连接氢气源，经输气管路接收和存储高压储氢罐减压后送来的氢气。便携式可更换高压储氢罐经安全密封的标准接口与氢电车输气管路对接，经过减压的氢气经由输氢管路送气至缓冲储氢罐。

一种无内建高压储氢罐的氢电车，其特征是：车内建有0.1-0.3mpa低压密封缓冲储气罐，它是氢电车内建的氢气流上下游之间的缓冲密封容器，它一端连接氢电堆为其直接输送压力适中的氢气，另一端经输气管路接收和存储便携可更换式高压储氢罐经减压送来的氢气。

通往缓冲储氢罐的进气管路端部设有进气接口，其旋卡式密封接口上安装有锁紧搭扣，解开搭扣可旋拧取出供气结束的便携式可更换高压储氢罐，也称“旧罐”，按照逆操作可将充满氢气的便携式可更换高压储氢罐也称“新罐”再安全接入氢电车供气管路密封系统。进气接口设有气体止回密封阀机构，无罐接入时自动密封不泄露氢气，既能防止氢气向空罐“倒流”，也可为多罐共连一管的多罐系统提供管路共用的支撑功能。

进气口输气管路连接至缓冲储氢罐，缓冲储氢罐输出口装有“精确调压”装置，确保送进氢电堆的氢气压强在安全高效的范围，确保氢电堆高效率安全平稳地工作。

氢电车内设有防爆储罐仓，其外壳具有防爆防冲击功能，输气管路连通其内。作为放置可更换便携式高压储氢罐的专用空间，依据车型的不同，以及用户的需求不同，有两种选择：【1】标配型：防爆储罐仓内设两个标准储氢罐位置，其一为主位，供连接在线服务的储氢罐，就近的输气管路終端配有进气接口，灌满气的便携式高压储氢罐可以轻松地旋拧卡装就位，锁扣保险，操作完成即可启动通气；另一位置是辅位，仅用于存放另一个可更换式储氢罐，对于租用两个可更换便携式高压储氢罐的车主，既可用辅位存放备用新罐，也可临时存放用完气的旧罐。本标准型升级版则不分主辅，两个可更换便携式高压储氢罐经各自对应接口都接入输气管路，输气管路系统自动控制各罐通气断气，各有led指示灯标明气罐工作状态；【2】高配型，即通用型，根据不同车型和不同用户的需要，对于较大型的氢电车船，防爆储罐仓内可设有n个可更换式高压储氢罐的位置，n≥2，每个位置都对准一个独立的进气口，各气口附近都有状态指示led灯，用不同颜色和不同的闪烁编码，表示该罐当前有气亏气或气尽、供气或旁待等实时状态信息。n个更换式高压储氢罐可同时接在各自对应的进气口上，提供更长的续航里程，输气管路内置的智能装置自适应控制接入各罐的供气进程，车载信息系统的人机界面及时反馈接入各罐的实时状态，对供气结束的“旧罐”，系统会发出提示信息。

一种无内建高压储氢罐的氢电车，其特征是：车内配置外壳具有防爆防冲击功能的标配型防爆储罐仓，仓内设两个标准储氢罐位置，其一为主位，供安置在线服务的储氢罐，配有进气口接头连接到输气管路；另一个是辅位，仅用于存放更换式储氢罐，可以是灌满气的新罐，也可临时存放用完气的旧罐。

一种无内建高压储氢罐的氢电车，其特征是：车内配置外壳具有防爆防冲击功能的标配型防爆储罐仓，仓内设两个标准储氢罐位置，二者不分主次，都配有进气口接头，两个可更换便携式高压储氢罐经各自对应的接口，都接入输气管路，输气管路系统自动控制各罐通气断气，各接口有led指示灯标明该气罐工作状态。

一种无内建高压储氢罐的氢电车，其特征是：车内配置外壳具有防爆防冲击功能的高配/通用型防爆储罐仓，仓内设n个可更换式高压储氢罐位置，n≥2，每个位置都对准一个独立的进气口，各气口附近有状态指示led灯，用不同颜色和不同的闪烁编码，表示该罐当前有气亏气或气尽、供气或旁待等实时状态信息。n个更换式高压储氢罐在各自位置可同时接入进气口，持续供气提供更长续航里程，输气管路监控装置自适应控制接入各罐供气进程，车载信息系统的人机界面及时反馈接入各罐的实时状态信息，对供气结束的“旧罐”，系统会发出提示信息。

本无内建高压储氢罐的氢电车，其内建输送氢气管路系统，管路上游连通至防爆储罐仓内各个可更换式高压储氢罐接口位置，均配有旋拧卡位锁紧的安全密封进气接口和状态指示led显示器，用以接入各罐安全供气。对于多罐接入系统，输气管路内设有自适应控制装置，各传感器实时感知各罐的状态，并根据系统总体要求实时切换各罐所接入端口的通断状态：需要时立即接通实施供气，不需要时密封断开令其旁待，各罐储气压力的实时度数显示，亏气状态的提示，换罐提醒等。多罐供气管路系统是提供方便、安全、高效的供氢保障装置。

一种无内建高压储氢罐的氢电车，其特征是：其内建多罐供气管路系统，管路连通至防爆储罐仓内各个可更换式高压储氢罐接口位置，均配有安全密封进气接口和状态指示led灯，用以接入各罐安全供气；对多罐接入时，输气管路内设控制装置能实时感知和发布各罐的状态，并根据系统要求实时切换各罐所接进气口的通断状态：需要时立即接通实施供气，不需要时密封断开令其旁待。

氢电车所用可更换便携式高压储氢罐自带减压阀装置，并加装具有高气压能回收功能的微型发电装置，在控制高压氢气释放减压时，其内机电部件利用高压气推动转子高速旋转，将高压氢气储存的高压势能转换为电能输出，同时得到释放了势能而减压后的适用氢气，所发电能经接口转换，输送到氢电车电力系统中获得使用。

一种无内建高压储氢罐的氢电车，其特征是：氢电车所用可更换便携式高压储氢罐自带减压阀装置，具有高气压势能回收发电功能，在控制高压氢气释放减压时，利用高压氢气推动其内机电部件发电，将高压氢气储存的高压势能转换为电能经接口输出到氢电车电力系统中，同时得到减压后的适用氢气。

本发明的关键点在于：

1氢电车内不装配内建永久式的高压储氢罐，而采用可更换、便携式高压储氢罐，氢电堆所需氢气的持续供应采取换罐方式确保。

2氢电车内建有0.1-0.3mpa低压密封缓冲储气罐，它是氢电车内建的氢气上下游之间的缓冲密封容器，它一端连接氢电堆为其直接输送压力适中的氢气，另一端经输气管路接收和存储便携可更换式高压储氢罐送来的氢气。

3氢电车内配置外壳具有防爆防冲击功能的标配型防爆储罐仓，仓内设两个标准储氢罐位置，其一为主位，供安置在线服务的储氢罐，配有进气口接头连接到输气管路；另一个是辅位，仅用于存放更换式储氢罐，可以是灌满气的新罐，也可临时存放用完气的老罐；或二者不分主次，都配有进气口接头，两个可更换便携式高压储氢罐经各自对应的接口，都接入输气管路，输气管路系统自动控制各罐通气断气，各接口有led指示灯标明该气罐工作状态。

4氢电车内配置外壳具有防爆防震功能的高配/通用型防爆储罐仓，仓内设n个可更换式高压储氢罐位置，n≥2，每个位置都对准一个独立的进气口，各气口附近有状态指示led灯，用不同颜色和不同的闪烁编码，表示该罐当前有气亏气或气尽、供气或旁待等实时状态信息。n个更换式高压储氢罐可同时接进气口，持续提供更长续航里程，输气管路装置自适应控制接入各罐供气进程，车载信息系统的人机界面及时反馈接入各罐的实时状态信息，对供气结束的“旧罐”，系统会发出提示信息。

5氢电车内建多罐供气管路系统，管路连通至防爆储罐仓内各个可更换式高压储氢罐接口位置，均配有安全密封进气接口和状态指示led灯，用以接入各罐安全供气；对多罐接入时，输气管路内设控制装置实时感知各罐的状态，并根据系统要求实时切换各罐所接进气口的通断状态：需要时立即接通实施供气，不需要时密封断开令其旁待。

6氢电车所用可更换便携式高压储氢罐自带减压阀，具有高气压势能回收发电功能，在控制高压氢气释放减压时，利用高压氢推动机电部件发电，将高压氢气储存的高压势能转换为电能经接口输出到氢电车电力系统中，同时得到减压后的氢气。

【附图说明】

图1是目前主流氢电车结构功能简化示意框图，右侧虚线部分为“高压氢气加氢站”和内建式“高压储氢罐”，也正是本发明所要摒弃和创新的内容。

图2是本发明新型氢电车：一种无内建高压储氢罐的氢电车，无内建式“高压储氢罐”，因此也无须市政配套的高压氢气加氢站。采用自带减压阀及高压势能回收装置的可更换便携式高压储氢罐。

【具体实施方式】

实施例一、

本实施例为c型乘用氢电汽车，可供4-7人驾乘。驱动电机额定功率20kw最大功率40kw，配三相异步电机，配20kw质子交换膜氢电堆，租用2个高压70mpa、储氢7.0kg超圆柱形(高700mm、直径450mm)高压储氢罐，配5kwh动力锂电，32v/150f超级电容智能驱动匹配模组，单只新罐续航1000km。

实施例二、

本实施例为40座旅行巴士，三相异步驱动电机额定功率100kw最大功率200kw，配100kw质子交换膜氢电堆，租用4个高压70mpa、储氢7.0kg超圆柱形(高700mm、直径450mm)高压储氢罐，配10kwh动力锂电池，32v/300f超级电容智能驱动匹配模组，4只新罐合计续航1000km。