【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢燃料电池汽车车载液氢储供系统及热管理领域，具体涉及一种自增压车载液氢储供系统及热管理方法。
技术介绍
1、氢能因具有原料来源广、能量密度大、使用阶段零排放等优点，被广泛应用于航空航天和交通运输领域。低温液态储氢是氢能最理想的储运形式，具有最大的质量储氢密度和仅次于固态储氢方式的体积储氢密度，因此国外约1/3的加氢站为液氢加氢站。
2、采用液氢直接加注至液氢燃料电池汽车的加注工艺将极大程度简化基于液氢加氢站加氢流程，提升能源效率。车载液氢储供系统是液氢燃料电池汽车的重要组成部分，为避免罐内压力随液氢供给而逐渐降低导致大量液氢残余储罐内造成供给困难，需采用储罐自增压方法保证车载工况下液氢的稳定供给。
3、现有技术的车载lng储罐自增压方式采样电加热增压，由于液氢储存要求更高，电加热增压方式不能保证良好的安全性。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种自增压车载液氢储供系统及热管理方法，通过液氢自增压系统，可以保证液氢稳压供给，提升车载液氢储供系统整体热效率。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种自增压车载液氢储供系统，包括液氢存储单元、加注系统、液氢供给系统、液氢自增压系统和冷却系统；所述加注系统用于液氢存储单元补充液氢；所述液氢存储单元通过液氢供给系统与燃料电池电堆连通，用于给燃料电池电堆供氢；所述液氢存储单元与液氢自增压系统构成闭环回路，利用汽化的液氢增加液氢存储单元
4、进一步，所述液氢自增压系统包括第三低温流体单向阀、第三流量控制阀、第二水浴式汽化器和第二安全阀，所述液氢存储单元出口的一个分支依次通过第三低温流体单向阀、第三流量控制阀、第二水浴式汽化器与液氢存储单元上部的气体进口构成闭环回路，所述第二水浴式汽化器通过与冷却系统的冷却液换热用于将液氢汽化并输入液氢存储单元内部增压；所述液氢存储单元上部的气体进口处设有第二安全阀。
5、进一步，所述液氢存储单元上设有压力传感器，用于检测液氢存储单元内部压力；当所述液氢存储单元上内的压力大于等于设定值时，所述液氢自增压系统不工作；当所述液氢存储单元上内的压力小于设定值时，控制第三流量控制阀开启，使液氢存储单元内的压力大于设定值。
6、进一步，所述液氢供给系统包括第二低温流体单向阀、第一流量控制阀、空温式汽化器、第一水浴式汽化器、缓冲罐、第二流量控制阀和第一安全阀；
7、所述液氢存储单元的出液口通过第二低温流体单向阀和第一流量控制阀与空温式汽化器连通，所述空温式汽化器用于初步升温汽化液氢，液氢与氢气混合介质输入第一水浴式汽化器，通过与冷却系统的冷却液换热使混合介质全部转变为氢气；所述第一水浴式汽化器出口通过缓冲罐、第二流量控制阀和第一安全阀与燃料电池电堆连通；所述第一水浴式汽化器出口设有第一温度传感器，用于监测氢气温度。
8、进一步，所述液氢供给系统中的汽化器换热面积大于2倍的液氢自增压系统中的汽化器的换热面积，所述液氢自增压系统管道公称直径不超过1/3的液氢自增压系统管道公称直径。
9、进一步，所述冷却系统包括燃料电池电堆冷却系统和汽化器冷却系统；
10、所述燃料电池电堆冷却系统包括去离子水箱、第四流量控制阀、换热器和去离子水泵；所述燃料电池电堆与去离子水泵、第四流量控制阀和换热器构成循环管路；
11、所述汽化器冷却系统包括冷却液箱、冷却水泵和加热器；所述冷却液箱出口与冷却水泵进口连通，所述冷却液箱进口与加热器连通，所述液氢自增压系统中的汽化器冷却管路与换热器冷却管路串联后与液氢供给系统中的汽化器冷却管路并联在冷却水泵出口与加热器进口之间。
12、进一步，所述燃料电池电堆冷却系统管路中安装第二温度传感器，用于监测流出燃料电池的去离子水温度；所述液氢自增压系统中的汽化器冷却管路出口设有第三温度传感器，用于监测流出液氢自增压系统中的汽化器的冷却液温度；所述冷却水泵通过第一三通阀与液氢自增压系统中的汽化器冷却管路进口连通，所述第一三通阀另一个出口与液氢供给系统中的汽化器冷却管路进口连通；所述加热器进口通过第二三通阀与换热器冷却管路出口连通，所述第二三通阀另一个进口与液氢供给系统中的汽化器冷却管路出口连通。
13、进一步，还包括控制系统，所述控制系统根据压力传感器测量的液氢存储单元内部压力，控制第一三通阀与第二三通阀，使冷却液箱、冷却水泵、液氢自增压系统中的汽化器冷却管路、换热器冷却管路和加热器构成循环管路，或使冷却液箱、冷却水泵、液氢供给系统中的汽化器冷却管路和加热器构成循环管路。
14、一种自增压车载液氢储供系统的热管理方法，包括如下步骤：
15、压力传感器获取液氢存储单元内部压力；
16、当所述液氢存储单元上内的压力大于等于设定值时，控制系统控制第一三通阀使冷却水泵与液氢供给系统中的汽化器冷却管路连通，控制系统控制第二三通阀使液氢供给系统中的汽化器冷却管路与加热器连通；
17、当所述液氢存储单元上内的压力小于设定值时，控制系统控制第三流量控制阀开启，使液氢存储单元与液氢自增压系统构成闭环回路；控制系统控制第一三通阀使冷却水泵与液氢自增压系统中的汽化器冷却管路连通，控制系统控制第二三通阀使液氢自增压系统中的汽化器冷却管路与加热器连通。
18、进一步，当所述液氢存储单元上内的压力小于设定值时，所述控制系统根据第三温度传感器测量流出液氢自增压系统中的汽化器的冷却液温度，控制冷却水泵的流量和三流量控制阀的开度，使液氢存储单元内压力保持在设定值的1～1.2倍，且流出液氢自增压系统中的汽化器的冷却液温度控制在-35℃～-25℃；流出液氢自增压系统中的汽化器的冷却液进入燃料电池电堆冷却系统的换热器，使燃料电池电堆冷却系统的去离子水的温度降低至10～20℃。
19、本专利技术的有益效果在于：
20、1.本专利技术所述的自增压车载液氢储供系统及热管理方法，液氢通过加注口进行加注，并流经第一低温流体单向阀，最后从底部加注入车载液氢瓶。液氢由液氢瓶底部出液口排出，流经第二低温流体单向阀和第一流量控制阀后，流入空温式汽化器进行初步升温并汽化为氢气，并流入第一水浴式汽化器，与燃料电池外冷却系统冷却液换热，进一步加热升温，第一水浴式汽化器氢气出口处设有第一温度传感器监测氢气温度，加热后的氢气流入缓冲罐稳定压力，并通过第二流量控制阀和安全阀供给进入燃料电池堆。液氢通过低温流体单向阀和第三流量控制阀流入第二水浴式汽化器，与燃料电池外冷却系统冷却液换热并汽化，至液氢瓶顶部气相空间，实现自增压，液氢瓶顶部设有压力传感器和安全阀。
21、2.本专利技术所述的自增压车载液氢储供系统及热管理方法，自增压车载液氢储供系统能够有效避免罐内压力随液氢供给而逐渐降低导致大量液氢残余储罐内，实现车载工况下液氢的稳压稳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自增压车载液氢储供系统，其特征在于，包括液氢存储单元、加注系统、液氢供给系统、液氢自增压系统和冷却系统；所述加注系统用于液氢存储单元补充液氢；所述液氢存储单元通过液氢供给系统与燃料电池电堆(12)连通，用于给燃料电池电堆(12)供氢；所述液氢存储单元与液氢自增压系统构成闭环回路，利用汽化的液氢增加液氢存储单元内的压力；所述冷却系统用于燃料电池电堆(12)、液氢供给系统中的汽化器和液氢自增压系统中的汽化器的热交换。
2.根据权利要求1所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述液氢自增压系统包括第三低温流体单向阀(18)、第三流量控制阀(19)、第二水浴式汽化器(20)和第二安全阀(22)，所述液氢存储单元出口的一个分支依次通过第三低温流体单向阀(18)、第三流量控制阀(19)、第二水浴式汽化器(20)与液氢存储单元上部的气体进口构成闭环回路，所述第二水浴式汽化器(20)通过与冷却系统的冷却液换热用于将液氢汽化并输入液氢存储单元内部增压；所述液氢存储单元上部的气体进口处设有第二安全阀(22)。
3.根据权利要求2所述的自增压车载液氢储供系统，其特征
4.根据权利要求1所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述液氢供给系统包括第二低温流体单向阀(4)、第一流量控制阀(5)、空温式汽化器(6)、第一水浴式汽化器(7)、缓冲罐(9)、第二流量控制阀(10)和第一安全阀(11)；
5.根据权利要求1所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述液氢供给系统中的汽化器换热面积大于2倍的液氢自增压系统中的汽化器的换热面积，所述液氢自增压系统管道公称直径不超过1/3的液氢自增压系统管道公称直径。
6.根据权利要求1所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述冷却系统包括燃料电池电堆冷却系统和汽化器冷却系统；
7.根据权利要求6所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述燃料电池电堆冷却系统管路中安装第二温度传感器(14)，用于监测流出燃料电池的去离子水温度；所述液氢自增压系统中的汽化器冷却管路出口设有第三温度传感器(26)，用于监测流出液氢自增压系统中的汽化器的冷却液温度；所述冷却水泵(24)通过第一三通阀(25)与液氢自增压系统中的汽化器冷却管路进口连通，所述第一三通阀(25)另一个出口与液氢供给系统中的汽化器冷却管路进口连通；所述加热器(28)进口通过第二三通阀(27)与换热器(17)冷却管路出口连通，所述第二三通阀(27)另一个进口与液氢供给系统中的汽化器冷却管路出口连通。
8.根据权利要求6所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统根据压力传感器(21)测量的液氢存储单元内部压力，控制第一三通阀(25)与第二三通阀(27)，使冷却液箱(23)、冷却水泵(24)、液氢自增压系统中的汽化器冷却管路、换热器(17)冷却管路和加热器构成循环管路，或使冷却液箱(23)、冷却水泵(24)、液氢供给系统中的汽化器冷却管路和加热器构成循环管路。
9.一种根据权利要求8所述的自增压车载液氢储供系统的热管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的自增压车载液氢储供系统的热管理方法，其特征在于，当所述液氢存储单元上内的压力小于设定值时，所述控制系统根据第三温度传感器(26)测量流出液氢自增压系统中的汽化器的冷却液温度，控制冷却水泵(24)的流量和三流量控制阀(19)的开度，使液氢存储单元内压力保持在设定值的1～1.2倍，且流出液氢自增压系统中的汽化器的冷却液温度控制在-35℃～-25℃；流出液氢自增压系统中的汽化器的冷却液进入燃料电池电堆冷却系统的换热器(17)，使燃料电池电堆冷却系统的去离子水的温度降低至10～20℃。
...【技术特征摘要】
1.一种自增压车载液氢储供系统，其特征在于，包括液氢存储单元、加注系统、液氢供给系统、液氢自增压系统和冷却系统；所述加注系统用于液氢存储单元补充液氢；所述液氢存储单元通过液氢供给系统与燃料电池电堆(12)连通，用于给燃料电池电堆(12)供氢；所述液氢存储单元与液氢自增压系统构成闭环回路，利用汽化的液氢增加液氢存储单元内的压力；所述冷却系统用于燃料电池电堆(12)、液氢供给系统中的汽化器和液氢自增压系统中的汽化器的热交换。
2.根据权利要求1所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述液氢自增压系统包括第三低温流体单向阀(18)、第三流量控制阀(19)、第二水浴式汽化器(20)和第二安全阀(22)，所述液氢存储单元出口的一个分支依次通过第三低温流体单向阀(18)、第三流量控制阀(19)、第二水浴式汽化器(20)与液氢存储单元上部的气体进口构成闭环回路，所述第二水浴式汽化器(20)通过与冷却系统的冷却液换热用于将液氢汽化并输入液氢存储单元内部增压；所述液氢存储单元上部的气体进口处设有第二安全阀(22)。
3.根据权利要求2所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述液氢存储单元上设有压力传感器(21)，用于检测液氢存储单元内部压力；当所述液氢存储单元上内的压力大于等于设定值时，所述液氢自增压系统不工作；当所述液氢存储单元上内的压力小于设定值时，控制第三流量控制阀(19)开启，使液氢存储单元内的压力大于设定值。
4.根据权利要求1所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述液氢供给系统包括第二低温流体单向阀(4)、第一流量控制阀(5)、空温式汽化器(6)、第一水浴式汽化器(7)、缓冲罐(9)、第二流量控制阀(10)和第一安全阀(11)；
5.根据权利要求1所述的自增压车载液氢储供系统，其特征在于，所述液氢供给系统中的汽化器换热面积大于2倍的液氢自增压系统中的汽化器的换热面积，所述液氢自增压系统管道公称直径不超过1/3的液氢自增压系统管道公称直径。
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【专利技术属性】
技术研发人员：邱豪，尹必峰，解玄，董非，贾和坤，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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