一種低排放環保車載制氫裝置及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及車載制氫裝置技術領域，具體為一種低排放環保車載制氫裝置及控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著石油資源的日益減少和汽車尾氣污染問題的日益嚴重，提高內燃機熱效率、降低有害排放成為了當今內燃機發展所需解決的重要問題之一。由于氫氣的擴散和燃燒速度高于汽油，因而進氣混氫可以有效縮短發動機的燃燒持續期，從而改善汽油機熱效率并降低HC及CO排放。同時，氫氣寬廣的燃燒界限和較低的點火能量也使得混氫內燃機可以在稀薄燃燒模式下運行，從而進一步改善內燃機經濟與排放性能。氧氣是最為理想的助燃劑之一，在內燃機上采用富氧空氣可以有效地促進燃料充分、快速地燃燒，進而降低內燃機油耗率及有害排放。由于目前制氫、儲氫等成本較高和相關的基礎設施較少，這使得氫及混氫內燃機汽車難以短時間內大面積推廣。
[0003]目前氫氣的制取方式主要有重整甲烷或煤等能源制氫及電解水制氫兩種方式。通過重整甲烷或煤等石化能源制氫工藝復雜，且仍然會產生CO、CO2及其它有害排放，因而不能使氫能制取過程實現零排放。通過太陽能、風能、水能等可再生能源發電電解水，不但可制取氫氣還可獲得氧氣，制取過程實現零排放。
[0004]氫氣的存儲方法分為高壓氣態儲氫、液態儲氫及金屬氫化物儲氫等方式。高壓氣態儲氫通常將氫氣壓力提高至20MPa以上，利用氣罐等設備對氫氣進行儲存，但由于氫氣的體積比能量密度低，因而采用該技術儲存的氫氣能量有限。采用液態儲氫盡管可以提高氫氣的隨車儲存量，但液氫儲存成本昂貴、結構復雜、系統自重大，且存在氫氣液化時能量損失大等問題。而采用金屬氫化物等材料對氫氣進行儲存，并在一定條件下釋放氫氣的技術也存在設備體積大、壽命短等問題。同時，上述3種氫氣儲存方式都只能對已經制得的氫氣進行存儲，因而對加氫站的依賴程度較大。
[0005]電解水制氫是實現氫氣隨制隨用的有效技術之一，由于電解水制氫機的體積小，耗電相對較低，所以該制氫機更適合在車輛上安裝并以蓄電池為電源實現氫氣、氧氣的隨車制取。目前，電解水制氫機主要分為石棉膜加堿性電解液以及離子交換膜加去離子水電解液兩種形式。但由于石棉膜式制氫機所產生的氫氣中會攜帶對發動機零件有害的堿性物質，因而該技術不適合在車輛上實際使用。相比之下，離子膜式制氫機采用去離子水為電解液，所以利用該制氫機所制得的氫氣純度較高，并可避免堿液進入發動機對零件產生的損壞。
【發明內容】
[0006]本發明所解決的技術問題在于提供一種低排放環保車載制氫裝置及控制方法，以解決上述【背景技術】中的問題。
[0007]本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現:一種低排放環保車載制氫裝置，其特征在于:該裝置包括:發動機蓄電池、制氫氧機、制氫氧機開關繼電器、氫氣及氧氣儲存系統和電子控制單元，所述電子控制單元與蓄電池相連，蓄電池通過制氫氧機開關繼電器連接到制氫氧機，制氫氧機上連接有氫氣及氧氣儲存系統；所述電子控制單元與氧氣儲存罐壓力傳感器、氫氣存儲罐壓力傳感器、氧氣罐單向放氣閥、供氧氣管路性電磁閥和供氫管路電磁閥相連；
[0008]所述氫氣及氧氣儲存系統包括與制氫氧機相連通的氫氣儲存罐和氧氣儲存罐、連接在制氫氧機和氫氣儲存罐之間的連接管路上的供氫管路單向電磁閥、連接在制氫氧機和氧氣儲存罐之間的連接管路上的供氧管路單向電磁閥、安裝在氧氣儲氣罐上部的氧氣罐單向放氣閥和氧氣儲存罐壓力傳感器、安裝在氫氣儲氣罐上方的氫氣儲存罐壓力傳感器、與氧氣儲存罐相連通的供氧管路、與氫氣儲存罐相連通的供氫管路、連接在供氧管路上的供氧氣管路線性電磁閥和氧氣供給管路阻燃閥、以及連接在供氫管路上的供氫管路電磁閥和氫氣供給管路阻燃閥。
[0009]2、根據權利要求1所述的一種低排放環保車載制氫裝置，其特征在于:所述氫氣儲存罐和氧氣儲存罐通過車載罐體固定座安裝在車體上，所述車載罐體固定座包括基座、安裝架、卡條，所述基座設置為開口半圓柱結構，基座右端高于基座左端，基座右端設置有安裝板；所述安裝架設置為L形結構，安裝架與基座兩端相連接，所述基座、安裝架、安裝板上并設置有安裝孔，所述基座左端垂直設置有鐵柱；所述卡條設置為半圓弧結構，卡條一端與鐵柱相連接，卡條另一端卡接于基座右端。
[0010]3、應用權利要求1所述裝置的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0011](I)制氫及儲氫過程:電子控制單元首先檢測蓄電池電壓信號a、氫氣儲存罐壓力信號f和氧氣儲存罐壓力信號g，在蓄電池電壓高于十二伏，且氫、氧氣罐壓力低于3bar時，電子控制單元發出控制信號b接通制氫氧機開關繼電器使制氫氧機開始制氫氣、氧氣，所制得的氫氣與氧氣分別通過管路進入氫氣儲存罐及氧氣儲存罐中；當蓄電池電壓低于十二伏或氫、氧氣儲存罐壓力中的任何一個的壓力高于3bar時，電子控制單元發出控制信號b，斷開制氫氧機開關繼電器使制氫氧機停止運行；由于在氫氣及氧氣儲存罐與制氫氧機相連接的管路中分別安裝了供氫管路單向閥和供氧管路單向閥，因而已經制得并存儲在氫氣及氧氣儲存罐中的氫、氧氣不會倒流回制氫氧機；
[0012](2)供氣過程:提供純氫氣以及氫氧混合氣兩種供氣模式，以滿足不同工況下發動機對氫、氧氣的供給要求；
[0013]I)在供給純氫氣時，電子控制單元發出控制信號c打開供氫管路電磁閥，并發出控制信號d關閉供氧管路線性電磁閥，使氫氣通過供氫管路及氫氣供給管路阻燃閥進入發動機氫氣軌；同時，電子控制單元根據檢測到的氧氣儲存罐壓力信號f及氫氣儲存罐壓力信號g，當氧氣儲存罐壓力和氫氣儲存罐壓力不相等時，電子控制單元發出控制信號e打開氧氣儲存罐單向放氣閥使部分氧氣排出進入駕駛室，以保證氫、氧氣罐壓力保持相等；
[0014]2)在供給氫氧混合氣時，電子控制單元發出控制信號c打開供氫管路電磁閥，使氫氣通過供氫管路及供氫管路阻燃閥進入發動機氫氣軌，同時，電子控制單元發出控制信號d打開供氧管路線性電磁閥，并根據檢測到的氫、氧氣儲存罐壓力調整供氧管路線性電磁閥的開度，保持氧氣儲存罐壓力和氫氣儲存罐壓力相等，使氧氣通過供氧管路及供氧管路阻燃閥進入到發動機進氣總管，以提高發動機進氣中的氧氣濃度并實現富氧燃燒。
[0015]與已公開技術相比，本發明存在以下優點:本發明針對氫氣基礎設施建設不足、加氫困難及現有制氫系統難以實現氫、氧氣儲存的問題，提出了一種適合車用的制氫、儲氫及氫氧混合氣供給系統。該車載氫-氧制取、儲存、供給系統可以利用蓄電池電能實現氫氣及氧氣的隨車制取，并通過一套儲存裝置實現氫氣與氧氣的儲存，使車輛可以利用上一次運行時所制取的氫氣及氧氣實現純氫或純氫富氧起動，從而大幅降低汽油機起動時所產生的HC及CO排放，并減少起動時發動機能耗。同時，利用該系統可以提供純氫氣和氫氧混合氣兩種不同的供氣模式，以滿足不同工況下發動機的需要。本系統中氫氣和氧氣的儲存壓力較低(約為3bar)，因而氫氣及氧氣儲存罐的強度可以較傳統車用高壓氫氣、氧氣儲存罐大幅降低，從而減少了制氫系統的重量及制造成本，有利于提高整車經濟性和系統實用性。由于氫氣和氧氣可分別供給進入氫氣軌和進氣總管，從而避免了將氫氧混合氣預混后送入發動機而導致的回火問題，提高了系統安全性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的結構示意圖。
[0017]圖2為本發明的制氫氧機結構示意圖。
[0018]圖3為本發明的制氫氧機極板結構示意圖。
[0019]圖4為本發明的車載罐體固定座結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發明的技術手段、創作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0021]如圖1所示，一種低排放環保車載制氫裝置，包括:發動機蓄電池1、制氫氧機3、制氫氧機開關繼電器2、氫氣及氧氣儲存系統和電子控制單元17，所述電子控制單元17與蓄電池I相連，蓄電池I通過制氫氧機開關繼電器2連接到制氫氧機3，制氫氧機3上連接有氫氣及氧氣儲存系統。
[0022]本實施例中，所述氫氣及氧氣儲存系統包括與制氫氧機相連通的氫氣儲存罐5和氧氣儲存罐7、連接在制氫氧機和氫氣儲存罐之間的連接管路上的供氫管路單向電磁閥4、連接在制氫氧機和氧氣儲存罐之間的連接管路上的供氧管路單向電磁閥6、安裝在氧氣儲氣罐上部的氧氣罐單向放氣閥8和氧氣儲存罐壓力傳感器9、安裝在氫氣儲氣罐上方的氫氣儲存罐壓力傳感器12、與氧氣儲存罐相連通的供氧管路11、與氫氣儲存罐相連通的供氫管路14、連接在供氧管路上的供氧氣管路線性電磁閥10和氧氣供給管路阻燃閥15、以及連接在供氫管路上的供氫管路電磁閥13和氫氣供給管路阻燃閥16。
[0023]本實施例中，如圖2、圖3所示，所述制氫氧機3包括極板31、緣膠墊框32、陰極接端33、陽極接端34、氫氧混合氣出口 35，所述極板31的兩端各一片分別聯接于陰極接端33和陽極接端34 ;所述絕緣膠墊框32安裝在每一片極板31的同一向面，極板31豎立平行排列并固定形成電解槽，所述極板31的安裝絕緣膠墊框32位置的內側的上端開有氣體通孔39，液體通孔310和液氣平衡孔311，所述極板31和絕緣膠墊框32組合安裝成電解槽后，氣體通