可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統的制作方法

本發明屬于動力機械技術領域，涉及一種汽車動力系統，具體涉及可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統。

背景技術：

進入二十一世紀，汽車發動機工業得到了迅速地發展，然而目前汽油機和柴油機依然是車用發動機的主要機種。汽油和柴油都是不可再生資源，為了減緩石油資源的匱乏所帶來的一系列負面影響以及減少大氣污染和汽車發動機尾氣排放，需要尋找發動機的代用燃料，而氫能源是目前最理想的清潔燃料。氫能源是眾多替代能源中的一種可再生資源，熱值高，并且燃燒后大部分生成物是水蒸氣，是一種理想的綠色燃料。作為代用燃料的氫能源可以解決二大難題：一是石油燃料儲量有限，二是使用石油燃料帶來的環境污染。

環境污染和能源短缺已經成為當今社會的兩大突出問題，為尋求人類社會與汽車產業的可持續發展，氫燃料汽車是公認的可同時解決能源和環境問題的綠色環保車，是今后汽車發展的主要方向之一。然而受儲氫裝置技術、成本、壽命和可靠性諸多因素的制約，使得氫燃料汽車很難真正市場化運行，針對汽車的起動需要輸出較大的功率、瞬態響應特性、氫燃料系統的成本等問題，世界各國汽車制造商開始把注意力轉到混合動力汽車，以提高汽車的經濟性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統，充分回收尾氣熱量，將其轉化成壓力能后做功，減少污染,凈化環境空氣，提高發動機的熱效率。

可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統，包括車體、控制系統、傳動系統、氫燃料發動機、混合動力變速器、1號逆變器、1號電動-發電機、EGR系統和蓄電池。氫燃料發動機通過動力輸出軸與混合動力變速器連接，混合動力變速器通過傳動軸與傳動系統連接，蓄電池與電力總線和1號逆變器電路連接，1號逆變器與1號電動-發電機電路連接， 1號電動-發電機通過1號電機離合器與混合動力變速器連接。控制系統包括中央控制器、電力總線和人工-自動駕駛系統，中央控制器與電力總線、蓄電池和1號逆變器通信連接，與人工-自動駕駛系統控制連接。汽車混合動力系統設有金屬氫化物儲罐、高壓穩壓罐、透平機、高壓氫氣緩沖罐、冷量利用器、催化器、尾氣換熱器、余氫吸收單元、尾氣零級凈化器和氫氣緩沖罐。透平機與透平離合器連接，透平離合器與混合動力變速器連接，或通過可分離式裝置與1號電機離合器并聯后與混合動力變速器連接。透平離合器與混合動力變速器連接或通過1號電機離合器與混合動力變速器連接。金屬氫化物儲罐設有出氣口、進氣口和加氫口，出氣口通過高壓穩壓罐連接到透平機入口，透平機出口分為兩路，一路連接到冷量利用器，冷量利用器出口通過氫氣緩沖罐連接到氫燃料發動機入口，另一路通過高壓氫氣緩沖罐連接到氫燃料發動機入口。冷量利用器出口通過氫氣緩沖罐連接到氫燃料發動機入口，氫燃料發動機出口通過催化器連接到尾氣換熱器，尾氣換熱器連接到尾氣零級凈化器或通過余氫吸收單元連接到尾氣零級凈化器，尾氣零級凈化器連接到排放口。

汽車混合動力系統設有氫氣泵和溴化鋰制冷裝置，氫燃料發動機設有冷卻水箱，金屬氫化物儲罐外部包覆儲罐夾層，儲罐夾層設有出口和入口。儲罐夾層出口通過溴化鋰制冷裝置連接到氫氣緩沖罐，氫氣緩沖罐通過氫氣泵連接到冷卻水箱。冷卻水箱出口通過尾氣換熱器、閥門連接到金屬氫化物儲罐的進氣口或儲罐夾層的入口。

汽車混合動力系統設有2號逆變器、2號電機離合器和2號電動-發電機，透平機通過透平離合器與2號電動-發電機軸連接， 2號電動-發電機通過2號電機離合器與混合動力變速器連接。2號電動-發電機與2號逆變器電路連接。2號逆變器與蓄電池電路連接，與中央控制器通信連接。

蓄電池有蓄電池護罩，汽車混合動力系統設有蓄電池保溫泵。金屬氫化物儲罐的出氣口通過3號閥門連接到蓄電池保溫泵入口，氫氣緩沖罐出口的一路通過4號閥門連接到蓄電池保溫泵入口，蓄電池保溫泵連接到蓄電池護罩。蓄電池護罩出口連接到氫氣緩沖罐的入口。蓄電池護罩內通有氫氣保溫，所述保溫氫氣所連接的設備、管路有高密封性防止氫氣泄露。蓄電池保溫加熱時，也可以是電加熱或空氣直接加熱，空氣直接加熱的熱量來源于與上述氫氣間接換熱的熱量。

1號逆變器、1號電動-發電機、1號電機離合器、2號逆變器、2號電機離合器、2號電動-發電機、中央控制系統、混合動力變速器、剎車系統、傳動系統、EGR系統、催化器、蓄電池和機油底殼設有冷卻或啟動保溫系統。蓄電池保溫泵通過進氣管路連接到1號逆變器、1號電動-發電機、1號電機離合器、2號逆變器、2號電機離合器、2號電動-發電機、中央控制器、混合動力變速器、傳動系統、剎車系統、EGR系統、催化器、蓄電池和機油底殼。 1號逆變器、1號電動-發電機、1號電機離合器、2號逆變器、2號電機離合器、2號電動-發電機、中央控制系統、混合動力變速器、傳動系統、剎車系統、EGR系統、催化器、蓄電池和機油底殼通過出氣管路連接到氫氣緩沖罐的入口。1號逆變器、剎車系統、1號電動-發電機、1號電機離合器、2號電機離合器、2號逆變器、2號電動-發電機和中央控制系統為只需要冷卻的設備。冷卻為氫氣冷卻或其它傳熱介質冷卻。EGR系統、催化器只需要啟動保溫的設備，保溫溫度控制在合適的范圍。混合動力變速器、傳動系統、蓄電池和機油底殼是既需要冷卻也需要啟動保溫的設備。保溫設備在汽車啟動時需要預熱，加快預熱速度，縮短預熱時間，在汽車運行時需要冷卻和回收熱量，保證設備在最佳溫度下工作、防止超溫。冷卻和保溫換熱的方式為直接或間接換熱。當氫氣緩沖罐冷量不足時用溴化鋰制冷裝置或冷量利用器的冷量補充冷卻。

可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統設有氫泄露保護單元，汽車混合動力系統的氫氣管路設有氫泄露保護套，中央控制器、1號逆變器、1號電動-發電機、1號電機離合器、透平機、透平離合器、氫氣緩沖罐、2號逆變器、2號電機離合器、2號電動-發電機、尾氣換熱器、驅動橋、混合動力變速器、蓄電池及其護罩和金屬氫化物儲罐的儲罐夾層外部包覆氫泄露保護罩，允許距離相近的設備共用一個氫泄露保護罩。整個燃料運行系統的所有和氫氣有關的管路接頭和各種連接部位及和氫有關的設備全部處于此系統的監控和密封保護中，管路連接密封膠套采用金屬硬密封或其他的密封形式。氫泄漏保護單元保證氫儲存單元以及整個氫氣運行系統安全無泄漏。氫泄露保護單元的保護介質為氮氣、二氧化碳、氫燃料發動機尾氣（脫氧、水后）、氬氣或其它惰性氣體的一種或多種混合物，氫泄露保護單元設有防爆預警及應對機制，保障駕駛員和同乘人員的安全。防爆預警及應對機制分為四級，第一級是當氫泄露保護單元保護介質中的氫氣濃度達到0.35%時，探測器發出聲光報警，同時傳輸電信號用微量氫氣回收泵將保護介質送到余氫吸收單元回收其中的微量氫氣或送到氫燃料發動機燃燒；第二級是當氫泄露保護單元保護介質中的氫氣濃度達到2.25%濃度，此值探測器發出聲光報警，同時關閉電磁閥，切斷供氣系統，同時傳輸電信號用微量氫氣回收泵將保護介質送到余氫吸收單元回收其中的微量氫氣；第三級是當車內氫氣濃度達到0.35%時，探測器發出聲光報警，同時傳輸電信號將汽車天窗自動打開排出氫氣，這時供氫系統只是微滲漏，不會造成事故，車輛操作人員應及時至車輛檢修處檢查處理漏點；第四級為2.25%濃度，當車內氫氣濃度到達此值探測器發出聲光報警，同時關閉電磁閥，切斷供氣系統；此時為保證車輛及人身安全，車輛操作人員應立即離開不能再繼續駕駛車輛，并通知專業人員采取措施。根據用氫設備的壓力和密封情況，也可以不加氫泄露保護單元或只加部分保護。以上保護形式也可以用于氫燃料電池汽車，即將整個燃料運行系統的所有和氫氣有關的管路接頭和各種連接部位及和氫氣有關的設備全部處于此系統的監控和密封在保護氣中。所述氫泄露保護單元中的保護氣由微量氫氣回收泵61進行其單元內的循環。傳動系統包括半軸和驅動橋，傳動軸通過驅動橋和半軸連接到車輪。尾氣零級凈化器設有NO氧化器、活性炭吸附器、CO/VOC氧化器和顆粒物離子吸附器， NO氧化器、活性炭吸附器、CO/VOC氧化器和顆粒物離子吸附器依次連接。

汽車內設有冰箱和冷藏柜，溴化鋰制冷裝置設有制冷管路和制熱管路。制冷管路連接到冰箱、冷藏柜和需要冷卻設備，冰箱和冷藏柜的冷卻管出口連接到制冷管路的回路和冷量利用器，冷量利用器出口連接到制冷管路。制冷管路的回路與其它需要冷卻的設備連接。余氫吸收單元包括A吸收器和B吸收器，吸收器（43A）和B吸收器（43B）吸氫放氫交替進行，尾氣換熱器出口通過冷尾氣管路分別連接到A吸收器和B吸收器，連接管路設有閥門， A吸收器和B吸收器分別連接到尾氣零級凈化器，連接管路設有閥門。A吸收器和B吸收器分別設有余氫吸收單元加熱線圈和余氫吸收單元夾套，氫燃料發動機出口通過熱尾氣管路分別連接到A吸收器和B吸收器的余氫吸收單元夾套，余氫吸收單元夾套出口連接到催化器入口，各連接管路設有閥門。A吸收器和B吸收器的回收氫氣出口連接到氫氣緩沖罐。余氫吸收單元通過中央控制器調控合適的尾氣中氫氣吸收和放出的壓力和溫度。為了使尾氣中的氫氣充分被回收，余氫吸收單元可以是一組，也可以是多組串聯或并聯的組合。余氫吸收單元內至少有二個吸收器，也可以有多個吸收器串聯或并聯組合。余氫吸收單元也可以用于以下多個方面：使用全氫或含氫量較高的可燃性氣體作為燃料，以濃燃方式運行的燃氣輪機、活塞式發動機及各種形式的動力設備，回收做功以后尾氣中的氫氣；也可用于使用全氫或含氫量較高的可燃性氣體作為燃料，以濃燃方式運行的燃燒器、加熱燒嘴及各種燃燒裝置，回收尾氣中的氫氣；對于燃料電池汽車也可以加余氫吸收單元，將其尾氣中的少量氫氣回收返回到其車載燃料系統，使其排出的尾氣含氫氣量極少，增加了氣體的安全性，減少了對大氣的污染。

金屬氫化物儲罐為長方形、正方形、圓柱形、橢圓形、半圓形或其它形狀的一種或多種形狀的組合。金屬氫化物儲罐的材質為金屬材料、非金屬材料或二者的復合材料或組合材料。金屬氫化物儲罐也可以為高壓氫氣儲罐、液化氫氣儲罐、有機氫化物儲罐或其它儲罐的一種或多種組合儲罐。金屬氫化物儲罐可以采用電加熱和氫氣加熱兩種方式，電加熱和氫氣加熱采用局部加熱或整體加熱，金屬氫化物儲罐裝載至少一種金屬氫化物，金屬氫化物或金屬氫化物混合物在被加熱后釋放出0.1～70MPa的高壓氫氣，加熱方式可以被空氣泵加熱或其它加熱方式代替。金屬氫化物是可以將熱能轉化為壓力能的一種載體，利用金屬氫化物這種特性，高效回收汽車氫燃料發動機的大量余熱產生高壓氫氣，通過透平機做功為汽車提供動力。金屬氫化物儲罐夾套有外保溫層，在停車時由于金屬氫化物儲罐內部有大量的氫氣和高溫，隨著溫度下降氫氣被金屬氫化物吸收放出熱量可以保溫較長時間，在保溫期內啟動汽車可用此熱量加熱相關部件使汽車熱啟動。放出的熱量也可以用于車廂內的采暖和蓄電池的保溫。金屬氫化物儲罐中氫氣不足需要添加氫氣時有三種方法，第一種方法是在金屬氫化物儲罐中直接通入高壓氫氣，讓金屬氫化物再次吸收氫氣達到飽和。第二種方法是整體更換新的金屬氫化物儲罐。第三種方法是更換金屬氫化物儲罐中的金屬氫化物。所述更換金屬氫化物首先是加氫站的布點，汽車金屬氫化物的加裝是在一個車載或者固定加氫平臺上進行，車載或固定加氫平臺布置在現有加油站內或獨立布點，根據實際需求情況增加加氫站密度。車載加氫平臺載有車載金屬氫化物大儲罐（大儲罐內分隔成多個小儲罐）、加氫更換裝置、計量裝置、與汽車ECU連接的通訊裝置等。給氫燃料汽車加氫時，由于汽車金屬氫化物儲罐處于使用中的高溫、高壓狀態，打開汽車金屬氫化物儲罐快開加氫口，與加氫更換裝置密封連接后，采用氣流輸送或機械輸送的方式將需要更換的汽車金屬氫化物抽出或取出，在加氫更換裝置內將其冷卻使氫氣再次吸收回汽車金屬氫化物內并將熱量蓄積，計量后加到車載大儲罐分隔成的小儲罐內，通過快速切換將車載大儲罐分隔成小儲罐內的車載飽和金屬氫化物，采用氣流輸送或機械輸送到加氫更換裝置內，經計量后將抽出汽車金屬氫化物時蓄積的熱量傳遞給飽和金屬氫化物提高其溫度以減少在汽車金屬氫化物儲罐內放氫啟動時間，快速關閉加氫口。將每次汽車氫氣的使用量、余量和更換新金屬氫化物量的信息，通過通訊裝置輸入汽車的ECU和車載平臺控制中心，便于計費。更換金屬氫化物的時間是根據汽車內顯示儀表提醒，金屬氫化物儲罐10內金屬氫化物的飽和程度及剩余氫氣量，由駕駛員決定是否加氫。更換金屬氫化物的量是根據駕駛員的要求決定，可以全部更換也可以部分更換。計費的標準是依據每次取出已使用過的汽車金屬氫化物質量與上次加入金屬氫化物質量的差值，即所消耗的氫氣質量每次加入新金屬氫化物量與取出原金屬氫化物量的差值，按氫氣計費，便于買賣雙方計算核實。當車載加氫平臺的金屬氫化物更換完畢后，開到金屬氫化物裝載中心進行全車更換。金屬氫化物裝載中心是分布式能源布點區域的金屬氫化物生產工廠和批發站，負責收集更換金屬氫化物，并將舊的金屬氫化物篩分處理，篩上符合要求粒度的原料載體金屬直接送加氫車間再次加氫繼續使用，篩下已粉化的原料載體金屬，送再生車間加工處理重新造粒。車載加氫平臺是拖車模式，根據加氫站的消耗量，使用量大的車載加氫平臺可以使用單獨車頭，使用量小的車載加氫平臺可以幾個站共用一個車頭。金屬氫化物儲罐添加氫氣的三種方法，也適合于燃料電池汽車和其它攜帶金屬氫化物的氫氣燃料動力設備；燃料電池汽車金屬氫化物儲罐有三種加熱方式：直接氫氣加熱、間接氣體加熱或電加熱，也可以是其中二種或三種加熱組合方式。請燃料發動機冷卻水箱的冷卻介質為水或車載氫氣，當用水冷卻時，氫氣泵加壓氫氣，進入氫燃料發動機冷卻水箱與水間接換熱，再與發動機尾氣換熱后,用于金屬氫化物儲罐加熱。當用氫氣直接冷卻氫燃料發動機時，可以由氫氣泵加壓氫氣，直接進入氫燃料發動機冷卻系統管路冷卻氫燃料發動機，并將熱量帶出回收，再與發動機尾氣換熱后,用于金屬氫化物儲罐的加熱。冷卻介質熱傳遞方式為熱傳導、對流或輻射，或上述熱傳遞形式的兩種或三種組合。尾氣換熱器熱傳遞方式為熱傳導、對流或輻射，或上述熱傳遞形式的兩種或三種組合。蓄電池保溫系統能夠使蓄電池在啟動、運行、冬季和夏季，都保持在合理的使用溫度下工作。啟動、待機狀態升溫采用金屬氫化物吸收氫氣放出的熱量加熱，電池充放電過程采用氫氣緩沖罐中的氫氣冷卻，當氫氣緩沖罐冷量不足時用溴化鋰制冷裝置或冷量利用器的冷量補充冷卻。氫燃料發動機尾氣經過催化器和尾氣零級凈化器處理凈化后，尾氣中有害物質含量降低到氮氧化物≤5μg/Nm³、顆粒物PM2.5 ≤10μg/Nm³。催化器、尾氣零級凈化器為二段凈化裝置，催化器類似于汽車的三元催化裝置將氮氧化物經過氫氣還原初段處理，催化器加氫由中央電控系統ECU自動控制，當氫燃料發動機采用稀燃時（燃空比小于1）尾氣中氫氣含量很少，中央電控系統ECU自動控制打開閥門向催化器加入適量氫氣，使氮氧化物還原成為氮氣和水。當氫燃料發動機采用濃燃時（燃空比大于1）尾氣中含有過量的氫氣可以用于氮氧化物的還原，中央電控系統ECU自動控制打開余氫吸收閥門，關閉閥門44，使尾氣進入余氫吸收單元將過量的氫氣吸附回收，當吸附飽和時調節余氫吸收單元尾氣冷卻管路的出口、進口閥門的開度，使高溫尾氣進入余氫吸收單元間接加熱吸附劑，吸附劑在高溫下脫氫將氫氣回收到氫氣緩沖罐。尾氣零級凈化器由四個模塊組成，模塊1是將初段處理后的微量的一氧化氮催化氧化成二氧化氮，模塊2是活性炭吸附二氧化氮，模塊3是微量的一氧化碳和有機物VOC催化氧化成二氧化碳和水，模塊4是顆粒物離子吸附器。催化器、尾氣零級凈化器不僅對氫燃料發動機產生的氮氧化物和顆粒物起到凈化作用，同時對吸入的空氣也起到凈化作用。優良級的空氣指標為氮氧化物約30μg/Nm³、顆粒物PM2.5≤50μg/Nm³，尾氣排放指標為氮氧化物≤5μg/Nm³、顆粒物PM2.5 ≤10μg/Nm³，本發明的一大特點是，不僅沒有尾氣排放污染，還對吸入的環境空氣起到凈化作用，不論汽車運行還是怠速都是一臺空氣凈化器，走到哪里就把環境空氣凈化到哪里，吸入有污染、有霧霾的空氣排出潔凈的尾氣，以彌補汽車給社會帶來的不便。汽車給社會帶來的不便，包括：占用馬路使行人行走不便、造成交通事故、制造噪音、電磁污染、車輪揚塵、車流量大人員混雜。氫燃料發動機運行時由水箱的水循環冷卻，水箱的熱量由氫氣間接冷卻帶走，保證氫燃料發動機冷卻效果的同時回收余熱。氫燃料發動機排出的高溫尾氣，經過氫燃料發動機尾氣換熱器回收其高溫余熱，加熱氫氣到≥100℃作為金屬氫化物儲罐的熱源。溴化鋰制冷裝置與儲罐夾套連接，利用儲罐夾套出口高溫氫氣熱能制冷，用于車載冰箱和夏季駕駛室空調，也可以制熱、冬季用于汽車駕駛室采暖，溴化鋰制冷裝置也可以采用其它制冷制熱方式，溴化鋰制冷裝置的制冷劑也可以用其它的制冷介質代替。透平機出口氫氣做功后壓力大幅下降溫度降低，該冷量通過冷量利用器回收，用于車載冰箱和夏季駕駛室空調。充分利用系統余熱，節約發動機氫氣燃料消耗，提高汽車運行的經濟性。

當汽車低速或怠速運行時，氫燃料發動機運轉帶動混合動力變速器驅動汽車運行，混合動力變速器同時帶動1號電動-發電機和2號電動-發電機運轉為蓄電池充電。當汽車中速運行時，氫燃料發動機帶動混合動力變速器驅動汽車運行，此時1號電動-發電機停止運轉，2號電動-發電機為蓄電池充電。當汽車高速運行、爬坡或加速時，氫燃料發動機、1號電動-發電機、2號電動-發電機同時運轉帶動混合動力變速器驅動汽車運行，給汽車提供強勁的動力。汽車啟動時1號電動-發電機和2號電動-發電機同時運轉實現雙助力。高速運行、爬坡或加速時，1號電動-發電機、2號電動-發電機和氫燃料發動機同時發力實現動力三驅。當在冬季長期停車汽車啟動時，不用蓄電池帶動1號電動-發電機和2號電動-發電機提供動力，而是使用高壓穩壓罐中的氫氣帶動透平驅動汽車，待蓄電池保溫系統把蓄電池加熱到35～45℃后，再切換到1號電動-發電機或2號電動-發電機。人工-自動駕駛系統有人工駕駛和自動駕駛兩種模式，根據駕駛的需要可以切換。催化器、尾氣換熱器和尾氣零級凈化器依次連接，催化器也可以放在尾氣換熱器的后面，尾氣零級凈化器總在催化器的后面。透平機有兩種工作模式，一種工作模式是利用高壓氫氣推動透平機運轉，控制出口氫氣壓力到0.1～0.5MPa，進入氫氣緩沖罐。另一種工作模式是利用高壓氫氣推動透平機運轉，控制出口氫氣壓力到5～30MPa，進入高壓氫氣緩沖罐。氫燃料發動機可以采用氫氣緩沖罐的低壓氫氣吸入式混合燃燒，也可以采用高壓氫氣緩沖罐高壓氫氣缸內直噴燃燒。

本發明通過氫燃料發動機與氫氣透平機和廢氣余熱回收及凈化系統相結合構成的可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統，充分利用高壓氫氣的壓力能和化學能，實現了壓力能和化學能的雙利用。回收過程的各種熱能，達到了最大的熱量利用，提高了動力系統的工作效率，有利于增大氫燃料發動機動力。氫能源汽車混合動力系統實現了能源和環境問題的綠色環保車的概念，既滿足了人們綠色出行的需要又凈化了環境空氣，通過廢氣余熱回收及凈化系統回收尾氣熱量，將其轉化成壓力能后做功，減少大氣污染，有利于保護自然環境。通過尾氣零級凈化器排放的尾氣達到：氮氧化物≤5μg/Nm³、顆粒物PM2.5 ≤10μg/Nm³。不僅對氫燃料發動機產生的氮氧化物和顆粒物起到凈化作用，同時對吸入的空氣也起到凈化作用。溴化鋰制冷裝置與儲罐夾套連接，利用儲罐夾套出口高溫氫氣熱量制冷，用于車載冰箱和夏季駕駛室空調，也可以制熱、冬季用于汽車駕駛室采暖，溴化鋰制冷裝置也可以采用其它制冷制熱方式。溴化鋰制冷裝置的制冷劑也可以用其它的制冷介質代替。透平機出口氫氣做功后壓力大幅下降溫度降低，該冷量通過冷量利用器回收，用于車載冰箱和夏季駕駛室空調。充分利用系統余熱，節約發動機氫氣燃料消耗，提高汽車運行的經濟性。

冬夏天短期停車，用蓄電池帶動1號電動-發電機6或2號電動-發電機29啟動汽車，此時打開1號閥門13、關閉單向閥40啟動氫氣泵，氫氣緩沖罐中的氫氣通過氫氣泵加壓后經過發動機冷卻水箱，進入金屬氫化物儲罐中,氫氣壓力升高，金屬氫化物再次吸收氫氣形成新的金屬氫化物并放出熱量，該熱量用于加熱發動機冷卻水箱、發動機的潤滑系統、催化器及發動機機體，分別到合適溫度可隨時啟動發動機，也可以用電加熱金屬氫化物儲罐。冬季長期停車由于汽車各部件包括蓄電池完全冷卻達到了環境溫度，此時啟動可以使用高壓穩壓罐中的氫氣帶動透平驅動汽車，也可以直接啟動氫燃料發動機驅動汽車。長期停車當冬季長期停車當蓄電池沒電時或溫度過低不宜使用時，通過車內儀表上手動按鈕開啟高壓氫氣儲罐旁路出口閥門，利用高壓氫氣儲罐中的高壓氫氣推動透平機工作，透平機通過混合動力變速器啟動汽車，同時透平機帶動2號電動-發電機發電，2號電動-發電機發的電通過2號逆變器直接驅動氫氣泵，使啟動保溫系統工作保證發動機處于合適溫度的待機狀態可以隨時啟動發動機。啟動保溫系統為汽車的混合動力變速器、傳動系統、EGR系統、催化器、蓄電池和機油底殼加熱后啟動氫燃料發動機驅動汽車，啟動氫燃料發動機驅動汽車。加熱需要的熱量來自于電加熱、也可以來自于金屬氫化物儲罐金屬氫化物吸氫時的放熱和其電加熱。人工-自動駕駛系統有人工駕駛和自動駕駛兩種模式，根據駕駛的需要可以切換。氫燃料發動機可以采用吸入式氫氣混合燃燒，也可以采用氫氣缸內直噴燃燒。

本發明提高了汽車的整體效率，增加了汽車的功能，改善了行駛和停車時車箱內的舒適度，動力性能得到很好提高。加氫方便、安全，氫氣不僅是發動機燃料，也可以回收冷、熱能量并進行能量傳遞，同時是尾氣中氮氧化物的還原劑。凈化了行駛道路的周圍空氣環境。本發明氫燃料發動機根據路況需要可以采用濃燃模式，克服了傳統汽車濃燃時造成燃料浪費和環境污染問題，回收尾氣中的過量氫氣。充分體現濃燃的優點：馬力強勁、不易回火、不易爆燃、降低氮氧化物的生成和排放。

附圖說明

圖1為本發明可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統的結構示意圖；

圖2為本發明另一實施方案的結構示意圖；

圖3為蓄電池預熱及冷卻系統流程示意圖；

圖4為電氣設備預熱及冷卻系統流程示意圖；

圖5為設備預熱過程示意圖；

圖6為汽車氫泄露保護系統示意圖；

圖7為尾氣零級凈化器組成示意圖；

圖8為汽車制冷系統流程示意圖；

圖9為余氫吸收單元結構示意圖。

其中：1—車體、2—電力總線、3—蓄電池、4—中央控制器、5—1號逆變器、6—1號電動-發電機、7—人工-自動駕駛系統、8—1號電機離合器、9—傳動軸、10—金屬氫化物儲罐、11—儲罐夾層、12—傳動系統、13—1號閥門、14—催化器、15—尾氣零級凈化器、16—尾氣換熱器、17—2號閥門、18—透平機、19—透平離合器、20—混合動力變速器、21—氫氣緩沖罐、22—動力輸出軸、23—氫氣泵、24—冷卻水箱、25—氫燃料發動機、26—加氫口、27—2號逆變器、28—2號電機離合器、29—2號電動-發電機、30—車輪、31—半軸、32—驅動橋、33—排放口、34—蓄電池保溫泵、35—3號閥門、36—蓄電池護罩、37—4號閥門、38—進氣管路、39—出氣管路、40—單向閥、41—高壓穩壓罐、42—溴化鋰制冷裝置、43—余氫吸收單元、43A—A吸收器、43B—B吸收器、 44—閥門、45—氫泄露保護單元、46—氫管路保護套、47—氫泄露保護罩、48—冷量利用器、49—余氫吸收單元加熱線圈、50—儲罐夾層加熱線圈、51—氫氣管路、52—制冷管路、53—制熱管路、54—熱尾氣管路、55—冷藏柜、56—冰箱、57-剎車系統、58—冷尾氣管路、59—高壓氫氣緩沖罐、60—可分離式裝置、61—微量氫氣回收泵、100—車輛。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明進行詳細說明。本發明保護范圍不限于實施例，本領域技術人員在權利要求限定的范圍內做出任何改動也屬于本發明保護的范圍。

實施例1

本發明可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統如圖1所示，包括車體1、控制系統、傳動系統12、氫燃料發動機25、混合動力變速器20、1號逆變器5、1號電動-發電機6、氫氣泵23、金屬氫化物儲罐10、高壓穩壓罐41、溴化鋰制冷裝置42、透平機18、高壓氫氣緩沖罐59、催化器14、尾氣零級凈化器15、尾氣換熱器16、氫氣緩沖罐21、EGR系統和蓄電池3。控制系統包括中央控制器4、電力總線2和人工-自動駕駛系統7，中央控制器4與電力總線、蓄電池和1號逆變器5通信連接，與人工-自動駕駛系統控制連接。傳動系統包括半軸31和驅動橋32。氫燃料發動機通過動力輸出軸22與混合動力變速器連接，混合動力變速器通過傳動軸9與驅動橋連接，驅動橋通過半軸連接到車輪30。蓄電池3與電力總線和1號逆變器電路連接，1號逆變器與1號電動-發電機電路連接，1號電動-發電機通過1號電機離合器8與混合動力變速器連接，透平離合器與混合動力變速器連接，或通過可分離式裝置60與1號電機離合器8并聯后與混合動力變速器連接。金屬氫化物儲罐外部包覆儲罐夾層11，儲罐夾層設有出口和入口，儲罐夾層中設有儲罐夾層加熱線圈50。金屬氫化物儲罐設有出氣口、進氣口和加氫口26，出氣口通過單向閥40連接到高壓穩壓罐41，高壓穩壓罐出口通過2號閥門17連接到透平機入口，透平機出口分為兩路，一路連接到冷量利用器48，冷量利用器出口通過氫氣緩沖罐連接到氫燃料發動機入口，另一路通過高壓氫氣緩沖罐連接到氫燃料發動機入口，氫燃料發動機出口通過催化器連接到尾氣換熱器。尾氣換熱器出口分為兩路，一路連接到尾氣零級凈化器，另一路通過余氫吸收單元連接到尾氣零級凈化器，尾氣零級凈化器連接到排放口33，兩路分別設有閥門。余氫吸收單元設有余氫吸收單元加熱線圈49。氫燃料發動機設有冷卻水箱24。儲罐夾層出口通過溴化鋰制冷裝置連接到氫氣緩沖罐21，氫氣緩沖罐出口通過氫氣泵連接到冷卻水箱，冷卻水箱出口通過尾氣換熱器連接到儲罐夾層的入口和金屬氫化物儲罐的進氣口，兩路分別設有閥門。

本發明可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統的運行方式為，氫氣緩沖罐21中的氫氣進入氫燃料發動機25進氣道，啟動氫燃料發動機25與空氣混合燃燒做功帶動汽車運行，氫燃料發動機尾氣依次進入催化器14、尾氣換熱器16和尾氣零級凈化器15，降溫凈化后的尾氣達標排放。啟動氫氣泵23，將來自于氫氣緩沖罐21的氫氣加壓，使常溫氫氣進入發動機冷卻水箱24，與氫燃料發動機冷卻水箱24間接換熱升溫到90℃±5℃，進入尾氣換熱器16與氫燃料發動機尾氣間接換熱，溫度升高到400℃±30℃，進入金屬氫化物的儲罐夾層11，與金屬氫化物進行間接換熱后通過溴化鋰制冷裝置返回到氫氣緩沖罐。金屬氫化物儲罐中的金屬氫化物被間接加熱，釋放出35MPa的高壓氫氣，高壓氫氣進入高壓穩壓罐后，進入透平機驅動透平機運轉，通過透平離合器帶動混合動力變速器運轉為汽車提供動力，在透平機中做功后的低壓低溫氫氣降至0℃左右進入冷量回收器，由冷量回收器回收氫氣冷量后進入氫氣緩沖罐。汽車在剎車或下坡時，通過混合動力變速器帶動1號電動-發電機運轉為蓄電池充電。

汽車氫燃料發動機停止運轉超過一定時間，氫燃料發動機冷卻水箱、潤滑機油及氫燃料發動機機體本身逐漸冷卻、溫度降低，如果氫燃料發動機再次啟動，處于冷啟動狀態的氫燃料發動機，由于潤滑問題會造成機械磨損嚴重，由于燃燒問題會造成氮氧化物的短期超標排放。此時控制系統自動開啟啟動加熱保溫模式：如圖5所示，打開閥門13關閉3號閥門35啟動氫氣泵，氫氣緩沖罐中的氫氣通過氫氣泵加壓后進入金屬氫化物儲罐中，氫氣壓力升高，金屬氫化物再次吸收氫氣形成新的金屬氫化物并放出熱量，該熱量用于加熱氫燃料發動機冷卻水箱、氫燃料發動機的潤滑系統及氫燃料發動機機體，保證氫燃料發動機處于最佳溫度待機狀態。氫氣緩沖罐21的壓力為0.25MPa、體積為18升，氫氣泵23的出口壓力為0.6MPa。

如圖3所示，蓄電池有蓄電池護罩36，汽車混合動力系統設有蓄電池保溫泵34。金屬氫化物儲罐10的出氣口通過3號閥門35連接到蓄電池保溫泵入口，氫氣緩沖罐21出口的一路通過4號閥門37連接到蓄電池保溫泵入口，蓄電池保溫泵連接到蓄電池護罩。蓄電池護罩出口連接到氫氣緩沖罐的入口。蓄電池護罩能夠使蓄電池在冬季、夏季啟動或運行時，都保持在35～45℃的最佳使用溫度下工作。蓄電池加熱采用金屬氫化物吸收氫氣放出的熱量加熱、充放電過程采用氫氣緩沖罐21中的氫氣冷卻，當氫氣緩沖罐21冷量不足時用溴化鋰制冷裝置42或冷量利用器48的冷量補充冷卻。蓄電池護罩內通有氫氣保溫，保溫氫氣所連接的設備、管路有高密封性、防止氫氣泄露。

如圖4所示， 1號逆變器5、1號電動-發電機6、1號電機離合器8、2號逆變器27、2號電機離合器28、2號電動-發電機29、中央控制器4、混合動力變速器20、剎車系統57、傳動系統12、EGR系統、催化器、蓄電池和機油底殼設有冷卻或啟動保溫系統。金屬氫化物儲罐10的出氣口通過3號閥門35連接到蓄電池保溫泵入口，氫氣緩沖罐21出口的一路通過4號閥門37連接到蓄電池保溫泵入口。蓄電池保溫泵通過進氣管路38連接到1號逆變器、1號電動-發電機、1號電機離合器、2號逆變器、2號電機離合器、2號電動-發電機、中央控制系統、混合動力變速器、傳動系統、剎車系統、EGR系統、催化器、蓄電池和機油底殼， 1號逆變器、1號電動-發電機、1號電機離合器、2號逆變器、2號電機離合器、2號電動-發電機、中央控制系統、混合動力變速器、傳動系統、剎車系統、EGR系統、催化器、蓄電池和機油底殼通過出氣管路39連接到氫氣緩沖罐的入口。1號逆變器、剎車系統、1號電動-發電機、1號電機離合器、2號電機離合器、2號逆變器、2號電動-發電機和中央控制系統為只需要冷卻的設備。冷卻為氫氣冷卻或其它傳熱介質冷卻。EGR系統、催化器只需要啟動保溫的設備，所述保溫溫度分別控制在合適溫度。混合動力變速器、傳動系統、蓄電池和機油底殼是既需要冷卻也需要啟動保溫的設備。保溫系統能夠使這些設備在冬、夏季啟動和運行時，都保持在最佳使用溫度下工作。設備啟動加熱采用金屬氫化物吸收氫氣時放出的熱量或電加熱，設備運轉過程采用氫氣緩沖罐中的氫氣冷卻回收熱量。保溫氫氣所連接的設備、管路有高密封性、防止氫氣泄露。保溫設備在汽車啟動時需要預熱，加快預熱速度，縮短預熱時間，在汽車運行時需要冷卻和回收熱量，保證設備在最佳溫度下工作、防止超溫。冷卻和保溫換熱的方式為直接或間接換熱。當氫氣緩沖罐21冷量不足時用溴化鋰制冷裝置42或冷量利用器48的冷量補充冷卻。

如圖6所示，可以回收余熱和凈化環境空氣的氫能源汽車混合動力系統設有氫泄露保護單元45，汽車混合動力系統的氫氣管路設有氫泄露保護套46，中央控制器4、1號逆變器5、1號電動-發電機6、1號電機離合器8、透平機18、透平離合器19、氫氣緩沖罐21、2號逆變器27、2號電機離合器28、2號電動-發電機29、尾氣換熱器16、驅動橋32、混合動力變速器20、蓄電池3及其護罩32和金屬氫化物儲罐的儲罐夾層11外部包覆氫泄露保護罩47。允許距離相近的設備共用一個氫泄露保護罩。氫泄露保護單元連接到氫管路保護套和各設備的氫泄露保護罩。氫泄露保護單元45的保護介質為氮氣，氫泄露保護單元設有防爆預警及應對機制，保障駕駛員和同乘人員的安全。整個燃料運行系統的所有和氫氣有關的管路接頭和各種連接部位及和氫有關的設備全部處于此系統的監控和密封保護中。管路連接密封膠套采用金屬硬密封或其他的密封形式。氫泄漏保護單元保證氫儲存單元以及整個氫氣運行系統安全無泄漏。氫泄露保護單元的保護介質為氮氣、二氧化碳、氫燃料發動機尾氣（脫氧、水后）、氬氣或其它惰性氣體的一種或多種混合物，氫泄露保護單元設有防爆預警及應對機制，保障駕駛員和同乘人員的安全。防爆預警及應對機制分為四級，第一級是當氫泄露保護單元保護介質中的氫氣濃度達到0.35%時，探測器發出聲光報警，同時傳輸電信號用微量氫氣回收泵將保護介質送到余氫吸收單元回收其中的微量氫氣或送到氫燃料發動機燃燒；第二級是當氫泄露保護單元保護介質中的氫氣濃度達到2.25%濃度，此時探測器發出聲光報警，同時關閉電磁閥，切斷供氣系統，同時傳輸電信號用微量氫氣回收泵將保護介質送到余氫吸收單元回收其中的微量氫氣；第三級是當車內氫氣濃度達到0.35%時，探測器發出聲光報警，同時傳輸電信號將汽車天窗自動打開排出氫氣，這時供氫系統只是微滲漏，不會造成事故，車輛操作人員應及時至車輛檢修處檢查處理漏點；第四級為2.25%濃度，當車內氫氣濃度到達此值探測器發出聲光報警，同時關閉電磁閥，切斷供氣系統；此時為保證車輛及人身安全，車輛操作人員應立即離開不能再繼續駕駛車輛，并通知專業人員采取措施。根據用氫設備的壓力和密封情況，也可以不加氫泄露保護單元或只加部分保護。以上保護形式也可以用于氫燃料電池汽車，即將整個燃料運行系統的所有和氫氣有關的管路接頭和各種連接部位及和氫氣有關的設備全部處于此系統的監控和密封在保護氣中。所述氫泄露保護單元中的保護氣由微量氫氣回收泵61進行其單元內的循環。

如圖7所示尾氣零級凈化器15設有NO氧化器、活性炭吸附器、CO/VOC氧化器和顆粒物離子吸附器， NO氧化器、活性炭吸附器、CO/VOC氧化器和顆粒物離子吸附器依次連接。如圖8所示，汽車內設有冰箱56和冷藏柜55，溴化鋰制冷裝置42設有制冷管路52和制熱管路53。制冷管路連接到冰箱、冷藏柜和需要冷卻的設備，冰箱和冷藏柜的冷卻管出口連接到制冷管路的回路和冷量利用器48，冷量利用器出口連接到制冷管路。制冷管路的回路與其它需要冷卻的設備連接。

如圖9所示，余氫吸收單元43包括A吸收器（43A）和B吸收器（43B），A吸收器（43A）和B吸收器（43B）吸氫放氫交替進行，尾氣換熱器16出口通過冷尾氣管路58分別連接到A吸收器和B吸收器，連接管路設有閥門， A吸收器和B吸收器分別通過尾氣零級凈化器15連接到排放口33，連接管路設有閥門。A吸收器和B吸收器分別設有余氫吸收單元加熱線圈49和余氫吸收單元夾套，氫燃料發動機25出口通過熱尾氣管路54分別連接到A吸收器和B吸收器的余氫吸收單元夾套，余氫吸收單元夾套出口連接到催化器14入口，各連接管路設有閥門。A吸收器和B吸收器的回收氫氣出口連接到氫氣緩沖罐21。余氫吸收單元通過中央控制器4調控尾氣出口工作壓力為0.2MPa和溫度為100℃，吸收和放出尾氣中的氫氣。

金屬氫化物儲罐夾套有外保溫層，在停車時由于金屬氫化物儲罐內部有大量的氫氣和200℃的高溫，隨著溫度下降金屬氫化物內部的氫氣被金屬氫化物吸收放出熱量，可以保溫較長時間，在保溫期內啟動汽車可用此熱量加熱相關部件，使汽車熱啟動。所述金屬氫化物儲罐中氫氣不足需要添加氫氣時，方法是更換金屬氫化物儲罐中的金屬氫化物。汽車金屬氫化物的加裝是在一個車載加氫平臺上進行，車載加氫平臺載有車載金屬氫化物大儲罐（大儲罐內分隔成多個小儲罐）、加氫更換裝置、計量裝置、與汽車ECU連接的通訊裝置等。給氫燃料汽車加氫時，由于汽車金屬氫化物儲罐處于使用中的高溫、高壓狀態，打開汽車金屬氫化物儲罐快開加氫口，與加氫更換裝置密封連接后，采用氣流輸送的方式將需要更換的汽車金屬氫化物抽出，在加氫更換裝置內將其迅速冷卻到50℃使氫氣再次吸收回汽車金屬氫化物內并將熱量蓄積在加氫更換裝置的蓄熱器內，計量后加到車載大儲罐分隔成的小儲罐內，通過快速切換將車載大儲罐分隔成小儲罐內的車載飽和金屬氫化物，采用氣流輸送送到加氫更換裝置內，經計量后將抽出汽車金屬氫化物時蓄積的熱量傳遞給飽和金屬氫化物提高其溫度以減少在汽車金屬氫化物儲罐10內放氫啟動時間，快速關閉加氫口。將每次汽車氫氣的使用量、余量和更換新金屬氫化物量的信息，通過通訊裝置輸入汽車的ECU和車載平臺控制中心，便于計費。更換金屬氫化物的時間是根據汽車內顯示儀表提醒，金屬氫化物儲罐10內金屬氫化物的飽和程度及剩余氫氣量，由駕駛員決定是否加氫。更換金屬氫化物的量是根據駕駛員的要求決定，可以全部更換也可以部分更換。計費的標準是依據每次取出已使用過的汽車金屬氫化物質量與上次加入金屬氫化物質量的差值，即所消耗的氫氣質量，按氫氣計費，便于買賣雙方計算核實。當車載加氫平臺的金屬氫化物更換完畢后，開到金屬氫化物裝載中心進行全車更換。金屬氫化物裝載中心是分布式能源布點區域的金屬氫化物生產工廠和批發站，負責收集更換金屬氫化物，并將舊的金屬氫化物篩分處理，篩上符合要求粒度的原料載體金屬直接送加氫車間再次加氫繼續使用，篩下已粉化的金屬氫化物，加熱到200℃放出所有的氫氣，送再生車間加工處理重新造粒。車載加氫平臺是拖車模式，根據加氫站的消耗量，使用量大的車載加氫平臺可以使用單獨車頭，使用量小的車載加氫平臺可以幾個站共用一個車頭。金屬氫化物儲罐添加氫氣方法，也適合于燃料電池汽車和其它攜帶金屬氫化物的氫氣燃料動力設備。金屬氫化物儲罐采用間接氫氣加熱和電加熱方式。

金屬氫化物儲罐10中裝載金屬鈣氫化物CaH₂。氫燃料發動機尾氣中有害物質含量約為氮氧化物130mg/Nm³、顆粒物PM2.5 250μg/Nm^3，經過催化器14和尾氣零級凈化器15處理凈化后，尾氣中有害物質含量降低到氮氧化物2μg/Nm³、顆粒物PM2.5 7μg/Nm³。催化器14、尾氣零級凈化器15為二段凈化裝置，催化器類似于汽車的三元催化裝置將氮氧化物經過氫氣還原初段處理，催化器加氫由中央電控系統ECU自動控制，當氫燃料發動機采用稀燃時（燃空比小于1）尾氣中氫氣含量很少，中央電控系統ECU自動控制打開閥門加入氫氣，使氮氧化物還原成為氮氣和水。當氫燃料發動機采用濃燃時（燃空比大于1）尾氣中含有過量的氫氣可以用于氮氧化物的還原，中央電控系統ECU自動控制關閉加氫閥門，同時通過閥門切換，使尾氣進入余氫吸收單元43將過量的氫氣吸附回收。如圖9所示尾氣首先進入余氫吸收單元43的吸收器43A將其中的過量氫氣用吸附劑吸收，吸收后的尾氣經過尾氣零級凈化器到排放口33排放，當吸收器43A的吸附劑吸氫飽和后，通過閥門切換尾氣進入余氫吸收單元43的吸收器43B將其中的過量氫氣用吸附劑吸收，吸收后的尾氣經過尾氣零級凈化器到排放口33排放。此時熱尾氣管路54中的熱尾氣，通過閥門切換進入吸收器43A的間壁，加熱吸收器43A中的吸附劑放出氫氣回收到氫氣緩沖罐21，當吸收器43B的吸附劑吸氫飽和后再加熱放氫。吸收器43A和吸收器43B交替吸氫、放氫的過程，切換完成尾氣中氫氣的回收。吸收劑為金屬氫化物鈣氫化物CaH₂。尾氣零級凈化器由四個模塊組成，模塊1是將初段處理后的微量的一氧化氮催化氧化成二氧化氮，模塊2是活性炭吸附二氧化氮，模塊3是微量的一氧化碳和有機物VOC催化氧化成二氧化碳和水，模塊4是顆粒物離子吸附器。催化器、尾氣零級凈化器不僅對氫燃料發動機產生的氮氧化物和顆粒物起到凈化作用，同時對吸入的空氣也起到凈化作用。優良級的空氣指標為氮氧化物約30μg/Nm³、顆粒物PM2.5≤50μg/Nm³，本發明汽車尾氣排放指標為氮氧化物2μg/Nm³、顆粒物PM2.5 7μg/Nm³。本發明的一大特點是，不僅沒有尾氣排放污染，還對吸入的環境空氣起到凈化作用，不論汽車運行還是怠速都是一臺空氣凈化器，走到哪里就把環境空氣凈化到哪里，吸入有污染、有霧霾的空氣排出潔凈的尾氣，以彌補汽車給社會帶來的不便，汽車給社會帶來的不便包括：占用馬路使行人行走不便、造成交通事故、制造噪音、電磁污染、車輪揚塵、車流量大人員混雜。

高壓氫氣緩沖罐59的壓力為10MPa、體積為10升。透平機18工作模式是利用高壓氫氣推動透平機運轉，控制出口氫氣壓力到10MPa，進入高壓氫氣緩沖罐59，采用高壓氫氣緩沖罐59的高壓氫氣缸內直噴燃燒。也可以控制出口氫氣壓力到0.25MPa，進入氫氣緩沖罐作為加熱介質氫氣。

當汽車低速或怠速運行時，氫燃料發動機運轉帶動混合動力變速器20驅動汽車運行，混合動力變速器20帶動1號電動-發電機運轉為蓄電池充電。當汽車中速運行時，氫燃料發動機25帶動混合動力變速器20驅動汽車運行， 1號電動-發電機6停止運轉。當汽車高速運行、爬坡或加速時，氫燃料發動機、1號電動-發電機、透平機同時運轉三驅帶動混合動力變速器驅動汽車運行，給汽車提供強勁的動力。氫燃料發動機功率100KW、1號電動-發電機功率30 KW。混合動力系統最小功率30KW，最大功率130KW。既解決了普通汽車在低速或怠速運行時燃料消耗高的問題，也解決了在高速及加速運行時動力不足的問題，100KW的氫燃料發動機可以提供130KW的動力，最高時速達180公里。

金屬氫化物儲罐為圓柱形，金屬氫化物儲罐可以采用電加熱和氫氣加熱兩種方式，電加熱和氫氣加熱可以采用局部加熱，也可以采用整體加熱，金屬氫化物儲罐裝載CaH₂加熱后釋放出35MPa的高壓氫氣，電加熱方式可以被空氣泵加熱或其它加熱方式代替。金屬氫化物是可以將熱能轉化為壓力能的一種載體，利用金屬氫化物這種特性，高效回收汽車氫燃料發動機的大量余熱產生高壓氫氣，通過透平機做功為汽車提供動力。金屬氫化物儲罐夾套有外保溫層，在停車時由于金屬氫化物儲罐內部有大量的氫氣和高溫，隨著溫度下降氫氣被金屬氫化物吸收放出熱量可以保溫較長時間，在保溫期內啟動汽車可用此熱量加熱相關部件使汽車熱啟動。放出的熱量也可以用于車廂內的采暖和蓄電池的保溫。

冷卻水箱24的冷卻介質為水，由氫氣泵23加壓氫氣，水箱的熱量由氫氣間接冷卻帶走，保證氫燃料發動機冷卻效果的同時回收余熱，加熱氫氣到90℃。氫燃料發動機排出的高溫尾氣，經過氫燃料發動機尾氣換熱器回收其高溫余熱，將90℃較低溫度的氫氣進入尾氣換熱器，加熱氫氣到400±20℃作為金屬氫化物儲罐的熱源。當用氫燃料發動機燃料氫氣冷卻時，可以由氫氣泵23加壓氫氣，直接進入氫燃料發動機冷卻系統管路冷卻氫燃料發動機，并將熱量帶出回收，溫度升高到90±3℃，經過氫燃料發動機尾氣換熱器回收其高溫余熱，加熱氫氣到400±20℃作為金屬氫化物儲罐的熱源。冷卻介質氫氣與冷卻水箱24、尾氣換熱器16熱傳遞方式為熱傳導。

蓄電池保溫系統能夠使蓄電池3在冬季和夏季的啟動、運行都保持在35-45℃使用溫度下工作。啟動、待機狀態蓄電池升溫采用金屬氫化物吸收氫氣放出的熱量加熱，蓄電池充放電過程采用氫氣緩沖罐21中的氫氣冷卻，當氫氣緩沖罐21冷量不足時用溴化鋰制冷裝置42或冷量利用器48的冷量補充冷卻。溴化鋰制冷裝置與儲罐夾套連接，利用儲罐夾套出口高溫氫氣熱能制冷，用于車載冰箱和夏季駕駛室空調，也可以制熱、冬季用于汽車駕駛室采暖。透平機出口氫氣做功后壓力大幅下降溫度降低，該冷量通過冷量利用器回收，用于車載冰箱和夏季駕駛室空調。充分利用系統余熱，減少發動機氫氣燃料消耗，提高汽車運行的經濟性。

冬夏天短期停車，用蓄電池帶動1號電動-發電機6啟動汽車，此時打開1號閥門13、關閉單向閥40啟動氫氣泵，氫氣緩沖罐中的氫氣通過氫氣泵加壓后經過發動機冷卻水箱，進入金屬氫化物儲罐中,氫氣壓力升高，金屬氫化物再次吸收氫氣形成新的金屬氫化物并放出熱量，該熱量用于加熱發動機冷卻水箱、發動機的潤滑系統、催化器及發動機機體分別到合適溫度可隨時啟動發動機，也可以用電加熱金屬氫化物儲罐中的氫氣作為熱源。冬季長期停車由于汽車各部件包括蓄電池完全冷卻達到了環境溫度，此時啟動可以使用高壓穩壓罐中的氫氣帶動透平驅動汽車，也可以直接啟動氫燃料發動機驅動汽車。冬季長期停車當蓄電池沒電時或溫度過低不宜使用時，通過車內儀表上手動按鈕開啟高壓氫氣儲罐旁路出口閥門，利用高壓氫氣儲罐中的高壓氫氣推動透平機工作，透平機通過混合動力變速器20啟動汽車，同時混合動力變速器20帶動1號電動-發電機發電，1號電動-發電機發的電通過1號逆變器直接驅動氫氣泵，使啟動保溫系統工作保證發動機處于合適溫度的待機狀態可以隨時啟動發動機。人工-自動駕駛系統7有人工駕駛和自動駕駛兩種模式，根據駕駛的需要可以切換。催化器14、尾氣換熱器16、余氫吸收單元43和尾氣零級凈化器15依次連接。 實施例2

本發明另一種實施方式如圖2所示，包括車體1、控制系統、傳動系統12、氫燃料發動機25、混合動力變速器20、1號逆變器5、1號電動-發電機6、2號逆變器27、2號電動-發電機29，氫氣泵23、金屬氫化物儲罐10、透平機18、催化器14、尾氣零級凈化器15、尾氣換熱器16、氫氣緩沖罐21、EGR系統、高壓穩壓罐41、溴化鋰制冷裝置42和蓄電池3。控制系統包括中央控制器4、電力總線2和人工-自動駕駛系統7，中央控制器4與電力總線、蓄電池、1號逆變器和2號逆變器通信連接，與人工-自動駕駛系統控制連接。蓄電池3與電力總線、1號逆變器5和2號逆變器27電路連接，1號逆變器與1號電動-發電機電路連接，2號逆變器與2號電動-發電機電路連接，1號電動-發電機通過1號電機離合器8與混合動力變速器連接，透平機通過透平離合器19與2號電動-發電機連接，2號電動-發電機通過2號電機離合器與混合動力變速器連接。透平機通過透平離合器19與混合動力變速器連接。金屬氫化物儲罐外部包覆儲罐夾層11，儲罐夾層設有出口和入口。金屬氫化物儲罐設有出氣口、進氣口和加氫口26，出氣口通過單向閥40連接到高壓穩壓罐41，高壓穩壓罐出口通過2號閥門17連接到透平機入口，氫燃料發動機出口通過催化器連接到尾氣換熱器。尾氣換熱器出口分為兩路，一路連接到尾氣零級凈化器，另一路通過余氫吸收單元連接到尾氣零級凈化器，尾氣零級凈化器連接到排放口33，兩路分別設有閥門。氫燃料發動機設有冷卻水箱24。儲罐夾層出口通過溴化鋰制冷裝置連接到氫氣緩沖罐21，氫氣緩沖罐出口通過氫氣泵連接到冷卻水箱，冷卻水箱出口通過尾氣換熱器連接到儲罐夾層的入口和金屬氫化物儲罐的進氣口，兩路分別設有閥門。

本實施例的運行方式為，高壓氫氣緩沖罐59中的高壓氫氣直噴進入氫燃料發動機25的進氣道或氣缸，啟動氫燃料發動機氫氣燃燒做功帶動汽車運行，氫燃料發動機尾氣進入催化器14、尾氣換熱器16、余氫吸收單元43和尾氣零級凈化器15，降溫凈化后達標排放。啟動氫氣泵23，將來自于氫氣緩沖罐21的氫氣加壓，使常溫氫氣進入發動機冷卻水箱24，與發動機冷卻水箱24間接換熱升溫到90±3℃，進入尾氣換熱器16與氫燃料發動機尾氣間接換熱，溫度升高到400±20℃，進入金屬氫化物的儲罐夾層11，與金屬氫化物進行間接換熱后通過溴化鋰制冷裝置返回到氫氣緩沖罐。金屬氫化物儲罐10中的金屬氫化物被間接加熱，釋放出45MPa的高壓氫氣，高壓氫氣進入透平機18驅動透平機運轉，通過透平離合器19帶動2號電動-發電機29運轉，經過2號電機離合器28帶動混合動力變速器20做功驅動汽車運行，2號電動-發電機29也可以通過逆變器27為蓄電池3充電，在透平機中做功后壓力15MPa的氫氣進入高壓氫氣緩沖罐59。1號電動-發電機6由蓄電池3帶動，通過混合動力變速器為汽車提供動力，反之1號電動-發電機6也可以由混合動力變速器帶動為蓄電池3充電。2號電動-發電機29也可以由蓄電池帶動，此時透平離合器19分離，2號電動-發電機29通過2號電機離合器28帶動混合動力變速器驅動汽車運行。

當氫燃料發動機停止運轉超過一定時間后，發動機冷卻水箱、潤滑機油及氫燃料發動機機體本身逐漸冷卻、溫度降低，如果氫燃料發動機再次啟動，處于冷啟動狀態的氫燃料發動機，由于潤滑問題會造成機械磨損嚴重，由于燃燒問題會造成氮氧化物的短期超標排放。此時控制系統自動開啟加熱保溫模式：打開1號閥門13、關閉單向閥40啟動氫氣泵，氫氣緩沖罐中的氫氣通過氫氣泵加壓后經過發動機冷卻水箱，進入金屬氫化物儲罐中。氫氣壓力升高，金屬氫化物再次吸收氫氣形成新的金屬氫化物并放出熱量，該熱量用于加熱發動機冷卻水箱、發動機的潤滑系統、催化器及發動機機體，保證發動機處于最佳溫度待機狀態。氫氣緩沖罐21的壓力為0.4MPa、體積為15升，氫氣泵23的出口壓力為0.5MPa。氫燃料發動機運行時由水箱的水循環冷卻，水箱的熱量由氫氣間接冷卻帶走，加熱氫氣到90±3℃，保證氫燃料發動機冷卻效果的同時回收余熱。氫燃料發動機排出800～900℃的尾氣，經過尾氣換熱器16回收其高溫余熱，加熱氫氣到400±20℃作為金屬氫化物儲罐的熱源。

金屬氫化物儲罐10中裝載金屬鎂氫化物MgH₂。發動機尾氣經過催化器14和尾氣零級凈化器15處理凈化后，尾氣中有害物質含量降低。催化器14、尾氣零級凈化器15為二段凈化裝置，催化器類似于汽車的三元催化裝置將氮氧化物經過初段處理。尾氣零級凈化器由四個模塊組成，模塊1是將初段處理后的微量的一氧化氮催化氧化成二氧化氮，模塊2是活性炭吸附二氧化氮，模塊3是微量的一氧化碳和有機物VOC催化氧化成二氧化碳和水，模塊4是顆粒物離子吸附器。催化器、尾氣零級凈化器不僅對氫燃料發動機產生的氮氧化物和顆粒物起到凈化作用，同時對吸入的空氣也起到凈化作用。優良級的空氣指標為氮氧化物約30μg/Nm³、顆粒物PM2.5≤ 50μg/Nm³，汽車尾氣排放指標為氮氧化物3μg/Nm³、顆粒物PM2.5 8μg/Nm³。

當汽車低速或怠速運行時，氫燃料發動機運轉帶動混合動力變速器20驅動汽車運行，混合動力變速器20同時帶動1號電動-發電機6和2號電動-發電機29運轉為蓄電池充電，此時2號電動-發電機29脫開透平離合器19。當汽車中速運行時，氫燃料發動機25帶動混合動力變速器20驅動汽車運行，此時1號電動-發電機6停止運轉，2號電動-發電機29運轉為蓄電池充電，此時2號電動-發電機29脫開2號電機離合器28。當汽車高速運行、爬坡或加速時，氫燃料發動機、1號電動-發電機6和2號電動-發電機29同時運轉帶動混合動力變速器驅動汽車運行，給汽車提供強勁的動力。汽車啟動時1號電動-發電機6和2號電動-發電機29同時運轉實現雙助力。高速運行、爬坡或加速時，1號電動-發電機、2號電動-發電機和氫燃料發動機同時發力實現動力三驅。氫燃料發動機功率120KW、1號電動機發電機功率25 KW、2號電動-發電機功率50KW。混合動力系統最小功率25KW，最大功率195KW。既解決了普通汽車在低速或怠速運行時燃料消耗高的問題，也解決了在高速及加速運行時動力不足的問題，120KW的氫燃料發動機可以提供195KW的動力，最高時速達210公里。本實施例其它結構與運行方式與實施例1相同。