一种氢内燃动力系统、车辆及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氢内燃动力系统、车辆及控制方法，氢内燃动力系统包括供氢系统、氢内燃发电系统、制动系统、和牵引动力系统；所述的供氢系统包括储油罐、反应器和增压机；还包括换热系统，增压机、制动系统及氢内燃发电系统的冷却介质经由各自冷却循环系统流入换热系统换热后流回各自冷却循环系统，液态氢源由储油罐流入换热系统换热后流入反应器进行脱氢反应。该系统可以合理利用氢内燃机尾气、制动电阻及增压机废热给液态氢源加热，使之无需额外热源，即可稳定供氢。此系统可以实现安全、大量车载储氢，并可通过废热利用提高车辆综合能源利用率。源利用率。源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种氢内燃动力系统、车辆及控制方法


[0001]本专利技术属于新能源轨道车辆领域，具体涉及一种氢内燃动力系统、包括该氢内燃动力系统的车辆以及控制方法。

技术介绍

[0002]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。有机液态储氢具有高体积储氢密度、加注速度快和高安全性的优点，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，但其放氢温度平台较高，需要额外提供热量。
[0003]例如在公开号为CN 104975988 B的专利中，公开了一种用于氢内燃机的液态储氢材料的供氢系统，并在其说明书中具体公开了以下内容：内燃机工作过程中有很多能量以热量的形式释放，工作温度可达400℃以上，目前的汽油、柴油和燃气内燃机都是通过冷却系统将热量带走，然后散热浪费掉。而由于脱氢反应是一个吸热过程，反应温度在120～250℃，而内燃机释放的热量可以通过换热系统，特别是用氢源燃料本身作为冷凝剂，加以利用，整个过程起到了冷却和提高能源利用率的效果。即该专利中公开了利用内燃机工作过程中产生的热量通过换热系统应用到脱氢反应中，但是其忽略了其他能量的利用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一专利技术目的是提供一种新的氢内燃动力系统，该装置一方面充分利用氢内燃机产生的热量，另一方面利用制动电阻和增压机产生的废热，可以使车辆在正常运行时，有机储氢系统不需额外热源稳定供氢，实现有机储氢系统车载应用，并提高能源利用效率。
[0005]本专利技术的第二专利技术目的是提供一种包括所述氢内燃动力系统的车辆。
[0006]本专利技术的第三专利技术目的是提供一种包括所述氢内燃动力系统的车辆的控制方法。
[0007]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：
[0008]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种氢内燃动力系统，包括供氢系统、氢内燃发电系统、制动系统、和牵引动力系统；所述的供氢系统包括储油罐、反应器和增压机；本系统还包括换热系统，增压机、制动系统及氢内燃发电系统的冷却介质经由各自冷却循环系统流入换热系统换热后流回各自冷却循环系统，储油罐的液态氢源由储油罐流入换热系统换热后流入反应器进行脱氢反应。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的换热系统包括换热器，所述换热器包括气体、液体多组流道，且每路流道应具备独立流量控制器。
[0010]作为进一步的技术方案，所述的制动系统包括制动电阻和动力电池，在车辆制动时，制动能量转换为电能，给所述的动力电池供电，所述的制动电阻吸收多余的能量，制动电阻产生热量提供给换热系统。
[0011]作为进一步的技术方案，所述的氢内燃发电系统包括氢内燃机和发电机；供氢系统提供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；所述的氢内燃机产生的热量提供给所述的换热系统。
[0012]作为进一步的技术方案，所述的氢内燃机可替换成氢发动机或氢燃气轮机。
[0013]作为进一步的技术方案，所述的反应器还连接有电加热系统。
[0014]作为进一步的技术方案，所述的电加热装置由车载动力电池或外部供电提供电能。
[0015]第三方面，本专利技术还提供了一种车辆，该车辆上安装有前面所述的氢内燃动力系统。
[0016]作为进一步的技术方案，所述车辆上安装空调系统，所述的空调系统的制热装置与所述的换热系统相连。
[0017]第三方面，本专利技术还提供了一种车辆的控制方法，如下：
[0018]车辆冷机启动时，动力电池向反应器配置的电加热系统和增压机提供电能；反应器加热到设定温度放氢，氢气经过增压机增压，输送给氢内燃机或者氢发动机或氢燃气轮机；当产生的氢气满足氢内燃机燃料供应要求，内燃机点火，对外输出牵引功率；
[0019]车辆运行时，氢内燃机、氢发动机或氢燃气轮机的尾气经过换热系统将热量传导给供氢系统，将液态氢源加热到设定温度后进入反应器进行放氢；系统运行过程中，若氢内燃机、氢发动机或氢燃气轮机的机尾气热量不能满足供氢系统放氢需求，则使用氢气增压机余热进行热量补充；
[0020]车辆停站时，氢内燃机发电系统不停机，所发出的电能给动力电池充电，尾气经过换热系统将热量传导给供氢系统的反应器；
[0021]车辆制动时，制动能量转换为电能，优先给动力电池充电，多余能量被制动电阻消耗，制动电阻热量经换热系统传导给供氢系统的反应器。
[0022]上述本专利技术的实施例的有益效果如下：
[0023]1.本专利技术提供的基于液态氢源供氢和余热利用的氢内燃动力系统，该系统可以合理利用氢内燃机尾气、制动电阻及增压机废热给液态氢源加热，使在车辆运行时无需额外热源，即可稳定供氢。此系统可以实现安全、大量车载储氢，并可通过废热利用提高车辆综合能源利用率。
[0024]2.本专利技术提供的包括上述氢内燃动力系统的车辆，该车辆使用液态氢源作为大容量储氢介质，为燃氢内燃机(包括氢发动机与氢燃气轮机)提供燃料，并且同时可以实现废热利用提高车辆综合能源利用率。
[0025]3.本专利技术提供的氢内燃动力车辆的控制方法，该控制方法可以对氢内燃机、制动电阻及增压机废热进行合理利用，使液态氢源无需额外热源即可稳定供氢。通过维持内燃机在高效率点运行、避免频繁起停，可提高车辆能效、延长内燃机使用寿命。
附图说明
[0026]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。
[0027]图1是本专利技术实施例提供的液态氢源和废热利用的车辆氢动力系统拓扑结构。
[0028]图2是本专利技术实施例中的换热器的结构示意图。
具体实施方式
[0029]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。
[0030]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；
[0031]正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中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。有机液态储氢具有高体积储氢密度、加注速度快和高安全性的优点，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，但其放氢温度平台较高，需要额外提供热量。为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种氢内燃动力系统、车辆及控制方法。
[0032]本专利技术的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例提供了一种基于液态氢源供氢和废热利用的氢内燃动力系统，该车辆氢动力系统拓扑结构如图1所示，其包括供氢系统、氢内燃发电系统、换热系统和牵引动力系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢内燃动力系统，包括供氢系统、氢内燃发电系统、制动系统、和牵引动力系统；所述的供氢系统包括储油罐、反应器和增压机；其特征在于，还包括换热系统，增压机、制动系统及氢内燃发电系统的冷却介质经由各自冷却循环系统流入换热系统换热后流回各自冷却循环系统，液态氢源由储油罐流入换热系统换热后流入反应器进行脱氢反应。2.如权利要求1所述的氢内燃动力系统，其特征在于，所述的换热系统包括换热器，所述换热器包括气体、液体多组流道，且每路流道应具备独立流量控制器。3.如权利要求1所述的氢内燃动力系统，其特征在于，所述的制动系统包括制动电阻和动力电池，制动电阻产生热量提供给换热系统。4.如权利要求1所述的氢内燃动力系统，其特征在于，所述的氢内燃发电系统包括氢内燃机和发电机；所述的氢内燃机产生的热量提供给所述的换热系统。5.如权利要求4所述的氢内燃动力系统，其特征在于，所述的氢内燃机可替换成氢发动机或氢燃气轮机。6.如权利要求1所述的氢内燃动力系统，其特征在于，所述的反应器还连接有电加热系统。7.如权利要求6所述的氢内燃动力系统，其特征在于，所述的电加热装置由车载动力电池或外部供电提供电能。8.一种车辆，其特征在于，所述车辆上安装权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张愔，梁建英，刘玉文，李艳昆，张文超，
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：