bdb03008車載氫氣供應(yīng)系統(tǒng)研制工作報告

1、個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用車載氫氣供應(yīng)系統(tǒng)研制工作報告1. 綜述 供氫系統(tǒng)是氫燃料電池客車的燃料源頭，該系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。 我們本著安全、可靠、智能、低耗的思想，在借鑒國內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)規(guī)范、 標準，和已有的氫燃料電池客車供氫系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗基礎(chǔ)上，進行了細致、嚴 謹?shù)臍涔庀到y(tǒng)設(shè)計，從系統(tǒng)零部件選用、關(guān)鍵件設(shè)計和電器控制方法等多 方面采取措施，確保安全可靠。2. 供氫系統(tǒng)總體設(shè)計整個供氫系統(tǒng)分為儲氣瓶組、系統(tǒng)管路、電控單元。 儲氣瓶組共有單瓶容量為升、 耐壓的儲氫瓶個， 各儲氫瓶瓶尾裝有集成圍堵， 瓶口裝有組合閥，集成了壓力傳感器、溫度傳感器、電磁閥、安全閥、減壓 器等多項功能，

2、可以極大地節(jié)省空間，提高了系統(tǒng)的集成度，此外，由于減 壓器功能集成在了瓶口組合閥中，因此，供氣氣壓出儲氣瓶口后即為低壓， 幾乎將供氫的高壓管路長度縮短為，大大提高安全程度。系統(tǒng)管路按功能可分為供氣管路、充氣管路、排放管路三部分。供氣管路主 要由次級過濾器、過流關(guān)斷閥、手動球閥、高壓針閥組成。充氣管路由充氣 閥、球閥、初級過濾器、低壓針閥等組成。排放管路為直接對大氣放散的出 口管路。電控單元包括供氫系統(tǒng)控制器、復(fù)位傳感器、低壓傳感器、溫度傳感器、控 制開關(guān)盒、線束等。供氫系統(tǒng)控制器對四個傳感器進行實時監(jiān)測，根據(jù)傳感 器數(shù)據(jù)，和來自上一級系統(tǒng)的控制信號，對號氣瓶支路的電磁閥以及過流閥 和并組總路上

3、的總閥進行控制。供氫系統(tǒng)控制器還可以通過通訊向上一級控制系統(tǒng)匯報供氫系統(tǒng)數(shù)據(jù)?？傊?，采取的安全措施包括如下幾點： .采用組合閥，提高了系統(tǒng)的集成度，縮短了高壓管路長度，提高安全程度。 .供氣管路裝有安全閥、過流關(guān)斷閥，當(dāng)管路發(fā)生泄漏時能自動關(guān)斷。 .電控單元設(shè)計，采用逐瓶開啟供氣方式，安全、智能、低耗。詳細配置可見供氫系統(tǒng)原理圖和配套表。供氫系統(tǒng)原理圖14 / 11I.充“2球隠3.,業(yè)筮TKUtL魯腳工s.昆囂U7.生燥幅壕I件賽廈lb.力怙序弗3.血迪蓋高胚罠電產(chǎn)粹亂檢決I叭次艱址池莽II ,飯Eh血山怙:話曲|九手訕味閥13, ttw 11S.FKff 114. 赴盤闿I旅tyf廂力盤I

4、氣 UM i.ftEKff-WJi九 rUDIiliiTYift 怙號乩掠?writ 角壓迥冗It歸亂甩甘P螢聞 祎節(jié)靜幣圖供氫系統(tǒng)原理圖配套表項目氫燃料供氣系統(tǒng)零部件明細表序 號名稱規(guī)格型號數(shù) 量建議供應(yīng)商備注加注接口球閥耐壓不低于過濾器0，卩耐壓不低于高壓壓力表,軸向加氣面板用壓力表轉(zhuǎn)換接頭0并路總成耐壓不低于氣瓶連接管耐壓不低于組合電磁閥000帶單向閥高壓氫氣瓶?帶瓶閥集成尾堵尾堵組合閥含減壓器組合閥不含減壓器低壓壓力傳感器傳感器三通過流保護集成閥工作壓力為過濾器0，卩工作壓力為低壓壓力表壓力表三通安全閥開啟壓力，安全閥三通0 0針閥0不銹高壓鋼管0工作壓力為米不銹高壓鋼管0工作壓力為米

5、不銹低壓鋼管0工作壓力為米直通0錐直通0三通000四通0 0 0 0加注面板福田*3. 系統(tǒng)管路流量的設(shè)計計算系統(tǒng)供氫流量的計算供氫管道由于是為燃料電池提供氫氣，所以其最大流量的根據(jù)就是燃料電池 的最大用氣量，以 “”大巴車的燃料電池為例：整車選用的燃料電池功率為， 峰值功率，最大輸出電壓，單片電極電壓，其電流在峰值功率時應(yīng)不超過。通過 實驗我們證實，在這種工況下，燃料電池的用氫量為，如果超過這一用氫量就證 明該燃料電池的性能是比較差的，效率是比較低的。但在實際工況中往往會有超 過燃料電池峰值功率的情況發(fā)生，如汽車上坡的坡度較大時，而燃料電池的儲備 功率設(shè)計小的情況下，會產(chǎn)生燃料電池過載荷的發(fā)

6、生，從而使單片電極電壓下降， 產(chǎn)生大電流的輸出來保證過載功率，這時過載電流會比正常電流高出一倍以上。 燃料電池的用氫量是由燃料電池電流大小來決定的。一般情況下，燃料電池的單片電極電壓在是效率、性能比較好的情況，而燃料電池的單片電極電壓的壓降最 好控制在以上，低于燃料電池的效率就太低了，性能也比較差，因此在考慮給燃 料電池供氫時，一般按計算再乘以一個過量系數(shù)，使大客車的系統(tǒng)總流量達到。 根據(jù)“” 大巴車用燃料電池的具體參數(shù)和實驗可以計算出系統(tǒng)的總流量：電堆基本參數(shù)：=,=,=, = ()則有：=-式中：一一氫氣最大理論消耗量，；一一反應(yīng)電流，()當(dāng)二時，二二，即=()=()當(dāng)二時，二二，即=，

7、()=這就是燃料電池在峰值功率時的最大用氫量，用這個用氫量再乘以一個過量 系數(shù)就是系統(tǒng)管道總的流量，總流量就是。系統(tǒng)充氫流量的計算充氫管道最大流量的確定是由車載儲氫瓶的最大儲氫量和要求在多長時間 內(nèi)充完這次氫氣所決定的，當(dāng)然也與加氫站充裝氫氣的最大速率能力有關(guān)， 還以“”大巴車為例，大巴車所選用的儲氫瓶為個，共個氣瓶，儲氫壓力為，這樣 其大巴車的總儲氫量為 =，約。一般人們希望的充裝時間在分鐘以內(nèi)， 這樣其 最大流量為分鐘=。系統(tǒng)放空流量的計算放空管道的流量比較好確定，不會超過車載儲氫瓶的總儲氫量，一般在剛剛 充裝完氫氣的汽車就發(fā)生事故的可能性不大，因此總流量可按儲氫總量的考慮比 較合適，這樣

8、管道要放出的氫氣量大約為。那么氫氣放出的時間應(yīng)該如何確定 呢？這要根據(jù)氫氣瓶耐火燒的時間來確定， 只要能在儲氫氣瓶被徹底燒壞之前將 氫氣全部放出去，就能較好地保證人員的安全。一般碳纖維纏繞鋁合金內(nèi)膽的氫 氣瓶的耐火時間均在分鐘以上，這樣就確定了放空管道的最大流量應(yīng)為“分鐘分鐘=。4. 系統(tǒng)主要零部件的技術(shù)參數(shù)項目參數(shù)要求備注基本參數(shù)工作介質(zhì)氫氣儲氫瓶氫瓶種類鋁制內(nèi)膽纖維纏繞氫瓶氫瓶儲氫使用壓力氫瓶容積氫瓶尺寸總長：包括瓶閥及接口爆破壓力氫瓶電磁閥每個氫瓶都有獨立的電 磁閥氫瓶手動截止閥每個氫瓶都有獨立的手 動截止閥氫瓶壓力安全泄壓閥每個氫瓶都有壓力安全 閥泄壓氣體必須通過管道排 出到車體外組合

9、閥電磁閥供電滿足供電范圍手動截止閥單向閥工作壓力，啟流壓力溫度傳感器量程 CC供電信號輸出精度：c滿足供電范圍壓力傳感器量程 供電信號輸出滿足供電范圍下開啟cc根據(jù)相關(guān)標準接口規(guī)格。球形接頭溢流閥流量限制溢流閥流量大于自動關(guān)閉接口規(guī)格單向閥工作壓力啟流壓力接口規(guī)格傳感器及電磁閥高壓氫氣壓力傳感器測量范圍供電電壓信號輸出該傳感器測量氫瓶及高壓 管路中的氫氣壓力低壓氫氣壓力傳感器測量范圍供電電壓信號輸出該傳感器測量減壓后氫氣 出口管路的壓力氫瓶電磁閥供電滿足供電范圍高壓管路電磁閥供電r滿足供電范圍安全閥低壓超壓安全閥下開啟具體數(shù)值可做更改接口規(guī)格加注口氫氣加注受氣口工作壓力，含過濾器接口規(guī)格過濾器

10、工作壓力過濾粒徑傳感器及電磁閥高壓氫氣壓力傳感器測量范圍供電電壓信號輸出該傳感器測量氫瓶及高壓 管路中的氫氣壓力低壓氫氣壓力傳感器測量范圍 供電電壓 信號輸出該傳感器測量減壓后氫氣 出口管路的壓力氫瓶溫度傳感器量程 CC供電信號輸出精度：c 滿足供電范圍氫瓶電磁閥供電滿足供電范圍高壓管路電磁閥供電滿足供電范圍減壓器額定減壓入口壓力額定減壓出口壓力壓力波動土材質(zhì)不銹鋼出口壓力穩(wěn)定性壓力波動峰值 額定減壓 出口壓力氫氣出氣接口”不銹鋼管連接到指定接口處，可根 據(jù)要求進行更改，并提供 一套相應(yīng)接口管路氫氣管路的設(shè)計使用壓 力管路及閥的爆破壓力”不銹鋼管壁厚?”不銹鋼管壁厚?管路連接方式連接方式盡量米

11、用卡套 連接螺紋密封方式米用“”管道材料不銹鋼5. 電控單元設(shè)計供氫系統(tǒng)電控單元包括供氫系統(tǒng)控制器、傳感器、控制開關(guān)盒、線束組成 具有如下功能：.逐瓶供氣功能開關(guān)盒上開關(guān)處于“順序開啟”模式時，所有氣瓶編組逐個供氣，當(dāng)該瓶供 氣壓力小于設(shè)定值時，則依次順序開啟下一儲氣瓶供氣。直至用到最后一個 儲氣瓶。系統(tǒng)自動記憶供氣的儲氣瓶號，每次啟動發(fā)動機，都將繼續(xù)使用上一次的氣瓶供氣。每次加氣后，儲氣瓶編號自動復(fù)原，從新按順序供氣。.全開供氣功能開關(guān)盒上開關(guān)處于“全開”模式時，可同時開啟所有儲氣瓶。巡檢功能開關(guān)盒上開關(guān)處于“巡檢”模式時在外部巡檢信號下，可進行各氣瓶氣壓巡 檢。先從首氣瓶開始，依此打開各氣

12、瓶，并等待若干秒，待氣壓穩(wěn)定后檢查 高壓壓力是否正常。若低于設(shè)定值則報警。安全報警功能運行過程中，系統(tǒng)根據(jù)供氣管路中出現(xiàn)的異常高、低氣壓發(fā)出報警信號， 提示用戶及時處理，在緊急狀態(tài)下，在報警的同時切斷所有儲氣瓶：關(guān)斷情況包括如下幾種：1）高壓超過最高壓力極限值。2）減壓器低壓輸出超過極限值。3）外部強制關(guān)斷信號報警情況包括如下幾種：1）高壓超過最高壓力極限值。2）減壓器低壓輸出超過極限值。3）外部強制關(guān)斷信號4）巡檢時咼壓異常5）目前電路處于關(guān)斷狀態(tài)傳輸：供氫系統(tǒng)控制器支持協(xié)議，可上傳剩余氣量、正在工作的儲氣瓶號、高壓、 低壓報警狀態(tài)、故障代碼信息。系統(tǒng)連線如下圖所示號 CAVitflA般系狀

13、制器K24V廠圖電器系統(tǒng)連線電器參數(shù)供氫系統(tǒng)控制器：輸入電壓：土輸入電流：珂無負載時）。輸出電流：可為每一電磁閥提供沁流 可為傳感器提供為電流 可為顯示器提供 耳電流 可為傳感器提供為電流 控制開關(guān)盒：為無源觸點信號，為控制器提供選通信號。顯示器（可選件，調(diào)試用）： 輸入電壓： 輸入電流：連線各器件之間用線束相連，具體見下圖圖線束接線在具備以下條件時，電磁閥才會打開供氣：1. 系統(tǒng)連線正確，電源已通電2. 開始工作信號（紅線）為高電平3. 氣路中高、低壓力都正常4. 開關(guān)盒打在“順序開啟”、“全開”，或“巡檢”模式?？傞y的打開除需具備以上條件外，還需控制總閥的兩根線之間導(dǎo)通供氫系統(tǒng)電控模塊原理

14、供氫系統(tǒng)電控模塊的詳細設(shè)計可見電控單元設(shè)計報告。供氫系統(tǒng)控制器硬件電路如圖所示。主要包括：穩(wěn)壓電路、微處理器電路、激磁 線圈驅(qū)動電路、輸入采樣電路、通訊處理電路、外部看門狗電路以及報警電路。輸入采樣電路負責(zé)處理來自各傳感器的檢測信號以及外部開關(guān)的信號，將各信號轉(zhuǎn)化成微處理器可接收的電平信號送至微處理器口上，微處理器電路則根據(jù)接收到的輸入信號以及內(nèi)存記憶信息、 進行邏輯判斷，根據(jù)一定規(guī)則，決定各儲氣瓶 工作方式，并將驅(qū)動信號傳給激磁線圈驅(qū)動電路； 激磁線圈驅(qū)動電路將接收到的 驅(qū)動信號進行功率放大后，傳輸給相應(yīng)的電磁閥激磁線圈，打開相對應(yīng)的儲氣瓶。 微處理器電路還負責(zé)對外通信和通訊，將相應(yīng)的工作信

15、息傳送給整車控制系統(tǒng)或 筆記本電腦。報警電路是特意為異常情況而設(shè)的， 一旦供氫系統(tǒng)壓力異常，控制 電路檢測到問題后，可以馬上通過蜂鳴器提醒相關(guān)人員注意。為使各電路穩(wěn)定、 可靠，設(shè)置了穩(wěn)壓電路和外部看門狗電路。 穩(wěn)壓電路將系統(tǒng)外的電源電壓穩(wěn)定到 一定值后，做為提供給微處理器電路和激磁線圈驅(qū)動電路的電源。外部看門狗電路是為了防止意外情況下微處理器死機，保持系統(tǒng)長期可靠運行。1去過流保護閥的激磁線圈I去低壓電磁閥的激磁線圈激磁線圈驅(qū)動電路 去1n#儲氣瓶的帶單向閥的電磁閥的激磁線圈號信饋反 號信動驅(qū)RS232通訊處理電路|CA總線輸出剩余氣量值輸入目檢信號輸入采樣 電路輸入關(guān)斷信號s溫度傳感器輸入信

16、號Ps復(fù)位壓力傳感器輸入信號PL低壓壓力傳感器輸入信號PH高壓壓力傳感器輸入信號穩(wěn)壓電路外部看門狗 電路VHHVCC微處理器電路報警電路圖電控模塊原理軟件采用模塊化設(shè)計，圖所示為電控模塊的工作原理流程。系統(tǒng)上電后， 按以下步驟工作：a. 自檢。首先檢查自檢按鍵狀態(tài)，若按下了自檢按鍵，則依此打開各儲氣瓶， 檢測各儲氣瓶壓力和氣路是否暢通。b. 自檢通過后，檢查復(fù)位傳感器，判斷是否充過氣，若充過氣，則瓶號復(fù)位； 當(dāng)復(fù)位傳感器的壓力信號超過時，將檢查當(dāng)前記憶電路中的儲氣瓶號是否為 首個儲氣瓶號，若否，則恢復(fù)至首個儲氣瓶號，并記憶儲氣瓶號；.組織通訊數(shù)據(jù)。.檢查是否有按鍵按下，處理按鍵響應(yīng)。e.按照記

17、憶打開儲氣瓶，并等待若干秒，使系統(tǒng)管路壓力達到均衡；.檢查高低壓壓力信號是否正常，若否，則報警并關(guān)斷儲氣瓶；1）檢查高壓壓力信號是否低于極限壓力，若否，則報警并關(guān)斷儲氣瓶；2）檢查減壓調(diào)節(jié)器輸出的低壓壓力是否在和之間，若不在此范圍內(nèi)，則報警并關(guān)斷儲氣瓶；3）檢查減壓調(diào)節(jié)器輸出的低壓壓力是否在和之間，若不在此范圍內(nèi)，則報警；4）檢查儲氣瓶輸出的高壓壓力是否小于，若否，則跳過步驟），若是，貝U按步驟）進行;5）如果是當(dāng)前供氣的儲氣瓶是最后一個，則檢查儲氣瓶輸出的高壓壓力是 否小于，若小于該值，則報警并關(guān)斷儲氣瓶；若大于，則打開全部儲氣 瓶；根據(jù)高低壓壓力值計算剩余氣量返回步驟循環(huán)運行。此外，為了方便調(diào)試，特意增加了手持式顯示器和按鍵開關(guān)（圖） ，可以實 時顯示當(dāng)前哪一氣瓶在開啟，減壓器前后氣壓、氣體溫度、剩余氣量、按鍵開關(guān) 狀態(tài)等多項信息。1.工作模式:全開全關(guān)n瓶開啟 n瓶巡檢2減壓前壓力3按鍵開關(guān)狀態(tài)4減壓后壓力9氣體溫度8復(fù)位傳感器壓力7顯示屏模塊的按鍵開關(guān)狀態(tài)6故障代碼圖電控模塊的顯示內(nèi)容6.檢驗顯示內(nèi)容包括：1. 自檢故障代碼2. 減壓前后的壓3. 復(fù)位傳感