一种车载储氢系统及车辆的制作方法

本实用新型涉及车辆技术领域，具体涉及一种车载储氢系统及车辆。

背景技术：

氢能具有来源多样、燃烧值高、利用高效、清洁环保等优点，受全球能源消费量不断增长和能源消耗导致气候问题的影响，氢燃料电池汽车作为一种“零排放、无污染”的载运工具，是我国能源战略、交通战略、汽车战略的重要组成部分。

车载储氢系统为燃料电池汽车动力总成的上游环节，目前，普遍采用的是液氢罐存储液氢的方案，以增加氢能源的存储量，同时可以减小储氢装备对车内空间的占用。液氢罐利用真空夹套与外界进行绝热隔离，维持气态氢处于液体状态，但是，液氢沸点非常低且气化潜热小，在使用过程中，不可避免地会有液氢气化导致罐内压力升高，在长时间停车工况下，气化的气态氢可通过蒸发系统进行排空，导致氢能利用效率的降低以及能源的浪费，同时，还存在泄漏不力产生液氢罐超压或气态氢爆炸等安全隐患。

因此，如何提供一种方案，以克服上述缺陷，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种车载储氢系统及车辆，其中，该车载储氢系统可以对液氢罐内气化的气态氢进行收集，以较大程度地避免氢能源的浪费，可提高能源的利用效率、车辆的续航能力。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种车载储氢系统，包括液氢罐和缓冲罐，所述液氢罐具有气态氢出口，所述气态氢出口连接有气态氢排出管路，所述气态氢排出管路包括第一支路，所述第一支路与所述缓冲罐的进口相连，且所述第一支路设有第一开关阀；所述液氢罐内还设有第一压力监测部件，用于监测所述液氢罐内的压力，在所述压力超过第一设定值时，所述第一开关阀处于打开状态，以连通所述液氢罐、所述缓冲罐。

本实用新型所提供车载储氢系统设有缓冲罐，在液氢罐内液氢气化所产生的气态氢达到一定量、液氢罐内的压力达到第一设定值时，可以通过气态氢排出管路的第一支路将液氢罐内的气态氢转移至缓冲罐内，以降低液氢罐内的压力，而缓冲罐可以对转移至其内部的气态氢进行存储，能够较大程度地避免氢能源的浪费以及氢泄放过程中所可能存在的安全隐患，进而可提高能源的利用效率、车辆的续航能力。

此外，采用缓冲罐来收集、存储气态氢的方案为一种物理方案，气态氢在转移过程中无需额外能量的驱动，不会影响车辆本身的动力性能；而且，上述方案受温度的影响较小，即便是在温度较低的寒冷地区同样可以使用，也就是说，上述的车载储氢系统还具有较为广泛的适用性，可便于推广。

可选地，所述气态氢排出管路还包括第二支路，所述第二支路设有第二开关阀，所述第二支路的出口用于在液氢加注时与液氢加氢站的气态氢液化装置相连；在液氢加注、且所述压力超过所述第一设定值时，所述第二开关阀处于打开状态，以连通所述液氢罐、所述气态氢液化装置，所述第一开关阀处于关闭状态。

可选地，所述液氢罐还具有液氢进口，所述液氢进口连接有液氢加注管路，所述液氢加注管路设有第三开关阀；在液氢加注时，所述第三开关阀处于打开状态，以将所述液氢加氢站的液氢注入所述液氢罐。

可选地，所述液氢罐还具有液氢出口，所述液氢出口连接有液氢排出管路，且所述液氢排出管路设有第四开关阀；在车辆启动或行驶时，所述第四开关阀处于打开状态，以将所述液氢罐内的液氢通入燃料电池电堆。

可选地，所述气态氢排出管路还包括第三支路，所述第三支路设有第五开关阀；在车辆启动或行驶、且所述压力超过所述第一设定值时，所述第五开关阀处于打开状态，以将所述液氢罐内的气态氢通入所述燃料电池电堆，所述第一开关阀处于关闭状态，所述第二设定值小于或等于所述第一设定值。

可选地，所述缓冲罐的出口连接有缓冲排放管路，所述缓冲排放管路设有第六开关阀，所述缓冲罐内还设有第二压力监测部件，用于监测所述缓冲罐内的压力；在车辆启动或行驶、且所述缓冲罐内的压力大于第三设定值时，所述第六开关阀处于打开状态，以将所述缓冲罐内的气态氢通入所述燃料电池电堆，所述第一开关阀处于关闭状态。

可选地，所述第六开关阀的开启优先级高于所述第四开关阀、所述第五开关阀。

可选地，所述液氢罐内还设有液位计，用于监测液氢储量。

可选地，所述液氢罐、所述缓冲罐均设有压力泄放部件。

本实用新型还提供一种车辆，包括储氢系统，所述储氢系统为上述的车载储氢系统。

附图说明

图1为本实用新型所提供车载储氢系统的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本实用新型所提供车载储氢系统的另一种具体实施方式的结构示意图。

图1-2中的附图标记说明如下：

1液氢罐、11气态氢出口、12第一压力监测部件、13液氢进口、14液氢出口、15液位计、16压力泄放部件；

2缓冲罐、21第二压力监测部件；

3气态氢排出管路、31第一支路、311第一开关阀、32第二支路、321第二开关阀、33第三支路、331第五开关阀；

4液氢加注管路、41第三开关阀；

5液氢排出管路、51第四开关阀；

6缓冲排放管路、61第六开关阀；

7气态氢液化装置；

8燃料电池电堆；

9液氢加氢站。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构相同或相类似的两个以上的结构或部件，并不表示对顺序的某种特殊限定。

请参考图1-2，图1为本实用新型所提供车载储氢系统的一种具体实施方式的结构示意图，图2为本实用新型所提供车载储氢系统的另一种具体实施方式的结构示意图。

如图1、图2所示，本实用新型提供一种车载储氢系统，包括液氢罐1和缓冲罐2，液氢罐1具有气态氢出口11，气态氢出口11连接有气态氢排出管路3，气态氢排出管路3包括第一支路31，第一支路31与缓冲罐2的进口相连，且第一支路31设有第一开关阀311；液氢罐1内还设有第一压力监测部件12，具体可以为压力传感器等，用于监测液氢罐1内的压力，第一开关阀311适于在监测所得的压力超过第一设定值时打开，以连通液氢罐1、缓冲罐2。

本实用新型所提供车载储氢系统设有缓冲罐2，在液氢罐1内液氢气化所产生的气态氢达到一定量、液氢罐1内的压力达到第一设定值时，可以通过气态氢排出管路3的第一支路31将液氢罐1内的气态氢转移至缓冲罐2内，以降低液氢罐1内的压力，而缓冲罐2可以对转移至其内部的气态氢进行存储，能够较大程度地避免氢能源的浪费以及氢泄放过程中所可能存在的安全隐患，进而可提高能源的利用效率、车辆的续航能力。

此外，采用缓冲罐2来收集、存储气态氢的方案为一种物理方案，气态氢在转移过程中无需额外能量的驱动，不会影响车辆本身的动力性能；而且，上述方案受温度的影响较小，即便是在温度较低的寒冷地区同样可以使用，也就是说，上述的车载储氢系统还具有较为广泛的适用性，可便于推广。

这里，本实用新型实施例并不限定上述第一设定值的具体值，该第一设定值为液氢罐1的设计压力或极限压力，其与液氢罐1的壁厚、强度等有关，在实施时，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。

需要说明的是，上述方案主要是在停车工况下运行，尤其是长时间停车时，液氢罐1内液氢的气化量会相当大，为避免液氢罐1的超压风险，可以打开第一开关阀311，以将液氢罐1内的气态氢向缓冲罐2内释放一部分，来降低液氢罐1内的压力；但是，这并不意味着其他工况下缓冲罐2就不能够对气态氢进行收集，例如车辆启动或行驶工况下、液氢加注工况下，事实上，无论处于何种工况，只要是液氢罐1内的压力超过第一设定值，均可以打开第一开关阀311，以通过缓冲罐2对超压释放的气态氢进行收集；当然，为了将缓冲罐2对于气态氢的收集能力充分应用于停车工况，在车辆启动或行驶工况、液氢加注工况等其他工况下，也可以采用其他的措施对液氢罐1内气化的气态氢进行处理。

具体地，上述气态氢排出管路3还可以包括第二支路32，第二支路32可以设有第二开关阀321，第二支路32的出口用于在液氢加注时与液氢加氢站9的气态氢液化装置7相连。

在液氢加注工况下，当设置于液氢罐1内的第一压力监测部件12监测到的压力达到第一设定值时，第二开关阀321可以打开、第一开关阀311可以关闭，以连通液氢罐1、气态氢液化装置7，然后，液氢罐1内的气态氢可以返回气态氢液化装置7内进行液化处理。如此，可以保证液氢的实际加入量，同时，也能够较大程度地避免液氢加注过程中液氢罐1所产生的超压风险。

液氢罐1还可以具有液氢进口13，液氢进口13可以连接有液氢加注管路4，液氢加注管路4上可以设有第三开关阀41，在车辆的启动、行驶以及停车等工况下，第三开关阀41均处于关闭状态，以避免液氢自此泄漏；而在液氢加注工况下，该第三开关阀41适于打开，以将液氢加氢站9的液氢注入液氢罐1内。

液氢罐1内可以设有液位计15，以时刻监测液氢罐1内的液氢储量，至于是否需要加注液氢，可依据该液位计15的监测结果而定。在实际应用中，可以在车辆内部如仪表盘等位置设置液氢储量的刻度线，以时刻提醒驾驶人员液氢罐1内目前剩余的液氢量，然后由驾驶人员决定何时需要去加注液氢，这部分结构在现有技术中已经较为成熟，本领域技术人员可以根据现有技术进行设置，在此不做详述。

液氢罐1还可以具有液氢出口14，液氢出口14可以连接有液氢排出管路5，且液氢排出管路5可以设有第四开关阀51，在车辆启动工况或行驶工况下，第四开关阀51可以处于打开状态，以将液氢罐1内的液氢通入燃料电池电堆8产生电能，进而驱动车辆运行。

此种工况下，若液氢罐1内出现气化量增大、压力较大时，可以将液氢罐1内的气态氢直接通入燃料电池电堆8进行发电，而不采用缓冲罐2进行收集。

详细而言，前述气态氢排出管路3还可以包括第三支路33，第三支路33可以设有第五开关阀331，当监测到液氢罐1内的压力超过第二设定值时，第五开关阀331可以打开，以将液氢罐1内的气态氢通入燃料电池电堆8；这里所设置的第二设定值可以与前述第一设定值相同，即液氢罐1的设计压力，也可以小于第二设定值，此时，第二设定值的意义是未达到设计压力、同时又具有相对较高的压力、能够驱使液氢罐1内的气态氢自行流动至燃料电池电堆8，即液氢罐1内的气态氢处于可以利用的状态。而在第五开关阀331处于打开状态时，第一开关阀311、第二开关阀321均可以处于关闭状态。

缓冲罐2的出口还可以连接有缓冲排放管路6，缓冲排放管路6可以设有第六开关阀61，在车辆启动工况或行驶工况下，第六开关阀61可以打开，以将缓冲罐2内的气态氢通入燃料电池电堆8进行发电，进而可以避免缓冲罐2内气态氢的大量集聚，以及由此而造成超过缓冲罐2的设计压力的风险。

这里，本实用新型实施例并不限定缓冲罐2的设计容积、设计压力的大小，其具体与液氢罐1的容积、日蒸发率以及该驾驶人员日常的习惯停车时间等有关，在实施时，本领域技术人员可以根据实际需要进行设定；另外，本实用新型实施例也不限定液氢罐1、缓冲罐2的设计压力之间的关系，在实施时，可以将缓冲罐2的设计压力设置为大于液氢罐1的设计压力，以便能够收集更多的气态氢，当然，也可以设置为小于液氢罐1的设计压力，这在实际应用时都是可以采用的选择。

在具体实践中，可以将第六开关阀61的开启优先级设置为高于第四开关阀51、第五开关阀331，即在车辆启动工况或行驶工况下优先使用缓冲罐2内的气态氢，使得车辆停车前缓冲罐2内气态氢可以尽量排空。如此，在停车工况下，缓冲罐2也就能够收集更多的液氢罐1内气化而来的气态氢，以尽可能地提高氢能源的利用效率。

当然，优先使用缓冲罐2内气态氢的前提是缓冲罐2内有一定量的气态氢，关于此，可以通过设置在缓冲罐2内的第二压力监测部件21来监测缓冲罐2内的压力，只有在该压力超过第三设定值时缓冲罐2内的气态氢才可以优先使用，否则，将先使用液氢罐1内的液氢以及气态氢。该第三设定值的意义表示缓冲罐2内的气态氢处于可利用状态，其具体值在此不做限定，在实施时，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。

如图1、图2所示，本实用实施例给出了第一支路31、缓冲排放管路6、液氢排放管路5通向燃料电池电堆8的两种连接方案：在图1的方案中，第一支路31、缓冲排放管路6在经过各自的开关阀后可以(汇总为一条管路或者分别)与经过第四开关阀51后的液氢排出管路5汇合，如此设置，第一支路31、缓冲排放管路6以及液氢排放管路5相对独立，各自的通断仅是由各自的开关阀进行控制，例如，在控制缓冲罐2内的气态氢通入燃料电池电堆8时，只需打开第六开关阀61即可；在图2的方案中，第一支路31、缓冲排放管路6在经过各自的开关阀后均可以(汇总为一条管路或者分别)与经过第四开关阀51之前的液氢排出管路5汇合，如此设置，第一支路31、缓冲排放管路6与燃料电池电堆8的连通除了由各自的开关阀控制外，也同时受到第四开关阀51的控制，例如，在控制缓冲罐2内的气态氢通入燃料电池电堆8时，除了需要打开第六开关阀61外，还需要打开第四开关阀51，即缓冲罐2内的气态氢不能够单独地向燃料电池电堆8输送，还必须配合液氢罐1内的液氢，对于液氢罐1内的气态氢同样如此，采用这种方案，更有利于保证氢燃料的供给充足。上述的两种连接方案都可以实现液氢罐1、缓冲罐2与燃料电池电堆8的连通，在实施时，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择设置。

进一步地，液氢罐1、缓冲罐2均可以设有压力泄放部件16，该压力泄放部件16具体可以为阀装置，常态下，这两个压力泄放部件16均处于关闭状态，而在特殊工况下，例如，液氢罐1、缓冲罐2发生故障或者外部发生火灾时，该压力泄放部件16可以打开，以及时地将液氢罐1、缓冲罐2内的氢燃料排空，进而可防止液氢、氢气而引发的爆炸事故。

本实用新型所提供车载储氢系统还可以包括控制模块(图中未示出)，前述的六个开关阀、第一压力监测部件12、液位计15、第一压力监测部件12以及两个压力泄放部件16等均可以与该控制模块信号连接，进而由该控制模块来控制相应阀体的打开与关闭。相应阀体与控制模块之间的信号传输结构可参照现有技术，在此不作限定。

前述的六个开关阀均可以为单向阀，以保证流体的单向流动，其中，第四开关阀51、第五开关阀331以及第六开关阀61还可以具有流量调节的功能，能够调整向燃料电池电堆8输送的液氢、气态氢的输送比例、流量等，以满足燃料电池电堆8的发电功率要求。

为了使本实用新型所提供车载储氢系统各阀体之间动作的先后顺序更为清楚，以下本实用新型实施例还将就不同工况下各阀体的动作顺序进行描述：

在停车工况下，六个开关阀均处于关闭状态，设置在液氢罐1内的第一压力监测部件12能够监测液氢罐1内的压力，当压力超过第一设定值时，第一开关阀311可以打开，而当液氢罐1内的压力降低至第一设定值以下时，第一开关阀311可以关闭；

在车辆启动及行驶工况下，第四开关阀51、第五开关阀331以及第六开关阀61均可以处于打开状态，以供应燃料电池电堆8的发电需求，关于这三个开关阀何时打开、打开优先级等可以参照前述内容；

在液氢加注工况下，第三开关阀41处于打开状态，设置在液氢罐1内的第一压力监测部件12能够监测液氢罐1内的压力，当压力超过第一设定值时，第二开关阀321可以打开，以向气态氢液化装置7中通入气态氢，此过程中，其他开关阀均可以处于关闭状态。

本实用新型还提供一种车辆，该车辆为新能源车辆，包括储氢系统，该储氢系统即为上述各实施方式所涉及的车载储氢系统。

由于上述的车载储氢系统已经具备如上的技术效果，那么，具有该车载储氢系统的车辆亦当具备相类似的技术效果，故在此不做赘述。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。