本發(fā)明提供一種插電式車載制氫機的裝置及方法，具體內(nèi)容涉及氫氣制取技術(shù)。
背景技術(shù)：
采用純氫氣或摻氫燃燒的發(fā)動機均可獲得較傳統(tǒng)化石燃料發(fā)動機更高的熱效率及更低的hc和co排放。這使得純氫和摻氫發(fā)動機從節(jié)能、減排的角度出發(fā)能夠獲得良好的應(yīng)用前景。制約純氫和摻氫發(fā)動機汽車實際應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一在于目前氫基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不足導(dǎo)致該類汽車難以方便地加氫。通過車載制氫雖然能夠在一定程度上解決摻氫發(fā)動機汽車的氫氣來源問題，但制氫機在運行時會給整車電系帶來一定負擔，同時由于制氫機運行會消耗發(fā)動機做功，因此隨車制氫也可能導(dǎo)致車輛動力性降低。同時，純氫汽車及燃料電池汽車必須通過從加氫站或其它方式加氫來滿足汽車的用氫需求，車載制氫技術(shù)僅能作為燃料電池及純氫汽車氫氣的補充來源，不能夠完全滿足車輛對氫氣的需求。
近年來，電動汽車逐漸普及，為滿足電動汽車的充電需求，電動車充電樁也得到了較好的推廣的普及。電動汽車充電樁的充電功率一般在6kw以上(慢充樁)，因此投資建設(shè)一個充電樁一般造價也較為昂貴。然而，電動汽車并非時時刻刻需要充電，對于續(xù)駛里程較長的電動車而言，其充電周期也較長。隨著電動車技術(shù)的發(fā)展，電動車的續(xù)駛里程勢必會逐漸增加，這潛在的導(dǎo)致了充電樁利用效率逐漸降低的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對純氫、摻氫及燃料電池汽車加氫困難，以及電動汽車充電樁利用效率有待進一步提高的問題，本發(fā)明提供一種充電制氫一體化系統(tǒng)及方法。本發(fā)明中的充電制氫一體化系統(tǒng)可以從電動車充電樁獲取電能，進而通過電解水或堿液完成氫氣的制取，實現(xiàn)了氫氣加氫站的分散式分布，為汽車加氫及提高充電樁利用效率提供了有益方案。本系統(tǒng)設(shè)計了不同的制氫策略，既能夠保證電動車充電不受影響，也可以利用谷電低成本制氫，同時也可以為車輛提供氫氣連續(xù)慢充的制氫、供氫方式。
1、一種充電制氫一體化系統(tǒng),該裝置包括電動車充電接口7、充電系統(tǒng)管理模塊11、充電穩(wěn)壓電源8、系統(tǒng)接地端子9及系統(tǒng)動力電源端子10；
其特征在于：該裝置還包括一套制氫、儲氫、供氫系統(tǒng)、一套電解液補充系統(tǒng)及一個氫氣系統(tǒng)電控單元18；
所述制氫、儲氫、供氫系統(tǒng)包括通過導(dǎo)線與系統(tǒng)接地端子9和系統(tǒng)動力電源端子10分別相連接的制氫電源管理模塊21，通過導(dǎo)線連接在制氫電源管理模塊21和電解槽組12之間的電解繼電器20，通過管路與電解槽組12氫氣出口相連接的儲氫罐14、安裝在儲氫罐14上的儲氫罐壓力傳感器13、通過管路與儲氫罐14相連接的氫氣管電磁閥16、通過管路與氫氣管電磁閥16相連接的氫氣出口15；
所述電解液補充系統(tǒng)包括，通過管路與電解槽組12相連接的電解液箱4、安裝在電解液箱4上的液位計3、安裝在電解液箱4上的手動補水入口5、通過管路與電解液箱4相連接的補水電磁閥2、通過管路與補水電磁閥2相連接的自動補水入口1；
所述氫氣系統(tǒng)電控單元18能夠獲得來自時鐘19的時鐘信號n、獲得來自液位計3的液位信號c、獲得來自儲氫罐壓力傳感器13儲氫罐壓力信號d、獲得來自充電系統(tǒng)管理模塊11的電控單元間通訊信號e；
所述氫氣系統(tǒng)電控單元18能夠獲得來自加氫請求開關(guān)17的加氫請求信號m，通過加氫請求信號m判斷是否有駕駛員需要加注氫氣；
所述氫氣系統(tǒng)電控單元18能夠通過發(fā)出補水電磁閥控制信號a控制補水電磁閥2的開啟和關(guān)閉、系統(tǒng)電控單元18能夠通過發(fā)出氫氣管電磁閥控制信號b控制氫氣管電磁閥16的通斷、系統(tǒng)電控單元18能夠通過發(fā)出電解繼電器控制信號f控制電解繼電器20的通斷；
所述制氫、儲氫、供氫系統(tǒng)、電解液補充系統(tǒng)及氫氣系統(tǒng)電控單元18與充電樁原有為車輛充電的部分通過密封隔板6分隔來，密封隔板6應(yīng)保證兩部分系統(tǒng)間無物質(zhì)交換；
所述制氫機電源管理模塊提供滿足電解槽組12要求的電源；
所述氫氣出口15設(shè)置計量供氫量的裝置和出口壓力檢測裝置，氫氣出口15上所設(shè)置的壓力檢測裝置可以通過發(fā)出氫氣出口壓力信號x至氫氣系統(tǒng)電控單元18，使氫氣系統(tǒng)電控單元18確定氫氣出口15的實際壓力；
所述加氫請求開關(guān)17，加氫時操作人員可以通過加氫請求開關(guān)17設(shè)定目標加氫壓力，加氫請求開關(guān)17能夠向氫氣系統(tǒng)電控單元18發(fā)出目標加氫壓力信號z。
2、進一步，所述制氫、儲氫、供氫系統(tǒng)、電解液補充系統(tǒng)及氫氣系統(tǒng)電控單元18上的全部元器件均有防爆裝置。
3、進一步，所述電解槽組12通過電解去離子水或堿液制氫。
4、進一步，所述自動補水入口1或所述手動補水入口5加入去離子水或者堿液。
5、所述的一種充電制氫一體化系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：
所述補水電磁閥2處于常閉狀態(tài)，僅在獲得補水電磁閥控制信號a后打開、所述氫氣管電磁閥16處于常閉狀態(tài)，僅在獲得氫氣管電磁閥控制信號b后打開、所述電解繼電器20處于常斷開狀態(tài)，在獲得電解繼電器控制信號f后接通。
1)氫氣系統(tǒng)電控單元18首先與充電系統(tǒng)管理模塊11通過電控單元間通訊信號e進行通訊，當氫氣系統(tǒng)電控單元18檢測到充電系統(tǒng)管理模塊11上有車輛正在充電時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20處于斷開狀態(tài)，此時電解槽組12由于無法獲得動力電源因而停止電解制氫；氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出補水電磁閥控制信號a使補水電磁閥2關(guān)閉，使電解液箱無法通過自動補水入口1獲得電解水；氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出氫氣管電磁閥控制信號b使氫氣管電磁閥16關(guān)閉，此時系統(tǒng)不可對外供氫以保證汽車充電過程的安全；
2)當氫氣系統(tǒng)電控單元18與充電系統(tǒng)管理模塊11通過電控單元間通訊信號e進行通訊發(fā)現(xiàn)沒有車輛正在使用充電系統(tǒng)進行充電時，氫氣系統(tǒng)電控單元18判定此時系統(tǒng)制氫，此時氫氣系統(tǒng)電控單元18與時鐘19繼續(xù)通訊獲得時鐘信號n，當時鐘信號n指示當前時間為谷電充電時間時，氫氣系統(tǒng)電控單元18判定此時系統(tǒng)連續(xù)制氫，在該條件下，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20接通，此時電解槽組12經(jīng)電解繼電器20從制氫電源管理模塊21獲得電能開始電解制氫，并使制得的氫氣經(jīng)管路存儲在儲氫罐14中；
當氫氣系統(tǒng)電控單元18與時鐘19通訊獲得時鐘信號n，發(fā)現(xiàn)當前時刻處于峰電時間時，氫氣系統(tǒng)電控單元18繼續(xù)檢測來自加氫請求開關(guān)17的加氫請求信號m，當加氫請求信號m指示目前沒有人使用該系統(tǒng)為汽車加氫時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20斷開，進而使電解槽組12停止制氫；當加氫請求信號m指示目前有人使用該系統(tǒng)為汽車加氫時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過儲氫罐壓力信號d判斷儲氫罐14內(nèi)壓力，同時氫氣系統(tǒng)電控單元18通過目標加氫壓力信號z判斷目標加氫壓力，當儲氫罐14內(nèi)壓力大于等于目標加氫壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20斷開，進而使電解槽組12停止制氫；當儲氫罐14內(nèi)壓力小于目標加氫壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20接通，此時電解槽組12經(jīng)電解繼電器20從制氫電源管理模塊21獲得電能開始電解制氫，并使制得的氫氣經(jīng)管路存儲在儲氫罐14中；
所述谷電時間為電價相對較低的用電低谷時間，峰電時間為電價相對較高的用電高峰時間；
3)在制氫過程中，氫氣系統(tǒng)電控單元18持續(xù)檢測來自儲氫罐壓力傳感器13的儲氫罐壓力信號d，當儲氫罐壓力信號d指示儲氫罐14達到額定設(shè)計壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18立即通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20斷開，進而使電解槽組12停止電解制氫，以保護系統(tǒng)安全；
4)在制氫過程中，氫氣系統(tǒng)電控單元18持續(xù)檢測來自液位計3的液位信號c，當液位信號c指示電解液箱4內(nèi)頁面低于最低制氫所需液位hl時，氫氣系統(tǒng)電控單元18立即通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20斷開，進而使電解槽組12停止電解制氫，以保護系統(tǒng)安全；
5)在制氫過程中，氫氣系統(tǒng)電控單元18持續(xù)檢測來自液位計3的液位信號c，當液位信號c指示電解液箱4內(nèi)頁面低于最低補液液位hb時,hb>hl，氫氣系統(tǒng)電控單元18立刻通過發(fā)出補水電磁閥控制信號a使補水電磁閥2接通，使所補充的電解液能夠從自動補水入口1、補水電磁閥2及相應(yīng)管路進入電解液箱4；
6)當氫氣系統(tǒng)電控單元18通過加氫請求信號m發(fā)現(xiàn)目前有人使用該系統(tǒng)為汽車加氫時，氫氣系統(tǒng)電控單元18檢測氫氣出口壓力信號x及目標加氫壓力信號z，當氫氣出口壓力小于目標加氫壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18立刻通過發(fā)出氫氣管電磁閥控制信號b使氫氣管電磁閥16接通，此時氫氣從儲氫罐14經(jīng)管路及氫氣管電磁閥16被輸送到氫氣出口15，從氫氣出口15為汽車加氫，氫氣出口15同時完成流量計算；當氫氣系統(tǒng)電控單元18檢測到氫氣出口壓力大于等于目標加氫壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18立刻通過停止發(fā)出氫氣管電磁閥控制信號b使氫氣管電磁閥16斷開，此時加氫過程結(jié)束。
本發(fā)明的有益效果是：針對純氫、摻氫發(fā)動機汽車及燃料電池汽車存在的加氫困難及電動車充電樁利用率較低的問題，本發(fā)明提供一種充電制氫一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)在不影響電動汽車正常充電的前提下，可以利用谷電低成本制氫，在非谷電時刻，當車輛有加氫請求時，氫氣系統(tǒng)電控單元首先判斷儲氫罐內(nèi)壓力，在儲氫罐壓力低于3bar時自動開始制氫，保證汽車加氫需求。同時，該系統(tǒng)設(shè)計了制氫系統(tǒng)與充電系統(tǒng)的隔離原件，保證了系統(tǒng)安全。制氫系統(tǒng)安裝了自動補水及壓力監(jiān)控系統(tǒng)，為系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行提供了可靠方法。通過本發(fā)明提供的一種充電制氫一體化系統(tǒng)能夠為解決汽車加氫需求及提高充電樁使用效率提供有益方案。
附圖說明
圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理圖
圖中：1自動補水入口；2補水電磁閥；3液位計；4電解液箱；5手動補水入口；6密封隔板；7電動車充電接口；8充電穩(wěn)壓電源；9系統(tǒng)接地端子；10系統(tǒng)動力電源端子；11充電系統(tǒng)管理模塊；12電解槽組；13儲氫罐壓力傳感器；14儲氫罐；15氫氣出口；16氫氣管電磁閥；17加氫請求開關(guān)；18氫氣系統(tǒng)電控單元；19時鐘；20電解繼電器；21制氫電源管理模塊
a.補水電磁閥控制信號；b.氫氣管電磁閥控制信號；c.液位信號；d.儲氫罐壓力信號；e.電控單元間通訊信號；f.電解繼電器控制信號；m.加氫請求信號；n.時鐘信號
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明：
如圖1所示，本實施例中的一種充電制氫一體化系統(tǒng)，在保留充電樁原有的電動車充電接口7、充電系統(tǒng)管理模塊11、充電穩(wěn)壓電源8、系統(tǒng)接地端子9、系統(tǒng)動力電源端子10的基礎(chǔ)上，增加了一套制氫、儲氫、供氫系統(tǒng)、一套電解液補充系統(tǒng)及一個氫氣系統(tǒng)電控單元18；
所述制氫、儲氫、供氫系統(tǒng)包括通過導(dǎo)線與系統(tǒng)接地端子9和系統(tǒng)動力電源端子10分別相連接的制氫電源管理模塊21，通過導(dǎo)線連接在制氫電源管理模塊21和電解槽組12之間的電解繼電器20，通過管路與電解槽組12氫氣出口相連接的儲氫罐14、安裝在儲氫罐14上的儲氫罐壓力傳感器13、通過管路與儲氫罐14相連接的氫氣管電磁閥16、通過管路與氫氣管電磁閥16相連接的氫氣出口15；
所述電解液補充系統(tǒng)包括，通過管路與電解槽組12相連接的電解液箱4、安裝在電解液箱4上的液位計3、安裝在電解液箱4上的手動補水入口5、通過管路與電解液箱4相連接的補水電磁閥2、通過管路與補水電磁閥2相連接的自動補水入口1；
所述氫氣系統(tǒng)電控單元18能夠獲得來自時鐘19的時鐘信號n、獲得來自液位計3的液位信號c、獲得來自儲氫罐壓力傳感器13儲氫罐壓力信號d、獲得來自充電系統(tǒng)管理模塊11的電控單元間通訊信號e；
所述氫氣系統(tǒng)電控單元18能夠獲得來自加氫請求開關(guān)17的加氫請求信號m，通過加氫請求信號m判斷是否有駕駛員需要加注氫氣；
所述氫氣系統(tǒng)電控單元18能夠通過發(fā)出補水電磁閥控制信號a控制補水電磁閥2的開啟和關(guān)閉、系統(tǒng)電控單元18能夠通過發(fā)出氫氣管電磁閥控制信號b控制氫氣管電磁閥16的通斷、系統(tǒng)電控單元18能夠通過發(fā)出電解繼電器控制信號f控制電解繼電器20的通斷；
所述制氫、儲氫、供氫系統(tǒng)、電解液補充系統(tǒng)及氫氣系統(tǒng)電控單元18與充電樁原有為車輛充電的部分通過密封隔板6分隔來，密封隔板6應(yīng)保證兩部分系統(tǒng)間無物質(zhì)交換；
所述制氫機電源管理模塊提供滿足電解槽組12要求的電源；
所述氫氣出口15設(shè)置計量供氫量的裝置和出口壓力檢測裝置，氫氣出口15上所設(shè)置的壓力檢測裝置可以通過發(fā)出氫氣出口壓力信號x至氫氣系統(tǒng)電控單元18，使氫氣系統(tǒng)電控單元18確定氫氣出口15的實際壓力；
所述加氫請求開關(guān)17，加氫時操作人員可以通過加氫請求開關(guān)17設(shè)定目標加氫壓力，加氫請求開關(guān)17能夠向氫氣系統(tǒng)電控單元18發(fā)出目標加氫壓力信號z。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充電制氫一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述制氫、儲氫、供氫系統(tǒng)、電解液補充系統(tǒng)及氫氣系統(tǒng)電控單元18上的全部元器件均有防爆裝置。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充電制氫一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述電解槽組12通過電解去離子水或堿液制氫。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種充電制氫一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述自動補水入口1或所述手動補水入口5加入去離子水或者堿液。
5、根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種充電制氫一體化系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：
所述補水電磁閥2處于常閉狀態(tài)，僅在獲得補水電磁閥控制信號a后打開、所述氫氣管電磁閥16處于常閉狀態(tài)，僅在獲得氫氣管電磁閥控制信號b后打開、所述電解繼電器20處于常斷開狀態(tài)，在獲得電解繼電器控制信號f后接通。
1)氫氣系統(tǒng)電控單元18首先與充電系統(tǒng)管理模塊11通過電控單元間通訊信號e進行通訊，當氫氣系統(tǒng)電控單元18檢測到充電系統(tǒng)管理模塊11上有車輛正在充電時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20處于斷開狀態(tài)，此時電解槽組12由于無法獲得動力電源因而停止電解制氫；氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出補水電磁閥控制信號a使補水電磁閥2關(guān)閉，使電解液箱無法通過自動補水入口1獲得電解水；氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出氫氣管電磁閥控制信號b使氫氣管電磁閥16關(guān)閉，此時系統(tǒng)不可對外供氫以保證汽車充電過程的安全；
2)當氫氣系統(tǒng)電控單元18與充電系統(tǒng)管理模塊11通過電控單元間通訊信號e進行通訊發(fā)現(xiàn)沒有車輛正在使用充電系統(tǒng)進行充電時，氫氣系統(tǒng)電控單元18判定此時系統(tǒng)制氫，此時氫氣系統(tǒng)電控單元18與時鐘19繼續(xù)通訊獲得時鐘信號n，當時鐘信號n指示當前時間為谷電充電時間時，氫氣系統(tǒng)電控單元18判定此時系統(tǒng)連續(xù)制氫，在該條件下，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20接通，此時電解槽組12經(jīng)電解繼電器20從制氫電源管理模塊21獲得電能開始電解制氫，并使制得的氫氣經(jīng)管路存儲在儲氫罐14中；
當氫氣系統(tǒng)電控單元18與時鐘19通訊獲得時鐘信號n，發(fā)現(xiàn)當前時刻處于峰電時間時，氫氣系統(tǒng)電控單元18繼續(xù)檢測來自加氫請求開關(guān)17的加氫請求信號m，當加氫請求信號m指示目前沒有人使用該系統(tǒng)為汽車加氫時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20斷開，進而使電解槽組12停止制氫；當加氫請求信號m指示目前有人使用該系統(tǒng)為汽車加氫時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過儲氫罐壓力信號d判斷儲氫罐14內(nèi)壓力，同時氫氣系統(tǒng)電控單元18通過目標加氫壓力信號z判斷目標加氫壓力，當儲氫罐14內(nèi)壓力大于等于目標加氫壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20斷開，進而使電解槽組12停止制氫；當儲氫罐14內(nèi)壓力小于目標加氫壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18通過發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20接通，此時電解槽組12經(jīng)電解繼電器20從制氫電源管理模塊21獲得電能開始電解制氫，并使制得的氫氣經(jīng)管路存儲在儲氫罐14中；
所述谷電時間為電價相對較低的用電低谷時間，峰電時間為電價相對較高的用電高峰時間；
3)在制氫過程中，氫氣系統(tǒng)電控單元18持續(xù)檢測來自儲氫罐壓力傳感器13的儲氫罐壓力信號d，當儲氫罐壓力信號d指示儲氫罐14達到額定設(shè)計壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18立即通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20斷開，進而使電解槽組12停止電解制氫，以保護系統(tǒng)安全；
4)在制氫過程中，氫氣系統(tǒng)電控單元18持續(xù)檢測來自液位計3的液位信號c，當液位信號c指示電解液箱4內(nèi)頁面低于最低制氫所需液位hl時，氫氣系統(tǒng)電控單元18立即通過停止發(fā)出電解繼電器控制信號f使電解繼電器20斷開，進而使電解槽組12停止電解制氫，以保護系統(tǒng)安全；
5)在制氫過程中，氫氣系統(tǒng)電控單元18持續(xù)檢測來自液位計3的液位信號c，當液位信號c指示電解液箱4內(nèi)頁面低于最低補液液位hb時,hb>hl，氫氣系統(tǒng)電控單元18立刻通過發(fā)出補水電磁閥控制信號a使補水電磁閥2接通，使所補充的電解液能夠從自動補水入口1、補水電磁閥2及相應(yīng)管路進入電解液箱4；
6)當氫氣系統(tǒng)電控單元18通過加氫請求信號m發(fā)現(xiàn)目前有人使用該系統(tǒng)為汽車加氫時，氫氣系統(tǒng)電控單元18檢測氫氣出口壓力信號x及目標加氫壓力信號z，當氫氣出口壓力小于目標加氫壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18立刻通過發(fā)出氫氣管電磁閥控制信號b使氫氣管電磁閥16接通，此時氫氣從儲氫罐14經(jīng)管路及氫氣管電磁閥16被輸送到氫氣出口15，從氫氣出口15為汽車加氫，氫氣出口15同時完成流量計算；當氫氣系統(tǒng)電控單元18檢測到氫氣出口壓力大于等于目標加氫壓力時，氫氣系統(tǒng)電控單元18立刻通過停止發(fā)出氫氣管電磁閥控制信號b使氫氣管電磁閥16斷開，此時加氫過程結(jié)束。