CN113665351B - 一种重卡用车载氢***及执行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种重卡用车载氢***及执行机构，包括：支撑框架，支撑框架设有内部设有多个隔层；每个隔层安装有至少两瓶氢气瓶；氢气瓶的进出气口之间通过氢气管路串联连接，氢气管路上设有管阀件和减压阀；氢气管路的端部设有加氢口；支撑框架的顶部及框架四周分别安装有碰撞传感器；氢***控制器分别与每个碰撞传感器连接，当氢气瓶碰撞并触发碰撞传感器时，碰撞传感器向氢***控制器发送碰撞加速度信号；氢***控制器与管阀件连接，氢***控制器在接收到碰撞加速度信号之后，控制管阀件关闭。整车控制器向燃料电池发出紧急停机指令，同时在整车仪表上报碰撞故障，使驾驶人员了解车辆的氢气瓶状态，避免出现危险事故。

Description

一种重卡用车载氢***及执行机构
技术领域
本发明涉及新能源车领域，尤其涉及一种重卡用车载氢***及执行机构。
背景技术
当今环境污染加重，温室气体排放居高不下，因此需要对新能源汽车进行推广应用。而纯电动、混合动力、燃料电池为三种新能源车技术路线，其中燃料电池车具有续驶里程长，零污染，特别适合于商用车型领域的特点受到广泛的关注，并开始积极研发。
车载氢***是燃料电池车上的重要部件，它能够储存燃料电池工作时所需的氢气，并按燃料电池氢气压力及流量需求提供氢气。目前，车载氢***储氢方式主要有高压氢气储存、液态氢气储存、材料吸附储氢、金属储氢等方式。高压氢气储存是将氢气以一定压力储存在气瓶中，使用时再将氢气减压至规定压力，常用的储存压力为35MPa及70Mpa；液态氢气储存是将氢气以液态的形式储存在气瓶中，使用时将液态氢气气化。由于车辆随着安装氢气瓶，在行驶过程中，容易造成氢气瓶的滚动，碰到框架或者箱体，如果碰撞力量较大时，会造成氢气瓶泄露，特别是氢气瓶的进出气口位置如果脱离了管道导致氢气泄露，容易造成危险事故发生。
发明内容
本发明专利以常用的高压储氢为技术路线，结合燃料电池重卡开发规律，发明一种新型储氢***，以解决整车总布置痛点，实现模块化设计，同时解决法规要求的碰撞氢安全问题。
***包括：支撑框架，支撑框架设有内部设有多个隔层；每个隔层安装有至少两瓶氢气瓶；
氢气瓶与支撑架支架设有间距；
氢气瓶的进出气口之间通过氢气管路串联连接，氢气管路上设有管阀件和减压阀；
氢气瓶的进出气口连接有瓶阀；
氢气管路的端部设有加氢口；
支撑框架的顶部及框架四周分别安装有碰撞传感器；
支撑框架上还安装有氢***控制器；
氢***控制器分别与每个碰撞传感器连接，当氢气瓶碰撞并触发碰撞传感器时，碰撞传感器向氢***控制器发送碰撞加速度信号；
氢***控制器分别与瓶阀和管阀件连接，氢***控制器在接收到碰撞加速度信号之后，控制管阀件和瓶阀关闭；氢***控制器还与减压阀连接，根据调压控制指令，调节减压阀的开度。
进一步需要说明的是，支撑框架底部连接有安装支架，并通过安装支架固设到重卡车上；
安装支架上设有连接板，氢气管路端部的加氢口设置在连接板上，加氢口与加氢枪配合连接；给氢气瓶充气。
进一步需要说明的是，氢气管路上还安装有止回阀和加氢压力表；
氢气瓶的进出气口通过卡套接头与氢气管路连接，
氢气瓶的进出气口处连接有瓶阀、限流阀和过滤器；
加氢枪依次经过加氢口、止回阀、加氢压力表、过滤器、限流阀和瓶阀给氢气瓶加氢。
进一步需要说明的是，减压阀上装有安全阀，安全阀连接有泄放管路；泄放管路上安装有单向阀；
设置安全阀卸荷压力为13bar至16bar；压力超过13bar至16bar时，通过安全阀和泄放管路将氢气排放至大气中。
进一步需要说明的是，在瓶阀与氢气瓶的进出气口之间安装有高压传感器；
氢***控制器与高压传感器连接，高压传感器实时监测氢气瓶的出气压力，并将出气压力传输给氢***控制器，氢***控制器对氢气瓶的出气压力进行显示。
进一步需要说明的是，支撑框架的顶部设有氢浓度传感器；
氢***控制器与氢浓度传感器连接，氢浓度传感器实时监测支撑框架周围的氢浓度，并将氢浓度传输给氢***控制器，进行显示；
当氢浓度超阈值时，进行报警提示，同时氢***控制器控制瓶阀关闭。
进一步需要说明的是，安装支架设有两条平行设置的支腿，支腿之间设有横撑；
支腿的底部连接有加强支撑板件，加强支撑板件连接有U安装连接件；
加强支撑板件的顶部板上开设有顶部固定孔位；
加强支撑板件的背板上开设有背部安装孔；
U安装连接件的U形槽开设有前部固定孔；
U安装连接件的U形端开设有侧翼固定孔。
进一步需要说明的是，支撑框架的侧部设有侧支撑架；
侧支撑架向支撑框架的底部延伸，与安装支架等高；
侧支撑架连接有侧立柱；
侧支撑架的底部与支撑副梁连接；
支撑副梁的底部、侧立柱的底部以及安装支架的底部分别与车架大梁连接。
进一步需要说明的是，氢气管路上还设有手动球阀。
氢气管路上还设有电磁阀，电磁阀靠近减压阀设置；
氢***控制器与电磁阀连接，控制电磁阀通断。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的重卡用车载氢***及执行机构中，如果车辆出现转弯，或者颠簸时，会使得氢气瓶移动位置，比如撞击到支撑框架，为了避免危险发生，可以关闭管阀件，氢***控制器通过与整车控制器连接可以将碰撞信息发送到整车控制器，进行在驾驶室的仪表盘显示碰撞加速度信号。如果关闭了管阀件，也在驾驶室的仪表盘显示管阀件的开关状态，使驾驶人员了解车辆的氢气瓶3状态，避免出现危险事故。由于氢***内含有高压容器，考虑到车辆的运行工况复杂，防止车辆碰撞对氢***产生安全威胁。
本发明设计的***结构，在保证***结构强度的同时，能够方便与整车机械结构集成。
本发明结构紧凑合理，***布置有侧碰和正碰碰撞传感器，能够根据碰撞级别，开启安全程序，满足车载氢***使用要求。***下部能够布置动力电池或燃料电池，有利于提高整车结构模块化设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为重卡用车载氢***及执行机构示意图；
图2为重卡用车载氢***及执行机构另一侧示意图；
图3为重卡用车载氢***及执行机构与燃料电池配合示意图；
图4为加强支撑板件示意图；
图5为加强支撑板件和U安装连接件示意图；
图6为重卡用车载氢***及执行机构实施例示意图。
附图标记说明：
1-支撑框架，2-隔层，3-氢气瓶，4-氢气管路，5-碰撞传感器，6-氢***控制器，7-管阀件，8-减压阀，9-整车控制器，10-安装支架，11-连接板，12-加氢口，13-氢浓度传感器，14-电磁阀，15-高压传感器，16-瓶阀，17-燃料电池，18-支撑副梁，19-车架大梁，21-支腿，22-横撑，23-加强支撑板件，24-U安装连接件，25-顶部固定孔位，26-背部安装孔，27-前部固定孔，28-侧支撑架，29-侧立柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的重卡用车载氢***及执行机构中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明提供的重卡用车载氢***及执行机构的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明提供的重卡用车载氢***及执行机构中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
如图1至6所示，本发明提供的重卡用车载氢***及执行机构包括：支撑框架1，支撑框架1设有内部设有多个隔层2；隔层2采用隔条或者隔板实现对支撑框架1内部进行间隔，以便于能够摆放足够多的氢气瓶3。氢气瓶3可以绑定到支撑框架1上，或者采用其他方式将固设到支撑框架1内。
比如，氢***储氢参数上，本***选用6只210L 35Mpa氢瓶，***总储氢量约为30kg。
每个隔层2安装有至少两瓶氢气瓶3；氢气瓶3与支撑架支架设有间距；氢气瓶3的进出气口之间通过氢气管路4串联连接，氢气管路4上设有管阀件7和减压阀8；氢气瓶的进出气口连接有瓶阀16；
氢气管路4的端部设有加氢口12；支撑框架1的顶部及框架四周分别安装有碰撞传感器5；本发明可以在支撑框架1的前部、后部、顶部等等方向来进行设置碰撞传感器5，可以是氢气瓶3容易碰撞的位置均可以设置一个碰撞传感器5。
支撑框架1上还安装有氢***控制器6；氢***控制器6分别与每个碰撞传感器5连接，当氢气瓶3碰撞并触发碰撞传感器5时，碰撞传感器5向氢***控制器6发送碰撞加速度信号；氢***控制器分别与瓶阀16和管阀件连接，氢***控制器在接收到碰撞加速度信号之后，控制管阀件和瓶阀关闭；氢***控制器还与减压阀连接，根据调压控制指令，调节减压阀的开度。
如果车辆出现转弯，或者颠簸时，会使得氢气瓶3移动位置，比如撞击到支撑框架1，为了避免危险发生，可以关闭管阀件7，氢***控制器6通过与整车控制器9连接可以将碰撞信息发送到整车控制器9，进行在驾驶室的仪表盘显示碰撞加速度信号。如果关闭了管阀件7，也在驾驶室的仪表盘显示管阀件7的开关状态，使驾驶人员了解车辆的氢气瓶3状态，避免出现危险事故。
示例性的讲，由于氢***内含有高压容器，考虑到车辆的运行工况复杂，防止车辆碰撞对氢***产生安全威胁，本发明中的氢***特别集成了碰撞安全***。该***由碰撞传感器5及碰撞传感器5控制器组成，通过总线与氢***控制直连。考虑到氢***体积较大，本发明特别采用6只碰撞传感器5，分别布置在氢***的前侧，左右两侧，能够监测氢***受到的正碰及侧碰。在发生碰撞时，碰撞传感器5能够直接向氢***控制器6发送碰撞时产生的加速度信号，氢***控制器6在接受到加速度信号后，通过预先设置的控制策略，切断减压阀8后，停止向燃料电池供气，同时，氢***控制器6通过总线向整车控制器9发出控制信号请求，整车控制器9在接到请求信号后，向燃料电池发出紧急停机指令，同时在整车仪表上报碰撞故障，要求司机及时停车并迅速远离车辆。
本发明中的氢***控制器6可以通过使用特定用途集成电路(ASIC，ApplicationSpecific Integrated Circuit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)、数字信号处理装置(DSPD，Digital Signal Processing Device)、可编程逻辑装置(PLD，Programmable Logic Device)、现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable GateArray)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施，在一些情况下，这样的实施方式可以在控制器中实施。对于软件实施，诸如过程或功能的实施方式可以与允许执行至少一种功能或操作的单独的软件模块来实施。软件代码可以由以任何适当的编程语言编写的软件应用程序(或程序)来实施，软件代码可以存储在存储器中并且由控制器执行。
作为本发明的实施例，支撑框架1底部连接有安装支架10，并通过安装支架10固设到重卡车上；安装支架10上设有连接板11，氢气管路4端部的加氢口12设置在连接板11上，加氢口12与加氢枪配合连接；给氢气瓶3充气。
氢气管路4上还安装有止回阀和加氢压力表；氢气瓶3的进出气口通过卡套接头与氢气管路4连接，氢气瓶3的进出气口处连接有瓶阀、限流阀和过滤器；加氢枪依次经过加氢口12、止回阀、加氢压力表、过滤器、限流阀和瓶阀给氢气瓶3加氢。
比如***加氢口12选用TN5 35Mpa大流量型号，加氢时选择与之匹配的型号为TN25的加氢枪与之相连。高压氢气通过加氢口12进入氢气管路4，首先通过止回阀，在氢气管路4上有压力表，压力表氢***控制器6连接，能够实时显示加氢的压力。氢气在通过连接的卡套接头分别进入与氢瓶连接的限流阀，然后再进入与瓶阀直通的氢瓶中。在瓶阀与氢气瓶3的进出气口之间安装有高压传感器15；氢***控制器6与高压传感器15连接，高压传感器15实时监测氢气瓶3的出气压力，并将出气压力传输给氢***控制器6，氢***控制器6对氢气瓶3的出气压力进行显示。由于高压管路与氢瓶联通，高压管路内的压力即为氢瓶内的压力。
本发明中，支撑框架1的顶部设有氢浓度传感器13；氢***控制器6与氢浓度传感器13连接，氢浓度传感器13实时监测支撑框架1周围的氢浓度，并将氢浓度传输给氢***控制器6，进行显示；当氢浓度超阈值时，进行报警提示，同时氢***控制器6控制瓶阀关闭。
氢气管路4上还设有电磁阀14，电磁阀14靠近减压阀8设置；氢***控制器6与电磁阀14连接，控制电磁阀14通断。
对于本发明来讲，对***进行了安全防护，***设置有多重安全防护机制，1)减压后氢气压力超过规定供氢压力限值时，氢气通过泄压阀自动排空；2)氢气瓶3内超温时，瓶阀会自动打开，进行排空；3)***顶端装有两只氢浓度传感器13，氢瓶或氢***内管阀件7有氢气泄漏时，氢浓度传感器13根据监测到的浓度级别，发出不同信号，氢***控制器6根据收到的信号级别，决定发出1级、2级还是3级故障码，整车控制器9根据故障码执行相应的停机动作，4)氢***上装有前碰、侧碰传感器，当整车发生前碰或侧碰时，碰撞传感器5发出碰撞信号给碰撞传感器5信号，碰撞传感器5经过处理发送信号至氢***控制器6，氢***控制根据碰撞信号级别采取相应的切断供氢。
本发明中，供氢时，***接到整车控制器9控制指令后进行自检，自检无故障后打开减压阀8后端电磁阀14，然后再打开瓶阀上的电磁阀14，高压氢气从氢瓶上的瓶阀沿管路进入限流阀，六支路汇合后通过一个7μm过滤器，对氢气内大颗粒杂质进行过滤，过滤后的氢气进入减压阀8，减压阀8将氢气压力减至7～10bar，减压后的氢气通过手动球阀进入燃料电池氢气路。特别地，为防止减压阀8失效，无效减压后的高压氢气对燃料电池产生冲击，在减压阀8上装有安全阀，将安全阀卸荷压力定位为13bar，压力超过13bar的氢气将通过泄放管路排放至大气中。同样的，在瓶阀上亦装有安全阀，当检测到瓶内温度超温时，瓶内氢气会通过安全阀泄放。为节省管路，瓶阀与减压阀8的泄放管路并联为一路直通大气，其中在减压阀8的泄支路上装有单向阀，防止高压氢气倒流。
作为本发明的一种实施例，安装支架10设有两条平行设置的支腿21，支腿21之间设有横撑22；支腿21的底部连接有加强支撑板件23，加强支撑板件23连接有U安装连接件24；加强支撑板件23的顶部板上开设有顶部固定孔位25；
加强支撑板件23的背板上开设有背部安装孔26；U安装连接件24的U形槽开设有前部固定孔27；U安装连接件24的U形端开设有侧翼固定孔28。
支撑框架1的侧部设有侧支撑架28；侧支撑架28向支撑框架1的底部延伸，与安装支架10等高；侧支撑架28连接有侧立柱29；侧支撑架28的底部与支撑副梁18连接；支撑副梁的底部、侧立柱的底部以及安装支架的底部分别与车架大梁19连接。
进一步的讲，在***结构装配上，本发明考虑了整车的总布置结构。本发明提及的支撑框架1，由四个矩形管作为主梁，支撑整个氢***重量，示例性的讲，在氢瓶下部与整车车架之间留出了尺寸约为长920mmХ宽2000mmX高为824mm的矩形空间，该空间能够布置重卡用大功率燃料电池或整车用动力电池，将燃料电池17或动力电池采用模块化设计后，能够方便整车批量生产制造，提高制造效率。同时，由于燃料电池17或动力电池布置在车架上侧，极大方便了对其维修保养。由于氢***悬置，下部预留较大空间，氢***下部两端还可以布置燃料电池散热器或电机散热器。
本发明在结构设计上还具体考虑了与整车的连接支架。由于整车两车架之间的距离非恒定，为保证***与整车可靠连接，
在氢泄露检测方面，本发明提及的氢***顶部两端布置有两个氢浓度传感器13，能够在***空间内最大效率的尽早监测到泄露氢气。氢***控制器6针对氢浓度传感器13监测的氢气泄露浓度分别制定了响应的故障处理等级，防止氢气泄露对整车产生安全危险。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种重卡用车载氢***及执行机构，其特征在于，包括：支撑框架，支撑框架设有内部设有多个隔层；每个隔层安装有至少两瓶氢气瓶；
氢气瓶与支撑架支架设有间距；
氢气瓶的进出气口之间通过氢气管路串联连接，氢气管路上设有管阀件和减压阀；氢气瓶的进出气口连接有瓶阀；
氢气管路的端部设有加氢口；
支撑框架的顶部及框架四周分别安装有碰撞传感器；
支撑框架上还安装有氢***控制器；
氢***控制器分别与每个碰撞传感器连接，当氢气瓶碰撞并触发碰撞传感器时，碰撞传感器向氢***控制器发送碰撞加速度信号；
氢***控制器分别与瓶阀和管阀件连接，氢***控制器在接收到碰撞加速度信号之后，控制管阀件和瓶阀关闭；氢***控制器还与减压阀连接，根据调压控制指令，调节减压阀的开度；
支撑框架底部连接有安装支架，并通过安装支架固设到重卡车上；
安装支架上设有连接板，氢气管路端部的加氢口设置在连接板上，加氢口与加氢枪配合连接；给氢气瓶充气；
氢气管路上还安装有止回阀和加氢压力表；
氢气瓶的进出气口通过卡套接头与氢气管路连接，
氢气瓶的进出气口处连接有限流阀和过滤器；
加氢枪依次经过加氢口、止回阀、加氢压力表、过滤器、限流阀和瓶阀给氢气瓶加氢；
减压阀上装有安全阀，安全阀连接有泄放管路；泄放管路上安装有单向阀；
设置安全阀卸荷压力为13bar至16bar；压力超过13bar至16bar时，通过安全阀和泄放管路将氢气排放至大气中。
2.根据权利要求1所述的重卡用车载氢***及执行机构，其特征在于，
在瓶阀与氢气瓶的进出气口之间安装有高压传感器；
氢***控制器与高压传感器连接，高压传感器实时监测氢气瓶的出气压力，并将出气压力传输给氢***控制器，氢***控制器对氢气瓶的出气压力进行显示。
3.根据权利要求1所述的重卡用车载氢***及执行机构，其特征在于，
支撑框架的顶部设有氢浓度传感器；
氢***控制器与氢浓度传感器连接，氢浓度传感器实时监测支撑框架周围的氢浓度，并将氢浓度传输给氢***控制器，进行显示；
当氢浓度超阈值时，进行报警提示，同时氢***控制器控制瓶阀关闭。
4.根据权利要求1所述的重卡用车载氢***及执行机构，其特征在于，
安装支架设有两条平行设置的支腿，支腿之间设有横撑；
支腿的底部连接有加强支撑板件，加强支撑板件连接有U安装连接件；
加强支撑板件的顶部板上开设有顶部固定孔位；
加强支撑板件的背板上开设有背部安装孔；
U安装连接件的U形槽开设有前部固定孔；
U安装连接件的U形端开设有侧翼固定孔。
5.根据权利要求4所述的重卡用车载氢***及执行机构，其特征在于，
支撑框架的侧部设有侧支撑架；
侧支撑架向支撑框架的底部延伸，与安装支架等高；
侧支撑架连接有侧立柱；
侧支撑架的底部与支撑副梁连接；
支撑副梁的底部、侧立柱的底部以及安装支架的底部分别与车架大梁连接。
6.根据权利要求1所述的重卡用车载氢***及执行机构，其特征在于，
氢气管路上还设有手动球阀。
7.根据权利要求1所述的重卡用车载氢***及执行机构，其特征在于，
氢气管路上还设有电磁阀，电磁阀靠近减压阀设置；
氢***控制器与电磁阀连接，控制电磁阀通断。
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