一种基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统技术方案

本实用新型专利技术属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统，本实用新型专利技术利用第一储氢装置储存气态氢气、利用第二储氢装置固态储氢，当温度无法满足第二储氢装置为燃料电池供氢时，先利用第一储氢装置为燃料电池供氢，并利用换热模块将燃料电池模块工作产生的热量提供给第二储氢装置进行加热升温，当温度满足第二储氢装置释放气态氢气时，启动第二储氢装置为燃料电池供氢，同时为第一储氢装置补充氢气，以满足下次使用，实现了燃料电池供气系统内部氢气供气的连续和自我补充，有效避免了当温度无法满足第二储氢装置释放气态氢气，同时第一储氢装置储存氢气不足而影响燃料电池工作的问题。不足而影响燃料电池工作的问题。不足而影响燃料电池工作的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统


[0001]本技术属于燃料电池
，尤其涉及一种基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池是一种可以在常温下快速启动的低噪音、环境友好、高效率的零排放发电装置，被誉为终极能源。质子交换膜燃料电池可用于移动电源、便携电源、航空动力电源、车用动力电源、固定式电站等多领域的用电需要，是未来双碳要求下的重要能源技术路线。
[0003]燃料电池工作时，除了对外输出电能之外，同时会伴随着40
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50％的热量产生。因此，按照冷却方式的不同，燃料电池可以分为液冷(包含水冷)和风冷两种方式。风冷型燃料电池是以氢气为燃料，少量空气中氧作为参与电化学反应的氧化剂，过量的空气用于冷却电堆，使其保持在一定的温度(不宜超过80℃)下工作。相对液冷燃料电池，风冷技术不需要复杂的空气压缩系统、冷却液循环及散热系统(冷却液箱、冷却液循环泵、冷却液管、散热片、风扇、空气增湿器及诸多传感器、电磁阀等)，使整个系统简单、易于操作与控制，具有广泛的应用前景，特别是在中小功率应用场景下具备诸多的优势。
[0004]目前，氢气的储运技术是燃料电池应用的主要瓶颈之一，氢能对储氢的要求总的来说是储氢系统要安全、容量大、成本低、使用方便。从目前主要储氢材料与技术来看，有高压储氢、液体储氢、金属氢化物固态储氢、有机氢化物储氢及管道运输氢等。衡量储氢技术性能的主要参数是储氢体积密度、质量分数、充/放氢的可逆性、充/放氢速率、可循环使用寿命及安全性等。从技术可行性角度来说，金属氢化物固态储氢配套中小功率燃料电池的应用在未来大有可为。金属氢化物固态储氢是指在一定温度和氢气压力下能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的储氢技术。其工作的机理是氢分子首先吸附在金属表面，再解离成氢原子，然后再进入到金属的晶格中形成氢化物。只要控制一定的温度和压力，金属和氢气一接触就会发生反应。固态储氢的储氢量大、无污染、安全可靠、并且制备技术和工艺相对成熟，是目前应用最具潜力的技术路线。
[0005]针对风冷燃料电池与固态储氢的集成应用，目前在国内陆续出现，但是都集中在南方地区，产品的工作环境温度基本都在0℃以上，而在寒冷的北方(
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40℃～0℃)没有相应的产品应用和示范推广。
[0006]中国专利文献CN113707903A(CN202110779503.3)公开了一种固态储氢为氢源的燃料电池系统，包括：燃料电池、第一储氢装置、第二储氢装置、供热模块以及换热模块。第一储氢装置包括氢气暂存罐和第一供氢管路，第一供氢管路一端与氢气暂存罐的出口连通，另一端与燃料电池的氢气进入口连通；第二储氢装置包括固态储氢罐、第二供氢管路和传热件；第二供氢管路一端与固态储氢罐的出口连通，另一端与第一供氢管路连通；传热件设置在固态储氢罐内；供热模块与燃料电池电性连接，并与传热件连通，供热模块能够向传热件提供热量；换热模块与燃料电池电性连接，设置于燃料电池与固态储氢罐之间，能够将
燃料电池工作产生的废热提供给固态储氢罐加热升温供氢。本专利技术中的系统能够实现在较低温度下启动。
[0007]由于上述方案只考虑了启动初期燃料电池产生的热量无法满足固态储氢罐的需求，利用氢气暂存罐为燃料电池进行初期的供氢，但是氢气暂存罐的体积有限，上述方案并没有考虑氢气暂存罐氢气不足可能导致燃料电池无法启动的问题。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的缺陷，本技术提供一种基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统，本技术利用第一储氢装置储存气态氢气、利用第二储氢装置固态储氢，当温度无法满足第二储氢装置为燃料电池供氢时，先利用第一储氢装置为燃料电池供氢，并利用换热模块将燃料电池模块工作产生的热量提供给第二储氢装置进行加热升温，当温度满足第二储氢装置为燃料电池供氢时，启动第二储氢装置为燃料电池供氢的同时为第一储氢装置补充氢气，以满足下次使用，实现了燃料电池供气系统内部氢气供气的连续和自我补充，有效避免了当温度无法满足第二储氢装置释放气态氢气，同时第一储氢装置氢气不足而影响燃料电池工作的问题。
[0009]本技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统，包括燃料电池模块、第一储氢装置、第二储氢装置、换热模块、温度监测模块和压力监测模块；
[0010]所述第一储氢装置用于储存气态氢气，所述第一储氢装置能够向燃料电池模块提供氢气；
[0011]所述第二储氢装置用于固态储氢，所述第二储氢装置能够向燃料电池模块和第一储氢装置提供氢气；
[0012]所述换热模块用于将燃料电池模块工作产生的热量提供给第二储氢装置进行加热升温；
[0013]所述温度监测模块用于监测燃料电池模块的温度、环境温度以及第二储氢装置的表面温度；
[0014]所述压力监测模块用于监测第一储氢装置的储氢压力和第二储氢装置的储氢压力。利用第二储氢装置能够为第一储氢装置进行氢气补充，避免第一储氢装置氢气不足影响系统的正常启动。
[0015]本技术的有益效果：本技术采用第一储氢装置储存气态氢气的形式，保证了在固态储氢的第二储氢装置未具备正常放氢条件下的燃料电池的供氢需求，当第二储氢装置具备正常放氢条件时，利用第二储氢装置为燃料电池的供氢的同时为第一储氢装置补充气态氢气，以备下次固态储氢的第二储氢装置不具备正常放氢条件时使用，实现了系统内部氢气的自我补充，保证了燃料电池模块氢气供气的连续性，更加安全。
[0016]本技术的技术方案还有：还包括燃料电池加热模块，所述燃料电池加热模块包括蓄电池和加热装置，所述蓄电池与加热装置电连接，所述加热装置用于对燃料电池模块进行加热。
[0017]本技术的技术方案还有：所述蓄电池与燃料电池模块电连接。所述蓄电池用于储存燃料电池模块产生的电能，当燃料电池模块正常工作时，对蓄电池进行补充电量，避
免蓄电池欠电而影响系统的正常启动。
[0018]本技术的技术方案还有：还包括三通阀、第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述三通阀的三个接口分别连接第二储氢装置氢气出口、第一储氢装置氢气出口和燃料电池模块氢气入口，所述燃料电池模块氢气入口与三通阀之间设置有第一阀门，所述第一储氢装置氢气出口与三通阀之间设置有第二阀门，所述第二储氢装置氢气出口与三通阀之间设置有第三阀门。通过控制三通阀的连通方向以及第一阀门和第二阀门的开启连通第一储氢装置氢气出口和燃料电池模块氢气入口，实现第一储氢装置为燃料电池模块供应氢气；通过控制三通阀的连通方向以及第一阀门和第三阀门的开启连通第二储氢装置氢气出口和燃料电池模块氢气入口，实现第二储氢装置为燃料电池模块供应氢气；通过控制三通阀的连通方向以及第一阀门、第二阀门和第三阀门的开启，实现第二储氢装置为燃料电池模块供应氢气的同时为第一储氢装置补充氢气。
[0019]本技术的技术方案还有：还包括保温仓，所述燃料电池模块和第二储氢装置从左到右依次设置在保温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统，其特征在于：包括燃料电池模块(1)、第一储氢装置(2)、第二储氢装置(3)、换热模块、温度监测模块和压力监测模块；所述第一储氢装置(2)用于储存气态氢气，所述第一储氢装置(2)能够向燃料电池模块(1)提供氢气；所述第二储氢装置(3)用于固态储氢，所述第二储氢装置(3)能够向燃料电池模块(1)和第一储氢装置(2)提供氢气；所述换热模块用于将燃料电池模块(1)工作产生的热量提供给第二储氢装置(3)进行加热升温；所述温度监测模块用于监测燃料电池模块(1)的温度、环境温度以及第二储氢装置(3)的表面温度；所述压力监测模块用于监测第一储氢装置(2)的储氢压力和第二储氢装置(3)的储氢压力。2.根据权利要求1所述的基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统，其特征在于：还包括燃料电池加热模块，所述燃料电池加热模块包括蓄电池(300)和加热装置(4)，所述蓄电池(300)与加热装置(4)电连接，所述加热装置(4)用于对燃料电池模块(1)进行加热。3.根据权利要求2所述的基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统，其特征在于：所述蓄电池(300)与燃料电池模块(1)电连接。4.根据权利要求1
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3任一所述的基于固态储氢的风冷燃料电池供气系统，其特征在于：还包括三通阀(5)、第一阀门(6)、第二阀门(7)和第三阀门(8)，所述三通阀(5)的三个接口分别连接第二储氢装置(3)氢气出口、第一储氢装置(2)氢气出口和燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江涛，魏洪宽，李江南，刘吉宝，李发家，
申请(专利权)人：北京京豚科技有限公司，
类型：新型
国别省市：