【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢内燃机，尤其是涉及长续航商用车氢内燃机混合动力系统及车载储氢方式评估。
技术介绍
1、直喷氢内燃机对喷射压力要求高且随着喷射压力的增加，混合物的均匀性略有增强。由于喷射压力升高而增加的湍流动能促进了混合过程的改进，从而提高了bte（brakethermal efficiency，有效热效率）。然而，高喷射压力会导致储氢罐内的可用氢气比率降低，例如对于配备35mpa储氢罐并采用12mpa喷射压力的动力系统，如果没有车载氢气压缩机，则无法充分利用压力低于喷射压力的储氢罐内的氢气，大幅减少氢能汽车的续航里程；由于高压压缩气态氢的续航里程缩短、低重量和体积能量密度以及安全风险等问题，在氢气应用于车辆之前，还需要进行大量研究，高密度储氢方法的研究引起了相当大的关注，各种储氢方式需要一定的反应温度才能进行，并且在释放氢气时也需要一定的能量，所以储氢方式问题是一大难点。
2、因此，本申请提出长续航商用车氢内燃机混合动力系统及车载储氢方式评估来解决上述存在的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供长续航商用车氢内燃机混合动力系统及车载储氢方式评估，结合能量守恒方程和㶲分析方程，可以合理利用氢内燃机的余热并选择合适的储氢方式。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种长续航商用车氢内燃机混合动力系统，包括氢内燃机、余热回收模块、车载储氢模块和发电增程模块，所述氢内燃机的动力输出侧与所述发电增程模块输入端相连接，所述氢内燃机的排气端与所述余热回收模块
3、优选的，所述余热回收模块包括涡轮、低温换热器和朗肯循环余热回收装置，所述涡轮的输入端与所述氢内燃机的排气端相连接，所述涡轮的输出端分别连接有高温换热器和压气机的输入端，所述压气机的输出端连接有中冷换热器的输入端，所述中冷换热器的输出端与所述氢内燃机的进气端相连接，所述氢内燃机内设置有冷却液，所述冷却液从所述氢内燃机内部进入所述低温换热器，所述朗肯循环余热回收装置的输入端收集所述低温换热器、所述高温换热器和所述中冷换热器产生的余热，所述朗肯循环余热回收装置的输出端与所述车载储氢模块的输入端连接。
4、优选的，所述发电增程模块包括发电机、第一电力变换器和第二电力变换器，所述发电机的输入端与所述氢内燃机相连接，所述发电机的输出端连接有驱动电机，所述第一电力变换器的输入端与所述发电机相连接，所述第一电力变换器的输出端连接有电池的输入端，所述电池的输出端分别与所述驱动电机和所述第二电力变换器相连接，所述第二电力变换器的输出端与所述车载储氢模块相连接。
5、本专利技术还提供了长续航商用车氢内燃机混合动力系统的车载储氢方式评估，包括以下步骤：
6、步骤1、选择一种待评估车载储氢方式，确定该车载储氢方式反应温度的范围；
7、步骤2、根据不同的商用车混合动力系统的驾驶人驾驶的工况，确定该驾驶工况下所需要的功率、有效热效率和氢气热值来选择混动模式；
8、步骤3、根据步骤2得到的功率、有效热效率和氢气热值，计算该驾驶工况下的氢气流量；
9、步骤4、根据能量守恒方程和㶲方程计算余热可用能；
10、步骤5、通过氢内燃机的排气出口设置的温度传感器测量高温废气温度，根据氢内燃机工作过程中高温废气温度判断储氢方式是否合理，当反应温度≤高温废气温度时，则判定为该储氢方式合理；当反应温度＞高温废气温度时，重新选择储氢方式；
11、步骤6、根据步骤5选择的储氢方式计算氢气释放能和压气机耗功；
12、步骤7、根据步骤6得到的氢气释放能和压气机耗功进行能量评估，当氢气释放能+压气机耗功≤氢内燃机余热可用能时，车载储氢模块所需要的能量完全由余热回收模块提供；当氢气释放能+压气机耗功＞氢内燃机余热可用能时，车载储氢模块所需要的能量差由电池进行补充；
13、步骤8、通过步骤7的能量评估，判断该车载储氢方式能否利用氢内燃机的余热可用能进行工作，若能利用氢内燃机的余热可用能进行工作，则判定为余热利用率提高；否则返回执行步骤2。
14、优选的，所述步骤2的混动模式包括氢内燃机直驱和电池增程。
15、优选的，所述步骤3计算该驾驶工况下的氢气流量，计算公式如下：
16、（1）
17、式中：为功率，单位w；为氢气流量，单位kg/h；m为氢气热值，单位为mj/kg；为有效热效率。
18、优选的，所述步骤4的能量守恒方程如下：（2）
19、其中：为氢燃料带来的能量，为进气带来的能量，为氢内燃机做的功，为中冷换热器带走的能量，为高温废气带走的能量，为冷却液带走的能量，为其他损失能量。
20、优选的，所述步骤4的㶲方程计算余热可用能的表达式如下：
21、（3）
22、（4）
23、（5）
24、（6）
25、（7）
26、（8）
27、（9）
28、（10）
29、其中，为氢内燃机的进气中所带有的可用能，为燃料中所带有的可用能，为排气中含有的可用能，为冷却液中含有的可用能，为氢内燃机做的功，为进气的质量流量，为空气的比热容，为环境温度，为氢气的质量流量，为排气的质量流量，为排气温度、压力下的比焓，为环境温度与环境压力的比焓，为排气温度、压力下的熵，为环境温度与环境压力的熵，为排气中可用能利用率，为冷却液的流量，为冷却液的温度，为冷却液中可用能利用效率，为氢燃料的可用效率。
30、优选的，所述步骤6中氢气释放能与压气机耗功的计算公式如下：
31、（11）
32、（12）
33、其中，为不同储存材料在释放氢温度下的比焓，为通过压气机的质量流量，为脱氢焓，为氢气质量流量，为将物质压缩到一定的压力所需要的功率，为流出压气机的流量，为进入压气机的流量，为压气机工作效率。
34、因此，本专利技术采用上述结构的长续航商用车氢内燃机混合动力系统及车载储氢方式评估，具有以下有益效果：通过回收氢内燃机在运作过程中产生的余热产生新的供能，利用余热减少了对于能源的依赖，降低了温室气体和其他污染物的排放，有助于环境保护，大大提高了能源的整体利用效率，减少能源消耗成本，提高经济效益；选择合适的储氢方式可以保证氢气的稳定供应，帮助车辆实现更长的续航里程，减少氢气泄漏和爆炸的风险，在性能和安全方面拥有了双重保障。
35、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.长续航商用车氢内燃机混合动力系统，其特征在于：包括氢内燃机、余热回收模块、车载储氢模块和发电增程模块，所述氢内燃机的动力输出侧与所述发电增程模块输入端相连接，所述氢内燃机的排气端与所述余热回收模块的输入端相连接，所述余热回收模块的输出端与所述车载储氢模块的输入端相连接，所述车载储氢模块的输出端与所述氢内燃机的进气端相连接，所述发电增程模块的输出端与所述车载储氢模块的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统，其特征在于：所述余热回收模块包括涡轮、低温换热器和朗肯循环余热回收装置，所述涡轮的输入端与所述氢内燃机的排气端相连接，所述涡轮的输出端分别连接有高温换热器和压气机的输入端，所述压气机的输出端连接有中冷换热器的输入端，所述中冷换热器的输出端与所述氢内燃机的进气端相连接，所述氢内燃机内设置有冷却液，所述冷却液从所述氢内燃机内部进入所述低温换热器，所述朗肯循环余热回收装置的输入端收集所述低温换热器、所述高温换热器和所述中冷换热器产生的余热，所述朗肯循环余热回收装置的输出端与所述车载储氢模块的输入端连接。
3.根据权利要求2所
4.一种如权利要求1-3任一项所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统的车载储氢方式评估，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统的车载储氢方式评估，其特征在于：所述步骤2的混动模式包括氢内燃机直驱和电池增程。
6.根据权利要求4所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统的车载储氢方式评估，其特征在于：所述步骤3计算该驾驶工况下的氢气流量，计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统的车载储氢方式评估，其特征在于：所述步骤4的能量守恒方程如下：
8.根据权利要求7所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统的车载储氢方式评估，其特征在于：所述步骤4的㶲方程计算余热可用能的表达式如下：
9.根据权利要求8所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统的车载储氢方式评估，其特征在于：所述步骤6中氢气释放能与压气机耗功的计算公式如下：
...【技术特征摘要】
1.长续航商用车氢内燃机混合动力系统，其特征在于：包括氢内燃机、余热回收模块、车载储氢模块和发电增程模块，所述氢内燃机的动力输出侧与所述发电增程模块输入端相连接，所述氢内燃机的排气端与所述余热回收模块的输入端相连接，所述余热回收模块的输出端与所述车载储氢模块的输入端相连接，所述车载储氢模块的输出端与所述氢内燃机的进气端相连接，所述发电增程模块的输出端与所述车载储氢模块的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统，其特征在于：所述余热回收模块包括涡轮、低温换热器和朗肯循环余热回收装置，所述涡轮的输入端与所述氢内燃机的排气端相连接，所述涡轮的输出端分别连接有高温换热器和压气机的输入端，所述压气机的输出端连接有中冷换热器的输入端，所述中冷换热器的输出端与所述氢内燃机的进气端相连接，所述氢内燃机内设置有冷却液，所述冷却液从所述氢内燃机内部进入所述低温换热器，所述朗肯循环余热回收装置的输入端收集所述低温换热器、所述高温换热器和所述中冷换热器产生的余热，所述朗肯循环余热回收装置的输出端与所述车载储氢模块的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的长续航商用车氢内燃机混合动力系统，其特征在于：所述发电增程模块包括发电机、第一电力变换器和第二电力变换器，所述发电机的输...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹浩雨，孙柏刚，罗庆贺，张诗蔚，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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