[发明专利]一种一体化的储氢合金供氢燃料电池系统

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种一体化的储氢合金供氢燃料电池系统。该燃料电池系统包含燃料电池电堆、储氢罐、氢气供给系统、空气供给系统、热管理系统、控制系统。本发明的储氢罐出口处设置有立体网状的电加热器，罐内设有导热流体流动管道，且管道上设置有鳍片来增加加热面积。本系统运行时，从燃料电池电堆流出的高温导热流体给储氢罐加热，加速储氢合金的放氢过程，系统处于动态平衡状态；加氢过程则利用储氢合金释放的热量来维持电堆的温度，避免出现冷启动。本发明实现了燃料电池电堆的余热利用，减少了能量消耗，避免系统中安装大功率散热器，减小了系统体积和成本。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，涉及到一种一体化的储氢合金供氢燃料电池系统。

背景技术

氢能具有清洁、高效、可再生等优点。面对世界日益突出的环境问题，氢燃料电池因其具有环保、能量转换率高的优势，成为了各国大力扶持的新技术产业，燃料电池技术在汽车、发电、航天等领域有望被大规模应用。

目前，氢气的储运方式主要有以下几种：高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储运和固态储氢。固态储氢是把氢气储存在固态材料中，在同等体积下可储存的氢气是液态储氢的两倍以上，且储存压力低，安全性好。在固态储氢技术中，利用金属氢化物作为储氢材料是相对发展较为成熟的。储氢合金在储氢罐内发生吸放氢反应时，通常会伴随着热量的吸放。在脱氢过程中，储氢合金需要吸收热量来释放出氢气，因此需要在储氢罐内设置加热装置。而加氢过程中，储氢合金又会释放热量。如何充分利用储氢合金释放的热量，降低能耗，提高能量利用率，具有十分重要的意义。

一篇公开号为CN108011114A的中国发明专利申请公开一种利用合金储氢材料低温启动车用燃料电池系统及方法，车用燃料电池系统包括燃料电池堆、空气路分系统、氢路分系统、冷却液路分系统和控制电路分系统，氢路分系统包括一个合金储氢罐支路和一个为高压气瓶支路，合金储氢罐置于冷却液路分系统的水箱内。低温启动的方法是：高压气瓶中的氢气向合金储氢罐充氢，储氢材料充氢时放热，加热水箱中冷却液，冷却液达到设定温度时，启动循环水泵，加热燃料电池电堆，当电堆温度达到设定的可操作温度时，停止充氢，启动燃料电池系统。该发明虽然提供了一种利用储氢合金释放的热量来解决低温启动的思路，但热量利用仍不够充分，而且，整车需要高压气瓶储氢，降低了安全性。

发明内容

针对现存在的问题，本发明的目的在于提供一种能量利用率更高、更加安全的、一体化的储氢合金供氢的燃料电池系统。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种一体化的储氢合金供氢燃料电池系统，包括，燃料电池电堆、储氢罐、氢气供给装置、空气供给装置、换热循环装置和控制装置，所述储氢罐内存放有具备加氢放氢功能储氢合金，储氢合金释放出的氢气通过所述氢气供给装置为所述燃料电池电堆提供燃料，所述空气供给装置为所述燃料电池电堆提供空气，所述换热循环装置用来实现所述储氢罐和所述燃料电池电堆之间的热量传递，所述控制装置与所述储氢罐、所述氢气供给装置、所述空气供给装置和所述换热循环装置控制连接；其中，在所述储氢罐的氢气出口处设置有电加热装置；所述换热循环装置包括散热器、换热循环泵、第一循环管道、第二循环管道和旁通管道；所述燃料电池电堆的导热流体出口通过所述第二循环管道与所述储氢罐的导热流体入口连接，所述燃料电池电堆的导热流体入口通过所述第一循环管道与所述储氢罐的导热流体出口连接，所述储氢罐、所述第一循环管道、所述燃料电池电堆和所述第二循环管道共同构成换热循环回路；所述换热循环泵设置在换热循环回路上；所述旁通管道连接在所述第一循环管道和所述第二循环管道之间，所述散热器设置在所述旁通管道上；在所述旁通管道上设有第三阀门；在所述燃料电池电堆的导热流体入口、导热流体出口处分别设有第一温度传感器和第二温度传感器。

更为优选的是，所述储氢合金为设置在所述储氢罐内的储氢合金颗粒，所述储氢合金颗粒为ZrCo合金颗粒、LaNi合金颗粒或Mg₂Ni合金颗粒。