一种大功率燃料电池与车载氢气集成系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种大功率燃料电池与车载氢气集成系统及方法，包括：车载供氢子系统、两套燃料电池，散热组件，DC/DC模块以及空气滤清器；车载供氢子系统分别与两套燃料电池连接，分别给两套燃料电池提供氢气；散热组件贴附在两套燃料电池上，分别对两套燃料电池进行散热；两套燃料电池的输出端分别通过DC/DC模块给车辆供电；两套燃料电池的空气输入端分别通过空气滤清器与外界空气连接，两套燃料电池的排气端分别通过排气管路连接至大气。系统能够监控燃料电池的运行状态，还能够监控氢气瓶的状态，如果出现泄漏，可以提示驾驶人员氢气泄露状态。还可以提示驾驶人员氢气瓶碰撞状态；保证系统稳定运行，进而保证大型商用车的安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率燃料电池与车载氢气集成系统及方法


[0001]本专利技术涉及车载燃料电池
，尤其涉及一种大功率燃料电池与车载氢气集成系统及方法。

技术介绍

[0002]目前大型商用车为了能够降低燃油，降低燃油对环境的污染，采用氢燃料作为动力源，保证大型商用车行驶及运行使用。
[0003]目前大型商用车用燃料电池系统正向大功率方向发展，特别是重型商用车对整车动力性、经济性要求较高，对燃料电池系统功率需求越大，特别是满足绝大多数工况响应的燃料电池系统功率需超过160kW及车载氢系统，前者负责向整车提供电能，后者负责储存燃料电池系统反应所需的氢气，两个系统总成具有密不可分的关系。
[0004]目前的燃料电池技术难以满足大型商用车的动力需要，而且现有技术中的燃料电池由于监控不及时，获取供氢过程中，监控不当容易造成事故发生，造成大型商用车行驶不稳定。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种大功率燃料电池与车载氢气集成系统，系统可以对燃料电池进行监控，保证燃料电池的散热性能，使燃料电池稳定运行。
[0006]系统包括：车载供氢子系统、两套燃料电池，散热组件，DC/DC模块以及空气滤清器；
[0007]车载供氢子系统分别与两套燃料电池连接，分别给两套燃料电池提供氢气；
[0008]散热组件贴附在两套燃料电池上，分别对两套燃料电池进行散热；
[0009]两套燃料电池的输出端分别通过DC/DC模块给车辆供电；
[0010]两套燃料电池的空气输入端分别通过空气滤清器与外界空气连接，两套燃料电池的排气端分别通过排气管路连接至大气。
[0011]进一步需要说明的是，两套燃料电池上下布置，第一套燃料电池布置在上面，第二套燃料电池布置在下面。
[0012]DC/DC模块设置在两套燃料电池的下端；
[0013]两套燃料电池功率覆盖范围为150～200kW，输出电压为450～750V。
[0014]进一步需要说明的是，车载供氢子系统包括：供气分管、供气主管和多个氢气瓶；
[0015]氢气瓶通过供气分管与供气主管连接，供气主管输出端与燃料电池连接；
[0016]氢气瓶的瓶口处设有瓶阀集成组件；供气主管上设有高压传感器、第一过滤器、限流阀、低压放空针阀以及球阀；低压放空针阀连接有集中放空管；高压传感器与HCU模块连接。
[0017]进一步需要说明的是，车载供氢子系统还包括：加氢管路；
[0018]加氢管路与供气主管连接，加氢管路上设有止回阀、第二过滤器以及加氢口。
[0019]进一步需要说明的是，瓶阀集成组件设有瓶阀、减压阀、电磁阀以及安装在减压阀上的安全阀。
[0020]进一步需要说明的是，散热组件设有两套散热器和膨胀水箱；
[0021]一个散热器贴附在两套燃料电池的一侧，另一个散热器贴附在两套燃料电池的另一侧，分别对燃料电池进行散热；
[0022]膨胀水箱通过散热管道分别与两套散热器连接，分别给两套散热器提供冷却液；
[0023]两套燃料电池分别连接有一个散热组件。
[0024]进一步需要说明的是，还包括：主体框架，主体框架内部安装有多道横梁以及多道纵梁，多道横梁以及多道纵梁将主体框架内部间隔出多个安置空间，每个安置空间内部放置氢气瓶；主体框架底部连接有电池安装架，两套燃料电池安装在电池安装架上；
[0025]主体框架上安装有氢浓度传感器、多个碰撞传感器和控制器；
[0026]控制器通过CAN通讯方式分别与氢浓度传感器、整车控制器、电磁阀以及碰撞传感器连接；
[0027]氢浓度传感器用于实时监测主体框架周围的氢气浓度数据，如氢气浓度数据超阈值，则向控制器发送氢气泄露信号，并根据氢气泄露级别启动相应的保护程序。
[0028]碰撞传感器用于感应氢气瓶碰撞信号，并将氢气瓶碰撞信号发送给控制器，HCU模块通过整车控制器提示驾驶人员氢气瓶碰撞状态；
[0029]控制器获取整车控制器发送的控制信息，分别控制球阀和电磁阀运行，使氢气瓶给燃料电池提供氢气。
[0030]进一步需要说明的是，主体框架的底部连接有安装支架，主体框架的侧部连接有斜撑支架；
[0031]安装支架的底部和斜撑支架的底部分别设有连接机构，整车大梁上设有前固定支架、中间固定支架以及后固定支架；
[0032]安装支架的连接机构和斜撑支架的连接机构分别与前固定支架、中间固定支架以及后固定支架通过螺栓螺母配合连接，将主体框架固设到整车大梁上。
[0033]本专利技术还提供一种大功率燃料电池与车载氢气运行方法，运行方法包括：
[0034]两套燃料电池内部的空压机将空气通过空气滤清器过滤后送入电堆参与反应，反应后的空气通过尾排管排出；
[0035]两套燃料电池分别连接有一个散热组件，散热组件分两路分别为两套燃料电池进行冷却，每套燃料电池配备散热器进行散热；
[0036]两套燃料电池正常工作后高压输出进入DC/DC模块，升压后一部分高压电能送至整车用电单元，同时另一部分高压电能返回至燃料电池BOP中的高压附件供其正常工作用电。
[0037]进一步需要说明的是，加氢时，选择与加氢口匹配的加氢枪进行相互连接；
[0038]高压氢气通过加氢口进入加氢管路；
[0039]高压氢气通过止回阀，在加氢管路上有压力表，能够实时显示加氢的压力；
[0040]氢气在通过连接的卡套接头分别进入与氢气瓶连接的限流阀，再进入与瓶阀直通的氢气瓶中；
[0041]HCU模块能够实时监测加氢管路内的氢气压力；
[0042]供氢时，系统接到整车控制器或燃料电池系统控制器控制指令后进行自检，自检无故障后打开电磁阀，再打开瓶阀上的电磁阀，高压氢气从氢气瓶上的瓶阀沿管路进入限流阀，过滤器对氢气内大颗粒杂质进行过滤，过滤后的氢气进入减压阀，减压阀将氢气压力减至8.5bar，减压后的氢气通过球阀进入燃料电池氢气路；
[0043]当检测到氢气瓶内温度超阈值时，氢气瓶内氢气通过安全阀泄放。
[0044]从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
[0045]本专利技术提供的大功率燃料电池与车载氢气集成系统能够运行更高功率的燃料电池系统，更能有效满足大型商用车对燃料电池的动力性及经济性需求。系统能够监控燃料电池的运行状态，还能够监控氢气瓶的状态，如果出现泄漏，可以提示驾驶人员氢气泄露状态。还可以提示驾驶人员氢气瓶碰撞状态；保证系统稳定运行，进而保证重型商用车的安全性。
[0046]本专利技术提供的大功率燃料电池系统与车载氢系统上下层叠，通过支架固定组合连接，实现燃料电池系统与车载氢系统的高度集成，便于两者的通讯、管路互通，以及整车安装。系统能够实现组合式燃料电池系统架构，并尽可能的提高系统的空间利用率。
[0047]燃料电池与车载供氢子系统设计为相互独立，便于不同供应商加工制造，具备一定的灵活性。集成时，燃料电池框架与车载供氢子系统通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率燃料电池与车载氢气集成系统，其特征在于，包括：车载供氢子系统、两套燃料电池，散热组件，DC/DC模块以及空气滤清器；车载供氢子系统分别与两套燃料电池连接，分别给两套燃料电池提供氢气；散热组件贴附在两套燃料电池上，分别对两套燃料电池进行散热；两套燃料电池的输出端分别通过DC/DC模块给车辆供电；两套燃料电池的空气输入端分别通过空气滤清器与外界空气连接，两套燃料电池的排气端分别通过排气管路连接至大气。2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池与车载氢气集成系统，其特征在于，两套燃料电池上下布置，第一套燃料电池布置在上面，第二套燃料电池布置在下面；DC/DC模块设置在两套燃料电池的下端；两套燃料电池功率覆盖范围为150～200kW，输出电压为450～750V。3.根据权利要求1或2所述的大功率燃料电池与车载氢气集成系统，其特征在于，车载供氢子系统包括：供气分管、供气主管和多个氢气瓶；氢气瓶通过供气分管与供气主管连接，供气主管输出端与燃料电池连接；氢气瓶的瓶口处设有瓶阀集成组件；供气主管上设有高压传感器、第一过滤器、限流阀、低压放空针阀以及球阀；低压放空针阀连接有集中放空管；高压传感器与HCU模块连接。4.根据权利要求3所述的大功率燃料电池与车载氢气集成系统，其特征在于，车载供氢子系统还包括：加氢管路；加氢管路与供气主管连接，加氢管路上设有止回阀、第二过滤器以及加氢口。5.根据权利要求3所述的大功率燃料电池与车载氢气集成系统，其特征在于，瓶阀集成组件设有瓶阀、减压阀、电磁阀以及安装在减压阀上的安全阀。6.根据权利要求1或2所述的大功率燃料电池与车载氢气集成系统，其特征在于，散热组件设有两套散热器和膨胀水箱；一个散热器贴附在两套燃料电池的一侧，另一个散热器贴附在两套燃料电池的另一侧，分别对燃料电池进行散热；膨胀水箱通过散热管道分别与两套散热器连接，分别给两套散热器提供冷却液；两套燃料电池分别连接有一个散热组件。7.根据权利要求5所述的大功率燃料电池与车载氢气集成系统，其特征在于，还包括：主体框架，主体框架内部安装有多道横梁以及多道纵梁，多道横梁以及多道纵梁将主体框架内部间隔出多个安置空间，每个安置空间内部放置氢气瓶；主体框架底部连接有电池安装架，两套燃料电池安装在电池安装架上；主体框架上安装有氢浓度传感器、多个碰撞传感器和控制器；控制器通过CAN通讯方...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹国木，张甜甜，李国庆，孙成斌，申珅，赵同军，李蒙，
申请(专利权)人：中国重汽集团济南动力有限公司，
类型：发明
国别省市：