一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统技术方案

本发明专利技术提供了一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统，动力系统包括储氢罐、燃料电池电堆、控制装置、驱动装置，助力自行车具有车架，车架具体包括：相连接的前斜梁、立管、设于立管前侧的第一壳体、设于立管后侧的第二壳体，第一壳体的内部和第二壳体的内部均中空，第一壳体上设有排风口，第二壳体上设有进风口，第一壳体和第二壳体的内部空间通过多个空气管道连通，第一壳体的内部形成第一风流道，多个空气管道的内部空间形成第二风流道；储氢罐设于第一风流道内，燃料电池电堆设于第二壳体内，燃料电池电堆排出的热风通过第二风流道进入第一风流道，在流经储氢罐后从排风口排出。以利用燃料电池电堆运行时产生的废热，实现热补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统
本专利技术涉及电动自行车的动力系统
、储氢技术及燃料电池
，具体而言，本专利技术涉及一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统。
技术介绍
氢能被认为是一种理想的清洁能源，具有质量轻，储量丰富，环境友好等优点。氢能源主要产业链包括上游氢气制备，中游氢气运输储存和下游加氢站、氢燃料电池及应用等多个环节。中游氢气储存包括高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。高压气态储氢应用广泛、简便易行、成本低、充放氢速度快，但需要厚重的耐压容器，消耗较大的氢气压缩功，有氢气泄露和容器爆破等不安全因素。低温液态储氢在全球的加氢站中有较大范围应用，但在车载系统中的应用不成熟，存在安全隐患。此外，受限于技术，国内液氢应用成本很高。在倡导节能减排、低碳出行的大环境下，自行车的动力系统、公交车、地铁、轻轨等公共交通无疑是人们首选的出行方式。其中，自行车的动力系统在现有公共交通系统中具备不可替代的特殊地位，起到了连接目的地与地铁站、公交点的作用。采用低压固态储氢为氢源的氢能助力自行车的动力系统成为经济社会绿色、低碳、安全、环保出行的理想选择。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案提供了一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统，包括储氢罐、燃料电池电堆、控制装置和驱动装置，储氢罐通过供氢管路向燃料电池电堆供给氢气，燃料电池电堆通过供电线路分别向储氢罐、驱动装置和控制装置供给电能，助力自行车具有车架，车架具体包括：相连接的前斜梁、立管、设于立管前侧的第一壳体、设于立管后侧的第二壳体，第一壳体的内部和第二壳体的内部均中空，第一壳体上设有排风口，第二壳体上设有进风口，第一壳体和第二壳体的内部空间通过多个空气管道连通，使得第一壳体的内部形成供空气流动的第一风流道，多个空气管道的内部空间形成第二风流道；其中，储氢罐设于第一风流道内，燃料电池电堆设于第二壳体内，燃料电池电堆的空气出口朝向第二风流道，燃料电池电堆排出的热风通过第二风流道进入第一风流道，在流经储氢罐后从排风口排出。进一步地，还包括：风扇，设于燃料电池电堆的空气出口；燃料电池电堆的空气进口与进风口连通，风扇驱动燃料电池电堆内的气体从空气出口流出并向第二风流道流动。进一步地，还包括：电加热件，包覆于储氢罐的外表面；隔热层，设于储氢罐与立管的内壁之间；述电加热件与控制装置电连接，燃料电池电堆通过控制装置向电加热件供电；优选地电加热件为呈带状的加热带；或电加热件为呈片状的加热片。进一步地，空气进口和空气出口分别设于燃料电池电堆相对的两个侧面上；燃料电池电堆的一个侧面的下部和上部分别设有氢气出堆口、氢气入堆口，氢气出堆口上设置有出气电磁阀，第二壳体的底部设有排水口，从氢气出堆口排出的气体和水通过排水口排出；储氢罐的瓶口上设有瓶口阀，供氢管路的第一端通过瓶口阀与储氢罐连通，第二端与氢气入堆口连通，在第一端到第二端的供氢管路上依次设有稳压阀、气体压力传感器、进气电磁阀。进一步地，助力自行车还具有车座，车座设置在立管的顶端；控制装置具体包括：相互电连接的燃料电池控制器、整车控制器、蓄电池、中控装置、显示屏；燃料电池控制器、整车控制器、蓄电池设置于第二壳体内，中控装置设置于车座内，蓄电池为燃料电池控制器及整车控制器提供启动电源。进一步地，还包括：车锁，与中控装置电连接；显示屏获取开锁或关锁信息并传输到中控装置，中控装置根据得到的开锁信息控制车锁开启，或中控装置根据得到的关锁信息控制车锁关闭。进一步地，中控装置包括主控模块、GPRS模块；主控模块与气体压力传感器、驱动装置、GPRS模块、显示屏均电连接，以分别采集储氢罐的气压、驱动装置的电流、电压等数据传输给显示屏进行显示，GPRS模块用于车辆定位、联网，通过GPRS模块将报警信息发送至系统后台。进一步地，还包括：设于燃料电池电堆上的温度传感器、与燃料电池电堆的电堆极片和燃料电池控制器均电连接的巡检线，燃料电池控制器与驱动装置、气体压力传感器、进气电磁阀、风扇、温度传感器、巡检线和出气电磁阀均电连接；其中，燃料电池控制器根据获取的气体压力传感器、温度传感器、巡检线的数据信息，控制进气电磁阀、出气电磁阀的开启或关闭；燃料电池控制器根据获取的驱动装置的负载信息控制电加热件的加热功率；燃料电池控制器根据温度传感器测得燃料电池电堆的温度调节风扇的转速。进一步地，储氢罐的氢气输送压力具有第一预设气压值1.2bar和第二预设气压值0.2bar，当气体压力传感器测得的气压值大于第一预设气压值或小于第二预设气压值时，燃料电池控制器向整车控制器发射警报信号，并控制进气电磁阀关闭；当巡检线测得的燃料电池电堆的电堆极片的电压值低于预设电压值时，燃料电池控制器向整车控制器发射警报信号，并控制进气电磁阀关闭。进一步地，整车控制器与驱动装置电连接，整车控制器根据控制信号控制驱动装置的运行功率，且整车控制器根据驱动装置的负载功率切换燃料电池电堆、蓄电池的介入。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：采用低压储氢罐作为氢源，能够实现低压高密度储氢和高纯度供氢，可重复使用，安全，经济，具有良好的适应性；能够利用燃料电池电堆运行时产生的废热，通过设计的热管理风流道实现热补偿，有效提高储氢罐的放氢性能，有效减少整个动力系统的能量损耗；将电堆、氢气管路、热管理系统及相应的控制系统进行机电一体化高度集成，结构紧凑，能够稳定为助力自行车的动力系统提供稳定的动力，满足爬坡等实际功率需求；热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统损耗小、低碳环保，满足经济社会市场需求。附图说明图1示出了本专利技术的一个实施例的热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统的结构示意图；图2示出了图1中A部分的局部放大示意图；图3示出了本专利技术的一个实施例的燃料电池电堆与风扇的结构示意图；图4出了本专利技术的一个实施例的第一壳体、第二壳体的剖面的结构示意图。图中符号说明如下：11储氢罐、12瓶口阀、13供氢管路、14电加热件、15隔热层、21稳压阀、22气体压力传感器、23进气电磁阀、24燃料电池电堆、25风扇、26氢气入堆口、27氢气出堆口、28出气电磁阀、29排水口、31燃料电池控制器、32整车控制器、33中控装置、34蓄电池、41空气进口、42空气出口、43第二风流道、44第一风流道、45排风口、50车座、402前斜梁、404第二壳体、406立管、408第一壳体、410空气管道、412后支架、452进风口。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式及其有益效果作进一步地详细描述。如图1至图4所示，本专利技术的一个实施例提供了一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统。热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统，其特征在于，所述动力系统包括储氢罐、燃料电池电堆、控制装置和驱动装置，所述储氢罐通过供氢管路向所述燃料电池电堆供给氢气，所述燃料电池电堆通过供电线路分别向所述储氢罐、所述驱动装置和所述控制装置供给电能，/n所述助力自行车具有车架，所述车架具体包括：相连接的前斜梁、立管、设于所述立管前侧的第一壳体、设于所述立管后侧的第二壳体，所述第一壳体的内部和所述第二壳体的内部均中空，所述第一壳体上设有排风口，所述第二壳体上设有进风口，所述第一壳体和所述第二壳体的内部空间通过多个空气管道连通，使得所述第一壳体的内部形成供空气流动的第一风流道，多个所述空气管道的内部空间形成第二风流道；/n其中，所述储氢罐设于所述第一风流道内，所述燃料电池电堆设于所述第二壳体内，所述燃料电池电堆的空气出口朝向所述第二风流道，所述燃料电池电堆排出的热风通过所述第二风流道进入所述第一风流道，在流过所述储氢罐的外表面后从所述排风口排出。/n

【技术特征摘要】
1.一种热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统，其特征在于，所述动力系统包括储氢罐、燃料电池电堆、控制装置和驱动装置，所述储氢罐通过供氢管路向所述燃料电池电堆供给氢气，所述燃料电池电堆通过供电线路分别向所述储氢罐、所述驱动装置和所述控制装置供给电能，
所述助力自行车具有车架，所述车架具体包括：相连接的前斜梁、立管、设于所述立管前侧的第一壳体、设于所述立管后侧的第二壳体，所述第一壳体的内部和所述第二壳体的内部均中空，所述第一壳体上设有排风口，所述第二壳体上设有进风口，所述第一壳体和所述第二壳体的内部空间通过多个空气管道连通，使得所述第一壳体的内部形成供空气流动的第一风流道，多个所述空气管道的内部空间形成第二风流道；
其中，所述储氢罐设于所述第一风流道内，所述燃料电池电堆设于所述第二壳体内，所述燃料电池电堆的空气出口朝向所述第二风流道，所述燃料电池电堆排出的热风通过所述第二风流道进入所述第一风流道，在流过所述储氢罐的外表面后从所述排风口排出。


2.根据权利要求1所述的热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统，其特征在于，还包括：
风扇，设于所述燃料电池电堆的空气出口；
所述燃料电池电堆的空气进口与所述进风口连通，所述风扇驱动燃料电池电堆内的气体从所述空气出口流出并向所述第二风流道流动。


3.根据权利要求2所述的热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统，其特征在于，还包括：
电加热件，包覆于所述储氢罐的外表面；
隔热层，设于所述储氢罐与所述立管的内壁之间；
述电加热件与所述控制装置电连接，所述燃料电池电堆通过所述控制装置向所述电加热件供电；
优选地所述电加热件为呈带状的加热带；或所述电加热件为呈片状的加热片。


4.根据权利要求3所述的热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统，其特征在于，
所述空气进口和所述空气出口分别设于所述燃料电池电堆相对的两个侧面上；
所述燃料电池电堆的一个侧面的下部和上部分别设有氢气出堆口、氢气入堆口，所述氢气出堆口上设置有出气电磁阀，所述第二壳体的底部设有排水口，从所述氢气出堆口排出的气体和水通过所述排水口排出；
所述储氢罐的瓶口上设有瓶口阀，所述供氢管路的第一端通过所述瓶口阀与所述储氢罐连通，第二端与所述氢气入堆口连通，在所述第一端到所述第二端的所述供氢管路上依次设有稳压阀、气体压力传感器、进气电磁阀。


5.根据权利要求4所述的热自补偿型氢燃料电池助力自行车的动力系统，其特征在于，
所述助力自行车还具有车座，所述车座设置在所述立管的顶端；
所述控制装置具体包括：相互电连接的燃料电池控制器、整车控制器、蓄电...

【专利技术属性】
技术研发人员：原建光，武英，张宝，阎有花，周少雄，
申请(专利权)人：江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32