在車輛中輸送氫氣的系統和方法技術方案

本發明專利技術涉及在車輛中輸送氫氣的系統和方法。一個示例性實施方式包括模塊化氫氣儲存系統，該模塊化氫氣儲存系統包括多個離散模塊，每一模塊均構造并布置成使得可獨立于其它模塊而從離散模塊輸送氫氣。

【技術實現步驟摘要】

本公開大體上涉及的領域包括。
技術介紹
迄今，氫氣從氬氣儲存容器輸送至燃料電池，用于產生推進車輛 的電。圖1中示出了典型的氬氣儲存容器。
技術實現思路
一個示例性實施方式包括模塊化氫氣儲存系統，該模塊化氫氣儲存系統包括多個離散模塊，這些模塊構造并布置成使得可獨立于系統 的其余部分而從一離散模塊輸送氫氣。從稍后提供的詳細說明將會清楚本專利技術的其它示例性實施方式。應當理解該詳細i兌明和具體實施例雖然7>開了本專利技術的示例性實施方式，但是其僅用于說明并不意圖限制本專利技術的范圍。附圖說明從詳細說明和附圖會更加充分地理解本專利技術的示例性實施方式， 在附圖中圖1示出現有技術的氫氣儲存容器；圖2示出根據一個示例性實施方式的模塊化氫氣儲存系統； 圖3是對比模擬結果的曲線圖。具體實施例方式實施方式的以下說明在本質上僅僅是示例性的(說明性的)，決 不意圖限制本專利技術、其應用或使用。一個示例性實施方式包括模塊化氫氣儲存系統，其中離散模塊使 得能夠獨立于系統的其余部分解吸氫氣。在解吸期間，若僅系統的一 部分需要操作，則僅該區段被加熱，因而需要更少的寄生能量。這對 于啟動來說也會很重要。若系統最初是冷的，則可將單個模塊快速加 熱至輸送氫氣所需的操作溫度。對于能效來說更加重要的是僅留有氫 氣的模塊被加熱，而允許空的模塊冷卻直至重裝燃料。當車輛滿箱使 用多天之后這會尤其重要，因為持續加熱不產生氫氣的耗盡儲存介質 是浪費能量的。此外，若系統的某些部分以不同速率進行反應(由于組成、溫度等)，則可協調各基底(bed)的容量，從而針對即時系 統需求提供適當流量。這可最小化整個系統的溫度和熱使用，并且在 儲存系統接近空時確保最大氫氣流率。與不使用智能輸送控制策略的系統相比，某些實施方式可提供儲 存系統能量密度的整體提高。換言之，對于同樣有用的氫氣儲存容量， 利用該控制策略的系統將會比不這樣控制的系統更小更輕。能量密度 的提高由于三個使能方面熱管理效率，其減少氫氣輸送的寄生熱損 耗；儲存系統的總容量上的增大的氫氣流率能力；以及快速啟動。各種示例性實施方式可包括金屬氬化物系統、吸附劑系統(例如 基于金屬有機骨架的吸附劑系統)、或者化學氫化物系統。 一個實施 方式可包括模塊化儲存系統設計以及用于至車輛動力裝置的氫氣輸 送的智能控制策略。圖2示出了模塊化儲存系統與單件式儲存系統 (圖l)之間的某些差異。單件式系統(圖l)由儲存在單個大容器 只能夠的儲存介質構成。在操作期間，儲存介質處于單一溫度T、單 一壓力P和單一組成。與此相比，模塊化系統包含相同量的儲存介質 M,但是其纟皮分配至n個小容器，其中n可以例如為10至20。這些 小容器均具有自己的溫度Tn、壓力Pn和組成，這些可通過熱輸入及 氬氣解吸速度而單獨控制。 一個示例性實施方式可包括在氫氣輸送期 間以協調方式受控的三個或更多個儲存模塊。模塊的確切數量取決于 儲存介質的熱力學特性和化學動力學特性、確切的輸送控制策略以及 車輛尺寸。與具有單件式氫氣儲存箱的系統相比，儲存系統能量密度的整體提高可通過模塊化系統實現。能量密度的提高是由于三個使能方面 熱管理效率，其減少氬氣輸送的寄生加熱損耗；儲存系統的總容量上的增大的氫氣流率能力；以及快速啟動。除了 智能輸送控制邏輯允許的該基本優點之外，模塊化儲存系 統具有以下列出的會使其成為汽車應用中有吸引力設計的其它特性。 (l)污染若因儲存容器的破裂而暴露于外界環境，氫氣儲存介質 可能會被污染。例如，金屬氫化物可能會被空氣和濕氣污染。若一個 模塊損壞，則污染將僅局限于整個系統的一部分。(2)維護/修理 若被損壞或污染，可更換單個模塊而不是更換整個儲存箱。(3)適 應性能多個小模塊可適應特殊形狀或者在整個車輛中分布。(4) 安全性在事故中僅一個模塊或若干模塊被損壞時，氫氣釋放量和暴 露的有害材料可最少。(5)燃料表在10至20個模塊的情況下， 空模塊可用于燃料量指示。(6)可變尺寸模塊化允許由單個模塊 設計引起的可變的儲存系統尺寸。例如，轎車可使用10個模塊，而 大型SUV可使用15個模塊。為了考察該設計的基本優點，首先考慮反應熱(AH)。這是為使 儲存介質釋放其儲存的氫氣所必需為其供應的熱。例如，大多數相關 的復合氫化物具有大約40kJ/mol H2的反應熱。這意味著對于lg/sec 氫氣流率，復合氫化物儲存系統在解吸期間需要20kW的熱。其它儲 存介質可具有更低的反應熱，但是只要氫氣的釋放是吸熱的，就應該將該熱考慮在內。此外，儲存介質可僅在超過PEM燃料電池的典型80。C操作溫度 的溫度下釋放氫氣。例如，所有公知的復合氬化物在顯著大于80。C 的溫度下操作。吸附劑通常在低溫溫度下儲存氫氣，但是仍有可能需 要加熱來釋放儲存的所有氫氣。化學系統在釋放溫度方面不同，但是對于氫氣充分釋放同樣可能需要溫度升高。因而，反應熱加上使系統 處于并保持高溫所需要的熱將會是對氫氣儲存/燃料電池系統的附加 寄生負載，并且在確定氫氣儲存系統的能量密度時必須將其考慮在 內。換言之，必須用于加熱而不是輸送至動力裝置的所儲存的氬氣不 能被計入系統能量密度。在模塊化氫氣儲存系統中，離散模塊使得能獨立于系統的其余部 分解吸氫氣。在解吸期間，若僅系統的一部分需要操作，僅該區段被 加熱，則需要更少的寄生能量。在啟動期間，若系統最初是冷的，則 可將單個模塊快速加熱至輸送氫氣所需的操作溫度。對于能效來說更加重要的是僅留有氫氣的模塊被加熱，而允許空的模塊冷卻直至重裝 燃料。當車輛滿箱使用多天之后這會尤其重要，因為持續加熱不產生氫氣的耗盡儲存介質是浪費能量的。此外，若系統的某些部分以不同 速率進行反應(由于組成、溫度等)，則可協調各基底的容量，從而 針對即時系統請求提供適當流量。這可最小化整個系統的溫度和熱使 用，并且在儲存系統接近空時確保最大氫氣流率。利用組合燃料電池/氬氣儲存系統動態模型進行了模擬。分析重點 是通過利用具有智能解吸控制的模塊化基底構造對單件式系統而確 定燃料電池/氫氣儲存系統的整體燃料效率差異。為了進行分析，對儲 存介質、儲存系統構造、燃料電池性能、駕駛條件等做出假設。這些j艮設如下所列 智能基底 多個模塊(~ 10) 單獨控制至各模塊的熱輸入 同時使用多達三個模塊 至少兩個模塊保持一定溫度以防止遲延 單件式基底 一個單件式儲存箱 作為 一個單元對整個系統進4亍加熱 系統保持總是高于最小溫度 依賴于高效熱絕緣限制熱損耗 儲存介質 氫化鋁鈉 從NaAlH4至NaH的兩階段分解 第一階段為37kJ/molH2DH;第二階段為47kJ/mol H2 9kg儲存氫氣 加熱器 加熱器將儲存氫氣轉換成熱的效率為80% 施加的最大熱為9kW每模塊或者27kW每系統 駕駛條件 兩個司才幾的和無評 司機l: 一周連續五天，周末不駕駛 司機2:僅周末駕駛 每天五種不同距離 5.5英里；ll英里；22英里；55英里；以及110英里 共兩個月模擬期 算出任何瞬態的平均 在駕駛日之間模擬前夜的冷卻周期 允許智能基底系統冷卻；取決于階段分布而將單件式 系統持續加熱至保持在高于150°C/200°C 兩種系統的熱損耗~ 300W (基于高級絕緣) 必要時重本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種系統，該系統包括模塊化氫氣儲存系統，該模塊化氫氣儲存系統包括多個離散模塊，每一模塊均構造并布置成使得可獨立于其它模塊而從離散模塊輸送氫氣。

【技術特征摘要】
US 2008-9-19 61/098351;US 2009-8-21 12/5452801、一種系統，該系統包括模塊化氫氣儲存系統，該模塊化氫氣儲存系統包括多個離散模塊，每一模塊均構造并布置成使得可獨立于其它模塊而從離散模塊輸送氫氣。2、 如權利要求l所述的系統，其中各模塊還包括單獨的加熱器，從而各模塊可獨立于其它模塊而有選擇地被加熱。3、 如權利要求1所述的系統，還包括操作連接至所述模塊化氬氣儲存系統的燃料電池，并且還包括控制器，該控制器設計成接收與擇地控制各個模塊的加熱。4、 一種方法，該方法包括提供這樣一種系統，該系統包括模塊化氫氣儲存系統和操作連接至該模塊化氫氣儲存系統的燃料電池，該模塊化氫氣儲存系統包括多個離散模塊，每一模塊均構造并布置成使得可獨立于其它模塊而從離散模塊輸送氬氣；啟動燃料電池，這包括不加熱所有模塊而從被加熱的模塊釋放氫氣。5、 如權利要求4所述的方法，其中在所述燃料電池的啟動期間僅其中一個模塊被加熱。6、 如權利要求4所述的方法，其中至少一個模塊內不包括儲存的氫氣，而一個模塊內包括儲存的氫氣，在加熱其內儲存有氬氣的模塊的同時冷卻其內不包括...

【專利技術屬性】
技術研發人員：TA約翰遜，DE德德里克，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]