CN106541816A - 一种氢燃料汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢燃料汽车，包括车体、车轮、发电机、电池组、轮毂电机、氢储存单元、氢内燃机、氢燃料电池和尾气集中换热单元。氢储存单元氢气出口分为两路，一路通过尾气集中换热单元、氢气压缩机和氢气缓冲罐连接到氢内燃机，一路连接到氢燃料电池。空气入口通过空气过滤器和尾气集中换热单元连接到氢内燃机和氢燃料电池，氢内燃机的排气口通过尾气集中换热单元连接到尾气排放口。氢内燃机与发电机轴连接，发电机和氢燃料电池均与电池组电路连接，电池组与轮毂电机连接。本发明利用氢内燃机驱动发电机发电和利用氢燃料电池发电驱动汽车行驶，整个过程没有温室气体排放，减少了排出气体对大气污染，显著地提高了氢燃料汽车的使用性能和安全性。

Description

一种氢燃料汽车
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，涉及一种新能源汽车，具体涉及一种氢燃料汽车。
背景技术
近年来汽车的生产量连年剧增，汽车尾气成为了环境污染的重要原因。针对汽车污染的问题，各国政府都积极制定汽车尾气排放标准，其中欧盟的标准极其严格，成为了其他国家制定标准的重要参照。为了应对不断严格的汽车尾气排放标准，各大汽车厂商目前主要采取利用新能源来解决汽车尾气和能源匮乏的重要问题。
汽油和柴油都是不可再生资源，为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响以及减少大气污染和汽车发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，而氢能源是目前最理想的清洁燃料。氢能源是众多替代能源中的一种可再生资源，热值高，并且燃烧后大部分生成物是水蒸气，是一种理想的绿色燃料。作为代用燃料的氢能源可以解决二大难题：一是石油燃料储量有限，二是使用石油燃料带来的环境污染。
氢作为燃料的优点是，以水为原料，资源丰富；燃烧时放出的热量多；燃烧产物是水，无毒、无污染，且可以循环使用，被称作绿色能源。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对发动机进行大的改装，因此氢能动力具有广阔的应用前景。推广氢能动力需要解决三个技术问题：一是大量制取廉价氢气，传统的电解方法价格昂贵，且耗费其他资源，无法推广；二是氢气的安全储运问题；三是汽车所需的高性能、廉价的氢供给***。同时氢能源直接用在动力***上会产生爆震、不稳定等一系列影响利用的问题，将氢气与其他多种气体包括惰性气体混合后加压的高压气源，氢电能源作为新的动力***的替代燃料势必会成为趋势。
发明内容
本发明提供一种氢燃料汽车，减少温室气体排放和大气污染，提高氢燃料汽车的使用性能，降低能量消耗。
本发明的技术方案是：氢燃料汽车，包括车体、车轮、发电机、电池组、轮毂电机、空气入口、尾气排放口和空气过滤器，电池组与轮毂电机连接。汽车设有氢储存单元、氢内燃机、氢燃料电池和尾气集中换热单元。氢储存单元氢气出口分为两路，一路通过尾气集中换热单元、氢气压缩机、氢气缓冲罐和氢内燃机供氢管路连接到氢内燃机，另一路连接到氢燃料电池。空气入口通过空气过滤器和尾气集中换热单元连接到氢内燃机和氢燃料电池，氢内燃机的排气口通过尾气集中换热单元连接到尾气排放口。氢内燃机与发电机轴连接，发电机和氢燃料电池均与电池组电路连接。
汽车设有余氢吸收单元、三元催化装置、EGR***和温差发电单元，氢内燃机的排气口分为两路，一路通过三元催化装置连接到集中换热单元，尾气经集中换热单元出口后经余氢吸收单元连接到尾气排放口，余氢吸收单元的氢气出口连接到氢内燃机；一路通过EGR***连接到氢内燃机。温差发电单元跨接在排气口与尾气排放口之间，用排放尾气的温差进行温差发电。
氢内燃机为二冲程发动机，包括缸体、活塞、高压氢气喷嘴、火花塞、进气口和排气口，汽车设有氢气稳压共轨，EGR***包括中冷器和EGR阀。火花塞位于缸体的顶部，氢内燃机供氢管路通过氢气稳压共轨连接到高压氢气喷嘴。空气入口通过空气管路连接到氢内燃机进气口，氢内燃机排气口一路通过余氢吸收单元和三元催化装置连接到尾气排放口，另一路通过中冷器和EGR阀连接到进气口。汽车设有制热空调、蒸汽发电单元和内燃机冷却***，氢储存单元设有加热盘管和加热线圈，加热盘管和加热线圈设在氢储存单元的储热夹层中。蒸汽发电单元与尾气集中换热单元连接，制热空调通过制热空调管组与尾气集中换热单元连接，加热盘管通过储氢加热管组与尾气集中换热单元连接，氢储存单元通过发动机氢冷却管组与内燃机冷却***连接。汽车设有溴化锂制冷空调，氢储存单元设有防氢泄漏氮气保护***。
本发明的一种选择是：汽车设有离合器、驱动电机、变速器和传动轴，氢内燃机通过离合器和传动轴与车轮连接。驱动电机与变速器连接。
汽车启动或加速时，使用电池组内储存的电能利用电动机驱动汽车前进，满足快提速的要求。汽车正常运行时，使用金属氢化物储氢装置内的氢气，利用氢气内燃机驱动发电机发电，电能存储在电池组内以供电动机使用，从而保证氢气内燃机不受外界路况影响，稳定高效率运行。汽车停止行驶但人员依然需要在车上时，为保证车内的舒适，即温度要求，此时氢气内燃机停止运行，取而代之的是氢气燃料电池发电，电能供给车内空调及其他用电设备，燃料电池发电噪声极低，从而大大提高了车内人员的舒适度；两块以上电池组交替使用。另外一种利用方式，包括氢气内燃机、氢气燃料电池、驱动电机、两块以上电池组和金属氢化物储氢装置，运行模式如下：汽车启动或加速，汽车停止行驶但人员依然需要在车上，以上两种情况与第一种选择所述一样。区别在汽车正常运行时，使用金属氢化物储氢装置内的氢气利用氢气内燃机直接驱动汽车行驶，不经过发电机，即这种方式不设立发电机。
涉及氢气的地方，包括氢气内燃机、氢气燃料电池及氢气管路等，需要包裹起来，中间充填氮气；氮气可以被二氧化碳、氢燃料发动机废气、氩气、空气或其它惰性气体的一种或多种混合物全部或部分代替。保护***中循环工作的保护气可以来自于保护气储罐也可以来自发动机的废气。氢气内燃机可以采用氢气冷却，替代传统水冷却，氢气带出的热量供给金属氢化物储氢装置使用。氢储存单元的加热盘管中的加热介质可以为氢气，当介质为氢气时，加热盘管中的氢气与氢储存单元中的氢气连通或本身是间壁加热的形式将热量传导给金属氢化物。氢气内燃机高温尾气要进行余热利用，一是用来加热氢气和助燃空气，以降低燃料消耗，二是冬天用来车内供暖，夏天采用制冷空调用来车内制冷，三是利用换热器使水或有机工质变成高压蒸汽，推动汽轮机做功发电或其他的发电形式发电，或者利用温差发电装置发电，电能供给车内设备使用。氢储存单元的氢气储存方式包括高压压缩储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、新型碳材料储氢、有机液体储氢、无机物储氢或者其他储氢方式中的任一种或其组合。
氢燃料电池和氢储存单元设有保护***，保护***包括电池保护壳、氢储存单元保护壳、保护气储罐、废气管路保护套管和氢气管路保护套管。电池保护壳包覆在氢燃料电池的外部，氢储存单元保护壳包覆在氢储存单元的外部。氢燃料电池与电池保护壳之间为保护气夹层，氢储存单元与氢储存单元保护壳之间为保护气夹层。保护气储罐通过阀门与氢储存单元保护气夹层连通，氢储存单元保护气夹层通过氢气管路保护套管与氢燃料电池保护气夹层连通，废气管路保护套管与氢燃料电池保护气夹层连通，各连接部位设有管路连接密封胶套。空气管路、电气电路总线穿过电池保护壳与外部管路连接，各管路与保护壳的连接处设有管路连接密封胶套。氢气管路保护套管套装在氢燃料电池供氢管路的外部，废气管路保护套管套装在废气排放管路的外部。氢燃料电池保护气夹层设有保护气出口，保护气出口通过保护气套管连接到氢储存单元保护气夹层。电池保护壳的底部设有防爆板，氢气管路保护套管设有防爆阀。保护气可以调节到燃料电池正常工作所要求的工作温度，使燃料电池的工作效率更高。
保护***设有循环泵、氢气检测单元和保护气排放口，循环泵和氢气检测单元包覆在保护气套管内，保护气排放口通过阀门连接到氢气管路保护套管。保护气出口通过循环泵和氢气检测单元连接到氢储存单元保护气夹层，废气排放管路的一路连接到循环泵的入口。
电池保护壳和氢储存单元保护壳的材质为金属材料、非金属材料、金属复合材料、非金属复合材料和金属与非金属的复合材料。氢气管路保护套管、废气管路保护套管和保护气套管的材质为金属管、金属材料软管、非金属材料软管、金属材料复合管、非金属材料复合管、金属与非金属的复合材料管。保护壳是整体的并允许两部分或几部分组成，组装时各部分之间填充密封垫和密封材料。保护壳上的输出位置设有保护气密封结构，密封结构为金属迷宫密封结构、橡胶圈密封结构、油封动密封结构、毛毡结构或其它的密封结构。
动力总成模式可以采取串联式、并联式或者混联式中的任何一种。当采取串联式时，动力总成由发动机、发电机和电动机三部分组成，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能。当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时，则由发动机-发电机组向电池组充电。当采取并联式时，发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套***，可以分别独立地向汽车传动***提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动，又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮。当采取混联式时，动力总成包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。特点在于发动机***和电动机驱动***各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节发动机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力***相比，混联式动力***可以更加灵活地根据工况来调节发动机的功率输出和电动机的运转。
氢分子通过燃烧与氧分子结合产生热能和水。氢燃料电池通过氢气与空气中的氧结合而发电，制成的氢燃料电池用来推动汽车。本发明氢燃料汽车通过在汽车内安装氢内燃机和氢燃料电池，利用氢内燃机驱动发电机发电和利用氢燃料电池发电，用电能驱动汽车行驶，整个过程没有温室气体排放，减少排出气体对大气污染，提高了氢燃料汽车的使用性能，改善自然环境。氢内燃机的尾气通过尾气集中换热单元利用余热为氢气、空气和氢储存单元预热，为制热空调制热和蒸汽发电单元发电提供热量，提高了氢燃料的热效率，有利于降低能耗，改善汽车的动力性能。
附图说明
图1为本发明氢燃料汽车的结构示意图；
图2为氢内燃机结构示意图；
图3为本发明另一实施方案的结构原理示意图；
图4为本发明第三种实施方案的结构示意图；
图5为本发明第四种实施方案的结构示意图；
图6为氢燃料电池和氢储存单元保护***的示意图；
图7为连接密封胶套放大示意图。
其中：1—制热空调管组、2—储氢加热管组、3—氢内燃机供氢管路、4—蒸汽发电单元、5—空气入口、6—空气过滤器、7—温差发电单元、8—氢内燃机、9—氢气压缩机、10—氢气缓冲罐、11—发电机、12—尾气集中换热单元、13—尾气排放管、14—氢燃料电池空气管路、15—供氢总管、16—储热夹层、17—加热线圈、18—加热盘管、19—氢储存单元、20—制热空调、21—制冷空调、22—氢燃料电池、23—氢燃料电池供氢管路、24—轮毂电机、25—车轮、26—发动机氢冷却管组、27—余氢吸收单元、28—空气管路、29—电池组、30—防氢泄漏氮气保护***、31—EGR***、32—驱动电机、33—变速器、34—传动轴、35—尾气排放口、36—三元催化装置、37—进气口、38—氢气稳压共轨、39—排气口、40—高压氢气喷嘴、41—中冷器、42—火花塞、43—EGR阀、44—离合器、45—氢气管路保护套管、46—氢储存单元保护壳、47—保护气排放口、48—连接密封胶套、49—电池保护壳、50—保护气套管、51—电气电路总线、52—控制器、53—废气排放管路、54—循环泵、55—氢气检测单元、56—防爆阀、57—废气管路保护套、58—保护气储罐、59—防爆板、60—阀门、61—保护气出口。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明氢燃料汽车如图1所示，包括车体、车轮25、发电机11、电池组29、轮毂电机24、空气入口5、温差发电单元7、尾气排放口35、空气过滤器6、氢储存单元19、氢内燃机8、氢燃料电池22、尾气集中换热单元12、余氢吸收单元27、三元催化装置36、EGR***31、制热空调20、蒸汽发电单元4、内燃机冷却***、溴化锂制冷空调21。如图2所示，氢内燃机8为二冲程发动机，包括缸体、活塞、高压氢气喷嘴40、火花塞42、进气口37和排气口39，火花塞位于缸体的顶部。EGR***包括中冷器41和EGR阀43，汽车设有氢气稳压共轨38。氢储存单元氢气出口分为两路，一路经氢内燃机供氢管路3通过尾气集中换热单元、氢气压缩机9、氢气缓冲罐10和氢气稳压共轨38连接到氢内燃机的高压氢气喷嘴；一路通过氢燃料电池供氢管路23连接到氢燃料电池。空气入口经空气管路通过空气过滤器和尾气集中换热单元连接到氢内燃机的进气口37和氢燃料电池。氢内燃机的排气口分为两路，一路通过三元催化装置连接到尾气经集中换热单元，尾气经集中换热单元出口后经余氢吸收单元连接到尾气排放口，余氢吸收单元的氢气出口连接到氢内燃机；一路通过EGR***连接到氢内燃机。排气口与尾气排放口之间跨接温差发电单元7，用尾气的温差进行发电。氢内燃机与发电机轴连接，发电机和氢燃料电池均与电池组电路连接，电池组与轮毂电机连接。氢储存单元19设有储热夹层16，加热盘管18和加热线圈17置于储热夹层中，加热盘管通过储氢加热管组2与尾气集中换热单元连接，氢储存单元通过发动机氢冷却管组26与内燃机冷却***连接。蒸汽发电单元与尾气集中换热单元12连接，制热空调通过制热空调管组1与尾气集中换热单元连接。氢储存单元为金属氢化物储存设备，氢储存单元19处于防氢泄漏氮气保护***30的监控和保护中。
本发明的氢燃料汽车的运行方式为，由电池组输出电力通过加热线圈17加热氢储存单元的储氢，氢储存单元中金属氢化物储存设备放出氢气。氢气经供氢总管15分为两路，一路经氢燃料电池供氢管路23进入氢燃料电池22，另一路经氢内燃机供氢管路3进入集中换热单元12预热，预热后的氢气经氢气压缩机9、氢气缓冲罐10、氢气稳压共轨38和高压氢气喷嘴40进入氢内燃机8的缸体。空气由空气入口5经空气过滤器6过滤后进入集中换热单元12预热，预热后空气一路经进气口37进入氢内燃机的缸体，另一路进入氢燃料电池。氢气和空气在氢内燃机燃烧做功，驱动发电机11发电，发出的电输入电池组储存。氢气和空气在氢燃料电池22进行化学反应，产生的电能存入电池组。电池组输出电力驱动轮毂电机24转动，从而驱动汽车行驶。氢内燃机做功后的尾气经排气口39分为两路，一路经三元催化装置进行脱硝，脱销后到尾气集中换热单元换热后经余氢吸收单元27回收氢气，回收的氢气返回氢内燃机作燃料，回收氢气后的尾气到尾气排放***排放。一路经EGR***到氢内燃机。尾气集中换热单元利用氢内燃机尾气余热为氢气、空气和氢储存单元的热，为制热空调制热和蒸汽发电单元发电提供热量。防氢泄漏氮气保护***30保证氢储存单元以及整个氢气运行***安全无泄漏，同时回收微量的氢气。
汽车启动或加速时，使用电池组内储存的电能利用电动机驱动汽车前进，满足快提速的要求。汽车正常运行时，使用金属氢化物储氢装置内的氢气利用氢气内燃机驱动发电机发电，电能存储在电池组内以供电动机使用，从而保证氢气内燃机不受外界路况影响，稳定高效率运行；汽车停止行驶但人员依然需要在车上时，为保证车内的舒适，即温度要求，此时氢气内燃机停止运行，取而代之的是氢气燃料电池发电，电能供给车内空调及其他用电设备，燃料电池发电噪声极低，从而大大提高了车内人员的舒适度。三块电池组交替使用，一块充电，两块供电。
涉及氢气的地方，包括氢气内燃机、氢气燃料电池及氢气管路等，需要包裹起来，中间充填氮气；包裹材料为金属材料。氢气内燃机采用氢气冷却，替代传统水冷却，氢气带出的热量供给金属氢化物储氢装置使用；氢气内燃机高温尾气要进行余热利用，一是用来加热氢气和助燃空气，以降低燃料消耗，二是冬天用来车内供暖，三是利用换热器使水或有机工质变成高压蒸汽，推动汽轮机做功发电，或者利用温差发电装置发电，电能供给车内设备使用。
实施例2
本发明的另一实施方式如图3所示，汽车设有离合器44、驱动电机32、变速器33和传动轴34，氢内燃机8通过离合器与变速器连接，变速器通过传动轴与车轮连接，驱动电机与变速器连接。发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套***，可以分别独立地向汽车传动***提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动，又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机，又可以作发电机使用，称为电动－发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮。
汽车正常运行时，使用氢储存单元内的氢气利用氢气内燃机或电动机驱动汽车行驶；汽车停止行驶但人员依然需要在车上时，为保证车内的舒适，即温度要求，此时氢气内燃机停止运行，取而代之的是氢气燃料电池发电，电能供给车内空调及其他用电设备，燃料电池发电噪声极低，从而大大提高了车内人员的舒适度。涉及氢气的地方，包括氢气内燃机、氢气燃料电池及氢气管路等，需要包裹起来，中间充填氮气；包裹材料为金属材料。
实施例3
本发明第三种实施方式如图4所示，包括车体、车轮25、发电机11、电池组29、轮毂电机24、空气入口5、温差发电单元7、尾气排放口35、空气过滤器6、氢储存单元19、氢内燃机8、尾气集中换热单元12、余氢吸收单元27、三元催化装置36、EGR***31、制热空调20、蒸汽发电单元4、内燃机冷却***、溴化锂制冷空调21。氢储存单元氢气出口经氢内燃机供氢管路3通过尾气集中换热单元、氢气压缩机9、氢气缓冲罐10和氢气稳压共轨38连接到氢内燃机的高压氢气喷嘴。空气入口经空气管路通过空气过滤器和尾气集中换热单元连接到氢内燃机的进气口37。氢内燃机的排气口分为两路，一路通过三元催化装置连接到尾气经集中换热单元，尾气经集中换热单元出口后经余氢吸收单元连接到尾气排放口，余氢吸收单元的氢气出口连接到氢内燃机；一路通过EGR***连接到氢内燃机，排气口与尾气排放口之间跨接温差发电单元7，用尾气的温差进行发电。氢内燃机与发电机轴连接，发电机与电池组电路连接，电池组与轮毂电机连接。氢储存单元19设有储热夹层16，加热盘管18和加热线圈17置于储热夹层中，加热盘管通过储氢加热管组2与尾气集中换热单元连接，氢储存单元通过发动机氢冷却管组26与内燃机冷却***连接。蒸汽发电单元与尾气集中换热单元12连接，制热空调通过制热空调管组1与尾气集中换热单元连接。氢储存单元为金属氢化物储存设备，氢储存单元19处于防氢泄漏氮气保护***30的监控和保护中。
本实施例的运行方式为，由电池组输出电力通过加热线圈17加热氢储存单元的储氢，氢储存单元中金属氢化物储存设备放出氢气。氢气经供氢总管15经氢内燃机供氢管路3进入集中换热单元12预热，预热后的氢气经氢气压缩机9、氢气缓冲罐10、氢气稳压共轨38和高压氢气喷嘴40进入氢内燃机8的缸体。空气由空气入口5经空气过滤器6过滤后进入集中换热单元12预热，预热后空气经进气口37进入氢内燃机的缸体。氢气和空气在氢内燃机燃烧做功，驱动发电机11发电，发出的电输入电池组储存。电池组输出电力驱动轮毂电机24转动，从而驱动汽车行驶。氢内燃机做功后的尾气经排气口39分为两路，一路经三元催化装置进行脱硝，脱硝后到尾气集中换热单元换热后经余氢吸收单元27回收氢气，回收的氢气返回氢内燃机作燃料，回收氢气后的尾气到尾气排放***排放；一路经EGR***到氢内燃机。温差发电单元7跨接在排气口与尾气排放口之间，用排放尾气的温差进行发电。尾气集中换热单元利用氢内燃机尾气余热为氢气、空气和氢储存单元加热，为制热空调制热和蒸汽发电单元发电提供热量。防氢泄漏氮气保护***30保证氢储存单元以及整个氢气运行***安全无泄漏，同时回收微量的氢气。涉及氢气的地方，包括氢气内燃机、氢气管路等，需要包裹起来，中间充填氮气；包裹材料为金属材料。氢气内燃机采用发动机氢冷却管组冷却，替代传统水冷却，氢气带出的热量供给金属氢化物储氢装置使用。
实施例4
本发明第四种实施方式如图5、图 6所示，包括车体、车轮25、发电机11、电池组29、轮毂电机24、空气入口5、氢燃料电池22、尾气排放口35、空气过滤器6、氢储存单元19、制热空调、电池组29和溴化锂制冷空调。氢燃料电池和氢储存单元设有保护***，保护***包括电池保护壳49、氢储存单元保护壳46、保护气储罐58、废气管路保护套管57、循环泵54、氢气检测单元55、保护气排放口47和氢气管路保护套管45。电池保护壳包覆在氢燃料电池的外部，氢储存单元保护壳包覆在氢储存单元19的外部。氢燃料电池与电池保护壳之间为保护气夹层，氢储存单元与氢储存单元保护壳之间为保护气夹层。保护气储罐通过阀门与氢储存单元保护气夹层连通，氢储存单元保护气夹层通过氢气管路保护套管与氢燃料电池保护气夹层连通，废气管路保护套管与氢燃料电池保护气夹层连通，各连接部位设有管路连接密封胶套48。空气管路28、电气电路总线51穿过电池保护壳与外部管路连接，各管路与保护壳的连接处设有管路连接密封胶套。氢气管路保护套管套装在氢燃料电池供氢管路23的外部，废气管路保护套管套装在废气排放管路53的外部，保护气出口通过保护气套管50连接到氢储存单元保护气夹层。电池保护壳的底部设有防爆板59，氢气管路保护套管设有防爆阀56。循环泵和氢气检测单元包覆在保护气套管内，保护气排放口通过阀门连接到氢气管路保护套管。保护气出口通过循环泵和氢气检测单元连接到氢储存单元保护气夹层，废气排放管路53的一路连接到循环泵的入口。氢储存单元设有储热夹层16，加热盘管18和加热线圈17置于储热夹层中。氢燃料电池与电池组电路连接，电池组与轮毂电机24连接。
本实施例的运行方式为，由电池组输出电力通过加热线圈17加热氢储存单元的储氢，氢储存单元中金属氢化物储存设备放出氢气。氢气经供氢总管15和氢燃料电池供氢管路23进入氢燃料电池22。空气由空气入口5经空气过滤器6过滤后进入氢燃料电池。氢气和空气在氢燃料电池22进行化学反应，产生的电能存入电池组29。电池组输出电力驱动轮毂电机24转动，驱动汽车行驶。氢燃料电池发电后的废气到尾气排放口排放。保护***保证氢储存单元、氢燃料电池以及整个氢气运行***安全无泄漏，同时回收微量的氢气。

Claims (12)

1.一种氢燃料汽车，包括车体、车轮（25）、发电机（11）、电池组（29）、轮毂电机（24）、空气入口（5）、尾气排放口（35）和空气过滤器（6），所述电池组与轮毂电机连接，其特征是：所述汽车设有氢储存单元（19）、氢内燃机（8）、氢燃料电池（22）和尾气集中换热单元（12），所述氢储存单元氢气出口分为两路，一路通过尾气集中换热单元、氢气压缩机（9）、氢气缓冲罐（10）和氢内燃机供氢管路（3）连接到氢内燃机，一路连接到氢燃料电池；所述空气入口通过空气过滤器和尾气集中换热单元连接到氢内燃机和氢燃料电池，所述氢内燃机（8）的排气口通过尾气集中换热单元连接到尾气排放口（35）；所述氢内燃机与发电机轴连接，所述发电机和氢燃料电池与电池组电路连接。
2.根据权利要求1所述的氢燃料汽车，其特征是：所述汽车设有余氢吸收单元（27）、三元催化装置（36）、EGR***（31）和温差发电单元（7），所述氢内燃机（8）的排气口分为两路，一路通过三元催化装置连接到尾气经集中换热单元（12），尾气经集中换热单元出口经余氢吸收单元连接到尾气排放口（35），余氢吸收单元的氢气出口连接到氢内燃机；一路通过EGR***连接到氢内燃机，温差发电单元跨接在排气口与尾气排放口之间。
3.根据权利要求2所述的氢燃料汽车，其特征是：所述氢内燃机（8）为二冲程发动机，包括缸体、活塞、高压氢气喷嘴（40）、火花塞（42）、进气口（37）和排气口（39），所述汽车设有氢气稳压共轨（38），所述EGR***（31）包括中冷器（41）和EGR阀（43）；所述火花塞位于缸体的顶部；所述氢内燃机供氢管路（3）通过氢气稳压共轨连接到高压氢气喷嘴；所述空气入口（5）通过空气管路连接到进气口，所述排气口一路通过余氢吸收单元（27）和三元催化装置（36）连接到尾气排放口（35），一路通过中冷器41和EGR阀（43）连接到进气口。
4.根据权利要求1所述的氢燃料汽车，其特征是：所述汽车设有制热空调（20）、蒸汽发电单元（4）和内燃机冷却***，所述氢储存单元设有加热盘管（18）和加热线圈（17），加热盘管和加热线圈设在氢储存单元的储热夹层（16）中；所述蒸汽发电单元与尾气集中换热单元（12）连接，所述制热空调通过制热空调管组（1）与尾气集中换热单元连接，所述加热盘管通过储氢加热管组（2）与尾气集中换热单元连接，氢储存单元通过发动机氢冷却管组（26）与内燃机冷却***连接。
5.根据权利要求1所述的氢燃料汽车，其特征是：所述汽车设有离合器（44）、驱动电机（32）、变速器（33）和传动轴（34），所述氢内燃机（8）通过离合器和传动轴与车轮连接；所述驱动电机与变速器连接。
6.根据权利要求1所述的氢燃料汽车，其特征是：所述汽车设有制冷空调（21），所属汽车设有防氢泄漏氮气保护***（30），整个燃料运行***的所有和氢气有关的管路接头和各种连接部位全部处于此***的监控和保护中；管路连接密封胶套也可以采用金属硬密封或其他的密封形式。
7.根据权利要求1所述的氢燃料汽车，其特征是：汽车启动或加速时，使用电池组内储存的电能利用电动机驱动汽车前进，满足快提速的要求；汽车正常运行时，使用氢储存单元内的氢气利用氢气内燃机驱动发电机发电，电能存储在电池组内以供电动机使用，从而保证氢气内燃机不受外界路况影响，稳定高效率运行；汽车停止行驶但人员依然需要在车上时，为保证车内的舒适，即温度要求，此时氢气内燃机停止运行，取而代之的是氢气燃料电池发电，电能供给车内空调及其他用电设备，燃料电池发电噪声极低，从而大大提高了车内人员的舒适度；两块以上电池组交替使用；另外一种利用方式，包括氢气内燃机、氢气燃料电池、电动机、两块以上电池组和金属氢化物储氢装置，运行模式如下：汽车启动或加速，汽车停止行驶但人员依然需要在车上，以上两种情况与前文所述一样；区别在汽车正常运行时，使用金属氢化物储氢装置内的氢气利用氢气内燃机直接驱动汽车行驶，不经过发电机，即这种方式不设立发电机；所述氢内燃机（8）为二冲程发动机可以用四冲程发动机代替；余氢吸收单元（27）和三元催化装置（36）两者的位置可以互换。
8.根据权利要求1所述的氢燃料汽车，其特征是：所有涉及氢气的地方，包括氢气内燃机、氢气燃料电池及氢气管路等，需要包裹起来，中间充填氮气；氮气可以被二氧化碳、氢燃料发动机废气（也可除水后使用）、氩气、空气或其它惰性气体的一种或多种混合物全部或部分代替；保护***中循环工作的保护气可以来自于保护气储罐，也可以来自于发动机的废气；氢气内燃机可以采用氢气冷却，替代传统水冷却，氢气带出的热量供给金属氢化物储氢装置使用；氢储存单元的加热盘管中的加热介质可以为氢气，当介质为氢气时，加热盘管中的氢气与氢储存单元中的氢气联通或本身是间壁加热的形式将热量传导给金属氢化物；氢气内燃机高温尾气要进行余热利用，一是用来加热氢气和助燃空气，以降低燃料消耗，二是冬天用来车内供暖，夏天采用制冷空调用来车内制冷，三是利用换热器使水或有机工质变成高压蒸汽，推动汽轮机做功发电或其他的发电形式发电；或者利用温差发电装置发电，电能供给车内设备使用；氢储存单元的氢气储存方式包括高压压缩储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、新型碳材料储氢、有机液体储氢、无机物储氢或者其他储氢方式中的任一种或其组合。
9.根据权利要求1所述的氢燃料汽车，其特征是：所述氢燃料电池（22）和氢储存单元设有保护***，所述保护***包括电池保护壳（49）、氢储存单元保护壳（46）、保护气储罐（58）、废气管路保护套管（57）和氢气管路保护套管（45）；所述电池保护壳包覆在氢燃料电池的外部，所述氢储存单元保护壳包覆在氢储存单元（19）的外部；所述氢燃料电池与电池保护壳之间为保护气夹层，氢储存单元与氢储存单元保护壳之间为保护气夹层；所述保护气储罐通过阀门与氢储存单元保护气夹层连通，氢储存单元保护气夹层通过氢气管路保护套管与氢燃料电池保护气夹层连通，所述废气管路保护套管与氢燃料电池保护气夹层连通，各连接部位设有管路连接密封胶套（48）；所述空气管路、电气电路总线（51）穿过电池保护壳与外部管路连接，各管路与保护壳的连接处设有管路连接密封胶套；所述氢气管路保护套管套装在氢燃料电池供氢管路（23）的外部，所述废气管路保护套管套装在废气排放管路（53）的外部；所述氢燃料电池保护气夹层设有保护气出口（61），所述保护气出口通过保护气套管（50）连接到氢储存单元保护气夹层；所述电池保护壳的底部设有防爆板（59），所述氢气管路保护套管设有防爆阀（56）；保护气可以调节到燃料电池正常工作所要求的工作温度，使燃料电池的工作效率更高。
10.根据权利要求9所述的氢燃料汽车，其特征是：所述保护***设有循环泵（54）、氢气检测单元（55）和保护气排放口（47），所述循环泵和氢气检测单元包覆在保护气套管内，所述保护气排放口通过阀门连接到氢气管路保护套管；所述保护气出口（61）通过循环泵和氢气检测单元连接到氢储存单元保护气夹层，所述废气排放管路（53）的一路连接到循环泵的入口。
11.根据权利要求9所述的氢燃料汽车，其特征是：所述电池保护壳（49）和氢储存单元保护壳（46）的材质为金属材料、非金属材料、金属复合材料、非金属复合材料和金属与非金属的复合材料；所述氢气管路保护套管（45）、废气管路保护套管（57）和保护气套管（50）的材质为金属管、金属材料软管、非金属材料软管、金属材料复合管、非金属材料复合管、金属与非金属的复合材料管；保护壳是整体的并允许两部分或几部分组成，组装时各部分之间填充密封垫和密封材料；保护壳上的输出位置设有保护气密封结构，密封结构为金属迷宫密封结构、橡胶圈密封结构、油封动密封结构、毛毡结构或其它的密封结构。
12.根据权利要求1所述的氢燃料汽车，其特征是： 所述动力总成模式可以采取串联式、并联式或者混联式中的任何一种；当采取串联式时，动力总成由发动机、发电机和电动机三部分组成，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车；小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机；当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电；当采取并联式时，发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套***，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动，又可以单独驱动；当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度；电动机既可以作电动机，又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组；由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮；当采取混联式时，动力总成包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种；以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源；特点在于发动机***和电动机驱动***各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节发动机与电动机之间的转速关系；与并联式混合动力***相比，混联式动力***可以更加灵活地根据工况来调节发动机的功率输出和电动机的运转。
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