本发明专利技术提供了一种车载液氢燃料电池冷能利用系统，包括燃料电池堆、供氢子系统、空调子系统、燃料电池冷却子系统和动力电池子系统，所述供氢子系统与燃料电池堆连通，用于将液态氢气转变为气体氢气后输入燃料电池堆；所述空调子系统与供氢子系统连通，用于获取液态氢气转变为气体氢气过程中释放的冷能；所述燃料电池冷却子系统与供氢子系统连通，通过获取气体氢气的冷能来冷却或预热燃料电池堆；所述动力电池子系统与供氢子系统连通，通过回收供氢子系统产生的预热，用于发电。本发明专利技术充分利用液氢在汽化过程中的冷能，使得液氢作为汽车能源的利用率大大提高，实现能源的回收利用；还可将锂电池和电机余热充分利用，实现冷能和系统热量交互。热量交互。热量交互。
【技术实现步骤摘要】
一种车载液氢燃料电池冷能利用系统
[0001]本专利技术涉及液氢燃料电池领域或者新能源汽车领域，具体涉及一种车载液氢燃料电池冷能利用系统。
技术介绍
[0002]碳排放过多导致全球性变暖在今天成为全人类共同面对的问题。随着我国经济社会的发展，机动车保有量迅速增加。据统计，截至2022年3月底，全国机动车保有量达4.02 亿辆，其中汽车3.07亿辆，机动车尾气排放严重污染环境影响人们的身体健康。
[0003]随着氢能的发展，氢能已经成为代替化石燃料的极佳选择。而液氢具有能量密度大、纯度高、适合长距离运输等优势，
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253℃温度下的液氢密度为70.85kg/m3，约为标准状态下气态氢密度的800倍，约为70MPa、20℃状态下高压氢气的1.7倍。这就使得液氢成为氢燃料电池最佳供氢形式。
[0004]在液氢燃料电池汽车中，液氢进入燃料电池之前要经过汽化器汽化，转化为气态氢气，参与反应。在液氢汽化过程中会产生大量冷能，通过汽化器外壳和空气热交换，造成冷能浪费。在现有的技术中，虽对氢燃料电池汽车液氢汽化冷能的利用已有大量研究，如利用液氢受热汽化升温，通过载冷剂将冷能利用于汽车空调制冷、燃料电池冷却等。这种冷能管理策略简单易于实现，但还不够全面，由于整车中电池和发动机均会产生大量足以利用的热量，这些热量并没有很好地利用，无法实现部件与部件之间的热交换，能量没有高效利用，系统的能量利用率难免会降低。
[0005]另外，在现有的技术中，将液氢冷能利用于汽车空调制冷、燃料电池冷却是最常见的方式，过程中并不能保证冷量的充分利用。因此，针对车载液氢燃料电池冷能利用系统热量交互以及冷量高效利用的研究亟待开展。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种车载液氢燃料电池冷能利用系统，利用
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253℃下的液氢经过换热器、汽化器汽化释放的大量冷能，使其应用于车载空调制冷、燃料电池冷却、冷能发电，使得液氢作为汽车能源的利用率大大提高、降低能耗以及提高续航里程，还可以保证在汽车行驶中无污染，零排放，实现能源的回收利用。
[0007]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0008]一种车载液氢燃料电池冷能利用系统，包括燃料电池堆、供氢子系统、空调子系统、燃料电池冷却子系统和动力电池子系统。
[0009]所述供氢子系统与燃料电池堆连通，用于将液态氢气转变为气体氢气后输入燃料电池堆；所述空调子系统与供氢子系统连通，用于获取液态氢气转变为气体氢气过程中释放的冷能；所述燃料电池冷却子系统与供氢子系统连通，通过获取气体氢气的冷能来冷却或预热燃料电池堆；所述动力电池子系统与供氢子系统连通，通过回收供氢子系统产生的余热，用于发电。
[0010]进一步，所述供氢子系统包括液氢储罐、第一电磁阀、汽化器、第三电磁阀、第一换热器、泵、压力调节阀、第一三通阀、第二加热器和第二三通阀；所述液氢储罐依次与第一电磁阀、汽化器、第三电磁阀、第一换热器、泵、压力调节阀、第一三通阀连通，所述第一三通阀一个出口与第二加热器连通，所述第一三通阀另一个出口与第二三通阀一个进口连通，所述第二加热器与第二三通阀另一个进口连通，第二三通阀出口与燃料电池堆连通；所述第一换热器出口处的安装第一温度传感器，当第一温度传感器检测温度大于等于第一设定值，通过控制所述第一三通阀使泵出口经过第二三通阀与燃料电池堆连通；当第一温度传感器检测温度小于第一设定值，通过控制所述第一三通阀使泵出口依次经过第二加热器、第二三通阀与燃料电池堆连通；所述燃料电池堆产生的电能输入锂电池。
[0011]进一步，所述空调子系统包括膨胀水箱、第二电磁阀、水泵、第一压缩机、四通阀、第一冷凝器、蒸发器、膨胀节流阀和鼓风机，所述汽化器的冷却水出口H依次与膨胀水箱、第二电磁阀、水泵、第一压缩机、四通阀的接口d连通，所述四通阀的接口c依次通过第一冷凝器、蒸发器与四通阀的接口a连通；所述四通阀的接口b通过膨胀节流阀与所述汽化器的冷却水出口E连通。
[0012]进一步，当空调子系统处于制冷模式下，通过控制所述四通阀，使四通阀的接口d与四通阀的接口c连通，且使四通阀的接口a与四通阀的接口b连通；当空调子系统处于制热模式下，通过控制所述四通阀，使四通阀的接口d与四通阀的接口a连通，且使四通阀的接口 c与四通阀的接口b连通。
[0013]进一步，所述燃料电池冷却子系统包括第一冷媒罐、第四电磁阀、第一加热器、第五电磁阀、第六电磁阀、散热器和冷媒循环泵；
[0014]所述第一换热器冷媒出口与第一冷媒罐连通，所述第一冷媒罐第一出口依次连通第六电磁阀、散热器和燃料电池堆的冷媒进口，所述第一冷媒罐第二出口依次连通第五电磁阀和燃料电池堆的冷媒进口，所述第一冷媒罐第三出口依次连通第四电磁阀、第一加热器和燃料电池堆的冷媒进口；所述燃料电池堆的冷媒出口通过冷媒循环泵与所述第一换热器冷媒进口连通。
[0015]进一步，所述燃料电池堆设有第二温度传感器，当第二温度传感器检测温度小于第二设定值时，通过控制第四电磁阀使所述第一冷媒罐第三出口通过第一加热器与燃料电池堆的冷媒进口连通；当第二温度传感器检测温度大于等于第二设定值，且第二温度传感器检测温度小于第三设定值时，通过控制第五电磁阀使所述第一冷媒罐第二出口与燃料电池堆的冷媒进口连通；当第二温度传感器检测温度大于等于第三设定值时，通过控制第六电磁阀使所述第一冷媒罐第一出口通过散热器与燃料电池堆的冷媒进口连通。
[0016]进一步，所述动力电池子系统包括第一发电机、第二冷媒罐、第七电磁阀、第二换热器、第二压缩机、第一透平膨胀机、第二冷凝器、第三冷媒罐、第二透平膨胀机、第二发电机和第三压缩机；
[0017]所述汽化器的冷媒水出口I与第二冷媒罐、第七电磁阀、第二换热器、第二压缩机、第一透平膨胀机、第二冷凝器和汽化器的冷媒水进口F构成循环回路；所述第一透平膨胀机与第一发电机连接，用于产生电能；所述第一发电机与锂电池连接；所述锂电池用于驱动电机，
[0018]所述锂电池和电机底部安装第三冷媒罐，用于吸收锂电池和电机产生的余热；所
述第三冷媒罐与第二透平膨胀机、第二换热器、第三压缩机构成循环回路；所述第二发电机与第二透平膨胀机，用于产生电能。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]1.本专利技术所述的车载氢燃料电池冷能利用系统，相较于以往的冷能利用方式，液氢汽化过程中冷能利用更为充分，能量的回收循环利用更为充分。
[0021]2.本专利技术所述的车载氢燃料电池冷能利用系统，实现了系统运行过程中的能量交互，将锂电池和电机的大量余热充分利用，实现冷能和系统热量的交互。
[0022]3.本专利技术所述的车载氢燃料电池冷能利用系统，在动力电池子系统中，合理利用直接膨胀法和朗肯循环法的结合——联合循环法，动力电池子系统中的效率最高可达50％且造价成本低。
[0023]4.本专利技术所述的车载氢燃料电池冷能利用系统中循环冷媒为66％乙二醇、33本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，包括燃料电池堆(24)、供氢子系统、空调子系统、燃料电池冷却子系统和动力电池子系统；所述供氢子系统与燃料电池堆(24)连通，用于将液态氢气转变为气体氢气后输入燃料电池堆(24)；所述空调子系统与供氢子系统连通，用于获取液态氢气转变为气体氢气过程中释放的冷能；所述燃料电池冷却子系统与供氢子系统连通，通过获取气体氢气的冷能来冷却或预热燃料电池堆(24)；所述动力电池子系统与供氢子系统连通，通过回收供氢子系统产生的余热，用于发电。2.根据权利要求1所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，所述供氢子系统包括液氢储罐(1)、第一电磁阀(2)、汽化器(3)、第三电磁阀(14)、第一换热器(15)、泵(26)、压力调节阀(27)、第一三通阀(28)、第二加热器(29)和第二三通阀(30)；所述液氢储罐(1)依次与第一电磁阀(2)、汽化器(3)、第三电磁阀(14)、第一换热器(15)、泵(26)、压力调节阀(27)、第一三通阀(28)连通，所述第一三通阀(28)一个出口与第二加热器(29)连通，所述第一三通阀(28)另一个出口与第二三通阀(30)一个进口连通，所述第二加热器(29)与第二三通阀(30)另一个进口连通，第二三通阀(30)出口与燃料电池堆(24)连通；所述第一换热器(15)出口处的安装第一温度传感器，当第一温度传感器检测温度大于等于第一设定值，通过控制所述第一三通阀(28)使泵(26)出口经过第二三通阀(30)与燃料电池堆(24)连通；当第一温度传感器检测温度小于第一设定值，通过控制所述第一三通阀(28)使泵(26)出口依次经过第二加热器(29)、第二三通阀(30)与燃料电池堆(24)连通；所述燃料电池堆(24)产生的电能输入锂电池(31)。3.根据权利要求2所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，所述空调子系统包括膨胀水箱(4)、第二电磁阀(5)、水泵(6)、第一压缩机(7)、四通阀(10)、第一冷凝器(8)、蒸发器(9)、膨胀节流阀(11)和鼓风机(12)，所述汽化器(3)的冷却水出口H依次与膨胀水箱(4)、第二电磁阀(5)、水泵(6)、第一压缩机(7)、四通阀(10)的接口d连通，所述四通阀(10)的接口c依次通过第一冷凝器(8)、蒸发器(9)与四通阀(10)的接口a连通；所述四通阀(10)的接口b通过膨胀节流阀(11)与所述汽化器(3)的冷却水出口E连通。4.根据权利要求3所述的车载液氢燃料电池冷能利用系统，其特征在于，当空调子系统处于制冷模式下，通过控制所述四通阀(10)，使四通阀(10)的接口d与四通阀(10)的接口c连通，且使四通阀(10)的接口a与四通阀(10)的接口b连通；当空调子系统处于制热模式下，通过控制所述四通阀(10)，...
【专利技术属性】
技术研发人员：范筱奕，尹必峰，解玄，邱豪，张有煜，李品凡，张保国，代德维，
申请(专利权)人：江苏天海特种装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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