一种车载液氢增压气化供氢系统及控制方法与流程

本发明涉及氢燃料电池，尤其涉及一种车载液氢增压气化供氢系统及控制方法。

背景技术：

1、氢能是继太阳能、风能等新能源之后又一公认的清洁能源，其具有来源广泛、热值高、无污染等优点。发展氢能源可有效降低化石能源的比重，是优化能源结构的有效措施。

2、当前，高压气态储氢是主要的车载储氢方式，其质量储氢密度可达4wt％～6wt％，然而，随着整车续航里程需求的提高，尤其是对于有长途运输需求的重型牵引车而言，在整车高压气态氢车载供氢系统布置空间有限的情况下，寻找更高效的储氢方式才是解决续航里程问题的根本。

3、如公开号为cn115020754a的专利公开了一种车载智能供氢系统，包括储氢系统、供氢系统、安全系统和控制系统，所述储氢系统、供氢系统和安全系统均与所述控制系统连接。所述储氢系统包括多个间隔固定设在车架体内通过管道连接的氢气瓶，所述储氢系统还包括多个固定安装在车架体内的燃料电池，在多个所述的氢气瓶上均设有瓶口阀和尾阀，所述供氢系统包括分别设在管道上的过流阀、过滤器、低压电磁阀、加氢口、减压阀、安全阀、压力表、高-低压管路和放散管路，所述安全系统包括设在管道上的tprd、比例卸荷阀、过流阀，和固定设在各个氢气瓶口的氢浓度检测器。该供氢系统采用高压气态储氢的方式，储氢密度低，在整车高压气态氢车载供氢系统布置空间有限的情况下，不能有效满足车辆长续航里程的要求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车载液氢增压气化供氢系统及控制方法，采用液态储氢的方式供氢，可在有限的布置空间中获得更高的整车续航里程。

2、为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述车载液氢增压气化供氢系统，包括液氢瓶及与之相连的自增压系统、液氢加注系统和安全监测系统，所述液氢瓶的出口通过气化稳压系统与氢燃料电池电堆相连，所述安全监测系统通过氢系统控制器与液氢加注系统、自增压系统和气化稳压系统相连。

3、所述液氢瓶上设置有液氢出口、增压入口和增压出口，所述液氢出口和增压入口之间通过所述自增压系统相连，所述增压入口处还连接有液氢加注系统，所述增压出口与所述气化稳压系统相连。

4、所述自增压系统与所述液氢加注系统相连。

5、所述自增压系统包括连接在所述液氢出口和增压入口之间的增压管路，所述增压管路上沿液氢的流动方向依次设置有单向阀ⅰ、增压式气化器ⅰ、安全阀、增压电磁阀和定压泄放阀。

6、所述液氢加注系统包括与所述增压管路相连的液氢加注管道，所述液氢加注管道端部安装有液氢加注口，所述液氢加注管道内设置有单向阀ⅱ。

7、所述气化稳压系统包括连接在所述液氢瓶与所述氢燃料电池电堆之间的气化稳压管路，所述气化稳压管路上沿远离所述液氢瓶的方向依次设置有单向阀ⅲ、过流阀、增压式气化器ⅱ、缓冲容器和稳压阀。

8、所述增压式气化器ⅰ与所述增压式气化器ⅱ的结构相同，均包括沿着液氢输送方向依次设置的由隔板分隔开的气化区、低压区和中压区，所述气化区和低压区内穿设有加热介质管，所述中压区内设置有ptc加热板，所述加热介质管和ptc加热板表面盘绕有使液氢通过的气化盘管，所述气化盘管的盘绕密度由气化区向中压区逐渐增大。

9、所述液氢加注管道和所述增压管路之间连接有吹扫管路；所述吹扫管路包括与液氢加注管道相连的吹扫支管路ⅰ和与所述增压管路相连的吹扫支管路ⅱ，所述吹扫支管路ⅰ和所述吹扫支管路ⅱ与吹扫总管路相连，所述吹扫支管路ⅰ内设置有吹扫控制阀ⅰ，所述吹扫支管路ⅱ内设置有吹扫控制阀ⅱ。

10、所述安全监测系统包括安装在所述液氢瓶内的液位计、温度传感器和压力传感器，所述液位计、温度传感器和压力传感器通过氢系统控制器与自增压系统、液氢加注系统和气化稳压系统相连。

11、一种车载液氢增压气化供氢控制方法，运用所述的增压气化供氢系统，包括以下步骤：

12、步骤1：通过液氢加注系统向液氢瓶内注入液氢；

13、步骤2：自增压系统将液氢瓶内的液氢增压；

14、步骤3：经过增压后的液氢通过气化稳压系统形成稳定压力的气态氢气后供给氢燃料电池电堆，为发动机提供电能；

15、在步骤1～步骤3中，安全监测系统实时检测液氢瓶中液氢的压力及温度，并通过氢系统控制器控制自增压系统、液氢加注系统和气化稳压系统相互协作，保证供氢系统安全、有效运转。

16、本发明的有益效果是：

17、1、本发明通过液氢加注系统向液氢瓶内注入液氢，通过自增压系统对液氢瓶内的液氢增压，增压后的液氢再通过气化稳压系统气化增压后变成气态氢后输送给氢燃料电池电堆，为发动机提供电能，在整个增压气化供氢的过程中，安全监测系统实时检测液氢瓶中液氢的压力及温度，通过氢系统控制器控制自增压系统、液氢加注系统和气化稳压系统相互协作，保证了供氢系统的安全、有效运转，相比于气氢车载氢系统，该车载液氢增压气化供氢系统在相同的空间体积下能够储存更多的氢气，可满足氢燃料电池车辆长续航里程需求。

18、2、本发明在自增压系统和气化稳压系统内均设置有增压式气化器，该增压式气化器由隔板分隔开成气化区、低压区和中压区，气化区和低压区内穿设有加热介质管，中压区内设置有ptc加热板，加热介质管和ptc加热板表面盘绕有使液氢通过的气化盘管，气化盘管的盘绕密度由气化区向中压区逐渐增大，使不同层区之间差异化加热，可根据需要更好地控制温度，使液氢逐步升温增压气化，可有效控制气体压力，使液氢气化更加安全高效。

技术特征：

1.一种车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于，包括液氢瓶及与之相连的自增压系统、液氢加注系统和安全监测系统，所述液氢瓶的出口通过气化稳压系统与氢燃料电池电堆相连，所述安全监测系统通过氢系统控制器与液氢加注系统、自增压系统和气化稳压系统相连。

2.根据权利要求1所述的车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于：所述液氢瓶上设置有液氢出口、增压入口和增压出口，所述液氢出口和增压入口之间通过所述自增压系统相连，所述增压入口处还连接有液氢加注系统，所述增压出口与所述气化稳压系统相连。

3.根据权利要求2所述的车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于：所述自增压系统与所述液氢加注系统相连。

4.根据权利要求2所述的车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于：所述自增压系统包括连接在所述液氢出口和增压入口之间的增压管路，所述增压管路上沿液氢的流动方向依次设置有单向阀ⅰ、增压式气化器ⅰ、安全阀、增压电磁阀和定压泄放阀。

5.根据权利要求4所述的车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于：所述液氢加注系统包括与所述增压管路相连的液氢加注管道，所述液氢加注管道端部安装有液氢加注口，所述液氢加注管道内设置有单向阀ⅱ。

6.根据权利要求4所述的车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于：所述气化稳压系统包括连接在所述液氢瓶与所述氢燃料电池电堆之间的气化稳压管路，所述气化稳压管路上沿远离所述液氢瓶的方向依次设置有单向阀ⅲ、过流阀、增压式气化器ⅱ、缓冲容器和稳压阀。

7.根据权利要求6所述的车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于：所述增压式气化器ⅰ与所述增压式气化器ⅱ的结构相同，均包括沿着液氢输送方向依次设置的由隔板分隔开的气化区、低压区和中压区，所述气化区和低压区内穿设有加热介质管，所述中压区内设置有ptc加热板，所述加热介质管和ptc加热板表面盘绕有使液氢通过的气化盘管，所述气化盘管的盘绕密度由气化区向中压区逐渐增大。

8.根据权利要求1所述的车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于：所述液氢加注管道和所述增压管路之间连接有吹扫管路；所述吹扫管路包括与液氢加注管道相连的吹扫支管路ⅰ和与所述增压管路相连的吹扫支管路ⅱ，所述吹扫支管路ⅰ和所述吹扫支管路ⅱ与吹扫总管路相连，所述吹扫支管路ⅰ内设置有吹扫控制阀ⅰ，所述吹扫支管路ⅱ内设置有吹扫控制阀ⅱ。

9.根据权利要求1所述的车载液氢增压气化供氢系统，其特征在于：所述安全监测系统包括安装在所述液氢瓶内的液位计、温度传感器和压力传感器，所述液位计、温度传感器和压力传感器通过氢系统控制器与自增压系统、液氢加注系统和气化稳压系统相连。

10.一种车载液氢增压气化供氢控制方法，运用如权利要求1～9任意一项所述的增压气化供氢系统，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
一种车载液氢增压气化供氢系统及控制方法，属于氢燃料电池技术领域，该车载液氢增压气化供氢系统，包括液氢瓶及与之相连的自增压系统、液氢加注系统和安全监测系统，所述液氢瓶的出口通过气化稳压系统与氢燃料电池电堆相连，所述安全监测系统通过氢系统控制器与液氢加注系统、自增压系统和气化稳压系统相连，本发明的有益效果是，本发明采用液态储氢的方式供氢，可在有限的布置空间中获得更高的整车续航里程。

技术研发人员：陈大华,程磊,张志辉,邓高明
受保护的技术使用者：芜湖泰瑞汽车有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15