一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统技术方案

本发明专利技术涉及一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，包括传动系统、燃气轮机、高压氢气储罐、氢气压缩单元、氢气稳压罐、逆变器、电动‑发电机、膨胀机、蓄电池和尾气处理排放系统。高压氢气储罐连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口一路通过冷量回收器和氢气稳压罐连接到氢气进气口，另一路通过氢气压缩单元和中间罐连接到膨胀机入口。燃气轮机或/和电动‑发电机与动力组合器连接，选择方案为用氢燃料发动机替换燃气轮机，动力组合器通过传动轴与传动系统连接。本发明专利技术通过燃气轮机与电动‑发电机相结合，提高了氢能源汽车动力系统的工作效率。通过回收尾气热量，减少了大气污染，有利于保护自然环境。

【技术实现步骤摘要】
一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统
本专利技术属于动力机械
，涉及一种汽车动力系统，具体涉及一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统。
技术介绍
进入二十一世纪，汽车发动机工业得到了迅速地发展，然而目前汽油机和柴油机依然是车用发动机的主要机种。汽油和柴油都是不可再生资源，为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响以及减少大气污染和汽车发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，而氢能源是目前最理想的清洁燃料。氢能源是众多替代能源中的一种可再生资源，热值高，并且燃烧后大部分生成物是水蒸气，是一种理想的绿色燃料。作为代用燃料的氢能源可以解决二大难题：一是石油燃料储量有限，二是使用石油燃料带来的环境污染。环境污染和能源短缺已经成为当今社会的两大突出问题，为寻求人类社会与汽车产业的可持续发展，氢燃料汽车是公认的可同时解决能源和环境问题的绿色环保车，是今后汽车发展的主要方向之一。然而受储氢装置技术、成本、寿命和可靠性诸多因素的制约，使得氢燃料汽车很难真正市场化运行，针对汽车的起动需要输出较大的功率、瞬态响应特性、氢燃料系统的成本问题，世界各国汽车制造商开始把注意力转到混合动力汽车，以提高汽车的经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，增大氢燃料发动机动力，提高发动机的热效率，并且充分回收尾气热量，减少污染,净化环境空气。本专利技术的技术方案是：净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，包括车体、控制系统、传动系统、尾气处理排放系统、逆变器、发电机、电动-发电机和蓄电池。控制系统包括中央控制器、电力总线和人工-自动驾驶系统，中央控制器与电力总线、蓄电池和逆变器通信连接，与人工-自动驾驶系统控制连接。蓄电池与电力总线和逆变器电路连接，逆变器与电动-发电机电路连接。传动系统包括变速箱、传动轴、驱动桥和半轴，变速箱通过传动轴与驱动桥连接，驱动桥通过半轴连接到车轮。尾气处理排放系统包括催化器、尾气换热器、余氢吸收单元、尾气零级净化器和排放口。催化器通过阀门与尾气换热器连接，尾气换热器、余氢吸收单元、尾气零级净化器和排放口依次连接，尾气换热器与尾气零级净化器之间设有旁路。汽车动力系统设有燃气轮机、高压氢气储罐、氢气稳压罐、冷量回收器、氢气压缩单元、膨胀机和动力组合器。燃气轮机设有空气进气口、氢气进气口和尾气出口。高压氢气储罐连接到膨胀机的入口，膨胀机的出口分为两路，一路通过冷量回收器和氢气稳压罐连接到氢气进气口，另一路通过氢气压缩单元和中间罐连接到膨胀机入口。尾气出口连接到尾气处理排放系统。燃气轮机或/和电动-发电机与动力组合器连接，膨胀机通过离合器与发电机连接。汽车动力系统设有空气压缩机，电动-发电机一端与燃气轮机同轴连接，另一端通过离合器与动力组合器连接。膨胀机一端与发电机连接，另一端通过离合器与空气压缩机连接，空气入口通过空气压缩机连接到燃气轮机的空气进气口。燃气轮机自身可设置或不设置压气机，或设置小负荷压气机。燃气轮机替换为氢燃料发动机，氢燃料发动机设有空气进气口、氢气进气口和尾气出口。汽车动力系统设有涡轮增压机和空气滤清器，涡轮增压机包括涡轮室和增压段，空气入口通过空气滤清器和增压段连接到空气进气口，尾气出口通过涡轮室连接到尾气处理排放系统。汽车动力系统设有发电机，逆变器与发电机电路连接。电动-发电机一端通过离合器与氢燃料发动机同轴连接，另一端通过离合器与动力组合器连接。另一种选择为，电动-发电机通过皮带轮与氢燃料发动机的曲轴一端传动连接，氢燃料发动机的曲轴另一端通过离合器与动力组合器连接。尾气处理排放系统设有冷凝器和干燥器，干燥器中装载有可再生干燥剂。尾气换热器通过冷凝器和干燥器连接到余氢吸收单元,冷凝器与尾气零级净化器之间设有旁路。冷凝器的冷凝水出口连接到冷凝水罐或冷凝水外排口，冷凝水即时外排或至固定点集中外排。余氢吸收单元包括A吸收器和B吸收器，A吸收器和B吸收器分别设有余氢吸收单元加热夹套和余氢吸收单元加热线圈。余氢吸收单元加热夹套设有夹套入口和夹套出口，催化器出口一路连接到夹套入口，夹套出口连接到尾气换热器入口。A吸收器和B吸收器吸氢放氢交替进行。汽车动力系统设有氢气缓冲罐、冷回收氢气泵，氢气缓冲罐设有冷回收出口、热回收出口、第三路出口、冷回收入口、热回收入口和氢回收入口。冷回收出口经冷量回收器连接到冷回收氢气泵，冷回收氢气泵出口通过1号溴化锂制冷机和氢气压缩单元的冷介质管路连接到氢气缓冲罐的冷回收入口，形成冷回收循环回路。热回收出口通过热回收氢气泵连接到尾气换热器，尾气换热器通过氢气压缩单元的热介质管路连接到1号溴化锂制冷机，1号溴化锂制冷机连接到氢气缓冲罐的热回收入口，形成热回收循环回路。第三路出口连接到燃气轮机的氢气进气口和/或催化器的加氢口。氢回收入口连接到余氢吸收单元。作为选择，汽车动力系统设有冷却箱，热回收出口通过热回收氢气泵连接到冷却箱，冷却箱氢气出口分为两路，一路连接到催化器的加氢口，另一路连接到尾气换热器，尾气换热器出口通过氢气压缩单元的热介质管路和1号溴化锂制冷机连接到氢气缓冲罐的热回收入口，形成热回收循环回路。氢气压缩单元设有多组交替工作的金属氢化物压缩机反应床，金属氢化物压缩机反应床为单级或多级加压。氢气压缩单元和余氢吸收单元维护可采取整体更换和设置维护口定期更换金属氢化物的两种方式。金属氢化物压缩机反应床分别设有介质入口、介质出口、压缩机反应床进口、压缩机反应床出口、压缩机反应床加热线圈，介质入口通过三通阀与热介质管路和冷介质管路连接，介质出口通过阀门与氢气缓冲罐连接，热介质管路和冷介质管路可以通过三通阀进行切换；热介质管路和冷介质管路为外接冷、热介质对压缩机反应床进行间接加热。冷却介质为氢气、水或其他冷却剂的一种或多种组合，加热介质为发动机尾气、氢气、热水、导热油或其他加热剂的一种或多种组合。压缩机反应床进口通过三通阀与氢气进口和氢气循环入口连接，氢气进口和氢气循环入口可以通过三通阀进行切换。压缩机反应床出口通过三通阀与氢气出口和氢气循环出口连接，氢气出口和氢气循环出口可以通过三通阀进行切换。金属氢化物储罐通过氢气进口连接到氢气压缩单元，氢气压缩单元通过氢气出口连接到中间罐。金属氢化物压缩机反应床包括罐体和内筒，罐体内部涂装隔温涂层，罐体与内筒之间设有加热线圈和换热盘管。整个系统是利用发动机散热和尾气余热以及溴化锂制冷和膨胀机后的冷量回收使氢气压缩单元中的金属氢化物吸氢和放氢，产生高压带动膨胀机做功，从而提高了汽车的整体效率。氢气压缩单元是利用金属氢化物的系统组合升高氢气的压力，从而转化成动力，对系统做功或发电，同时氢气产生冷量。氢气压缩单元的形式可以是一种或多种，只要它能有效的利用发动机动力系统内的热量和系统内的冷量转化成压力能对系统做功即可。金属氢化物储罐、氢气压缩单元和余氢吸收单元采用的金属氢化物可以是相同的或不同的。每个设备的金属氢化物可以是一种或多种混合。氢气的储存也可以采用有机溶剂来代替金属氢化物储氢。氢气压缩单元设有氢气外循环管路、氢气循环泵和氢气内循环管路。氢气循环入口可通过三通阀的切换，分别连接到氢气外循环管路和氢气内循环管路，氢气循环出口也可通过三通阀的切换，分别连接到氢气外循环管路和氢气内循环管路，氢气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，包括车体（1）、控制系统、传动系统（12）、尾气处理排放系统、逆变器（5）、电动‑发电机（6）、发电机（29）和蓄电池（3）；所述控制系统包括中央控制器（4）、电力总线（2）和人工‑自动驾驶系统（7），所述中央控制器（4）与电力总线、蓄电池和逆变器（5）通信连接，与人工‑自动驾驶系统控制连接；所述蓄电池（3）与电力总线（2）和逆变器（5）电路连接，所述逆变器与发电机和电动‑发电机电路连接；所述传动系统包括变速箱(20)、传动轴（9）、驱动桥（32）和半轴（31），所述变速箱通过传动轴与驱动桥连接，所述驱动桥通过半轴连接到车轮（30）；所述尾气处理排放系统包括催化器（14）、尾气换热器（16）、余氢吸收单元（43）、尾气零级净化器（15）和排放口（33）；所述催化器通过阀门与尾气换热器连接，所述尾气换热器、余氢吸收单元、尾气零级净化器和排放口依次连接，所述尾气换热器与尾气零级净化器之间设有旁路； 其特征是：所述汽车动力系统设有燃气轮机（79）、高压氢气储罐（77）、氢气稳压罐（59）、冷量回收器（62）、氢气压缩单元（18）、膨胀机（27）和动力组合器（23）；所述燃气轮机设有空气进气口（52）、氢气进气口（53）和尾气出口；所述高压氢气储罐连接到膨胀机（27）的入口，所述膨胀机的出口分为两路，一路通过冷量回收器（62）和氢气稳压罐连接到氢气进气口，另一路通过氢气压缩单元和中间罐（60）连接到膨胀机入口；所述尾气出口连接到尾气处理排放系统；所述燃气轮机或/和电动‑发电机与动力组合器（23）连接，所述膨胀机通过离合器与发电机（29）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，包括车体（1）、控制系统、传动系统（12）、尾气处理排放系统、逆变器（5）、电动-发电机（6）、发电机（29）和蓄电池（3）；所述控制系统包括中央控制器（4）、电力总线（2）和人工-自动驾驶系统（7），所述中央控制器（4）与电力总线、蓄电池和逆变器（5）通信连接，与人工-自动驾驶系统控制连接；所述蓄电池（3）与电力总线（2）和逆变器（5）电路连接，所述逆变器与发电机和电动-发电机电路连接；所述传动系统包括变速箱(20)、传动轴（9）、驱动桥（32）和半轴（31），所述变速箱通过传动轴与驱动桥连接，所述驱动桥通过半轴连接到车轮（30）；所述尾气处理排放系统包括催化器（14）、尾气换热器（16）、余氢吸收单元（43）、尾气零级净化器（15）和排放口（33）；所述催化器通过阀门与尾气换热器连接，所述尾气换热器、余氢吸收单元、尾气零级净化器和排放口依次连接，所述尾气换热器与尾气零级净化器之间设有旁路；其特征是：所述汽车动力系统设有燃气轮机（79）、高压氢气储罐（77）、氢气稳压罐（59）、冷量回收器（62）、氢气压缩单元（18）、膨胀机（27）和动力组合器（23）；所述燃气轮机设有空气进气口（52）、氢气进气口（53）和尾气出口；所述高压氢气储罐连接到膨胀机（27）的入口，所述膨胀机的出口分为两路，一路通过冷量回收器（62）和氢气稳压罐连接到氢气进气口，另一路通过氢气压缩单元和中间罐（60）连接到膨胀机入口；所述尾气出口连接到尾气处理排放系统；所述燃气轮机或/和电动-发电机与动力组合器（23）连接，所述膨胀机通过离合器与发电机（29）连接。2.根据权利要求1所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述汽车动力系统设有空气压缩机（78），所述电动-发电机（6）一端与燃气轮机（79）同轴连接，另一端通过离合器与动力组合器（23）连接；所述膨胀机（27）一端与发电机（29）连接，另一端通过离合器与空气压缩机连接，空气入口（41）通过空气压缩机连接到燃气轮机的空气进气口（52），燃气轮机自身可设置或不设置压气机，或设置小负荷压气机。3.根据权利要求1所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述燃气轮机（79）替换为氢燃料发动机（25），所述氢燃料发动机设有空气进气口（52）、氢气进气口（53）和尾气出口；所述汽车动力系统设有涡轮增压机（28）和空气滤清器（42），所述涡轮增压机包括涡轮室和增压段，空气入口（41）通过空气滤清器和增压段连接到空气进气口，所述尾气出口通过涡轮室连接到尾气处理排放系统。4.根据权利要求3所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述电动-发电机（6）一端通过离合器（8）与氢燃料发动机（25）同轴连接，另一端通过离合器与动力组合器（23）连接。5.根据权利要求3所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述电动-发电机（6）通过皮带轮（17）与氢燃料发动机（25）的曲轴（22）一端传动连接，所述氢燃料发动机的曲轴（22）另一端通过离合器（8）与动力组合器（23）连接；所述尾气处理排放系统设有冷凝器（95）和干燥器（96），干燥器中装载有可再生干燥剂；所述尾气换热器（16）通过冷凝器和干燥器连接到余氢吸收单元（43）,所述冷凝器与尾气零级净化器之间设有旁路；所述冷凝器的冷凝水出口连接到冷凝水罐或冷凝水外排口，冷凝水直接即时外排或至固定点集中外排。6.根据权利要求1所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述余氢吸收单元（43）包括A吸收器（43A）和B吸收器（43B），所述A吸收器和B吸收器分别设有余氢吸收单元加热夹套和余氢吸收单元加热线圈（49）；所述余氢吸收单元加热夹套设有夹套入口和夹套出口，所述催化器（14）出口一路连接到夹套入口，所述夹套出口连接到尾气换热器（16）入口；所述A吸收器（43A）和B吸收器（43B）吸氢放氢交替进行。7.根据权利要求1所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述汽车动力系统设有氢气缓冲罐（44）和冷回收氢气泵（64）；所述氢气缓冲罐（44）设有冷回收出口、热回收出口、第三路出口、冷回收入口、热回收入口和氢回收入口；所述冷回收出口经冷量回收器（62）连接到冷回收氢气泵（64），冷回收氢气泵出口通过1号溴化锂制冷机（57-1）和氢气压缩单元（18）的冷介质管路连接到冷回收入口，形成冷回收循环回路；所述热回收出口通过热回收氢气泵（63）连接到尾气换热器（16），尾气换热器通过氢气压缩单元（18）的热介质管路和1号溴化锂制冷机连接到热回收入口，形成热回收循环回路；所述第三路出口分为两路，一路连接到燃气轮机（79）的氢气进气口（53），另一路连接到催化器（14）的加氢口；所述氢回收入口连接到余氢吸收单元（43）。8.根据权利要求7所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述汽车动力系统设有冷却箱（24），所述热回收出口通过热回收氢气泵（63）连接到冷却箱，所述冷却箱氢气出口连接到催化器（14）的加氢口和/或尾气换热器（16），所述尾气换热器出口通过氢气压缩单元（18）的热介质管路（21）和1号溴化锂制冷机（57-1）连接到氢气缓冲罐的热回收入口，形成热回收循环回路。9.根据权利要求1所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：氢气压缩单元（18）设有多组交替工作的金属氢化物压缩机反应床(19)，金属氢化物压缩机反应床(19)为单级或多级加压；所述氢气压缩单元和余氢吸收单元维护采取整体更换和设置维护口定期更换金属氢化物的两种方式；所述金属氢化物压缩机反应床分别设有介质入口、介质出口、压缩机反应床进口（73）、压缩机反应床出口（74）、压缩机反应床加热线圈（76），所述介质入口通过三通阀（58）与热介质管路（21）和冷介质管路（34）连接，所述介质出口通过阀门（13）与氢气缓冲罐（44）连接，所述热介质管路和冷介质管路可以通过三通阀进行切换；所述热介质管路和冷介质管路为外接冷、热介质对压缩机反应床进行间接加热；所述冷却介质为氢气、水或其他冷却剂的一种或多种组合，所述加热介质为发动机尾气、氢气、热水、导热油或其他加热剂的一种或多种组合；所述压缩机反应床进口（73）通过三通阀与氢气进口（47）和氢气循环入口（72）连接，所述氢气进口和氢气循环入口可以通过三通阀进行切换；所述压缩机反应床出口（74）通过三通阀与氢气出口（48）和氢气循环出口（71）连接，所述氢气出口和氢气循环出口可以通过三通阀进行切换；金属氢化物储罐（10）通过氢气进口（47）连接到氢气压缩单元（18），氢气压缩单元（18）通过氢气出口（48）连接到中间罐（60）；金属氢化物压缩机反应床包括罐体和内筒，罐体内部涂装隔温涂层，罐体与内筒之间设有加热线圈和换热盘管；整个系统是利用发动机散热和尾气余热以及溴化锂制冷和膨胀机后的冷量回收使氢气压缩单元中的金属氢化物吸氢和放氢，产生高压带动膨胀机做功，从而提高了汽车的整体效率；所述氢气压缩单元是利用金属氢化物的系统组合升高氢气的压力，从而转化成动力，对系统做功或发电，同时氢气产生冷量；氢气压缩单元的形式可以是一种或多种，只要它能有效的利用发动机动力系统内的热量和系统内的冷量转化成压力能对系统做功即可；金属氢化物储罐、氢气压缩单元和余氢吸收单元采用的金属氢化物可以是相同的或不同的；每个设备的金属氢化物可以是一种或多种混合；氢气的储存也可以采用有机溶剂来代替金属氢化物储氢。10.根据权利要求9所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述氢气压缩单元（18）设有氢气外循环管路（69）、氢气循环泵（70）和氢气内循环管路（75）；所述氢气循环入口（72）通过三通阀的切换，分别连接到氢气外循环管路（69）和氢气内循环管路（75），所述氢气循环出口（71）通过三通阀的切换，分别连接到氢气外循环管路（69）和氢气内循环管路（75），氢气外循环管路上设有氢气循环泵（70）。11.根据权利要求1所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述尾气零级净化器由NO氧化器（35）、活性炭吸附器（36）、CO/VOC氧化器（37）和颗粒物离子吸附器（38）四个模块组成，所述NO氧化器、活性炭吸附器、CO/VOC氧化器和颗粒物离子吸附器依次连接；排放尾气中氮氧化物含量≤5μg/Nm3，颗粒物PM2.5≤10μg/Nm3；氢燃料发动机分为浓燃和稀燃两种工况，在需要高扭矩如上坡情况下，发动机采取浓燃工况，燃空比大于1.1，并同时启动余氢吸收单元回收尾气中的氢气，回收的氢气送到氢气缓冲罐；在低扭矩如平地均速情况下，发动机采用稀燃工况，燃空比小于0.7，并同时打开催化器的加氢阀门加入氢气还原氮氧化物，降低NOx的排放。12.根据权利要求1所述的净化环境空气的高效氢能源汽车动力系统，其特征是：所述动力系统用作固定装置，所述固定装置包括燃气轮机（79）、1号发电机（66）、氢气稳压罐（59）、2号发电机（67）、氢气压缩单元（18）、余氢吸收单元（43）、金属氢化物储罐（10）、尾气处理排放系统、变电站（55）、配电站（56）、膨胀机（27）、空气压缩机（78）、氢气缓冲罐（44）、热回收氢气泵（63）、冷回收氢气泵（64）、1号溴化锂制冷机（57-1）和2号溴化锂制冷机（57-2）；所述金属氢化物储罐通过1号溴化锂制冷机、氢气压缩单元和中间罐（60）连接到膨胀机入口，所述高压氢气储罐连接到膨胀机（27）的入口，连接管路设有阀门；所述膨胀机出口通过冷量回收器（62）和氢气稳压罐连接到氢燃料发动机氢气进气口（53）和氢气压缩单元，空气入口通过空气压缩机连接到空气进气口，燃气轮机自身设置或不设置压气机，或设置小负荷压气机；氢燃料发动机的尾气出口连接到尾气处理排放系统；所述燃气轮机...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾会平，
申请(专利权)人：石家庄新华能源环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13