车载供氢系统的制作方法

本实用新型涉及燃料电池车技术领域，且更具体地涉及一种车载供氢系统。

背景技术：

随着国家对新能源汽车行业的大力扶持，以氢气为燃料的电池汽车得到迅速发展，相比内燃机汽车，这种燃料电池汽车不仅能量转换效率高、续航里程长，而且实现零排放，有效地缓解了传统燃油车带来的环境污染问题。

供氢系统作为燃料电池汽车的重要组成部分，燃料电池汽车性能好坏更多依赖于供氢系统。许多企业为快速占领新能源市场份额，推出各种各样的供氢系统其质量参差不齐，不仅繁琐冗余，而且制造成本较高。并且在使用过程经常出现控制系统不灵敏、响应不及时等情况，严重影响到整车的安全性和智能性，同时也进一步限制了燃料电池汽车的推广与应用。

因此，需要一种车载供氢系统，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，提供了一种车载供氢系统，用于燃料电池汽车，所述燃料电池汽车设置有燃料电池，所述车载供氢系统包括：

供氢管路，所述供氢管路包括用于接收氢气的输入端和用于与所述燃料电池连接的输出端；以及

氢气瓶，所述氢气瓶设置在所述供氢管路的所述输入端和所述输出端之间，所述氢气瓶的前端通过连接管路与所述供氢管路连通，所述连接管路设置有控制阀组以控制氢气的输送量，所述氢气瓶的后端连接外界环境，

其中，所述氢气瓶的前端处设置有与所述氢气瓶连通的泄放阀，在所述氢气瓶中的压力高于压力安全值时，所述氢气瓶中的氢气通过所述泄放阀外排，所述氢气瓶的后端处设置有熔断阀，在所述氢气瓶中的温度高于温度安全值时，所述熔断阀被熔断以使所述氢气瓶与外界环境连通，从而外排氢气。

根据本方案，车载供氢系统中的氢气瓶采用两个方面的安全保护，一个方面是通过借助于泄放阀将氢气瓶中的压力控制在压力安全值以下，另一个方面是通过借助于熔断阀使得氢气瓶在温度异常的情况下能够及时外排氢气。由此，可以提高车载供氢系统中的氢气瓶的安全性，从而确保车载供氢系统能够安全可靠的运行。

可选地，所述氢气瓶包括彼此相邻的上游氢气瓶和下游氢气瓶，当所述上游氢气瓶的上游控制阀组由打开状态转换成关闭状态时，所述下游氢气瓶的下游控制阀组由关闭状态转换成打开状态。由此，在车载供氢系统的充气过程中，氢气瓶可以依次充气。在车载供氢系统的供气过程中，氢气瓶可以依次对燃料电池供气，从而能够降低氢气瓶中氢气的剩气率，提高氢气的利用率，增加系统的低耗性。

可选地，所述上游控制阀组和所述下游控制阀组之间设置有复位压力传感器，所述上游控制阀组响应于所述复位压力传感器检测的所述上游氢气瓶的满载压力而关闭，所述下游控制阀组响应于所述复位压力传感器检测的所述上游氢气瓶的满载压力而打开。

由此，在车载供氢系统的充气过程中，上游氢气瓶可以借助于复位压力传感器检测出是否充满，从而根据复位压力传感器反馈的满载压力信号，上游氢气瓶能够及时响应而停止充气，下游氢气瓶能够及时响应而充气。

可选地，在所述复位压力传感器检测到所述满载压力之前，所述复位压力传感器和所述上游氢气瓶之间的管路为通路。

可选地，所述控制阀组包括电控阀和手动阀，在所述电控阀处于工作状态下，所述手动阀处于打开状态，所述氢气瓶的前端处还设置有用于检测氢气温度的温度传感器和用于检测氢气压力的前端压力传感器。由此，在系统处于正常工作情况下，可以自动控制控制阀组的打开和关闭，并且可以实时监测氢气瓶中的氢气的温度和压力。

可选地，所述供氢管路的输入端设置有单向阀、加注控制阀、压力检测器和初级过滤器。由此，可以使得氢气能够单向地输入供气管路，并能够控制氢气流量、检测氢气压力和去除氢气中的颗粒杂质。

可选地，所述供氢管路的输出端设置有用于调节输送至所述燃料电池的氢气压力的压力调节装置，所述压力调节装置的输入端设置有中间控制阀，所述中间控制阀在所述氢气瓶处于充气状态时关闭，在所述氢气瓶处于供气状态时打开。

可选地，所述压力调节装置包括至少两个减压阀和位于所述至少两个减压阀下游的溢流阀，所述溢流阀在所述供氢管路的输出端中的氢气突变的状态下打开。由此，氢气可以通过至少两级减压后使得系统的输出端的压力达到燃料电池的最佳工作条件。并且溢流阀可以提高系统的安全性。

可选地，所述压力调节装置处设置有次级过滤器。由此，可以在供氢管路的输出端对氢气进行除杂，从而能够保证进入燃料电池的氢气的纯度。

可选地，所述车载供氢系统包括至少两个所述氢气瓶，所述至少两个氢气瓶在同一时刻只能有一个氢气瓶处于充气状态。由此，可以对至少两个氢气瓶依次充气。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的装置及原理。在附图中，

图1为根据本实用新型的优选实施方式的车载供氢系统的结构示意图；以及

图2为图1中所示的控制单元的结构示意图。

附图标记说明

100：车载供氢系统 200：燃料电池

110：氢气瓶 111：泄放阀

112：熔断阀 113：温度传感器

114：前端压力传感器 110a：上游氢气瓶

110b：下游氢气瓶 120：控制阀组

121：电控阀 122：手动阀

120a：上游控制阀组 120b：下游控制阀组

130：复位压力传感器 140：氢气加注单元

141：单向阀 142：加注控制阀

143：压力检测器 144：初级过滤器

145：充气阀 150：压力调节装置

151：减压阀 152：溢流阀

153：低压传感器 154：次级过滤器

161：输出总阀 162：中间控制阀

163：排放控制阀 170：控制单元

171：信息处理模块 172：A/D转换模块

173：微处理器 174：通讯处理模块

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本实用新型。显然，本实用新型的施行并不限定于该技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式，不应当解释为局限于这里提出的实施方式。

应当理解的是，在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施方式并且不作为本实用新型的限制，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。本实用新型中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并非限制。

本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

以下，将参照附图对本实用新型的具体实施方式进行更详细地说明，这些附图示出了本实用新型的代表实施方式，并不是限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供了一种车载供氢系统100，该车载供氢系统100可以设置在燃料电池汽车中，用于对燃料电池汽车中的燃料电池 200供氢。

车载供氢系统100包括供氢管路L1和与供气管路连通的氢气瓶110。供气管路可以理解是用于输送氢气的主管路，其包括主输入端(供气管路的输入端)和主输出端(供气管路的输出端)。主输入端可以外接提供氢气的外供氢装置或系统。主输出端可以与燃料电池200的进口连接。氢气瓶 110设置在供氢管路L1的输入端和输出端之间。氢气瓶110的前端通过连接管路L2与供氢管路L1连通，氢气可以经由供氢管路L1、连接管路L2 输送至氢气瓶110中，以此实施方式，可以实现氢气的快速充气。氢气瓶 110的后端能够连接外界环境，以在氢气瓶110处于异常情况下，氢气能够从氢气瓶110的后端外排。

本实施方式中，连接管路L2设置有控制阀组120，控制阀组120的打开和关闭可以控制氢气流通经过连接管路L2的输送量。氢气瓶110的前端处设置有与氢气瓶110连通的泄放阀111。在氢气瓶110中的压力高于压力安全值时，此时，氢气瓶110处于异常情况，泄放阀111自动打开，氢气瓶110中的氢气通过泄放阀111外排至外界环境，实现氢气瓶110内的压力稳定。可以理解，压力安全值是预设压力值。图示实施方式示出了泄放阀111直接安装至氢气瓶110的前端，这样可以使得氢气瓶110的更换更容易便捷。

氢气瓶110的后端处设置有熔断阀112。在氢气瓶110处于异常情况下，氢气瓶110中的温度可能会高于温度安全值，此时，熔断阀112被熔断，氢气瓶110与外界环境能够连通，从而能够及时外排氢气。需要说明的是，异常情况一般是氢气瓶110所处的环境发生温度异常的情况，熔断阀112能够响应到环境的异常温度而被熔断；或者异常情况还可以是氢气瓶110内温度异常升高的情况，熔断阀112能够响应到氢气的异常温度而被熔断。可以理解，熔断阀112是热熔阀；温度安全值是预设温度值。图示实施方式示出了熔断阀112直接安装至氢气瓶110的后端，这样在熔断阀112熔断后氢气瓶110与熔断阀112可以一起被及时更换，以此实施方式，氢气瓶110更换更容易便捷。熔断阀112的出口与第一排放管路L3 连接，从氢气瓶110的后端排出的氢气可以经由第一排放管路L3输送至排放口而外排。

可选地，泄放阀111的出口可以经由另一管路与第一排放管路L3连接，以使从泄放阀111排出的氢气可以从同一个排放口外排。

控制阀组120包括电控阀121和手动阀122。在电控阀121处于工作状态下，手动阀122处于打开状态；在电控阀121处于异常情况下，例如，电控阀121出现故障，需将手动阀122关闭，避免氢气泄漏。氢气瓶110 的前端处还设置有用于检测氢气温度的温度传感器113和用于检测氢气压力的前端压力传感器114。温度传感器113可以直接安装至氢气瓶110的前端。前端压力传感器114可以安装至连接管路L2。前端压力传感器114 能够用于实时监测氢气瓶110内的当前压力(氢气的压力)状况，并且在氢气瓶110中氢气量不足的情况下，系统(即车载供氢系统)100可以根据前端压力传感器114的压力对氢气瓶110进行充气。图中示出了前端压力传感器114位于电控阀121和手动阀122之间。可选地，电控阀121可以为电磁阀，例如二位二通电磁阀。手动阀122可以为手动截止阀。

本实施方式的位于氢气瓶110前端的控制阀组120、泄放阀111、温度传感器113、前端压力传感器114可以形成氢气瓶110的前端集成单元。需要说明的是，车载供氢系统100中的氢气为高压氢气，供氢管路L1的耐压能力不小于压力预设值，例如，耐压能力不小于35Mpa。换句话说，供氢管路L1需要是耐高压的，即由耐高压的材料制成。可选地，供氢管路L1可以由不锈钢材料制成。当然，连接管路L2也需要是耐高压的。

进一步地，车载供氢系统100可以包括一个氢气瓶110或至少两个氢气瓶110。在氢气瓶110为至少两个的实施方式中，至少两个氢气瓶110 并联设置，至少两个氢气瓶110在同一时刻只能有一个氢气瓶110处于充气状态。在氢气瓶110全部充满氢气后，再对燃料电池200供氢。在供氢的过程中，至少两个氢气瓶110在同一时刻只能有一个氢气瓶110处于供气状态。由此，可以降低氢气瓶110中氢气的剩气率，提高氢气的利用率，增加系统100的低耗性。

在氢气瓶110为至少两个的实施方式中，根据氢气瓶110充气的顺序，氢气瓶110包括彼此相邻的上游氢气瓶110a和下游氢气瓶110b。图中示出了两个氢气瓶110，其分别是上游氢气瓶110a和下游氢气瓶110b。上游氢气瓶110a对应设置有上游控制阀组120a，下游氢气瓶110b对应设置有下游控制阀组120b。可以理解的是，对于两个以上氢气瓶110，位于中间的氢气瓶110在其正在充气的时刻是上游氢气瓶，在其将要充气的时刻是下游氢气瓶。当上游氢气瓶110a的上游控制阀组120a由打开状态转换成关闭状态时，下游氢气瓶110b的下游控制阀组120b由关闭状态转换成打开状态。可选地，在本实施方式中，上游控制阀组120a的关闭和下游控制阀组120b的打开形成互锁关系，以此实施方式能够使得上游控制阀组120a 的关闭和下游控制阀组120b的打开几乎同时发生。进一步地，上游氢气瓶 110a的上游控制阀组120a可以响应于下游氢气瓶110b的下游控制阀组 120b的打开而关闭。具体地，上游控制阀组120a中的电控阀121能够响应于下游控制阀组120b中的电控阀121的打开而关闭。

由此，在车载供氢系统100的充气过程中，氢气瓶110可以依次充气，在车载供氢系统100的供气过程中，氢气瓶110可以依次对燃料电池200 供气，从而无需多个氢气瓶同时供气，有助于提高氢气的取气率。例如，在车载供氢系统100的充气过程中，相邻的两个氢气瓶110中的一个氢气瓶110充满后，另一个氢气瓶110能够及时响应而充气，从而使得车载供氢系统100效率高，自动响应及时。

在本实施方式中，上游控制阀组120a和下游控制阀组120b之间的管路上设置有复位压力传感器130。复位压力传感器130可以检测到上游氢气瓶110a的满载压力。如果上游氢气瓶110a已充满(即达到满载压力) 时，上游控制阀组120a中的电控阀121能够响应于复位压力传感器130 检测的上游氢气瓶110a的满载压力而关闭。下游控制阀组120b中的电控阀121响应于复位压力传感器130检测的上游氢气瓶110a的满载压力而打开。可以理解，上游控制阀组120a中的电控阀121和下游控制阀组120b 中的电控阀121几乎能同时接收到复位压力传感器130反馈的满载压力信号，从而使得根据复位压力传感器130反馈的满载压力信号，上游氢气瓶 110a能够及时停止充气，下游氢气瓶110b能够及时开始充气。

可以理解的是，在上游氢气瓶110a处于充气的状态，复位压力传感器 130检测到其满载压力之前，复位压力传感器130和上游氢气瓶110a之间的管路为通路，由此，复位压力传感器130能够检测到上游氢气瓶110a的满载压力。可选地，如图1所示，复位压力传感器130可以设置在上游控制阀组120a前端处的连接管路L2上。

进一步地，供氢管路L1的输入端设置有氢气加注单元140。氢气加注单元140主要包括单向阀141、加注控制阀142、压力检测器143和初级过滤器144。在图示实施方式中，单向阀141、加注控制阀142、压力检测器 143和初级过滤器144沿氢气的输送流向依次布置，供氢管路L1的输入端还可以设置有充气阀145。可选地，加注控制阀142可以为针型阀。压力检测器143可以为压力表。当系统100充气时，氢气通过充气阀145直接进入供氢管路L1，并在克服单向阀141的弹簧预紧力后依次流过加注控制阀142、压力检测器143和初级过滤器144。加注控制阀142能够控制氢气的流量，压力检测器143能够显示当前加注氢气的压力值。初级过滤器144 能够去除氢气中的颗粒杂质，避免供气时颗粒杂质对燃料电池200造成影响。

供氢管路L1的输出端设置有压力调节装置150，用于调节输送至燃料电池200的氢气压力。具体地，压力调节装置150包括至少两个减压阀151 和位于至少两个减压阀151下游的溢流阀152。氢气可以通过至少两级减压后使得系统100的输出口(即供氢管路L1的输出端的端口)的压力更稳定、安全，同时能够达到燃料电池200的最佳工作条件，保证系统100 的稳定性。在图示实施方式中，压力调节装置150包括两个减压阀151，氢气通过两级减压就可以达到燃料电池200所需的工作压力。溢流阀152 在车载供氢系统100处于正常工作状态下关闭，溢流阀152在供氢管路L1 的输出端中的氢气突变(例如，压力突然变高)的状态下打开，从而能够起到过载保护的作用，进一步提高了系统100的安全性。可选地，溢流阀 152可以是电磁溢流阀。

压力调节装置150还包括位于溢流阀152下游的低压传感器153，以便于实时监测系统100的输出口的压力是否稳定。压力调节装置150的下游还设置有输出总阀161，可以根据需要调节系统100的输出口的压力。例如，当输出口的压力过大或过小时，可以通过调节输出总阀161，从而使得燃料电池200能够达到最佳的工作条件。输出总阀161可以是诸如球阀等适合的阀门。压力调节装置150处设置有次级过滤器154，由此，可以进一步除去氢气中的杂质，从而能够保证进入燃料电池200的氢气的纯度。在图示实施方式中，次级过滤器154设置在溢流阀152和低压传感器 153之间。

进一步地，压力调节装置150的输入端设置有中间控制阀162。具体地，中间控制阀162位于并排设置的至少两个氢气瓶110的最后一个氢气瓶110与压力调节装置150之间。中间控制阀162在氢气瓶110处于充气状态时关闭，防止在系统100处于充气状态下氢气直接进入燃料电池200 而造成破坏。中间控制阀162在氢气瓶110处于供气状态时打开，氢气可以通过中间控制阀162流向压力调节装置150。

车载供氢系统100还包括控制单元170。控制单元170能够分别地与上述诸如电控阀121、复位压力传感器130、前端压力传感器114等信号部件信号连接。该连接方式可以是电信号连接。例如，当上游氢气瓶110a已充满时，复位压力传感器130将检测到的上游氢气瓶110a的满载压力信号反馈给控制单元170进行处理。接着，控制单元170根据处理的结果控制下游控制阀组120b的电控阀121打开，下游氢气瓶110b开始充气。同时，控制单元170控制上游控制阀组120a的电控阀121关闭。由此，可以使得车载供氢系统100的快速控制，实现该系统100的智能化操作。

具体地，如图2所示，控制单元170包括依次信号连接的信息处理模块171、A/D转换模块172(模数转换模块)、微处理器173和通讯处理模块174。信息处理模块171与上述温度传感器113、复位压力传感器130、前端压力传感器114等信号部件信号连接。信息处理模块171能够接收温度传感器113、前端压力传感器114、低压传感器153、复位压力传感器130 反馈的信号并对该信号进行处理。A/D转换模块172将信息处理模块171 处理的信号转换成可以识别的高低电平信号，并将该高低电平信号传送该微处理器173。微处理器173根据接收的高低电平信号进行逻辑判断，控制相应的阀门(例如相应的电控阀121)执行相关的动作。通讯处理模块 174通过数据总线与微处理器173连接以实时将系统100的工作状况传递给上位机。

可选地，在压力调节装置150和输出总阀161之间还连接有第二排放管路L4。第二排放管路L4的排放口之前设置有排放控制阀163，在系统 100正常工作时，排放控制阀163处于关闭状态，当系统100出现异常情况时，可以将排放控制阀163打开，通过排放口快速排放氢气，以此实施方式，可以进一步提供系统100的安全性。可选地，排放控制阀163可以为手动阀门，诸如手动截止阀。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“部”、“件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其他特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。