[发明专利]车载高压输氢系统

说明书

技术领域

本发明属于气动控制和清洁能源技术领域，具体涉及适用于氢燃料电池汽 车上的储氢复合气瓶向燃料电池堆输送氢气的车载高压输氢系统。

背景技术

目前，地球能源短缺和环境保护已成为世界各国的重要研究课题。随着世 界石油资源的不断枯竭，各国科学家及制造商竞相研究以氢为原料的燃料电池 作为替代石油的新能源汽车。250年前人类发现氢以来，氢及氢能源已经在工业 中获得了广泛的应用。二十世纪以来，氢能已经成功地为人类航天所用，如我 国长征系列火箭CZ-3A，利用液氢液氧作为推进器燃料发射火箭、航天飞机去探 索太空的奥秘。气动控制起源于第二次世界大战前后导弹与火箭飞行器姿态控 制，采用燃气发生器、气动伺服阀和燃气马达的燃气伺服系统。约10年前，世 界各地制造商陆续开发气动阀，民用商品问世，应用于产业过程的远程控制等， 但普遍采用低压控制。国内外超高压气动技术研究和商品尚不多见。

燃料电池汽车直接利用氢和氧发生化学反应产生电能，排出纯水，是高效、 清洁的新能源汽车。世界各大汽车厂商，如福特、通用、戴克、日产、本田、 丰田等公司，都在争相研制氢燃料电池汽车。燃料电池汽车存在的一个难点就 是氢燃料的储存及输送问题。目前，氢的储存方法主要有以下几种：高压气态 储氢、液氢储氢、金属氢化物储氢等。目前大部分的燃料电池汽车采用气态高 压储氢方式。2005年8月我国研制的首辆燃料电池混合动力轿车“超越一号” 采用增强碳钎维缠绕的铝合金内胆，气瓶压力30MPa。

目前气动控制领域需要研究的主要问题有：(1)通常气动控制压力为 0.5MPa，高压控制压力也仅为5MPa左右。但是，氢能源汽车多采用超高压储氢， 为保证一次加氢后行使距离达200km，通常储氢压力35MPa以上；要保证一次加 氢后行驶距离500Km时，储氢压力则要求高达70MPa；然而燃料电池对氢燃料的 压力要求在0.16MPa，那么气瓶中的高压氢气如何转化为适用于燃料电池的低压 氢燃料就成了车载高压输氢系统所要解决的关键问题。目前各国涉及车载高压 储氢容器的专利仍然不多见。(2)在车辆的大温度范围、振动、冲击和离心等 极限环境下气动控制将变得极为复杂，目前这方面的研究还极少见。随着燃料 电池汽车的商业化和实用化，车载极限环境下超高压储氢容器的安全性已经成 为人们需要亟待解决的关键问题。这就导致越来越需要一种新的高压输氢方法 及其控制系统来解决上述问题，实现车载高压输氢，气动控制和安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢燃料电池车上车载高压输氢系统，通过硬件 措施来解决气动系统的高压控制的问题，克服现有气动系统由于压力低而导致 难于在车载系统中应用的问题，实现车载高压输氢及其安全压力控制。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种车载高压输氢系统可采用35MPa和70MPa两个压力等级。其主要包括： 气瓶及阀组、气阻气容、减压阀组、流量调节检测装置、管路及附件。

气瓶是储存氢燃料的容器，容积在140L至200L，预充气压力在35MPa或 70MPa。在气瓶上集成阀组，阀组主要包括电磁阀和安全阀。电磁阀作为输氢系 统的通断开关，安全阀作为压力安全装置。

气阻气容包括一定面积的气阻，即固定节流器；还包括一定体积的气容， 即容腔。气阻可以起到一定的降压作用，提供阻尼，达到安全保护的目的。气 容由于被吸收气体的压缩性，可以起到压力缓冲的动态调节作用。

减压阀组包括一级减压阀和二级减压阀，两级减压阀之间有容腔。35MPa输 氢系统中，一级减压阀出口压力5MPa，二级减压阀出口压力0.16MPa。70MPa输 氢系统中，一级减压阀出口压力10MPa，一级减压阀入口增加固定节流器，二级 减压阀出口压力0.16MPa，入口处还增加了长度可变和面积可变的固定节流器。 流量调节检测装置包括流量调节阀和流量计。流量调节阀根据汽车的瞬时功率 要求自动调节阀口大小从而调节输送给燃料电池堆的流量。流量计可检测输氢 系统的流量。

管路及附件包括连接各元件间的输氢管路，以及测定压力的压力表和滤除 气体杂质的滤清器等附件。

进一步，所述的固定节流器是阻尼孔大小和长度可调节的采用可更换方式 的节流口的结构。

本发明在几何结构上，具体而言，在固定节流器和两级减压阀之间有多个 容腔，该容腔由一体化的组合阀块之间所构成的几何容腔形成。