本發(fā)明提供一種插電式車載制氫機(jī)的裝置及方法，具體內(nèi)容涉及氫氣隨車制取技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于氫氣具有點(diǎn)火能量低、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、分子結(jié)構(gòu)不含碳原子及稀燃極限寬等特點(diǎn)，因而向燃燒室中摻入少量氫氣被證明能夠有效改善內(nèi)燃機(jī)的燃燒與排放特性。同時(shí)，利用純氫氣完成內(nèi)燃機(jī)冷起動(dòng)及熱機(jī)起動(dòng)也能有效減小液體燃料內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)過程中由于油膜效應(yīng)而導(dǎo)致的hc、co排放增加的問題。然而，由于氫基礎(chǔ)設(shè)施目前還較少，這導(dǎo)致駕駛員在實(shí)際駕駛摻氫內(nèi)燃機(jī)汽車時(shí)面臨加氫困難的問題。
為解決這一問題，相關(guān)技術(shù)指出可以在車輛上通過安裝車載制氫機(jī)的方法，利用汽車行駛過程中發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)車載制氫機(jī)電解水制氫，從而通過該方法實(shí)現(xiàn)氫氣的隨車制取。
該方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣的隨車制取，從而減少了摻氫內(nèi)燃機(jī)汽車在使用過程中面臨的加氫困難的問題，但是通過汽車上的發(fā)電機(jī)為車載制氫機(jī)供電，利用車載制氫機(jī)電解水或堿液來制氫的方法還存在以下問題需要解決：首先，車載制氫機(jī)自身的功率一般均較高，這使得從發(fā)電機(jī)向制氫機(jī)供電的電力系統(tǒng)電流較大，增加了傳輸電路中的能量損失，并增加了系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，發(fā)電機(jī)需要發(fā)動(dòng)機(jī)額外燃燒更多的燃料來發(fā)電，進(jìn)而為車載制氫機(jī)提供電能，這又在一定程度上不利于整車運(yùn)行效率的提高及有害排放污染物的控制；此外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的做工能力有限，大負(fù)荷條件下，由于車載制氫機(jī)所消耗的能量來自于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出的電能，因而該方法會(huì)對(duì)車輛在加速及高速運(yùn)行條件下的動(dòng)力性帶來不利影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)氫混合燃料汽車存在的氫氣加注困難及利用車載制氫機(jī)隨車制取氫氣時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致整車動(dòng)力性降低的問題，本發(fā)明提供一種插電式車載制氫機(jī)及方法。本發(fā)明中的車載制氫機(jī)可以通過從電動(dòng)汽車充電樁和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上獲取電能，進(jìn)而通過電解水或堿液完成氫氣的制取。在制氫時(shí)，優(yōu)先通過外接充電樁電源獲取電能，以減少對(duì)整車發(fā)電機(jī)電能的消耗，保證車輛動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力性和油耗不受影響，并提高制氫系統(tǒng)效率；在使用汽車發(fā)電機(jī)電解水或堿液制氫時(shí)，通過對(duì)制氫策略的優(yōu)化，盡量減小制氫系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)整車動(dòng)力系統(tǒng)的影響，并保證氫氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
1、一種插電式車載制氫機(jī),該裝置包括液位傳感器4、電解液箱5、車載制氫機(jī)殼體6、電解槽供電線11、電解槽12、儲(chǔ)氫罐壓力傳感器13及儲(chǔ)氫罐14；
其特征在于：該裝置還包括一個(gè)制氫系統(tǒng)電控單元2、一個(gè)制氫機(jī)充電樁電纜接口7、一個(gè)通訊模塊8、一個(gè)變壓器9、一個(gè)高壓入口繼電器10、一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器19及一個(gè)低壓入口繼電器18；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3相連接，獲得電瓶電壓信號(hào)w、轉(zhuǎn)速信號(hào)x及進(jìn)氣壓力信號(hào)z，并可向發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3發(fā)出負(fù)荷控制信號(hào)f；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與安裝在汽車本體上的踏板位置傳感器1相連接，獲得踏板位置信號(hào)a；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與液位傳感器4相連接，獲得電解液液位信號(hào)g；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與儲(chǔ)氫罐壓力傳感器13相連接，獲得氫氣罐壓力信號(hào)b；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與低壓入口繼電器18相連接，發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與變壓器9相連接，獲得變壓后電壓信號(hào)d；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與高壓入口繼電器10相連接，發(fā)出高壓入口繼電器控制信號(hào)e；
所述低壓入口繼電器18通過電線連接在安裝在汽車上原有的發(fā)電機(jī)15和電解槽供電線11之間；
所述通訊模塊8通過電線與汽車上原有的蓄電池16相連接；
所述制氫機(jī)充電樁電纜接口7能夠與充電樁17相連接；
所述電壓調(diào)節(jié)器19通過電線與低壓入口繼電器18相連接，并與電解槽供電線11相連接，電解槽供電線11與電解槽12相連接，電壓調(diào)節(jié)器19將發(fā)電機(jī)15所產(chǎn)生的電壓調(diào)整為電解槽12所需要的工作電壓；
所述變壓器9與電解槽供電線11相連接，電解槽供電線11與電解槽12相連接，變壓器9將來自充電樁17的電壓調(diào)整為電解槽12所需要的工作電壓。
2、所述的一種插電式車載制氫機(jī)的控制方法，其特征在于：
(1)制氫系統(tǒng)電控單元2首先通過氫氣罐壓力信號(hào)b檢測(cè)儲(chǔ)氫罐14中的氫氣壓力,當(dāng)氫氣壓力大于等于最低壓力pmin時(shí)，該最低壓力由用戶自行制定并輸入至制氫系統(tǒng)電控單元2，該最低壓力設(shè)為滿足車輛以純氫氣方式起動(dòng)最少1次或以上所需要的氫氣壓力，制氫系統(tǒng)電控單元2判定不需要起動(dòng)制氫機(jī)電解水制氫，此時(shí)制氫系統(tǒng)電控單元2通過發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c和高壓入口繼電器控制信號(hào)e分別切斷低壓入口繼電器18和高壓入口繼電器10，同時(shí)，由于此時(shí)制氫系統(tǒng)未起動(dòng)，因此制氫系統(tǒng)電控單元2將踏板位置信號(hào)a不經(jīng)任何處理直接通過負(fù)荷控制信號(hào)f傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在原機(jī)控制模式；
(2)當(dāng)制氫系統(tǒng)電控單元2通過氫氣罐壓力信號(hào)b檢測(cè)儲(chǔ)氫罐14中的氫氣壓力,當(dāng)氫氣壓力小于最低壓力pmin時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2繼續(xù)監(jiān)測(cè)電解液液位信號(hào)g，僅當(dāng)電解液液位大于等于所設(shè)定的最低液位時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2判定此時(shí)能夠起動(dòng)制氫機(jī)為系統(tǒng)制氫，在制氫系統(tǒng)起動(dòng)條件下的制氫方法能夠分為外接電樁電源制氫和利用車用發(fā)電機(jī)電能制氫兩種方式，制氫系統(tǒng)電控單元2在判定制氫機(jī)能夠起動(dòng)的條件下會(huì)首先變壓后電壓信號(hào)d判定變壓器9是否已經(jīng)從外接充電樁17上獲得制氫所需的動(dòng)力電，當(dāng)變壓器9已經(jīng)從充電樁17上獲得動(dòng)力電時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2通過發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c斷開低壓入口繼電器18，并通過發(fā)出高壓入口繼電器控制信號(hào)e使高壓入口繼電器10接通，使來自充電樁的動(dòng)力電源能夠經(jīng)變壓器9變壓后再經(jīng)由高壓入口繼電器10及電解槽供電線11為電解槽12供電，在外接電樁電源制氫方式下，由于通訊模塊8負(fù)責(zé)向制氫機(jī)充電樁電纜接口7中的通訊線部分提供通訊信號(hào)，以完成和充電樁17的通訊握手，；
制氫系統(tǒng)電控單元2在判定制氫機(jī)能夠起動(dòng)的條件下會(huì)首先變壓后電壓信號(hào)d判定變壓器9是否已經(jīng)從外接充電樁17上獲得制氫所需的動(dòng)力電，當(dāng)變壓器9未能從充電樁17上獲得動(dòng)力電時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2繼續(xù)通過從發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3獲得的電瓶電壓信號(hào)w判斷發(fā)電機(jī)是否有能力為制氫系統(tǒng)供電，獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)x判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，獲得進(jìn)氣壓力信號(hào)z判斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道壓力，僅當(dāng)電瓶電壓信號(hào)w顯示蓄電池電壓大于13.0v，且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速介于1500r/min至4500r/min且進(jìn)氣道壓力不低于40kpa且不大于最大進(jìn)氣壓力的90％時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2通過發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c接通低壓入口繼電器18，并通過發(fā)出高壓入口繼電器控制信號(hào)e使高壓入口繼電器10斷開，此時(shí)電能能夠從發(fā)電機(jī)經(jīng)導(dǎo)線、低壓入口繼電器18及電解槽供電線11為電解槽12供電，使電解槽12能夠利用發(fā)電機(jī)電能電解制氫，同時(shí)，由于電解槽制氫會(huì)消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率，為避免駕駛員在相同油門踏板位置下當(dāng)制氫系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)感受到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功的變化，制氫系統(tǒng)電控單元2將從踏板位置傳感器1獲得的踏板位置信號(hào)a增大2％至10％后通過發(fā)出負(fù)荷控制信號(hào)f至發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際做功能力提高，以補(bǔ)償制氫系統(tǒng)消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)做功；
(3)在制氫系統(tǒng)運(yùn)行過程中，制氫系統(tǒng)電控單元2繼續(xù)檢測(cè)氫氣罐壓力信號(hào)b和電解液液位信號(hào)g，當(dāng)儲(chǔ)氫罐14達(dá)到額定壓力時(shí)，或者電解液箱5中電解液不足時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2立刻通過發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c斷開低壓入口繼電器18，并通過發(fā)出高壓入口繼電器控制信號(hào)e使高壓入口繼電器10斷開，使電解槽12停止電解制氫。
本發(fā)明的有益效果是：針對(duì)氫混合動(dòng)力汽車存在的加氫困難，以及制氫過程會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)做功，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)油耗增加，動(dòng)力性下降的問題，本發(fā)明所提供的一種插電式車載制氫機(jī)能夠從電動(dòng)車用的充電樁獲得電能為制氫機(jī)供電，在車輛行駛過程中制氫時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出負(fù)荷以補(bǔ)償制氫機(jī)起動(dòng)所消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)做功，使駕駛員不會(huì)感受到制氫機(jī)起動(dòng)后汽車動(dòng)力系統(tǒng)做功能力的變化。使用本發(fā)明所提供的系統(tǒng)能夠?yàn)樨S富氫混合動(dòng)力汽車中氫氣的制取方法，提高制氫效率及改善整車動(dòng)力系統(tǒng)感受提供有益方法
附圖說明
圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理圖
圖中：1踏板位置傳感器；2制氫系統(tǒng)電控單元；3發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元；4液位傳感器；5電解液箱；6車載制氫機(jī)殼體；7制氫機(jī)充電樁電纜接口；8通訊模塊；9變壓器；10高壓入口繼電器；11電解槽供電線；12電解槽；13儲(chǔ)氫罐壓力傳感器；14儲(chǔ)氫罐；15汽車發(fā)電機(jī)；16蓄電池；17充電樁；18低壓入口繼電器；19電壓調(diào)節(jié)器
a.踏板位置信號(hào)；b.氫氣罐壓力信號(hào)；c.低壓入口繼電器控制信號(hào)；d.變壓后電壓信號(hào)；e.高壓入口繼電器控制信號(hào)；f.負(fù)荷控制信號(hào)；g.電解液液位信號(hào)；w.電瓶電壓信號(hào)；x.轉(zhuǎn)速信號(hào)；z.進(jìn)氣壓力信號(hào)
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
如圖1所示，本實(shí)施例中的一種插電式車載制氫機(jī)，在保留液位傳感器4、電解液箱5、車載制氫機(jī)殼體6、電解槽供電線11、電解槽12、儲(chǔ)氫罐壓力傳感器13及儲(chǔ)氫罐14的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)制氫系統(tǒng)電控單元2、一個(gè)制氫機(jī)充電樁電纜接口7、一個(gè)通訊模塊8、一個(gè)變壓器9、一個(gè)高壓入口繼電器10、一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器19及一個(gè)低壓入口繼電器18；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3相連接，獲得電瓶電壓信號(hào)w、轉(zhuǎn)速信號(hào)x及進(jìn)氣壓力信號(hào)z，并可向發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3發(fā)出負(fù)荷控制信號(hào)f；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與安裝在汽車本體上的踏板位置傳感器1相連接，獲得踏板位置信號(hào)a；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與液位傳感器4相連接，獲得電解液液位信號(hào)g；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與儲(chǔ)氫罐壓力傳感器13相連接，獲得氫氣罐壓力信號(hào)b；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與低壓入口繼電器18相連接，發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與變壓器9相連接，獲得變壓后電壓信號(hào)d；
所述制氫系統(tǒng)電控單元2與高壓入口繼電器10相連接，發(fā)出高壓入口繼電器控制信號(hào)e；
所述低壓入口繼電器18通過電線連接在安裝在汽車上原有的發(fā)電機(jī)15和電解槽供電線11之間；
所述通訊模塊8通過電線與汽車上原有的蓄電池16相連接；
所述電壓調(diào)節(jié)器19通過電線與低壓入口繼電器18相連接，并與電解槽供電線11相連接，電解槽供電線11與電解槽12相連接，電壓調(diào)節(jié)器19將發(fā)電機(jī)15所產(chǎn)生的電壓調(diào)整為電解槽12所需要的工作電壓；
所述變壓器9與電解槽供電線11相連接，電解槽供電線11與電解槽12相連接，變壓器9將來自充電樁14的電壓調(diào)整為電解槽12所需要的工作電壓；
所述制氫機(jī)充電樁電纜接口7能夠與充電樁17相連接。
本發(fā)明中一種插電式車載制氫機(jī)的控制方法如下：
(1)制氫系統(tǒng)電控單元2首先通過氫氣罐壓力信號(hào)b檢測(cè)儲(chǔ)氫罐14中的氫氣壓力(ph2),當(dāng)氫氣壓力大于等于最低壓力(pmin)時(shí)，該最低壓力由用戶自行制定并輸入至制氫系統(tǒng)電控單元2，該最低壓力設(shè)為滿足車輛以純氫氣方式起動(dòng)最少1次或以上所需要的氫氣壓力，制氫系統(tǒng)電控單元2判定不需要起動(dòng)制氫機(jī)電解水制氫，此時(shí)制氫系統(tǒng)電控單元2通過發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c和高壓入口繼電器控制信號(hào)e分別切斷低壓入口繼電器18和高壓入口繼電器10，同時(shí)，由于此時(shí)制氫系統(tǒng)未起動(dòng)，因此制氫系統(tǒng)電控單元2將踏板位置信號(hào)a不經(jīng)任何處理直接通過負(fù)荷控制信號(hào)f傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在原機(jī)控制模式；
(2)當(dāng)制氫系統(tǒng)電控單元2通過氫氣罐壓力信號(hào)b檢測(cè)儲(chǔ)氫罐14中的氫氣壓力(ph2),當(dāng)氫氣壓力小于最低壓力(pmin)時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2繼續(xù)監(jiān)測(cè)電解液液位信號(hào)g，僅當(dāng)電解液液位大于等于所設(shè)定的最低液位時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2判定此時(shí)可以起動(dòng)制氫機(jī)為系統(tǒng)制氫，在制氫系統(tǒng)起動(dòng)條件下的制氫方法可以分為外接電樁電源制氫和利用車用發(fā)電機(jī)電能制氫兩種方式，制氫系統(tǒng)電控單元2在判定制氫機(jī)可以起動(dòng)的條件下會(huì)首先變壓后電壓信號(hào)d判定變壓器9是否已經(jīng)從外接充電樁17上獲得制氫所需的動(dòng)力電，當(dāng)變壓器9已經(jīng)從充電樁17上獲得動(dòng)力電時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2通過發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c斷開低壓入口繼電器18，并通過發(fā)出高壓入口繼電器控制信號(hào)e使高壓入口繼電器10接通，使來自充電樁的動(dòng)力電源能夠經(jīng)變壓器9變壓后再經(jīng)由高壓入口繼電器10及電解槽供電線11為電解槽12供電，在外接電樁電源制氫方式下，由于通訊模塊8負(fù)責(zé)向制氫機(jī)充電樁電纜接口7中的通訊線部分提供通訊信號(hào)，以完成和充電樁17的通訊握手，由于通訊模塊8通過導(dǎo)線直接與蓄電池相連接，因而任意時(shí)刻只要從充電樁17向制氫機(jī)充電樁電纜接口7連接充電線纜，通訊模塊8都可完成與充電樁17的握手，保證制氫機(jī)能夠獲得來自于充電樁17的動(dòng)力電源；
制氫系統(tǒng)電控單元2在判定制氫機(jī)可以起動(dòng)的條件下會(huì)首先變壓后電壓信號(hào)d判定變壓器9是否已經(jīng)從外接充電樁17上獲得制氫所需的動(dòng)力電，當(dāng)變壓器9未能從充電樁17上獲得動(dòng)力電時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2繼續(xù)通過從發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3獲得的電瓶電壓信號(hào)w判斷發(fā)電機(jī)是否有能力為制氫系統(tǒng)供電，獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)x判斷發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，獲得進(jìn)氣壓力信號(hào)z判斷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道壓力，僅當(dāng)電瓶電壓信號(hào)w顯示蓄電池電壓大于13.0v，且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速介于1500r/min至4500r/min且進(jìn)氣道壓力不低于40kpa且不大于最大進(jìn)氣壓力的90％時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2通過發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c接通低壓入口繼電器18，并通過發(fā)出高壓入口繼電器控制信號(hào)e使高壓入口繼電器10斷開，此時(shí)電能能夠從發(fā)電機(jī)經(jīng)導(dǎo)線、低壓入口繼電器18及電解槽供電線11為電解槽12供電，使電解槽12能夠利用發(fā)電機(jī)電能電解制氫，同時(shí)，由于電解槽制氫會(huì)消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率，為避免駕駛員在相同油門踏板位置下當(dāng)制氫系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)感受到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功的變化，制氫系統(tǒng)電控單元2將從踏板位置傳感器1獲得的踏板位置信號(hào)a增大2％至10％后通過發(fā)出負(fù)荷控制信號(hào)f至發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元3使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際做功能力提高，以補(bǔ)償制氫系統(tǒng)消耗的發(fā)動(dòng)機(jī)做功。
(3)在制氫系統(tǒng)運(yùn)行過程中，制氫系統(tǒng)電控單元2繼續(xù)檢測(cè)氫氣罐壓力信號(hào)b和電解液液位信號(hào)g，當(dāng)儲(chǔ)氫罐14達(dá)到最大壓力，或者電解液箱5中電解液不足時(shí)，制氫系統(tǒng)電控單元2立刻通過發(fā)出低壓入口繼電器控制信號(hào)c斷開低壓入口繼電器18，并通過發(fā)出高壓入口繼電器控制信號(hào)e使高壓入口繼電器10斷開，使電解槽12停止電解制氫。