本發(fā)明涉及氫內(nèi)燃機，尤其是涉及長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)及車載儲氫方式評估。

背景技術(shù)：

1、直噴氫內(nèi)燃機對噴射壓力要求高且隨著噴射壓力的增加，混合物的均勻性略有增強。由于噴射壓力升高而增加的湍流動能促進了混合過程的改進，從而提高了bte（brakethermal?efficiency，有效熱效率）。然而，高噴射壓力會導致儲氫罐內(nèi)的可用氫氣比率降低，例如對于配備35mpa儲氫罐并采用12mpa噴射壓力的動力系統(tǒng)，如果沒有車載氫氣壓縮機，則無法充分利用壓力低于噴射壓力的儲氫罐內(nèi)的氫氣，大幅減少氫能汽車的續(xù)航里程；由于高壓壓縮氣態(tài)氫的續(xù)航里程縮短、低重量和體積能量密度以及安全風險等問題，在氫氣應(yīng)用于車輛之前，還需要進行大量研究，高密度儲氫方法的研究引起了相當大的關(guān)注，各種儲氫方式需要一定的反應(yīng)溫度才能進行，并且在釋放氫氣時也需要一定的能量，所以儲氫方式問題是一大難點。

2、因此，本申請?zhí)岢鲩L續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)及車載儲氫方式評估來解決上述存在的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)及車載儲氫方式評估，結(jié)合能量守恒方程和?分析方程，可以合理利用氫內(nèi)燃機的余熱并選擇合適的儲氫方式。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)，包括氫內(nèi)燃機、余熱回收模塊、車載儲氫模塊和發(fā)電增程模塊，所述氫內(nèi)燃機的動力輸出側(cè)與所述發(fā)電增程模塊輸入端相連接，所述氫內(nèi)燃機的排氣端與所述余熱回收模塊的輸入端相連接，所述余熱回收模塊的輸出端與所述車載儲氫模塊的輸入端相連接，所述車載儲氫模塊的輸出端與所述氫內(nèi)燃機的進氣端相連接，所述發(fā)電增程模塊的輸出端與所述車載儲氫模塊的輸入端相連接。

3、優(yōu)選的，所述余熱回收模塊包括渦輪、低溫換熱器和朗肯循環(huán)余熱回收裝置，所述渦輪的輸入端與所述氫內(nèi)燃機的排氣端相連接，所述渦輪的輸出端分別連接有高溫換熱器和壓氣機的輸入端，所述壓氣機的輸出端連接有中冷換熱器的輸入端，所述中冷換熱器的輸出端與所述氫內(nèi)燃機的進氣端相連接，所述氫內(nèi)燃機內(nèi)設(shè)置有冷卻液，所述冷卻液從所述氫內(nèi)燃機內(nèi)部進入所述低溫換熱器，所述朗肯循環(huán)余熱回收裝置的輸入端收集所述低溫換熱器、所述高溫換熱器和所述中冷換熱器產(chǎn)生的余熱，所述朗肯循環(huán)余熱回收裝置的輸出端與所述車載儲氫模塊的輸入端連接。

4、優(yōu)選的，所述發(fā)電增程模塊包括發(fā)電機、第一電力變換器和第二電力變換器，所述發(fā)電機的輸入端與所述氫內(nèi)燃機相連接，所述發(fā)電機的輸出端連接有驅(qū)動電機，所述第一電力變換器的輸入端與所述發(fā)電機相連接，所述第一電力變換器的輸出端連接有電池的輸入端，所述電池的輸出端分別與所述驅(qū)動電機和所述第二電力變換器相連接，所述第二電力變換器的輸出端與所述車載儲氫模塊相連接。

5、本發(fā)明還提供了長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)的車載儲氫方式評估，包括以下步驟：

6、步驟1、選擇一種待評估車載儲氫方式，確定該車載儲氫方式反應(yīng)溫度的范圍；

7、步驟2、根據(jù)不同的商用車混合動力系統(tǒng)的駕駛?cè)笋{駛的工況，確定該駕駛工況下所需要的功率、有效熱效率和氫氣熱值來選擇混動模式；

8、步驟3、根據(jù)步驟2得到的功率、有效熱效率和氫氣熱值，計算該駕駛工況下的氫氣流量；

9、步驟4、根據(jù)能量守恒方程和?方程計算余熱可用能；

10、步驟5、通過氫內(nèi)燃機的排氣出口設(shè)置的溫度傳感器測量高溫廢氣溫度，根據(jù)氫內(nèi)燃機工作過程中高溫廢氣溫度判斷儲氫方式是否合理，當反應(yīng)溫度≤高溫廢氣溫度時，則判定為該儲氫方式合理；當反應(yīng)溫度＞高溫廢氣溫度時，重新選擇儲氫方式；

11、步驟6、根據(jù)步驟5選擇的儲氫方式計算氫氣釋放能和壓氣機耗功；

12、步驟7、根據(jù)步驟6得到的氫氣釋放能和壓氣機耗功進行能量評估，當氫氣釋放能+壓氣機耗功≤氫內(nèi)燃機余熱可用能時，車載儲氫模塊所需要的能量完全由余熱回收模塊提供；當氫氣釋放能+壓氣機耗功＞氫內(nèi)燃機余熱可用能時，車載儲氫模塊所需要的能量差由電池進行補充；

13、步驟8、通過步驟7的能量評估，判斷該車載儲氫方式能否利用氫內(nèi)燃機的余熱可用能進行工作，若能利用氫內(nèi)燃機的余熱可用能進行工作，則判定為余熱利用率提高；否則返回執(zhí)行步驟2。

14、優(yōu)選的，所述步驟2的混動模式包括氫內(nèi)燃機直驅(qū)和電池增程。

15、優(yōu)選的，所述步驟3計算該駕駛工況下的氫氣流量，計算公式如下：

16、（1）

17、式中：為功率，單位w；為氫氣流量，單位kg/h；m為氫氣熱值，單位為mj/kg；為有效熱效率。

18、優(yōu)選的，所述步驟4的能量守恒方程如下：（2）

19、其中：為氫燃料帶來的能量，為進氣帶來的能量，為氫內(nèi)燃機做的功，為中冷換熱器帶走的能量，為高溫廢氣帶走的能量，為冷卻液帶走的能量，為其他損失能量。

20、優(yōu)選的，所述步驟4的?方程計算余熱可用能的表達式如下：

21、（3）

22、（4）

23、（5）

24、（6）

25、（7）

26、（8）

27、（9）

28、（10）

29、其中，為氫內(nèi)燃機的進氣中所帶有的可用能，為燃料中所帶有的可用能，為排氣中含有的可用能，為冷卻液中含有的可用能，為氫內(nèi)燃機做的功，為進氣的質(zhì)量流量，為空氣的比熱容，為環(huán)境溫度，為氫氣的質(zhì)量流量，為排氣的質(zhì)量流量，為排氣溫度、壓力下的比焓，為環(huán)境溫度與環(huán)境壓力的比焓，為排氣溫度、壓力下的熵，為環(huán)境溫度與環(huán)境壓力的熵，為排氣中可用能利用率，為冷卻液的流量，為冷卻液的溫度，為冷卻液中可用能利用效率，為氫燃料的可用效率。

30、優(yōu)選的，所述步驟6中氫氣釋放能與壓氣機耗功的計算公式如下：

31、（11）

32、（12）

33、其中，為不同儲存材料在釋放氫溫度下的比焓，為通過壓氣機的質(zhì)量流量，為脫氫焓，為氫氣質(zhì)量流量，為將物質(zhì)壓縮到一定的壓力所需要的功率，為流出壓氣機的流量，為進入壓氣機的流量，為壓氣機工作效率。

34、因此，本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)及車載儲氫方式評估，具有以下有益效果：通過回收氫內(nèi)燃機在運作過程中產(chǎn)生的余熱產(chǎn)生新的供能，利用余熱減少了對于能源的依賴，降低了溫室氣體和其他污染物的排放，有助于環(huán)境保護，大大提高了能源的整體利用效率，減少能源消耗成本，提高經(jīng)濟效益；選擇合適的儲氫方式可以保證氫氣的穩(wěn)定供應(yīng)，幫助車輛實現(xiàn)更長的續(xù)航里程，減少氫氣泄漏和爆炸的風險，在性能和安全方面擁有了雙重保障。

35、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)，其特征在于：包括氫內(nèi)燃機、余熱回收模塊、車載儲氫模塊和發(fā)電增程模塊，所述氫內(nèi)燃機的動力輸出側(cè)與所述發(fā)電增程模塊輸入端相連接，所述氫內(nèi)燃機的排氣端與所述余熱回收模塊的輸入端相連接，所述余熱回收模塊的輸出端與所述車載儲氫模塊的輸入端相連接，所述車載儲氫模塊的輸出端與所述氫內(nèi)燃機的進氣端相連接，所述發(fā)電增程模塊的輸出端與所述車載儲氫模塊的輸入端相連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)，其特征在于：所述余熱回收模塊包括渦輪、低溫換熱器和朗肯循環(huán)余熱回收裝置，所述渦輪的輸入端與所述氫內(nèi)燃機的排氣端相連接，所述渦輪的輸出端分別連接有高溫換熱器和壓氣機的輸入端，所述壓氣機的輸出端連接有中冷換熱器的輸入端，所述中冷換熱器的輸出端與所述氫內(nèi)燃機的進氣端相連接，所述氫內(nèi)燃機內(nèi)設(shè)置有冷卻液，所述冷卻液從所述氫內(nèi)燃機內(nèi)部進入所述低溫換熱器，所述朗肯循環(huán)余熱回收裝置的輸入端收集所述低溫換熱器、所述高溫換熱器和所述中冷換熱器產(chǎn)生的余熱，所述朗肯循環(huán)余熱回收裝置的輸出端與所述車載儲氫模塊的輸入端連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)電增程模塊包括發(fā)電機、第一電力變換器和第二電力變換器，所述發(fā)電機的輸入端與所述氫內(nèi)燃機相連接，所述發(fā)電機的輸出端連接有驅(qū)動電機，所述第一電力變換器的輸入端與所述發(fā)電機相連接，所述第一電力變換器的輸出端連接有電池的輸入端，所述電池的輸出端分別與所述驅(qū)動電機和所述第二電力變換器相連接，所述第二電力變換器的輸出端與所述車載儲氫模塊相連接。

4.一種如權(quán)利要求1-3任一項所述的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)的車載儲氫方式評估，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)的車載儲氫方式評估，其特征在于：所述步驟2的混動模式包括氫內(nèi)燃機直驅(qū)和電池增程。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)的車載儲氫方式評估，其特征在于：所述步驟3計算該駕駛工況下的氫氣流量，計算公式如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)的車載儲氫方式評估，其特征在于：所述步驟4的能量守恒方程如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)的車載儲氫方式評估，其特征在于：所述步驟4的?方程計算余熱可用能的表達式如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)的車載儲氫方式評估，其特征在于：所述步驟6中氫氣釋放能與壓氣機耗功的計算公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)及車載儲氫方式評估，涉及氫內(nèi)燃機技術(shù)領(lǐng)域，包括氫內(nèi)燃機、余熱回收模塊、車載儲氫模塊和發(fā)電增程模塊，氫內(nèi)燃機的動力輸出側(cè)與發(fā)電增程模塊輸入端相連接，氫內(nèi)燃機的排氣端與余熱回收模塊的輸入端相連接，余熱回收模塊的輸出端與車載儲氫模塊的輸入端相連接，車載儲氫模塊的輸出端與氫內(nèi)燃機的進氣端相連接，發(fā)電增程模塊的輸出端與車載儲氫模塊的輸入端相連接；本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)的長續(xù)航商用車氫內(nèi)燃機混合動力系統(tǒng)及車載儲氫方式評估，結(jié)合能量守恒方程和?分析方程，可以合理利用氫內(nèi)燃機的余熱并選擇合適的儲氫方式。

技術(shù)研發(fā)人員：尹浩雨,孫柏剛,羅慶賀,張詩蔚
受保護的技術(shù)使用者：北京理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19