專利名稱：燃料電池汽車車載氫系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及新能源汽車領域，具體涉及一種應用于燃料電池汽車的，同時具有可接受加 氫站高壓氫氣、可將車載高壓氫氣安全卸載和利用、可為燃料電池發動機提供穩定壓力和流 量的氫氣的車載氫系統。
背景技術：
燃料電池汽車以氫氣為燃料，通過燃料電池發動機，將化學能高效轉化為電能從而驅動 汽車，整個過程僅排出純凈的水，因而是不久的將來取代傳統化石燃料汽車的最理想的節能 環保型零排放交通工具。
經過世界各國科學家、汽車廠商、能源公司及政府近20年的共同努力，燃料電池汽車技 術得到了突飛猛進的快速發展，其作為交通工具的各項性能指標已基本達到傳統汽車的水平， 因此在世界上多個國家和地區先后開展了燃料電池汽車的商業化示范運行，旨在檢驗和驗證 其在不同行駛條件下的可靠性和耐久性，進一步推動其商業化進程。
燃料電池汽車技術在諸多方面仍存在可供改進和提高的空間。燃料電池汽車車載氫系統 的設計即是其中的一個方面。車載氫系統要兼顧安全性、可靠性、緊湊性、便利性及必要的
功能性。由于燃料電池汽車在運行過程中不可避免會遇到各類故障，對于某些故障的排除， 為安全起見需要先卸放車載儲氫瓶內的高壓氫氣，而目前采取的方法均為直接放空處理，而 未考慮利用，既不環保也造成浪費。中國專利(申請號200710045766.1)己經發明了一種可 將燃料電池汽車車載氫氣回收利用的加氫站子站，可到現場為燃料電池汽車進行安全卸載高 壓氫氣，但是目前的燃料電池汽車車載氫系統均未有考慮卸載功能，因此有必要發明一種具 備被加注、可卸載及為燃料電池供氫的燃料電池汽車車載氫系統。

發明內容
本發明的目的在于提供一種應用于燃料電池汽車的，同時具有可接受加氫站高壓氫氣、 可將車載高壓氫氣安全卸載和利用、可為燃料電池發動機提供穩定壓力和流量的氫氣的車載氫系統，以克服現有燃料電池汽車車載氫系統存在的不足。 為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是
一種燃料電池汽車車載氫系統，其包括高壓儲氫瓶組系統、受氣管路、卸載管路、供氫 管路及放空管路，受氣管路、卸載管路和供氫管路并列相接于高壓儲氫瓶組系統。
進一步，所述的高壓儲氫瓶組系統為一組或并聯的多組，每組依次接有溫度傳感器、高 壓儲氫瓶、針閥， 一組或者并聯后的多組的溫度傳感器端連接有通訊接口，針閥端接有壓力 傳感器并接至通訊接口，針閥端還接有熔栓閥。高壓儲氫瓶用于儲存高壓氫氣，調壓后供燃 料電池發動機作為燃料，將化學能轉化為電能；溫度和壓力傳感器實時將儲氫瓶內的壓力和 溫度送入標準通訊接口和汽車控制器，當接受加氫站加注氫氣時，標準通訊接口可與加氫站 信號接收器連接，將加注過程的溫度和壓力變化傳送給加氣機，加氣機據此可更精確控制加 注的速率及作加注計量的溫度補償，以避免溫升過高有損儲氫瓶及保證足量加注。而溫度和 壓力信號傳至汽車控制器可幫助監控車載氫氣的消耗情況，以提醒駕駛人員及時補加燃料； 針閥可保證各車載儲氫瓶的獨立性，平時處于常開狀態，當某一儲氫瓶因故需檢修或更換時， 關閉針閥，可不影響整個氫系統的正常工作。熔栓閥的作用則是為了保證當燃料電池汽車遇 到火災時，在高溫下可自動熔開，快速卸放車載氫瓶中的高壓氫氣，避免車載氫瓶因高壓氫 氣受熱導致超壓而造成爆炸事故。
所述的受氣管路接于高壓儲氫瓶組的針閥端，依次連接有單向閥、過濾器、受氣頭，受 氣頭與加氫站加氫槍相連對車載高壓儲氫瓶組加氫，單向閥端還連接有防止過壓的安全閥。 采用標準受氣頭便于與加氫站的加氫槍安全、快速的連接；過濾器可阻擋加氫過程中意外帶 入的微小塵粒；單向閥可避免儲氫瓶的高壓氫氣反向流出，在某些情況下(如加氫站的低壓 儲氫瓶的壓力低于車載儲氫瓶時)倒灌入加氫機；安全閥則可避免加氫機萬一失控，造成的 過壓危險，確保車載儲氫瓶不會承受超過其設計的安全壓力。
所述的卸載管路接于高壓儲氫瓶組的針閥端，依次連接有針閥、調壓閥、單向閥、快速 接頭，快速接頭與卸載系統相連將車載高壓儲氫瓶組的氫氣卸載，快速接頭帶有自閉功能。 卸載管路可充分利用燃料電池汽車車載的高壓氫氣，與中國專利(申請號200710045766.1) 發明的卸載系統配合，當車輛發生故障需要卸放氫氣時，安全、快速將車載氫氣回收至加氫 站子站中。針閥通常處于關閉狀態，當車載氫氣需要卸載時才打開，同時兼具控制卸放氫氣 流量的作用；大通徑高壓調壓閥可對卸載氫氣進行調壓和確保流量，以滿足下游(外部卸載系統)對各種輸入壓力等級及大流量的要求；單向閥可阻止下游高壓氫氣的倒流；快速接頭 可與卸載系統進行快速連接，當脫開接頭時，快速接頭的連接端帶自動關閉功能。
所述的供氫管路接于高壓儲氫瓶組的針閥端，依次連接有溢流閥、針閥、電磁閥、調壓 穩壓器，為燃料電池發動機提供穩定低壓氫氣，調壓穩壓器還帶有壓力傳感器。溢流閥的作 用是當下游因意外而導致管路中氫氣流量突然增大時，可對管路中的氫氣流量起限流直至斷 流作用；針閥的作用是當電磁閥失效時，可代替電磁閥關閉管路；電磁閥是整個供氫管路的 開關，當燃料電池汽車"點火"時，自動打開，為燃料電池發動機供氫，當車輛"熄火"時， 自動關閉，停止供氫；調壓穩壓闊將來自車載氫瓶的高壓氫氣調至燃料電池發動機所需的低 壓氫氣，并能在氫氣流量需求的快速變化中保持輸出氫氣壓力穩定。此外調壓穩壓閥還帶有 壓力傳感器，反映輸出的氫氣壓力值；過壓保護裝置，自動卸放超過調壓穩壓閥允許壓力的 氫氣，以及吹掃旁路，用于上游管路的吹掃。
所述的放空管路分為兩路， 一路連接熔栓闊，為減少氫氣快速卸放時的阻力，選用較粗 的管徑及較大的彎曲半徑，管路的末端引至車廂外安全處，并配以軟質堵頭，防止異物掉入 管路造成堵塞，同時當熔栓閥因受熱開啟時，管路內的高壓氫氣可輕易沖開堵頭，快速卸放； 另一路連接受氣管路的安全閥和供氫管路的調壓穩壓閥的放空端，并引入燃料電池發動機的 排氣管中。
所述的系統采用耐高壓管路及連接件連接。
由于采用了上述方案，本發明具有以下特點車載氫系統的功能齊全，結構簡單、安防 措施到位，安全可靠性高。在具備受氣、卸載、供氫功能的同時，兼具超溫、超壓、溢流、 回流保護。


圖1為本發明車載氫系統的流程示意圖1中，1 2高壓儲氫瓶；3 7針閥；8 9單向閥；10 11壓力傳感器；12 13溫度 傳感器；14熔栓閥；15電磁閥；16溢流闊；17調壓穩壓閥；18過濾器；19受氣頭；20快 接頭；21通訊接口； 22調壓閥；23堵頭；24安全閥。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明作進一步的說明。
實施例1受氣操作受氣操作通常在燃料電池汽車"熄火"狀態下進行。確認針閥3和 4處于全開狀態。連接車載通訊接口至加氫站上的加氣機。將加氫站的加氫槍插入受氣頭， 確保良好連接。依次打開加氫槍和加氣機的開關，來自加氫站的高壓氫氣將經過受氣頭19、
過濾器18、單向閥8及針閥3和4，加入車載儲氫瓶1和2，加注過程中儲氫瓶內的溫度和 壓力變化由壓力傳感器IO和溫度傳感器12、 13實時通過通訊接口傳送至加氫機，以供加氣 機作為控制氫氣加注速率的判斷依據，避免儲氫瓶內溫升和壓力超出許可范圍。如果加注壓 力超出設定值，安全閥24將自動卸放氫氣直至氫氣壓力回落到設定值以內為止。受氣完畢， 斷開車載氫系統與加氣機的通訊接口，關閉加氫槍的開關，將加氫槍從受氣頭中退出，完成 受氣操作。
實施例2卸載操作在燃料電池汽車"熄火"狀態下，將快速接頭20與外部卸載系統連 接，打開針閥6至全開狀態，將調壓閥22調至最大，車載儲氫瓶中的氫氣將依次經針閥3、 4、 6，調壓閥22，單向閥9和快速接頭20，進入外部卸載系統。當車載氫瓶中的氫氣壓力高 于外部卸載系統儲罐中的氫氣壓力時，將利用兩者間的壓差，直接將氫氣卸載至儲罐中；當 車載氫瓶中的氫氣壓力低于外部卸載系統儲罐中的氫氣壓力時，將利用外部卸載系統中的氣 體增壓器，將來自車載氫瓶中的氫氣增壓后，儲存于卸載系統的儲罐中。卸載完畢后，依次 關閉針閥6，調壓閥22，卸去快速連接頭20，卸載操作完畢。
實施例3供氫操作燃料電池汽車進入"點火"狀態后，電源接通，電磁閥自動打開， 針閥5處于常開狀態，調壓穩壓閥的氫氣輸出壓力預先設定，其輸出壓力值由閥上自帶的壓 力傳感器ll傳送至車輛控制器。在某些特定情況下，如氫系統初次調試時，可打開針閥7， 將調壓穩壓閥上游的吹掃氣體經吹掃旁路放空，可確保后續進入燃料電池發動機的氫氣的純 度。電磁閥15打開后，車載氫瓶中的高壓氫氣依次經溢流閥16、針閥5、電磁闊15，通入 調壓穩壓閥17，經調壓至所需壓力的低壓氫氣后，供燃料電池發動機使用。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉 本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應 用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技 術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種燃料電池汽車車載氫系統，其特征在于其包括高壓儲氫瓶組系統、受氣管路、卸載管路、供氫管路及放空管路，受氣管路、卸載管路和供氫管路并列相接于高壓儲氫瓶組系統。
2、 如權利要求1所述的燃料電池汽車車載氫系統，其特征在于所述的高壓儲氫瓶組系 統為一組或并聯的多組，每組依次接有溫度傳感器、高壓儲氫瓶、針閥， 一組或者并聯后的 多組的溫度傳感器端連接有通訊接口，針閥端接有壓力傳感器并接至通訊接口，針閥端還接 有熔栓閥。
3、 如權利要求l所述的燃料電池汽車車載氫系統，其特征在于所述的受氣管路接于高 壓儲氫瓶組的針閥端，依次連接有單向閥、過濾器、受氣頭，受氣頭與加氫站的加氫槍相連， 對車載高壓儲氫瓶組加氫，單向閥端還連接有防止過壓的安全閥。
4、 如權利要求1所述的燃料電池汽車車載氫系統，其特征在于所述的卸載管路接于高 壓儲氫瓶組的針閥端，依次連接有針閥、調壓閥、單向閥、快速接頭，快速接頭與外部卸載 系統相連將車載高壓儲氫瓶組的氫氣安全卸載，快速接頭帶有自閉功能。
5、 如權利要求1所述的燃料電池汽車車載氫系統，其特征在于所述的供氫管路接于高 壓儲氫瓶組的針閥端，依次連接有溢流閥、針閥、電磁閥、調壓穩壓器，為燃料電池發動機 提供穩定低壓氫氣，調壓穩壓器還帶有壓力傳感器。
6、 如權利要求l所述的燃料電池汽車車載氫系統，其特征在于所述的放空管路分為兩 路， 一路連接熔栓閥，采用較粗的管徑及較大的彎曲半徑，管路的末端引至車廂外安全處， 并配以軟質堵頭；另一路連接受氣管路的安全閥和供氫管路的調壓穩壓閥的放空端，并引入 燃料電池發動機的排氣管中。
7、 如權利要求l-6所述的燃料電池汽車車載氫系統，其特征在于所述的系統采用耐高 壓管路及連接件連接。
全文摘要
本發明一種燃料電池汽車車載氫系統，其包括高壓儲氫瓶組系統、受氣管路、卸載管路、供氫管路及放空管路，受氣管路、卸載管路和供氫管路并列相接于高壓儲氫瓶組系統，并在尾端接有安全卸放的放空管路，其可應用于燃料電池汽車的，具有可接受加氫站高壓氫氣、可將車載高壓氫氣安全卸載和利用、可為燃料電池發動機提供穩定壓力和流量的氫氣的車載氫系統。本發明的燃料電池汽車車載氫系統的功能齊全，結構簡單、安防措施到位，安全、可靠性高。在具備受氣、卸載、供氫功能的同時，兼具超溫、超壓、溢流、回流保護。
文檔編號B60K3/00GK101417603SQ20081020356
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者偉 周, 張存滿, 潘相敏, 鄔敏忠, 陳華強, 馬建新 申請人:同濟大學