基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆及方法技术

本发明专利技术为了解决氢内燃动力车辆空调能耗问题，公开了一种基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆及方法，包括高压储氢系统、高压氢气制冷系统、氢内燃发电系统和牵引动力系统，所述的高压氢气减压过程中产生的冷量提供给空调系统制冷，膨胀功可转换为电能给动力电池补充电量，所述的氢内燃发电系统产生的尾气热量提供给空调制热系统。本发明专利技术一方面将车辆氢动力系统中的制冷系统产生的冷量应用于车辆的空调制冷系统，另一方面将车辆氢动力系统中氢内燃机产生的热量应用于车辆的空调制热系统，对内燃机废热和高压氢气膨胀功进行充分利用，大大降低了车辆中的空调能耗，提高车辆综合能源利用率。高车辆综合能源利用率。高车辆综合能源利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆及方法


[0001]本专利技术涉及一种氢内燃动力车辆，具体涉及一种基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁的二次能源，在车辆中的应用受到广泛关注，但是当氢作为燃料驱动内燃车辆时，会产生很多多余的能量，如何合理利用这些多余的能量，进一步，降低车辆本身的能耗，目前还未有较好的解决的方案。高压气态储氢是目前最常用的氢气储存形式。储存在高压罐中的高压氢气在进入用氢设备前，通常需要减压至用氢设备所需的供氢压力，而目前氢气减压过程中由于体积膨胀产生的膨胀功和冷量未得到合理利用。
[0003]在专利CN 106837529 B中公开了一种净化环境空气的氢能源汽车动力系统，但是其主要提出的是如何利用氢能源汽车的尾气，减少污染，净化空气，并未关注到车辆动力系统内部能量的利用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，本专利技术使用氢作为燃料驱动内燃车辆，并对内燃机、制动电阻废热和高压氢气膨胀功进行充分利用，为空调系统提供所需热量或冷量，降低列车空调能耗，实现内燃动力车辆清洁、高效运行。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，包括高压储氢系统、高压氢气制冷系统、氢内燃发电系统和牵引动力系统，所述的高压氢气制冷系统产生的冷量被输送给车辆空调制冷系统进行制冷，所述的氢内燃发电系统产生的尾气热量被输送给空调制热系统进行制热。
[0007]进一步的技术方案，还包括动力电池和制动电阻，在车辆制动时，所述的氢内燃发电系统为动力电池供电，制动电阻吸收多余的能量，制动电阻产生的热量提供给空调制热系统。
[0008]作为进一步的技术方案，所述的制冷系统包括至少一组膨胀机和换热器，高压储氢系统与膨胀机相连，膨胀机与换热器相连。高压氢气通过所述的膨胀机时膨胀减压，并对外输出机械功。膨胀机与发电机相连，发电机将气体膨胀功转化为电能，并在需要时给动力电池充电。所述换热器集成在空调系统内部，将高压氢气膨胀减压过程中产生的冷量输入给车辆空调的制冷系统，为车辆的空调系统提供冷量。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的氢内燃发电系统包括燃氢内燃机和发电机；经制冷系统减压的氢气进入氢内燃机内燃烧，将化学能转化为机械能，并由发电机将机械能转化为电能；所述的燃氢内燃机产生的高温废气经换热器提供给空调制热系统。换热器集成在空调系统内部。
[0010]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆的制冷制热控制方法，如下：
[0011]制冷模式下，空调系统优先从高压氢气制冷系统输入冷量，鼓风机将外部高温空气吸入冷端换热器，高温空气在冷端换热器中与低温氢气进行热交换，并最终输出低温空气，给车厢制冷；若高压氢气提供的冷量无法满足制冷需求，空调制冷系统开启，提供额外冷量；
[0012]制热模式下，空调系统优先输入氢内燃发电系统产生的废热，鼓风机将外部低温空气吸入热端换热器，低温空气在热端换热器中与废热进行热交换，并最终输出高温空气，给车厢制热；若废热提供的热量无法满足制热需求，空调加热器开启，提供额外热量。
[0013]上述本专利技术的实施例的有益效果如下：
[0014]1.本专利技术一方面将车辆氢动力系统中的制冷系统产生的冷量应用于车辆的空调制冷系统，另一方面将车辆氢动力系统中氢内燃机产生的热量应用于车辆的空调制热系统，对内燃机和高压氢气膨胀功进行充分利用，大大降低了车辆中的空调能耗，提高车辆综合能源利用率。
[0015]2.本专利技术还充分利用车辆在制动时，制动电阻产生的热量，将制动电阻产生的热量与空调制热系统相连，大大降低了车辆中的空调能耗，提高车辆综合能源利用率。
[0016]3.本专利技术利用高压氢气膨胀功和制动能量回收给动力电池补充电量，将动力电池电量维持在合理的SOC范围，有利于提高动力电池使用寿命。
[0017]4.本专利技术在充分利用内燃机、制动电阻废热和高压氢气膨胀功的条件下，与现有的车辆空调制冷系统、制热系统充分结合，具体的，在空调制冷模式下，空调系统优先从高压氢气制冷系统输入冷量，鼓风机将外部高温空气吸入冷端换热器，高温空气在冷端换热器中与低温氢气进行热交换，并最终输出低温空气，给车厢制冷。若高压氢气提供的冷量无法满足制冷需求，空调制冷系统开启，提供额外冷量。在空调制热模式下，空调系统优先输入内燃机及制动电阻废热，鼓风机将外部低温空气吸入热端换热器，低温空气在热端换热器中与高温废气或内燃机/制动电阻冷却介质进行热交换，并最终输出高温空气，给车厢制热。若废热提供的热量无法满足制热需求，空调加热器开启，提供额外热量。
[0018]5.本专利技术所描述的动力系统使用氢内燃机作为动力源驱动车辆运行，氢内燃机具有升功率高、使用寿命长、低温启动性能好、燃料品质要求低等优点，可以满足氢能源轨道车辆对高功率等级、长续航和高安全性的要求。
附图说明
[0019]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0020]图1是本专利技术中公开的车辆储氢及动力系统布置示意图；
[0021]图2是本专利技术中公开的利用高压氢制冷的氢内燃动力系统拓扑结构；
[0022]图3是本专利技术中公开的车辆空调系统制冷与制热系统布置及原理图；
[0023]图4是本专利技术中公开的车辆空调系统制冷与制热系统控制流程图。
具体实施方式
[0024]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0025]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本专利技术另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
[0026]术语解释部分:本实施例中的“高压”是指氢气的贮存压力为35或70MPa。
[0027]正如
技术介绍
所介绍的，氢能作为一种清洁的二次能源，在轨道车辆中的应用受到广泛关注，但是当氢作为燃料驱动内燃车辆时，会产生很多多余的能量，如何合理利用这些能量，降低轨道车辆本身的能耗，目前还未有较好的解决的方案，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆及控制方法，其中基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，包括高压储氢系统、高压氢气制冷系统、氢内燃发电系统和牵引动力系统，所述的高压氢气制冷系统产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，包括高压储氢系统、高压氢气制冷系统、氢内燃发电系统和牵引动力系统，其特征在于，所述的高压氢气制冷系统产生的冷量被输送给车辆空调制冷系统进行制冷，所述的氢内燃发电系统产生的尾气热量被输送给空调制热系统进行制热。2.如权利要求1所述的基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，其特征在于，还包括动力电池和制动电阻，制动电阻产生的热量提供给空调制热系统进行制热。3.如权利要求1所述的基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，其特征在于，所述的高压氢气制冷系统包括至少一组膨胀机和换热器，高压储氢系统与膨胀机相连，膨胀机与换热器相连，所述换热器将高压氢气膨胀减压过程中产生的冷量输入给车辆空调的制冷系统。4.如权利要求3所述的基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，其特征在于，所述的膨胀机还与发电机相连，发电机将气体膨胀功转化为电能，并在需要时给动力电池充电。5.如权利要求3所述的基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，其特征在于，当膨胀机和换热器包括多组时，多组膨胀机和换热器之间依次串联。6.如权利要求1所述的基于高压氢气膨胀功和废热利用的氢内燃动力车辆，其特征在于，所述的氢内燃发电系统包括燃氢内燃机和发电机；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张愔，梁建英，徐磊，焦京海，田庆，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：