【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于燃料電池領域，尤其涉及一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統。
技術介紹
1、氫作為一種潔凈的二次能源載體，能方便地轉換成電和熱，轉化效率較高，有多種來源途徑。采用可再生能源實現大規模制氫，可為燃料電池提供氫源。燃料電池將氫氣和氧氣通過電化學反應的方式生成水并把燃料所具有的化學能直接轉換成電能。燃料電池在能源轉換效率方面具有明顯優勢。傳統化石能源轉換效率低，燃料電池在能源轉換方面可以達到50％以上的效率，比傳統熱力發電高出很多。這意味著燃料電池可在同樣能源輸入下提供更多的電能，有效提高能源利用效率，減少能源浪費。這對于全球資源緊缺的當下來說，具有巨大意義。燃料電池具有零排放的特點，燃料電池在工作時僅產生水，不會排放出污染氣體。而且燃料電池工作噪音污染小，使用壽命長。
2、相較于其他燃料電池，質子交換膜燃料電池具有能量轉換效率高、工作溫度低、氧化劑為空氣、電解質無腐蝕性、動態響應速度快、副產物環保、運行無噪聲、能量可循環利用等優點，因此應用最為廣泛，目前應用于汽車、船舶等交通工具的動力系統，并且在固定式和便攜式電源上得到了廣泛應用。
3、目前基于固態儲氫的燃料電池發電系統對固態儲氫瓶的結構，固態儲氫瓶在燃料電池中的擺放位置，控制策略等方面的考慮不是很充分；例如，中國專利文獻cn?114284536a公開的一種基于固態儲氫和燃料電池的便攜電源，所述的便攜電源將燃料電池、儲氫合金相互接觸集成設置在殼體內，為了減小體積并實現氣液分離，儲氫合金內嵌有與燃料電池尾排出口相連的氣液分離管路，由于儲氫合金
技術實現思路
1、本專利技術專利提供了一種基于固態儲氫的便攜式燃料電池發電系統，本專利技術將燃料電池與固態儲氫以及控制策略相結合，實現供氣穩定、控制策略優異、固態儲氫瓶穩定可靠、能源轉化效率高、續航性能力強的目的。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案來實現：一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，包括箱體、燃料電池模塊、供氣模塊、輸出模塊以及控制模塊。
3、進一步地，所述的供氣模塊與燃料電池模塊相連接，用于為燃料電池模塊提供氫氣與氧氣；所述的輸出模塊與燃料電池模塊相連接，用于將燃料電池產生的電能以24v直流電和220v或380v交流電的形式輸出。
4、進一步地，所述的控制模塊與供氣模塊和輸出模塊相連，控制模塊采集輸出模塊的電流電壓數據，通過深度神經網絡預測將來的需求功率，通過對供氣模塊氫氣和氧氣供氣量的精確提前控制，從而解決燃料電池響應慢的問題，能夠實時與需求功率相匹配。
5、進一步地，所述的供氣模塊包括氫氣供氣模塊和氧氣供氣模塊，氫氣供氣模塊包括固態儲氫瓶、質量流量計、流量閥和尾排閥，氧氣供氣模塊包括空壓機、質量流量計、冷卻增濕器和節氣門。
6、進一步地，所述的輸出模塊包括dc-dc以及逆變器，dc-dc用于將燃料電池輸出的電能通過整流降壓，轉化為24v直流電，逆變器用于將燃料電池輸出的電能轉化為220v或380v交流電。
7、進一步地，所述的空壓機與冷卻增濕器相連接，冷卻增濕器連接燃料電池陰極入口，冷卻增濕器將空壓機輸送的空氣冷卻增濕，用于降低燃料電池溫度，保證燃料電池工作在適宜的溫度，防止燃料電池內部積熱對質子交換膜和催化層產生損傷，以及使質子交換膜保持在一個適當的濕度，降低燃料電池的歐姆極化損失；燃料電池陰極出口連接節氣門，用來調節陰極壓力水平。
8、進一步地，所述的固態儲氫瓶儲氫壓力為2mpa，最大可承受壓力為4.5mpa，可存存儲氫氣200至250g。
9、進一步地，所述的固態儲氫瓶在一個箱體當中可以8至16瓶；所述的固態儲氫瓶采用并聯式的接法，可以單獨一個氫瓶供氫也可以多個氫瓶同時供氫，每個固態儲氫瓶在輸出接口處與流量閥相連接，用于自由控制每個固態儲氫瓶輸出氫氣流量的大小，在為燃料電池提供氫氣時，控制模塊依據預測的需求功率通過氫氣流量與功率的函數關系對流量閥的開度控制可以自由控制供氫的瓶數和每個瓶的輸出氫氣流量的大小；所述的流量閥連接質量流量計，用于實時測量每個固態儲氫瓶實際輸出流量，質量流量計連接燃料電池陽極入口，用于將測量后的氫氣傳輸至燃料電池；燃料電池陽極出口連接尾排閥，用于排水和排出陰極滲透到陽極的氮氣。
10、進一步地，所述的固態儲氫瓶放置在箱體當中并處于放氫狀態時，應當使固態儲氫瓶的輸出接口的軸線方向與水平方向呈θ
11、
12、式中，q為質量流量計采集的氫氣流量，t為每次采集的時間間隔，s為固態儲氫瓶的儲氫總質量。
13、進一步的，固態儲氫瓶由隔熱層、復合相變材料填充區域以及儲氫區域三個構成。
14、進一步的，所述的隔熱層是起到隔絕熱量流失以及固定相變材料和鋰電池的作用。
15、進一步的，所述的儲氫區域近似為圓柱體，其截面半徑為r，內部填充低溫固態儲氫合金lani5。
16、進一步的，所述的固態儲氫瓶在放氫的過程中吸收熱量、加氫過程中放出熱量，通過復合相變材料將加氫過程中放出的熱量存儲并在放氫過程中將熱量放出；所述復合相變材料由月桂酸、反油酸以及葵酸作為原相變材料，根據最低共熔原理將三者按比例混合得到復合相變材料；當固態儲氫瓶的放氫溫度達到28-34℃時，即可以按照最大放氫流量持續放氫；因此當月桂酸、反油酸以及葵酸的質量比為31.07-37.68：50.61-54.29：11.71-14.64時，可以保證復合材料的凝固點低于28℃；將固態儲氫瓶存儲的氫氣以最大放氫流量全部放出所產生的熱量被復合相變材料全部吸收需要填充復合相變材料的質量為5.24kg至6.47kg。
17、進一步的，所述的復合相變材料填充區域與儲氫區域之間的接觸面上設計有基于平行葉脈結構的仿生型導熱翅片，以提高復合相變材料填充區域與儲氫區域之間的換熱效率。
18、進一步的，所述的復合相變材料填充區域與儲氫區域之間的壁面上設計有基于玉蓮葉脈結構的仿生型導熱翅片，以提高復合相變材料填充區域與儲氫區域之間的換熱效率，并保持二者的熱均衡性；所述的仿生型導熱翅片均勻分布在復合相變材料填充區域與儲氫區域之間的壁面的周圍，導熱翅片結構中的葉脈長為lk本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：包括箱體、燃料電池模塊、供氣模塊、輸出模塊以及控制模塊；所述的供氣模塊與燃料電池模塊相連接，用于為燃料電池模塊提供反應氣體；所述的輸出模塊與燃料電池模塊相連接，用于將燃料電池產生的電能平穩輸出；所述的控制模塊與供氣模塊和輸出模塊相連接，用于對供氣模塊的氫氣和氧氣的供氣量進行提前控制。
2.根據權利要求1所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的供氣模塊包括氫氣供氣模塊和氧氣供氣模塊，氫氣供氣模塊包括固態儲氫瓶、質量流量計、流量閥和尾排閥，氧氣供氣模塊包括空壓機、質量流量計、冷卻增濕器和節氣門；所述的輸出模塊包括DC-DC以及逆變器；所述的空壓機與冷卻增濕器相連接，冷卻增濕器連接燃料電池陰極入口，用于降低燃料電池溫度以及使質子交換膜保持在一個適當的濕度；燃料電池陰極出口連接節氣門，用來調節陰極壓力水平。
3.根據權利要求2所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的固態儲氫瓶儲氫壓力為2Mpa，最大可承受壓力為4.5Mpa，可存存儲氫氣200至250g；所
4.根據權利要求2所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的固態儲氫瓶放置在箱體當中并處于放氫狀態時，應當使固態儲氫瓶的輸出接口的軸線方向與水平方向呈θ，用于使固態儲氫瓶保持較高的放氫效率；
5.根據權利要求1所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的固態儲氫瓶由隔熱層、復合相變材料填充區域以及儲氫區域構成；所述的隔熱層是起到隔絕熱量流失以及固定相變材料的作用；所述的儲氫區域近似為圓柱體，其截面半徑為R，內部填充低溫固態儲氫合金LaNi5；所述的固態儲氫瓶在放氫的過程中吸收熱量、加氫過程中放出熱量，通過復合相變材料將加氫過程中放出的熱量存儲并在放氫過程中將熱量放出；所述復合相變材料由月桂酸、反油酸以及葵酸作為原相變材料，根據最低共熔原理將三者按比例混合得到復合相變材料；當固態儲氫瓶的放氫溫度達到28-34℃時，即可以按照最大放氫流量持續放氫；因此當月桂酸、反油酸以及葵酸的質量比為31.07-37.68：50.61-54.29：11.71-14.64時，可以保證復合材料的凝固點低于28℃；將固態儲氫瓶存儲的氫氣以最大放氫流量全部放出所產生的熱量被復合相變材料全部吸收需要填充復合相變材料的質量為5.24kg至6.47kg。
6.根據權利要求1所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的復合相變材料填充區域與儲氫區域之間的壁面上設計有基于玉蓮葉脈分型結構的仿生型導熱翅片，以提高復合相變材料填充區域與儲氫區域之間的換熱效率，并保持二者的熱均衡性；所述的仿生型導熱翅片均勻分布在復合相變材料填充區域與儲氫區域之間的壁面的周圍，導熱翅片結構中的葉脈長為Lk，葉脈寬為Wk，枝角為αk，其中k表示為玉蓮葉脈的分型階數，L1和W1為第一個主葉脈的初始長度和寬度以及葉脈結構的第一個分支角度α2；令第k+1級葉脈長度與第k級葉脈長度的比率為長度比Lθ，令第k+1級葉脈寬度與第k級葉脈寬度的比率為長度比Wθ，令第k+1級葉脈枝角與第k級葉脈枝角的比率為長度比αθ,在儲氫區域內部，主葉脈向儲氫區域內部延長有一體式波浪狀導熱翅片，以增大與固態儲氫合金的接觸面積，寬度為W0，其函數表達式為當L1＝20mm,W1＝2mm,α2＝60°，且Lθ∈(0.68,0.74),Wθ∈(0.42,0.45),αθ∈(0.54,0.59)時，導熱翅片擁有較好的導熱效果。
7.根據權利要求1所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的控制模塊基于控制系統包括:數據采集模塊、數據分析模塊以及控制執行模塊；
8.根據權利要求6所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：步驟S1中，數據采集模塊獲取被控燃料電池發電系統的電流信號I和電流微分信號dI以及電壓信號V以及電壓微分信號dV；所述電流信號I和電壓信號V是霍爾電流傳感器和電壓傳感器對發電系統的輸出電流進行噪聲濾除后采集并進行微分提取得...
【技術特征摘要】
1.一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：包括箱體、燃料電池模塊、供氣模塊、輸出模塊以及控制模塊；所述的供氣模塊與燃料電池模塊相連接，用于為燃料電池模塊提供反應氣體；所述的輸出模塊與燃料電池模塊相連接，用于將燃料電池產生的電能平穩輸出；所述的控制模塊與供氣模塊和輸出模塊相連接，用于對供氣模塊的氫氣和氧氣的供氣量進行提前控制。
2.根據權利要求1所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的供氣模塊包括氫氣供氣模塊和氧氣供氣模塊，氫氣供氣模塊包括固態儲氫瓶、質量流量計、流量閥和尾排閥，氧氣供氣模塊包括空壓機、質量流量計、冷卻增濕器和節氣門；所述的輸出模塊包括dc-dc以及逆變器；所述的空壓機與冷卻增濕器相連接，冷卻增濕器連接燃料電池陰極入口，用于降低燃料電池溫度以及使質子交換膜保持在一個適當的濕度；燃料電池陰極出口連接節氣門，用來調節陰極壓力水平。
3.根據權利要求2所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的固態儲氫瓶儲氫壓力為2mpa，最大可承受壓力為4.5mpa，可存存儲氫氣200至250g；所述的固態儲氫瓶在一個箱體當中可以8至16瓶；所述的固態儲氫瓶采用并聯式的接法，每個固態儲氫瓶在輸出接口處與流量閥相連接，用于控制儲氫瓶輸出氫氣流量的大小，在為燃料電池提供氫氣時，控制模塊通過對流量閥的開度控制可以自由控制供氫的瓶數和每個瓶的輸出氫氣流量的大小；所述的流量閥連接質量流量計，用于測量每個固態儲氫瓶實際輸出流量，質量流量計連接燃料電池陽極入口，用于將測量后的氫氣傳輸至燃料電池；燃料電池陽極出口連接尾排閥，用于排水和排出陰極滲透到陽極的氮氣。
4.根據權利要求2所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的固態儲氫瓶放置在箱體當中并處于放氫狀態時，應當使固態儲氫瓶的輸出接口的軸線方向與水平方向呈θ，用于使固態儲氫瓶保持較高的放氫效率；
5.根據權利要求1所述的一種基于固態儲氫的分布式燃料電池發電系統，其特征在于：所述的固態儲氫瓶由隔熱層、復合相變材料填充區域以及儲氫區域構成；所述的隔熱層是起到隔絕熱量流失以及固定相變材料的作用；所述的儲氫區域近似為圓柱體，其截面半徑為r，內部填充低溫固態儲氫合金lani5；所述的固態儲氫瓶在放氫的過程中吸收熱量、加氫過程中放出熱量，通過復合相變材料將加氫過程中放出的熱量存儲并在放氫過程中將熱量放出；所述復合相變材料由月桂酸、反油酸以及葵酸作為原相變材料，根據最低共熔原理將三者按比例混合得到復合相變材料；當固態儲氫瓶的放氫溫度達到28-34℃時，即可以按照最大放氫流量持續放氫；因此當月桂酸、反油酸以及葵酸的質量比為31.07-37.68：50.61...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫超宇，解玄，尹必峰，覃碧，鐘睿，姚曉，韋登斌，姚明江，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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