[发明专利]一种基于高低温重整制氢的混合动力系统及控制方法

说明书

本发明提供了一种基于高低温重整制氢的混合动力系统及控制方法，属于动力与能源工程领域。解决了目前氢燃料电池燃料储存和运输困难及现有动力系统响应慢、运行不稳定、机动性差的问题。它包括燃料储存罐、等离子体重整器、催化重整器、内燃机、燃料电池、蓄电池组、电动机、齿轮箱、动力输出轴、逆变器和预混合器，燃料储存罐的出料口分别与预混合器的燃料进口、等离子体重整器的燃料进口及催化重整器的燃料进口连通，预混合器的混合气出口与进气道喷射器和缸内直喷喷射器连通，燃料电池的电力出口与蓄电池组和电动机电连接，电动机与齿轮箱连接，齿轮箱与内燃机连接，齿轮箱的输出端连接动力输出轴。本发明主要用于内燃机动力系统。

技术领域

本发明创造属于动力与能源工程领域，尤其是涉及一种基于高低温重整制氢的混合动力系统及控制方法。

背景技术

燃料电池能直接把燃料中的化学能转化为电能，具有高效、清洁和环保等优点，逐渐在汽车、航运等方面有一定规模的应用。但是燃料电池多采用氢作为燃料来源，氢的储存、运输过程中容易发生泄露，且氢会腐蚀储气罐，造成安全隐患；同时，工业上氢一般由氨等富氢的化合物生产得来，生产成本高，给燃料电池在动力行业的推广应用带来了局限性。

内燃机作为工业上应用最广泛的动力来源，具有功率密度高，热效率高等优点。随着国际社会对气候变化关注度的逐渐上升，各个国家和地区正在逐渐加大对于发动机碳排放的监督和管理力度，应用内燃机作为动力来源时，除了效率之外，将首要考虑运行产生的碳排放水平，这也正在不断推动着内燃机制造技术和应用方式的逐渐更新换代。其中应对方式包含机械结构的改变和应用绿色燃料两大方面，机械结构的转变的对于内燃机排放水平的提升是有限的，往往需要添加后处理装置，应用氨等绿色燃料可以从源头上解决排放问题的限制，但是氨等绿色燃料的应用存在燃料性质上的燃点高、火焰传播速度慢、辛烷值高等特性，影响内燃机性能，限制了此类内燃机的功率范围和应用场景。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于高低温重整制氢的混合动力系统及控制方法，以解决目前氢燃料电池燃料储存和运输困难及现有动力系统响应慢、运行不稳定、机动性差的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种基于高低温重整制氢的混合动力系统，包括燃料储存罐、等离子体重整器、催化重整器、内燃机、燃料电池、蓄电池组、电动机、齿轮箱、动力输出轴和预混合器，在内燃机的进气道内设有进气道喷射器，在内燃机内设有缸内直喷喷射器；

燃料储存罐的出料口分别与预混合器的燃料进口、等离子体重整器的燃料进口及催化重整器的燃料进口连通，预混合器的混合气出口与进气道喷射器和缸内直喷喷射器连通，等离子体重整器的重整气出口与燃料电池的进气口连通，催化重整器的重整气出口与燃料电池的进气口和预混合器的重整气入口连通，催化重整器的余热废气入口与内燃机尾气出口和燃料电池废气出口连通，燃料电池的电力出口与蓄电池组和电动机电连接，电动机与齿轮箱连接，齿轮箱与内燃机连接，齿轮箱的输出端连接动力输出轴；

所述预混合器和燃料电池都设有空气入口，所述蓄电池组与电动机和ECU控制器电连接，所述ECU控制器与催化重整器和等离子体重整器电连接。

更进一步的，所述混合动力系统还包括涡轮增压器，涡轮增压器设有空气入口、压缩空气出口、尾气入口和尾气出口，涡轮增压器的压缩空气出口分别与预混合器的空气入口及燃料电池的空气入口连通，涡轮增压器的尾气入口与内燃机的尾气出口连通，涡轮增压器的尾气出口与催化重整器的余热废气入口连通。

更进一步的，燃料电池的电力出口与逆变器电连接，逆变器与蓄电池组电连接，燃料电池的冷却水通路和预混合器的预热水通路相连，燃料电池的冷却水通过冷却水管道进入预混合器的预热水通路，冷却后再次作为冷却水通入燃料电池中的冷却通路形成循环水。