一种叉车用氢燃料电池动力系统

摘要

本发明公开了一种叉车用氢燃料电池动力系统，包括：系统框架、电堆、锂电池系统和储氢系统，系统框架内部水平设置隔板且通过隔板分隔为上、下两层空间，锂电池系统和储氢系统均安装在下层空间内。本发明通过储氢瓶来存储氢气并由瓶阀组件来控制输入输出，瓶阀组件将氢气输送至燃料电池电堆中进行反应，并在产生电能后经降压DCDC调节至车辆需求的电压平台，电堆产生的电能既可以直接输出给整车电机，又可以输出至锂电池包内存储电能，再由锂电池包对电动叉车电机进行供电。叉车电源系统可为整车提供5kW持续输出功率以及35kW峰值输出功率，满足绝大多数1～2.5吨平衡重式叉车使用需求。在叉车工作工程中，不会随着储能量的减少而影响整车性能。

说明书

技术领域

本发明涉及仓储物流技术领域，更具体为一种叉车用氢燃料电池动力系统。

背景技术

叉车在企业的物流系统中扮演着极为重要的角色，是进行货物装卸、搬运作业过程中必不可少的设备。早期叉车动力来源普遍使用的是内燃机(柴油机)。但随着全球变暖和环境污染问题的加剧，减排与环保正在成为叉车电源技术发展的重要方向。凭借电动叉车比内燃叉车更清洁、更环保的优势，且电池技术的不断提升和突破，电池造价和用电成本的逐渐下降，电动叉车在国际上逐渐取代了内燃叉车的位置，目前在叉车行业占据主导地位。主流的电动叉车采用的是铅酸电池或者锂电池作为储能单元。根据叉车的实际空间尺寸及续航要求，匹配设计一定容量的蓄电池包，为叉车提供动力来源。当叉车蓄电池电量较低时，需要车辆进行静置充电，或者整体换电。

目前，现有的叉车电池存在如下问题：(1)纯电动叉车的功率输出不恒定。在叉车使用过程中，随着蓄电池储能量的逐步降低，其工作性能也将逐渐变差，进而影响叉车的搬运能力；(2)纯电动叉车的充能时间长，工作效率低。纯电叉车在蓄电池电量消耗完以后需要进行静置充电，充电时间长(高于1小时)。即使采用快充技术或者整体换电方案，也将耗时20～30分钟，浪费大量时间，工作效率低。为此，需要设计一个新的方案给予改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叉车用氢燃料电池动力系统，解决了背景技术中所提出的问题，满足实际使用需求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种叉车用氢燃料电池动力系统，包括：系统框架、电堆、锂电池系统和储氢系统，所述系统框架内部水平设置隔板且通过隔板分隔为上、下两层空间，所述锂电池系统和储氢系统均安装在下层空间内，所述电堆安装在上层空间内，且上层空间内部还安装有降压DCDC，所述下层空间为半封闭状态，其两侧为开口状与内部连通、另两侧为封闭状；

所述系统框架的顶部安装有系统上盖板，系统框架的左右两侧分别安装有系统左盖板和系统右盖板，所述系统上盖板、系统左盖板和系统右盖板的表面均开设有通孔，且系统上盖板表面开设通孔为进风孔，系统左盖板和系统右盖板表面上半部分开设的通孔为出风孔。

作为本发明的一种优选实施方式，所述储氢系统包括储氢瓶、手动排空阀、瓶阀组件、氢量显示面板和加氢面板，所述氢量显示面板和加氢面板的表面均延伸至系统框架的侧面，且加氢面板和氢量显示面板均与瓶阀组件连接，所述系统框架的侧壁上还安装有手动排空阀，所述手动排空阀的末端与瓶阀组件的排空口连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述储氢瓶水平放置于下层空间内且底部通过固定架与系统框架内底部固定连接，储氢瓶的瓶口与瓶阀组件连接，所述瓶阀组件的压力传感端延伸至储氢瓶内部，所述瓶阀组件还采用导管与电堆连接。

作为本发明的一种优选实施方式，所述储氢瓶容积为28L，储氢压力为35MPa，储氢量为0.66kg。

作为本发明的一种优选实施方式，所述锂电池系统包括锂电池包，所述锂电池包采用螺栓与系统框架固定连接，且锂电池包的容量为7.5kW·h，放电倍率4C，峰值输出功率30kW。

作为本发明的一种优选实施方式，所述降压DCDC采用导线分别连接电堆和锂电池包，降压DCDC功率6.5kW，额定输出电压50V。

作为本发明的一种优选实施方式，所述系统上盖板为内部中空结构且一端设置开口，所述中空结构内镶嵌连接有过滤板。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明，采用氢燃料电池作为动力源。解决当前内燃机叉车污染大、噪声高，以及纯电动叉车续航差、充能时间长、输出功率不恒定等问题。通过储氢瓶来存储氢气并由瓶阀组件来控制输入输出，瓶阀组件将氢气输送至燃料电池电堆中进行反应，并在产生电能后经降压DCDC调节至车辆需求的电压平台，电堆产生的电能既可以直接输出给整车电机，又可以输出至锂电池包内存储电能，再由锂电池包对电动叉车电机进行供电。叉车电源系统可为整车提供5kW持续输出功率以及35kW峰值输出功率，满足绝大多数1～2.5吨平衡重式叉车使用需求。在叉车工作工程中，输出功率恒定，不会随着储能量的减少而影响整车性能。同时单次充能(加满氢气)时间小于2分钟，大幅提升了叉车的工作效率。

附图说明

图1为本发明所述叉车用氢燃料电池动力系统的外部结构图；

图2为本发明所述叉车用氢燃料电池动力系统的内部正视图；

图3为本发明所述叉车用氢燃料电池动力系统的内部后视图。

图中:1、系统框架；2、储氢瓶；3、锂电池包；4、电堆；5、降压DCDC；6、氢量显示面板；7、加氢面板；8、手动排空阀；9、瓶阀组件；10、系统上盖板；11、系统右盖板；12、系统左盖板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种叉车用氢燃料电池动力系统，包括：系统框架1、电堆4、锂电池系统和储氢系统，系统框架1内部水平设置隔板且通过隔板分隔为上、下两层空间，采用上下两层布置方案，将所有零部件集成于系统内部，降低电池动力系统的体积，锂电池系统和储氢系统均安装在下层空间内，电堆4安装在上层空间内，且上层空间内部还安装有降压DCDC5，下层空间为半封闭状态，其两侧为开口状与内部连通、另两侧为封闭状，下层布置锂电系统及储氢系统，采用半封闭设计，预留加氢口及氢量显示面板6。上层布置燃料电池堆、降压DCDC5，四周及顶面采用开放式结构，保证燃料电池堆及降压DCDC5的良好通风散热环境，将燃料电池电堆4、降压DCDC5和储氢系统、锂电池系统分开安装，减少燃料电池电堆4在反应过程中对储氢系统和锂电池系统造成的影响，同时方便对其进行检修，燃料电池电堆4采用空冷石墨板方案，系统输出功率5kW，系统布置集成方案紧凑灵活，通过布置调整可适配不同车型。同时可根据车辆实际空间拓展储氢瓶2数量，以满足不同的续航能力需求；系统框架1的顶部安装有系统上盖板10，系统框架1的左右两侧分别安装有系统左盖板12和系统右盖板11，系统上盖板10、系统左盖板12和系统右盖板11的表面均开设有通孔，且系统上盖板10表面开设通孔为进风孔，系统左盖板12和系统右盖板11表面上半部分开设的通孔为出风孔。顶部盖板预留进风口，盖板内部夹杂过滤棉结构，给电堆4进气进行过滤。四周盖板预留排风口，采用百叶窗式结构，将电堆4及DCDC产生热量排向系统外部，同时防雨防尘。顶进侧出的通风设计，保证了系统内部良好的工作环境温度。

根据叉车运行过程中的平均功率需求及峰值功率需求，匹配合适的氢燃料电池系统及辅助锂电池系统。同时根据叉车内部的电源空间尺寸以及叉车续航要求，匹配合适容量的储氢瓶2。并将动力系统所有相关零部件进行布置集成及安装框架设计开发。最终将整个电源系统安装到叉车内部，通过CAN通讯与整车实现信息交互。

叉车电源系统为模块化设计，自带加氢口、自带氢量显示面板6、自带数据监控程序及远程通讯、故障报警功能。叉车电源系统根据不同的叉车做适配开发，无需叉车做硬件上的改动即可实现其应用。

进一步改进地，如图2-3所示：储氢系统包括储氢瓶2、手动排空阀8、瓶阀组件9、氢量显示面板6和加氢面板7，氢量显示面板6和加氢面板7的表面均延伸至系统框架1的侧面，且加氢面板7和氢量显示面板6均与瓶阀组件9连接，系统框架1的侧壁上还安装有手动排空阀8，手动排空阀8的末端与瓶阀组件9的排空口连接。储氢瓶2水平放置于下层空间内且底部通过固定架与系统框架1内底部固定连接，储氢瓶2的瓶口与瓶阀组件9连接，瓶阀组件9的压力传感端延伸至储氢瓶2内部，瓶阀组件9还采用导管与电堆4连接。储氢瓶2容积为28L，储氢压力为35MPa，储氢量为0.66kg，通过查看氢量显示面板6可以知晓储氢瓶2内部的余量，通过将加氢面板7与加氢设备连接来对储氢瓶2进行加氢，单次充能(加满氢气)时间小于3分钟，大幅提升了叉车的工作效率。

进一步改进地，如图3所示：锂电池系统包括锂电池包3，锂电池包3采用螺栓与系统框架1固定连接，且锂电池包3的容量为7.5kW·h，放电倍率4C，峰值输出功率30kW，锂电池包3用于储电供电。

进一步改进地，如图2所示：降压DCDC5采用导线分别连接电堆4和锂电池包3，降压DCDC5功率6.5kW，额定输出电压50V。

具体地，系统上盖板10为内部中空结构且一端设置开口，中空结构内镶嵌连接有过滤板，过滤板对进气进行过滤，过滤板可以从开口处抽出，便于对其表面进行清理或者更换。

本发明在使用时，采用氢燃料电池作为动力源。解决当前内燃机叉车污染大、噪声高，以及纯电动叉车续航差、充能时间长、输出功率不恒定等问题。通过储氢瓶2来存储氢气并由瓶阀组件9来控制输入输出，瓶阀组件9将氢气输送至燃料电池电堆4中进行反应，并在产生电能后经降压DCDC5输至锂电池包3内存储，再有锂电池包3来对电动叉车进行供电。叉车电源系统可为整车提供5kW持续输出功率以及35kW峰值输出功率，满足绝大多数1～2.5吨平衡重式叉车使用需求。在叉车工作工程中，输出功率恒定，不会随着储能量的减少而影响整车性能。同时单次充能(加满氢气)时间小于3分钟，大幅提升了叉车的工作效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。