氫能再循環(huán)汽車(chē)清潔混合動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種汽車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括發(fā)電部分和動(dòng)力部分，發(fā)電部分包括壓縮氫氣發(fā)電部分、氫燃料電池發(fā)電部分、超級(jí)電容電池發(fā)電部分和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)；動(dòng)力部分包括開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。壓縮氫氣發(fā)電部分，包括高壓儲(chǔ)氫氣罐、手動(dòng)截止閥、電磁減壓閥、電磁截止閥?I、氣動(dòng)馬達(dá)、傳動(dòng)輪和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等部分；高壓儲(chǔ)氫氣罐上設(shè)置有氣罐外充氣口、安全閥和氣壓表，高壓儲(chǔ)氫氣罐通過(guò)管道?I連接氣動(dòng)馬達(dá)；管道?I上依次安裝有手動(dòng)截止閥、電磁減壓閥和電磁截止閥?I；氣動(dòng)馬達(dá)通過(guò)傳動(dòng)輪連接開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸；開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)與開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相連；開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)連接汽車(chē)傳動(dòng)軸。氫氣的壓縮氣體能量和其所含氫能能兩次利用，極大地增加了能量利用效率，有效地提高了汽車(chē)的行駛距離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了零污染排放。
【專利說(shuō)明】
氫能再循環(huán)汽車(chē)清潔混合動(dòng)力系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)，屬于汽車(chē)動(dòng)力和機(jī)械工程領(lǐng)域，具體涉及一 種利用壓縮氣體能量及氫燃料電池供能的清潔汽車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車(chē)作為人類的重要交通工具，為人類的進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)。然而傳統(tǒng)內(nèi)燃 機(jī)汽車(chē)需要消耗大量的石油、天然氣等不可再生能源，內(nèi)燃機(jī)燃燒燃料后產(chǎn)生的大量有害 氣體隨汽車(chē)尾氣排放到大氣中，嚴(yán)重危害人們的身體健康，并且燃燒后排放的大量二氧化 碳?xì)怏w已成為地球溫室效應(yīng)的主要原因之一。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的大量使用，所帶來(lái)的能源 壓力和生態(tài)問(wèn)題日益凸顯。人們開(kāi)始尋求新型動(dòng)力汽車(chē)，目前，新型動(dòng)力汽車(chē)大多分為混合 動(dòng)力汽車(chē)(HEV)、純電動(dòng)汽車(chē)(EV)、空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)、太陽(yáng)能動(dòng)力汽車(chē)等幾類。
[0003] 混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)具有電池電動(dòng)車(chē)和內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，但仍存在排放和能源 問(wèn)題，并需要兩種不同類型動(dòng)力裝置，其驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)更復(fù)雜、成本更高。
[0004] 純電動(dòng)汽車(chē)(EV)行駛中無(wú)污染排放、噪聲低、能量轉(zhuǎn)換效率高，但電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng) 汽車(chē)受制于車(chē)載電池。在比功率、循環(huán)壽命、充放電性能、造價(jià)和安全性等方面難以實(shí)用。汽 車(chē)一次充電的續(xù)駛里程無(wú)法達(dá)到當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)水平。另外，電池組價(jià)格昂貴，循環(huán)壽命有 限，充電時(shí)間太長(zhǎng)。
[0005] 空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)?yán)脡嚎s空氣直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，存在耗氣量大、一次充 氣有效行使距離短、車(chē)速低等問(wèn)題。
[0006] 太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)仍需減小電池體積和提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0007] 燃料電池的出現(xiàn)及現(xiàn)在工業(yè)制氫成本的不斷降低為解決這一新型動(dòng)力問(wèn)題提供 了可能性。燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過(guò)電極化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 反應(yīng)物質(zhì)(氫氣和氧氣)在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中不斷地被消耗來(lái)產(chǎn)生電能，其基本結(jié)構(gòu)主要由 陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和外圍電路組成。燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、燃料多樣化、環(huán)境污染 小、噪音低、維修性好等特點(diǎn)，其反應(yīng)過(guò)程不涉及到燃燒，工作安全可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)存在的浪費(fèi)資源、污 染環(huán)境等問(wèn)題，混合動(dòng)力汽車(chē)仍然依賴石油等燃料，及純電動(dòng)汽車(chē)、空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)行 駛距離短、車(chē)速慢等問(wèn)題，提供一種新型的清潔汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)。
[0009] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：
[0010]該汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)電部分和動(dòng)力部分，所述發(fā)電部分包括壓縮氫氣發(fā)電部 分、氫燃料電池發(fā)電部分、超級(jí)電容電池發(fā)電部分和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī);所述動(dòng)力部分包括開(kāi) 關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。
[0011]所述壓縮氫氣發(fā)電部分包括高壓儲(chǔ)氫氣罐、手動(dòng)截止閥、電磁減壓閥、電磁截止 閥-1、氣動(dòng)馬達(dá)、傳動(dòng)輪和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)。所述高壓儲(chǔ)氫氣罐上設(shè)置有氣罐外充氣口、安 全閥和氣壓表，高壓儲(chǔ)氫氣罐通過(guò)管道-I連接氣動(dòng)馬達(dá)，所述管道-I上依次安裝有手動(dòng)截 止閥、電磁減壓閥和電磁截止閥-1，所述氣動(dòng)馬達(dá)通過(guò)傳動(dòng)輪連接開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸，所 述開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)與開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相連，所述開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)連接汽車(chē)傳動(dòng)軸。
[0012] 所述氫燃料電池發(fā)電部分包括氫燃料電池、氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表、熱交換器、氫氣循 環(huán)栗、電磁截止閥-II、加濕器。所述氫燃料電池與氣動(dòng)馬達(dá)通過(guò)管道-II相連，所述管道-II 上依次安裝有氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表和熱交換器，所述氫燃料電池與氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表通過(guò)管 道-III相連，所述管道-III上安裝有氫氣循環(huán)栗，所述氫燃料電池、管道-II和管道-III之 間可形成一個(gè)氫氣循環(huán)，所述氫燃料電池連接管道-IV為空氣進(jìn)氣管道，所述管道-IV上依 次安裝有電磁截止閥-II、加濕器。
[0013] 所述超級(jí)電容電池與開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)之間設(shè)置有電磁開(kāi)關(guān);所述超級(jí)電容電池可 為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)供電。
[0014] 所述管道-1、管道-II、管道-III及這些管道上所安裝的各類閥、熱交換器、循環(huán)栗 和氣動(dòng)馬達(dá)等與氫氣直接接觸的內(nèi)部都經(jīng)過(guò)達(dá)克羅涂覆層處理，防止氫脆。
[0015]有益效果，以氫氣的壓縮氣體能量和其所含氫能作為發(fā)動(dòng)機(jī)能源，實(shí)現(xiàn)了無(wú)任何 污染排放;氫氣的壓縮氣體能量和其所含氫能的兩次利用，能量利用效率極大地增加，有效 地提高了汽車(chē)的行駛距離。
[0016] 汽車(chē)有效行駛里程的計(jì)算重點(diǎn)在于動(dòng)力系統(tǒng)能供給多少能量，本動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力源 由壓縮氫氣發(fā)電和燃料電池發(fā)電兩部分組成。
[0017] 壓縮氫氣發(fā)電部分:在車(chē)載一定容量的壓縮氫氣的條件下，不考慮機(jī)械損耗，壓縮 氫氣所釋放的能量，等于壓縮氫氣由高壓氣罐內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)完全膨脹到氣動(dòng)馬達(dá)排入氫燃料 電池內(nèi)的氫氣壓強(qiáng)時(shí)所做的機(jī)械功。由熱力學(xué)理論可知，壓縮氫氣在膨脹過(guò)程中因?yàn)楣r 的不同將經(jīng)歷不同的熱力過(guò)程，不同的熱力過(guò)程對(duì)外所作的機(jī)械功有較大差別，將使汽車(chē) 的理論續(xù)航能力有很大的差異。壓縮氫氣在膨脹過(guò)程中，對(duì)外所作的機(jī)械功由下式所決定：
[0018] W = ' pdv (1)
[0019] 式中：W--壓縮氫氣對(duì)外所作總機(jī)械功;p--瞬時(shí)壓力變化;V--瞬時(shí)氣體體 積。系統(tǒng)膨脹時(shí)不吸熱，經(jīng)歷絕熱膨脹過(guò)程，對(duì)外做功最少，其中氣體狀態(tài)參數(shù)間有如下關(guān) 系：
（2)
[0020] 氣動(dòng)馬達(dá)的排氣壓強(qiáng)為P2,由式(1)和式(2)可得：
(3)
[0022]式中:k一一絕熱系數(shù)，一般為1.41一一絕熱過(guò)程壓縮氫氣膨脹輸出總機(jī)械功。 [0023]系統(tǒng)膨脹時(shí)完全充分吸熱，經(jīng)歷等溫過(guò)程，對(duì)外做功最多，其中氣體狀態(tài)參數(shù)可表 述如下：
⑷
[0024]將式(4)代入式（1)積分可得： (5)
[0026] 式中:，一一等溫過(guò)程壓縮氫氣膨脹輸出總機(jī)械功。
[0027] 在實(shí)際的汽車(chē)行駛過(guò)程中，壓縮氫氣的膨脹過(guò)程熱交換情況介于絕熱膨脹與等溫 膨脹之間，對(duì)外所能做的機(jī)械功也介于兩者之間，故壓縮氫氣在膨脹過(guò)程中輸出的總機(jī)械 功我應(yīng)滿足:w'<w<w〃 (6)
[0028] 壓縮氫氣膨脹輸出機(jī)械功后，經(jīng)氣動(dòng)馬達(dá)傳遞至開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，因氣動(dòng)馬達(dá)通 過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)與開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)連接，二者之間傳動(dòng)效率最大，無(wú)其它損失。
[0029]開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)將機(jī)械功轉(zhuǎn)換為電能wP輸出:wp=wru (7)
[0030] 燃料電池發(fā)電部分:燃料電池是通過(guò)氫氣和氧氣在催化劑作用下發(fā)生的電化學(xué)反 應(yīng)，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。在整個(gè)汽車(chē)行駛過(guò)程中燃料電池可供給的電能取決于高壓 氣罐內(nèi)氫氣的總量。高壓氣罐內(nèi)壓縮氫氣的壓強(qiáng)為pi，儲(chǔ)存壓縮氫氣體積為Vi，正常工作時(shí) 所處溫度為T(mén)，由道爾頓分壓定律可得：
[0031] PV = nRT (8)
[0032] 式中：n--氣體物質(zhì)的量;R--理想氣體比例常數(shù)，一般為8.31441 ±0.00026J/ (molK)。由物質(zhì)的量計(jì)算方程和質(zhì)量密度關(guān)系可得：
[0035] 將式(9)和式（10)代入式(8)可得：
[0037] 式中:p--氣體密度;M--氣體物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。
[0038] 燃料電池工作時(shí)，氫氣參與的反應(yīng)總方程式為
?電子出發(fā)（陽(yáng) 極）后到達(dá)終點(diǎn)（陰極)所需的能量即是在這一過(guò)程中燃料電池的輸出對(duì)外負(fù)載所作的功 Gf，AGf所代表的意義是指反應(yīng)物(H2和02)內(nèi)部含有的自由能總和與生成物(H 20)內(nèi)部含有 的自由能總和的差值，其計(jì)算公式為：
[0039] AGf = Gf(H2〇)-Gf(H2)-Gf(〇2) (12)
[0040] 假如不計(jì)其它損失，外電路中流經(jīng)的電子總電量為：
[0041 ] 2e ? Na=2F (13)
[0042] 式中：發(fā)--法拉第常數(shù)，為96485.3383 ±0.0083(C/mol);Na--阿伏伽德羅常 數(shù)，為6.02214。
[0043]理論上驅(qū)動(dòng)電子完成轉(zhuǎn)移的功即是反應(yīng)過(guò)程中所產(chǎn)生的吉布斯自由能之差A(yù)Gf， 故有：AGf = 2EN.F (14)
[0044] 式中:En-一熱力學(xué)電動(dòng)勢(shì)，即燃料電池理想情況下所能輸出最大電壓。
[0045] 考慮到AGf的值會(huì)受到內(nèi)部條件和外部條件等多方面的影響，故燃料電池所輸出 功含有一定轉(zhuǎn)化效率叱，可得燃料電池向外供能G f為：
[0046] Gf = A Gf ? n ? H2 (15)
[0047] 本動(dòng)力系統(tǒng)中壓縮氫氣和燃料電池發(fā)出的電能共同輸入至主電路提供給開(kāi)關(guān)磁 阻電動(dòng)機(jī)，故供給開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的總電能為：
[0048] wti=wP+Gf (16)
[0049] 考慮到汽車(chē)的傳動(dòng)效率，用于驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛的最終能量為：
[0050] wt2=wtin3 (17)
[0051] 汽車(chē)在水平道路上以速度v勻速行駛時(shí)。其中行駛中汽車(chē)所受滾動(dòng)阻力：
[0052] Fr = f ? Mog (18)
[0053] 汽車(chē)所受迎風(fēng)阻力：Fw=0.〇386C ? dpAv2 (19)
[0054] 汽車(chē)所受總阻力:Ft = Fr+Fw (20)
[0055] 由能量守恒定律可得到汽車(chē)的有效行駛里程：5 = f ^21)
[0056] 具體情況，經(jīng)由以下實(shí)例討論?？紤]到汽車(chē)實(shí)際情況及相關(guān)市場(chǎng)調(diào)查，本汽車(chē)擬采 用車(chē)載儲(chǔ)氫氣罐內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)為30MPa，體積為0.15m 3(即150L)，所處溫度為300K，壓縮氫氣 經(jīng)氣動(dòng)馬達(dá)排出時(shí)氣體壓強(qiáng)為〇.15MPa。由式(3)及相關(guān)參數(shù)可計(jì)算出起始、終了狀態(tài)間的 絕熱膨脹所輸出的總機(jī)械功V ;由式(5)可計(jì)算出起始、終了狀態(tài)間的等溫膨脹所輸出的總 機(jī)械功w〃 ；由式(7)可計(jì)算出開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換得到的電能wP為：
[0057]絕熱膨脹條件下：wP = 0.68993 X 107( J)
[0058]等溫膨脹條件下：wP= 1 ? 90739 X 107( J)
[0059] 汽車(chē)行駛過(guò)程中，由式(15)及相關(guān)參數(shù)可計(jì)算燃料電池輸出電能Gf為：
[0060] Gf = 21.35816 X107 (J)
[0061] 本系統(tǒng)擬采用汽車(chē)的規(guī)格是:汽車(chē)總質(zhì)量(含駕駛員與乘客)為1500kg，汽車(chē)迎風(fēng) 面積為1.96!112，由式（18、19、20)及相關(guān)參數(shù)可計(jì)算出當(dāng)汽車(chē)在水平道路上以601( 111/11速度勻 速行駛時(shí)，所受總阻力Ft為：
[0062] Ft = 302.5886 (N)
[0063]則由式(4-21)可計(jì)算出汽車(chē)維持正常時(shí)速60Km/h時(shí)有效里程是為：
[0064] 絕熱膨脹條件下：S' ~650Km
[0065] 等溫膨脹條件下：S' ~690Km
[0066] 在實(shí)際的工作過(guò)程中，壓縮氫氣的膨脹過(guò)程熱交換情況介于絕熱膨脹與等溫膨脹 之間，對(duì)外所能做的機(jī)械功也介于兩者之間，因此汽車(chē)?yán)碚撋嫌行Ю锍虒⒃?70Km左右。如 果將車(chē)載儲(chǔ)氫氣罐內(nèi)氫氣的初始?jí)簭?qiáng)提高至40MPa，則同理可計(jì)算得到汽車(chē)?yán)碚撋嫌行Ю?程將提高至800Km。由此可見(jiàn)，本汽車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)在理論上完全能滿足續(xù)航里程的需要， 具有充分的可行性。
【附圖說(shuō)明】
[0067] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明；
[0068]圖1為本發(fā)明所述汽車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0069]圖2為本發(fā)明所述汽車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)的線路連接示意圖；
[0070]其中，1為高壓儲(chǔ)氫氣罐，2為安全閥，3為氣壓表，4為手動(dòng)截止閥，5為電磁截止閥-I，6為電磁減壓閥，7為氣動(dòng)馬達(dá)，8為氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表，9為氣動(dòng)馬達(dá)傳動(dòng)輪，10為開(kāi)關(guān)磁 阻發(fā)電機(jī)傳動(dòng)輪，11為開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，12為開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)控制器，13為電源總開(kāi)關(guān)，14 為車(chē)載鋰電池，15為變壓器，16為鋰電池充電器，17為雙向DC/DC變換器，18為電磁開(kāi)關(guān)，19 為超級(jí)電容電池，20為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)輸出軸，21為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，22為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 控制器，23為氫燃料電池，24為電磁截止閥-II，25為高壓儲(chǔ)氫氣罐外充氣口，26為氫燃料電 池空氣進(jìn)氣口，27為加濕器，28為熱交換器，29為氫氣循環(huán)栗。
【具體實(shí)施方式】
[0071]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)新特征、達(dá)成目的與功效易于明白理解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0072]如圖1、圖2所不，這套新型汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)電部分和動(dòng)力部分，發(fā)電部分包括 壓縮氫氣發(fā)電部分、氫燃料電池發(fā)電部分、超級(jí)電容電池發(fā)電部分和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)11;動(dòng) 力部分包括開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)21;壓縮氫氣發(fā)電部分包括高壓儲(chǔ)氫氣罐1、手動(dòng)截止閥4、電磁 減壓閥6、電磁截止閥-I 5、氣動(dòng)馬達(dá)7和氣動(dòng)馬達(dá)傳動(dòng)輪9;氫燃料電池發(fā)電部分包括氫燃 料電池23、氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表8、熱交換器28、氫氣循環(huán)栗29、加濕器27和電磁截止閥-II 24;超級(jí)電容電池發(fā)電部分包括超級(jí)電容電池19和雙向DC/DC變換器17。
[0073]高壓儲(chǔ)氫氣罐1為氣壓30_50MPa的多重碳纖維強(qiáng)化塑料（CFRP)編織式高壓儲(chǔ)氫 罐，高壓儲(chǔ)氫氣罐1上設(shè)置有氣罐外充氣口 25和出氣口，高壓儲(chǔ)氫氣罐1出氣口通過(guò)管道-I 連接氣動(dòng)馬達(dá)7的進(jìn)氣口，管道-I上設(shè)置有手動(dòng)截止閥4,由駕駛員手動(dòng)打開(kāi)，手動(dòng)截止閥4 后適當(dāng)位置安裝電磁減壓閥6,電磁減壓閥6后適當(dāng)位置安裝電磁截止閥-I 5;氣動(dòng)馬達(dá)7的 排氣口通過(guò)管道-II與氫燃料電池23的陽(yáng)極導(dǎo)氣通道相連，管道-II上依次安裝有氫氣壓力 調(diào)節(jié)儀表8和熱交換器28,氫燃料電池23再通過(guò)管道-III與氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表8相連，管道-III上安裝有氫氣循環(huán)栗29,使氫氣通過(guò)"氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表8-熱交換器28-氫燃料電池 23-氫氣循環(huán)栗29-氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表8"達(dá)到一個(gè)循環(huán)，管道-IV連接氫燃料電池23的陰 極導(dǎo)氣通道與空氣進(jìn)氣口，管道-IV上設(shè)置有電磁截止閥-1124和加濕器27;氣動(dòng)馬達(dá)7的轉(zhuǎn) 軸通過(guò)氣動(dòng)馬達(dá)傳動(dòng)輪9連接開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)傳動(dòng)輪10;開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)11輸出電路與氫 燃料電池23輸出電路均與主電路相連，主電路連接至開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)21;開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 21連接汽車(chē)傳動(dòng)軸。
[0074]開(kāi)車(chē)時(shí)，駕駛員打開(kāi)手動(dòng)截止閥4,插入啟動(dòng)鑰匙打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)13,電磁開(kāi)關(guān)18 自動(dòng)閉合，超級(jí)電容電池19為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)21提供啟動(dòng)電壓，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)21啟動(dòng)后， 電磁開(kāi)關(guān)18自動(dòng)斷開(kāi)。打開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)13的同時(shí)，電磁減壓閥6、電磁截止閥-I 5和電磁截 止閥-II 24自動(dòng)打開(kāi)，氫氣通過(guò)管道-I進(jìn)入氣動(dòng)馬達(dá)7，氣動(dòng)馬達(dá)7開(kāi)始工作，繼而帶動(dòng)開(kāi)關(guān) 磁阻發(fā)電機(jī)11工作發(fā)電；氣動(dòng)馬達(dá)7工作后的氫氣通過(guò)管道-II進(jìn)入氫燃料電池23,新鮮空 氣通過(guò)管道-IV經(jīng)加濕器27進(jìn)入氫燃料電池23,氫燃料電池23中多余氫氣通過(guò)管道-III再 次進(jìn)入管道-II中，使氫氣循環(huán)使用，直至全部反應(yīng)。氫燃料電池23反應(yīng)產(chǎn)生的電能通過(guò)線 路與開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)11的工作發(fā)電并入同一主電路，為汽車(chē)提供電能。停車(chē)時(shí)，駕駛員關(guān)閉 手動(dòng)截止閥4,氣源截?cái)?，拔下鑰匙后電磁減壓閥6、電磁截止閥-I 5和電磁截止閥-II 24自 動(dòng)關(guān)閉。
[0075]汽車(chē)正常行駛中，開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)11和氫燃料電池23為汽車(chē)提供電能，隨著車(chē)速 提高，開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)11的轉(zhuǎn)速也同步提高，氣動(dòng)馬達(dá)7進(jìn)氫氣氣量增加，經(jīng)氣動(dòng)馬達(dá)7工作 使用后的低壓氫氣進(jìn)入管道-II后，被氫燃料電池23反應(yīng)消耗一部分，還未及時(shí)反應(yīng)消耗的 氫氣在氫氣循環(huán)栗29的作用下在管道-II、管道-III中不斷循環(huán)，當(dāng)氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表8顯 示管道-II、管道-III中氫氣壓力超過(guò)〇.5bar(即循環(huán)管道氫氣一定冗余時(shí)），電磁截止閥-I 5自動(dòng)關(guān)閉，氣源切斷。同時(shí)超級(jí)電容電池19通過(guò)雙向DC/DC變換器17作為輔助動(dòng)力為主電 路供電，和氫燃料電池23共同為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)21提供電能，汽車(chē)正常行駛、加速和上坡 等。隨著氫燃料電池23消耗氫氣至氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表8顯示正常值時(shí)，電磁截止閥-I 5自動(dòng) 打開(kāi)，氣源恢復(fù)，氣動(dòng)馬達(dá)7、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)11正常工作。當(dāng)主電路電能富余及汽車(chē)制動(dòng) 時(shí)，電路通過(guò)DC/DC變換器17迅速給超級(jí)電容電池19充電(超級(jí)電容可以在數(shù)秒內(nèi)充電到容 量的80% )，從而使超級(jí)電容電池19的電壓始終保持在一個(gè)理想的工作狀態(tài)。
[0076]電磁減壓閥6的作用是將30_50MPa的壓縮氫氣減壓至氣動(dòng)馬達(dá)7的二工作所需壓 力。電磁截止閥-I 5的作用是當(dāng)氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表8顯示氫氣壓力超過(guò)0? 5bar(即循環(huán)管道 氫氣冗余時(shí)）自動(dòng)關(guān)閉氣源，當(dāng)氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表8顯示正常值時(shí)自動(dòng)打開(kāi)氣源。高壓儲(chǔ)氫 氣罐1上設(shè)置有安全閥2和氣壓表3,安全閥2的作用是當(dāng)為儲(chǔ)氫氣罐充氣時(shí)防止過(guò)充，自動(dòng) 減壓保證安全;氣壓表3的作用是反應(yīng)儲(chǔ)氫氣罐的壓力大小，并通過(guò)傳感器在駕駛室儀表盤(pán) 上顯示氣壓大小，監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氫氣罐剩余氣壓及其安全。管道-II上安裝的熱交換器28維持進(jìn)入 氫燃料電池23的氫氣溫度，保證氫燃料電池23工作在最佳狀態(tài)。管道-IV上安裝的加濕器27 兼具去離子過(guò)濾功能。
[0077] 氣動(dòng)馬達(dá)7為活塞式馬達(dá)，耗氣量小，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速與開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)11相匹配。開(kāi) 關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)11效率高、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速、正反轉(zhuǎn)等特性，其勵(lì)磁方式為自勵(lì) 式，勵(lì)磁電源由車(chē)載鋰電池14提供。車(chē)載鋰電池14還為開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)控制器12、開(kāi)關(guān)磁阻 電動(dòng)機(jī)控制器22及所有電磁閥、電磁開(kāi)關(guān)和汽車(chē)儀表進(jìn)行供電，通過(guò)鋰電池充電器16可為 車(chē)載鋰電池14進(jìn)行充電，整個(gè)系統(tǒng)全為直流電源。主電路的電壓由變壓器15升壓到220V。
[0078] 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)輸出軸20與汽車(chē)傳動(dòng)軸相連接，汽車(chē)的加速和倒車(chē)由汽車(chē)駕駛室 的油門(mén)踏板和汽車(chē)倒檔檔位控制，油門(mén)踏板改變的是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制器22控制開(kāi)關(guān)磁 阻電動(dòng)機(jī)21的電流大小進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的目的;汽車(chē)倒檔檔位改變的是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 控制器22控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)21的相繞組通電順序進(jìn)而實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，達(dá)到倒車(chē)的目的。
[0079]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征。本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限 制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的 前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都在要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 氫能再循環(huán)汽車(chē)清潔混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征指的是包括發(fā)電部分和動(dòng)力部分，壓縮 氫氣發(fā)電后用于氫燃料電池發(fā)電，所述發(fā)電部分包括壓縮氫氣發(fā)電部分、氫燃料電池發(fā)電 部分、超級(jí)電容電池發(fā)電部分和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī);所述動(dòng)力部分包括開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮氫氣發(fā)電部分，其特征是包括高壓儲(chǔ)氫氣罐、手動(dòng)截止 閥、電磁減壓閥、電磁截止閥-I、氣動(dòng)馬達(dá)、傳動(dòng)輪和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等部分;高壓儲(chǔ)氫氣罐 上設(shè)置有氣罐外充氣口、安全閥和氣壓表，高壓儲(chǔ)氫氣罐通過(guò)管道-I連接氣動(dòng)馬達(dá);管道-I 上依次安裝有手動(dòng)截止閥、電磁減壓閥和電磁截止閥-I;氣動(dòng)馬達(dá)通過(guò)傳動(dòng)輪連接開(kāi)關(guān)磁 阻發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸;開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)與開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)相連;開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)連接汽車(chē)傳動(dòng)軸。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫燃料電池發(fā)電部分，其特征是包括氫燃料電池、氫氣壓力調(diào) 節(jié)儀表、熱交換器、氫氣循環(huán)栗、電磁截止閥-II、加濕器等;氫燃料電池與氣動(dòng)馬達(dá)通過(guò)管 道-II相連，管道-II上依次安裝有氫氣壓力調(diào)節(jié)儀表和熱交換器，氫燃料電池與氫氣壓力 調(diào)節(jié)儀表通過(guò)管道-III相連，管道-III上安裝有氫氣循環(huán)栗;氫燃料電池、管道-II和管道-III之間可形成一個(gè)氫氣循環(huán)，氫燃料電池連接管道-IV為空氣進(jìn)氣管道，管道-IV上依次安 裝有電磁截止閥-II、加濕器。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫氣循環(huán)，其特征是氫氣的壓縮氣體能量和其所含氫能能兩 次利用，極大地增加了能量利用效率，有效地提高了汽車(chē)的行駛距離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了零污染排 放。
【文檔編號(hào)】B60K6/32GK106004504SQ201610541672
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】史長(zhǎng)根, 劉青山, 楊旋
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)