一种燃料电池汽车高压供氢系统的制作方法

本申请涉及汽车能源技术领域，具体涉及一种燃料电池汽车高压供氢系统。

背景技术：

近年来，随着大量有害气体不断排放，空气污染问题已成为焦点。而在空气污染中，车辆尾气排放占据了很大一部分，并且车辆有害气体排放的问题日益加剧。在此背景下，使用新能源作为燃料的新能源车辆应运而生，且发展迅猛。燃料电池作为新能源车辆的最终方向，其在能源来源和废弃物产生上均可以做到完全的无污染，是新能源汽车的最理想的发展趋势。目前我国的燃料电池发展进入了一个高速发展的阶段，氢燃料电池汽车作为一个全新的产物，将引领国内新能源汽车市场的新方向。氢能汽车中涉及的储氢系统不仅需要提供稳定可靠的氢气来源，还要保障整车的氢安全；因此车载高压供氢系统的安全性、可靠性、成本等问题直接影响整车的安全性及成本。

相关技术中，氢能汽车的供氢系统，包括储氢装置、降压装置、加氢装置和泄放装置。储氢装置通过供气管路供气，降压装置设置在供气管路上，用于降低供气管路的供气压力；泄放装置包括高温泄放组件和高压泄放组件，高温泄放组件与储氢装置连通，高压泄放组件与供气管路相连通；加氢装置通过加氢管路与储氢装置相连通，用于向储氢装置补充氢气。该高压供氢系统的温度传感器用于监测储氢装置区域的温度，当高温过高时，高温泄放组件泄放储氢装置内的氢气，如果经过降压之后，压力仍大于预设值，高压泄放组件泄放供气管路氢气。

但是，该供氢系统的储氢装置通向降压装置的每条管路均设置电磁阀，整个供氢系统并未考虑到电磁阀因故障而无法开启从而导致无法供氢的问题；且加氢过程内进气与出气为同一支路，并未考虑到加氢期间出现氢气倒流的问题，加氢的可靠性及部件寿命存在问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种燃料电池汽车高压供氢系统，当电磁阀故障时不影响整个供氢系统的运行，且在加氢的过程中，能避免氢气的回流。

为达到以上目的，采取的技术方案是一种燃料电池汽车高压供氢系统，包括：

加氢装置，其包含用于接收外部氢气的加氢口；

储氢装置，其包含电磁阀和至少两个储氢支路；每个所述储氢支路包含高压储氢瓶和常开的第一截止阀形成的第一主路、以及高压储氢瓶和常闭的第一泄压阀形成的第二旁路；所述第一主路并联在所述电磁阀与所述加氢装置之间；

供给装置，其包含串联设置的减压阀和第二压力传感器，所述减压阀与所述电磁阀连接，所述第二压力传感器连通至去电堆；所述第二旁路并联在所述电磁阀和所述减压阀之间；

安全装置，其包含卸荷阀，所述卸荷阀的一端连接在所述第二压力传感器和去电堆之间，另一端连接至排气口；当所述第二压力传感器监测的压力超出设定值时，所述卸荷阀开启。

在一些实施例中，所述第一主路还包含溢流阀，所述溢流阀设置于所述高压储氢瓶与所述第一截止阀之间。

在一些实施例中，所述第一主路还包含串联的第二单向阀和第一过滤器，所述第二单向阀与所述溢流阀相连，所述第一过滤器与所述第一截止阀相连；所述第二单向阀作用于高压储氢瓶只流出不流进。

在一些实施例中，所述储氢支路还包含第三旁路，所述第三旁路包含第一单向阀，所述第一单向阀的一端连接所述高压储氢瓶，另一端连接在所述第一过滤器与所述第一截止阀之间，所处第一单向阀的方向与所述第二单向阀的方向相反。

在一些实施例中，所述储氢支路还包含第四旁路，所述第四旁路包含串联的温度传感器和tprd组件，所述温度传感器连接至所述高压储氢瓶，所述tprd组件连接至排气口。

在一些实施例中，所有储氢支路的tprd组件并联，所有tprd组件的并联端与排气口之间设置第四单向阀，所述卸荷阀的一端连通于第四单向阀与排气口之间。

在一些实施例中，所述第二旁路还包含第三过滤器，所述第三过滤器一端连接于所述第一泄压阀，另一端连接于所述电磁阀和所述减压阀之间。

在一些实施例中，所述加氢装置还包含第二过滤器和第三单向阀，所述加氢口依次串联于所述第二过滤器和第三单向阀，所述第三单向阀连通至储氢装置。

在一些实施例中，所述安全装置还包含手动排空球阀，所述手动排空球阀与所述卸荷阀并联后，一端连接至去电堆,一端连接至排气口。

在一些实施例中，相邻所述储氢支路之间还设置第一压力传感器，当第一压力传感器监测到管道氢气压力异常时，自动报警。。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

1、本申请的供氢系统，包含加氢装置、储氢装置、供给装置和安全装置，储氢装置包含至少两个储氢支路，且每个储氢支路包含第一主路和第二旁路，第一主路由高压储氢瓶和常开的第一截止阀形成，第二旁路由高压储氢瓶和常闭的第一泄压阀形成，第一主路通过电磁阀连接于供给装置，第二旁路不经过电磁阀连接于供给装置；当第一主路出现故障时，关闭第一截止阀，开启第一泄压阀，用第二旁路给供给装置供氢；当电磁阀出现故障时，不影响整个供氢系统的运行，降低了电磁阀故障对整个供氢系统的影响，提升了供氢系统的安全性能。

2、本申请的供氢系统，在供氢的过程中，第一主路和第三旁路同时存在，使得每个储氢支路在向高压储氢瓶输入氢气的管道，与从高压储氢瓶中输出氢气的管道，彼此相互独立，互不干扰，防止输入输出的时候发生回流现象；并且第一主路和第三旁路都设置有单向阀，能够进一步在输入输出的时候防止回流，使得储氢过程和供氢过程更加稳定可靠。

3、本申请的供氢系统中，卸荷阀处于常闭状态，当高压氢气经过减压阀减压之后，压力仍然高于设定值时，卸荷阀自动开启，对压力异常的高压氢气进行部分泄压，使得输向去电堆的氢气压力正常。具体地，高压氢气经过减压阀减压之后，压力仍然高于设定值时，对压力异常的高压氢气进行部分泄压，使得输向去电堆的氢气压力正常，保持供氢系统的稳定运行；同时还设置手动排空球阀，当需要卸荷阀自动开启，但是卸荷阀出现故障时，手动开启手动排空球阀紧急排空压力进行过压保护。

4、本申请的供氢系统的储氢支路还包含第四旁路，第四旁路包含串联的温度传感器和tprd组件，温度传感器连接至高压储氢瓶，tprd组件连接至排气口。当温度传感器检测到高压储氢瓶内的氢气温度过高时，tprd组件自动开启，高压储氢瓶的压力得到紧急释放，进一步保证高压储氢瓶的安全，对高压储氢瓶进行过温保护。

5、本申请的所有储氢支路的tprd组件并联，所有tprd组件的并联端与排气口之间设置第四单向阀。卸荷阀的一端连通于第四单向阀与排气口之间，当卸荷阀开始工作之后，第四单向阀能够对tprd组件进行保护，防止气体回流冲击tprd组件，使得tprd组件的过温保护作用更加稳定可靠。

6、相对于传统的每个高压储氢瓶对应安装一个电磁阀，本申请的供氢系统，相当于将所有电磁阀集成一个总电磁阀，简化了控制部件，节省了控制成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的供氢系统的示意图。

附图标记：

11、高压储氢瓶；12、溢流阀；131、第一单向阀；132、第二单向阀；14、第一泄压阀；15、第一过滤器；16、第一截止阀；17、电磁阀；18、第一压力传感器；19、温度传感器；21、加氢口；22、第二过滤器；23、第三单向阀；31、减压阀；32、第二压力传感器；41、卸荷阀；42、手动排空球阀；43、tprd组件；44、第四单向阀；50、第三过滤器；131、第一单向阀；132、第二单向阀；100、加氢装置；200、储氢装置；300、供给装置；400、安全装置；2000、储氢支路。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请公开了一种燃料电池汽车高压供氢系统的实施例，供氢系统包括加氢装置100、储氢装置200、供给装置300和安全装置400。加氢装置100包含用于接收外部氢气的加氢口21。具体地，外部供汽装置的插件可直接与加氢口21插接配合，供应氢气。储氢装置200包含电磁阀17和至少两个储氢支路2000。每个储氢支路2000包含第一主路和第二旁路，第一主路包含高压储氢瓶11和常开的第一截止阀16。第二旁路包含高压储氢瓶11和常闭的第一泄压阀14。第一主路的端部并联在电磁阀17与加氢装置100之间。

优选地，在一个实施例中，储氢装置200包含两个储氢支路2000，两个储氢支路2000形成冗余设计，能够保证在一个储氢支路2000发生故障时，另一个储氢支路2000正常工作，使得供氢系统更加安全可靠。

供给装置300包含串联设置的减压阀31和第二压力传感器32，减压阀31与电磁阀17连接，第二压力传感器32连通至去电堆；第二旁路的端部并联在电磁阀17和减压阀31之间。在供氢系统运行的过程中，供给装置300起着为高压氢气降压的作用，并且在降压之后，使用第二压力传感器32监测降压之后的氢气压力，确保输送至去电堆的压力正常，使得整个供氢系统更加安全可靠。第二旁路的端部并联在电磁阀17和减压阀31之间，在供氢系统运行的过程中，只要第一主路工作正常，第二旁路就处于非工作状态；一旦第一主路工作异常(包含管道破裂和电磁阀损坏等)，关闭第一截止阀16，开启第一泄压阀14，通过第二旁路进行供应氢气，电磁阀17故障，不影响整个供氢系统的运行，提升了整个供氢系统的安全性能。

安全装置400包含卸荷阀41，卸荷阀41的一端连接在第二压力传感器32和去电堆之间，另一端连接至排气口。卸荷阀41处于常闭状态，当第二压力传感器32监测的压力超出设定值时，卸荷阀41自动开启。具体地，高压氢气经过减压阀减压之后，压力仍然高于设定值时，卸荷阀41自动开启，对压力异常的高压氢气进行部分泄压，使得输向去电堆的氢气压力正常，保持供氢系统的稳定运行。

在一个实施例中，第一主路还包含溢流阀12，溢流阀12设置于高压储氢瓶11与第一截止阀16之间。溢流阀12起着保持供氢系统的供氢压力恒定的作用，当下游管道的氢气压力异常时(如下游管道破裂)，溢流阀12输入端和输出端的压差过大，溢流阀12会自动关闭，从而避免事故的发生。

在一个实施例中，供氢系统包括加氢装置100、储氢装置200、供给装置300和安全装置400。加氢装置100包含用于接收外部氢气的加氢口21；储氢装置200，其包含电磁阀17和至少两个储氢支路2000；每个所述储氢支路2000包含高压储氢瓶11和常开的第一截止阀16形成的第一主路、以及高压储氢瓶11和常闭的第一泄压阀14形成的第二旁路；所述第一主路并联在所述电磁阀17与所述加氢装置100之间。供给装置包含串联设置的减压阀31和第二压力传感器32，所述减压阀31与所述电磁阀17连接，所述第二压力传感器32连通至去电堆；所述第二旁路并联在所述电磁阀17和所述减压阀31之间。安全装置400包含卸荷阀41，所述卸荷阀41的一端连接在所述第二压力传感器32和去电堆之间，另一端连接至排气口。进一步地，第一主路还包含串联的第二单向阀132和第一过滤器15，第二单向阀132与溢流阀12相连，第一过滤器15与第一截止阀16相连；第二单向阀132作用于高压储氢瓶11，使得高压储氢瓶11只向外流，不向内流。第一过滤器15能够对从高压储氢瓶11内输出氢气进行过滤。第二单向阀132能够使得高压储氢瓶11在输出氢气的时候，不发生氢气回流的现象。

在一个实施例中，供氢系统包括加氢装置100、储氢装置200、供给装置300和安全装置400。加氢装置100包含用于接收外部氢气的加氢口21。储氢装置200包含电磁阀17和至少两个储氢支路2000；每个所述储氢支路2000包含高压储氢瓶11和常开的第一截止阀16形成的第一主路、以及高压储氢瓶11和常闭的第一泄压阀14形成的第二旁路；所述第一主路并联在所述电磁阀17与所述加氢装置100之间。供给装置300包含串联设置的减压阀31和第二压力传感器32，所述减压阀31与所述电磁阀17连接，所述第二压力传感器32连通至去电堆；所述第二旁路并联在所述电磁阀17和所述减压阀31之间。安全装置400包含卸荷阀41，所述卸荷阀41的一端连接在所述第二压力传感器32和去电堆之间，另一端连接至排气口。进一步地，每个储氢支路除了包含第一主路和第二旁路之外，还包含第三旁路，第三旁路包含第一单向阀131，第一单向阀131的一端连接高压储氢瓶11，另一端连接在第一过滤器15与第一截止阀16之间。第一单向阀131的方向与第二单向阀132的方向相反。第三旁路和第一主路同时存在，使得每个储氢支路2000在向高压储氢瓶11输入氢气的管道，与输出氢气的管道，彼此相互独立，互不干扰，且都设置有单向阀，能够在输入输出的时候防止回流，使得储氢过程和供氢过程更加稳定可靠。

在一个实施例中，储氢支路2000还包含第四旁路，第四旁路包含串联的温度传感器19和tprd组件43，温度传感器19连接至高压储氢瓶11，tprd组件43连接至排气口。当温度传感器19检测到高压储氢瓶11内的氢气温度过高时，tprd组件43自动开启，高压储氢瓶11的压力得到紧急释放，进一步保证了高压储氢瓶11的安全。

进一步地，所有储氢支路2000的tprd组件43并联，所有tprd组件43的并联端与排气口之间设置第四单向阀44。卸荷阀41的一端连通于第四单向阀44与排气口之间，当卸荷阀41开始工作之后，第四单向阀44能够对tprd组件43进行保护，防止气体回流冲击tprd组件43，使得tprd组件43的过温保护作用稳定可靠。

优选地，第二旁路还包含第三过滤器50，第三过滤器50一端连接于第一泄压阀14，另一端连接于电磁阀17和减压阀31之间。第三过滤器50同样起着过滤氢气的作用，能够使得输送给供给装置的氢气更加纯净。

在一个实施例中，加氢装置100还包含第二过滤器22和第三单向阀23，加氢口21依次串联于第二过滤器22和第三单向阀23，第三单向阀23连通至储氢装置200。从外部供氢装置输入的氢气，通过加氢口21，经过过滤器22过滤之后，再通过单向阀23，向供给装置300输送。

具体地，所有储氢支路2000的第一主路的端部均并联在电磁阀17与单向阀23之间。

在一个实施例中，安全装置400包含卸荷阀41外，卸荷阀41的一端连接在第二压力传感器32和去电堆之间，另一端连接至排气口。卸荷阀41处于常闭状态，当第二压力传感器32监测的压力超出设定值时，卸荷阀41开启。安全装置400还包含手动排空球阀42，手动排空球阀42与卸荷阀41并联后，一端连接至去电堆,一端连接至排气口。具体地，手动排空球阀42与卸荷阀41并联后，一端连接于去电堆与压力传感器32之间，另一端连接于排气口与第四单向阀44之间。

具体地，高压氢气经过减压阀减压之后，压力仍然高于设定值时，卸荷阀41自动开启，对压力异常的高压氢气进行部分泄压，使得输向去电堆的氢气压力正常，保持供氢系统的稳定运行。但是，当卸荷阀41发生故障时，此时卸荷阀41无法自动开启，则需要手动开启手动排空球阀42，进行泄压。手动排空球阀42与卸荷阀41并联设置，进一步保障了供氢系统的稳定性。

在一个实施例中，相邻储氢支路2000之间还设置第一压力传感器18(如图1所示)，当第一压力传感器18监测到管道氢气压力异常时，进行报警。第一压力传感器18能够更加及时地发现管道压力异常。具体地，高压储氢瓶的输出的氢气压力是已知的，当第一压力传感器18监测到的压力与已知的氢气压力压差过大时，第一压力传感器18进行报警。

进一步地，文中所有的“连接”和“连通”均通过排气管进行。

如图1所示的本申请的一种燃料电池高压供氢系统的工作原理如下：

当需要加氢时，通过加氢装置100连接加氢管路为储氢装置200加氢，具体地，外界氢气通过加氢口21输入，经过第二过滤器22进行过滤，再经过第三单向阀23输送至储氢装置200内。

储氢装置200包含多个储氢支路2000，每个储氢支路2000包含第一主路、第二旁路、第三旁路和第四旁路，第一主路依次串联溢流阀12、第二单向阀132、第一过滤器15和第一截止阀16。第二旁路包含高压储氢瓶11和常闭的第一泄压阀14。第三旁路包含第一单向阀131，第一单向阀131的一端连接高压储氢瓶11，另一端连接在第一过滤器15与第一截止阀16之间；第四旁路包含温度传感器19和tprd组件43。

正常状态下，加氢装置100向储氢装置200中储存氢气时，氢气从第三旁路输入至高压储氢瓶11，高压储氢瓶11从第一主路向供给装置300输送氢气。相对于传统的加氢系统，本申请在加氢过程中无需电磁阀17维持常开状态，提升了电磁阀17的使用寿命，防止了加氢系统在加氢期间发生氢气回流现象。

在一个实施例中，整个储氢装置200的所有控制阀门均集成在储气瓶中。

本申请的供氢系统，能够同时进行过温保护、过压保护和过流保护，同时还不受电磁阀17故障的影响。

当温度传感器19检测到高压储氢瓶11内的温度过高时，通过tprd组件43自动开启紧急释放高压储氢瓶11内的压力进行过温保护；

当第二压力传感器检测到供氢压力经减压阀31减压后，仍大于预设值时，开启卸荷阀41释放供氢管路压力；并且当卸荷阀41故障无法开启时，可开启手动排空球阀42紧急排空压力进行过压保护；

当溢流阀12检测到管路压差过大时，即溢流阀12输入端与输出端的压力过大时(例如两端的压差超过4mpa)，溢流阀12关闭，高压储氢瓶11停止供氢进行过流保护；

当主供氢管路电磁阀17故障无法开启时，第一泄压阀14开启并经过滤器为主供氢管路紧急供氢。

同时，本申请的储氢系统，在现有技术的储氢阀门中，将多个高压储氢瓶11内的电磁阀缩减为一个电磁阀17，电磁阀17将主供氢管路开启和关闭，以节省成本。

本申请的供氢系统，包含加氢装置100、储氢装置200、供给装置300和安全装置400，储氢装置200包含至少两个储氢支路2000，且每个储氢支路2000包含第一主路和第二旁路，第一主路由高压储氢瓶11和常开的第一截止阀16形成，第二旁路由高压储氢瓶11和常闭的第一泄压阀14形成，第一主路通过电磁阀17连接于供给装置300，第二旁路不经过电磁阀17连接于供给装置300；当第一主路出现故障时，关闭第一截止阀16，开启第一泄压阀14，用第二旁路给供给装置300供氢；当电磁阀17出现故障时，不影响整个供氢系统的运行，降低了电磁阀17故障对整个供氢系统的影响，提升了供氢系统的安全性能。

同时，在供氢的过程中，第一主路和第三旁路同时存在，使得每个储氢支路2000在向高压储氢瓶11输入氢气的管道，与从高压储氢瓶11中输出氢气的管道，彼此相互独立，互不干扰，防止输入输出的时候发生回流现象；并且第一主路和第三旁路都设置有单向阀，能够进一步在输入输出的时候防止回流，使得储氢过程和供氢过程更加稳定可靠。

进一步地，在本申请的供氢系统中，卸荷阀41处于常闭状态，当高压氢气经过减压阀31减压之后，压力仍然高于设定值时，卸荷阀41自动开启，对压力异常的高压氢气进行部分泄压，使得输向去电堆的氢气压力正常。具体地，高压氢气经过减压阀减压之后，压力仍然高于设定值时，对压力异常的高压氢气进行部分泄压，使得输向去电堆的氢气压力正常，保持供氢系统的稳定运行；同时还设置手动排空球阀42，当需要卸荷阀41自动开启，但是卸荷阀41出现故障时，手动开启手动排空球阀42紧急排空压力进行过压保护。

在本申请的供氢系统的储氢支路2000还包含第四旁路，第四旁路包含串联的温度传感器19和tprd组件43，温度传感器19连接至高压储氢瓶11，tprd组件43连接至排气口。当温度传感器19检测到高压储氢瓶11内的氢气温度过高时，tprd组件43自动开启，高压储氢瓶11的压力得到紧急释放，进一步保证高压储氢瓶11的安全，对高压储氢瓶11进行过温保护。

本申请的所有储氢支路2000的tprd组件43并联，所有tprd组件43的并联端与排气口之间设置第四单向阀44。卸荷阀41的一端连通于第四单向阀44与排气口之间，当卸荷阀41开始工作之后，第四单向阀44能够对tprd组件43进行保护，防止气体回流冲击tprd组件43，使得tprd组件43的过温保护作用更加稳定可靠。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。