集成的太阳能高压制氢和电池充电系统技术方案

本发明专利技术涉及集成的太阳能高压制氢和电池充电系统。具体地，本发明专利技术的一个实施例包括光电系统，该光电系统同时提供电力和低级热量，以及利用能量的多种选择。电力可以用于驱动产生氢气的高压电解槽。氢气压力可被增加到至少700bar的最终压力。在一个实施例中，压力可以采用金属氢化物压缩机增压并储存。储存的高压氢气可用于填充燃料电池电动车辆（FCEV）的燃料箱。电力还可用于有效地为增程电动车辆（EREV）的电池进行充电。

【技术实现步骤摘要】
集成的太阳能高压制氢和电池充电系统本申请是专利申请号为201010176781.1的中国专利技术专利申请的分案申请，前述专利申请的申请日为2010年3月16日，专利技术创造名称为《集成的太阳能高压制氢和电池充电系统》。相关申请的交叉引用本申请要求2009年3月16日提交的美国临时申请No.61/160,445的权益。
本专利技术总体上涉及的领域包括一种集成的太阳能高压制氢和电池充电系统。
技术介绍
很多制氢系统依靠矿物燃料并且在能效上没有最优化。电池充电也存在同样的问题。因此，尽管燃料电池电动车辆（FCEV）和增程电动车辆（EREV）的电池充电可以减少车辆对环境的影响，但是他们并不属于无污染和可再生能源驱动的交通运输系统的一部分。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例包括光电系统，该光电系统提供了电力和低级热量，以及利用该能量的多种选择。电力可用于驱动产生氢的高压电解槽。氢气压力可被增压至最终压缩。在一个实施例中，压力可采用金属氢化物压缩机增压并储存。储存的高压氢气可用于填充FCEV燃料箱。在可替代实施例中，来自电解槽的氢气可储存于基于金属氢化物的储存系统中并从该系统分配。来自光电系统的低级热量可用于驱动氢化物压缩机和/或作为产生电力的热力发动机。太阳能电力可用于为电池充电，如用于电动车辆电池组或位于建筑物中的固定电池组的锂离子电池。通过将氢气和充电系统的操作与光电系统最大功率输出点相匹配，可优化氢气和充电系统。通过下面的详细描述，本专利技术的其它示例性实施例将变得明显。应该理解的是，在公开本专利技术的示例性实施例时，详细描述以及特定的例子只是出于示出目的，并不意图限定本专利技术的范围。本专利技术还包括以下方案：方案1：一种方法，包括：使用光电系统生成热量和电力；使用电解槽产生氢气，所述电解槽至少部分由所生成的电力供能；以及通过金属氢化物压缩机使所产生的氢气压力增压，所述金属氢化物压缩机至少部分由所生成的热量供能。方案2：如方案1所述的方法，进一步包括利用所生成的电力为电池充电的步骤。方案3：如方案2所述的方法，其中充电步骤进一步包括使用级联系统为电池充电。方案4：如方案1所述的方法，其中所述光电系统的输出电压大体上等于所述电解槽的操作电压和电池组的充电电压。方案5：如方案1所述的方法，其中所述电解槽产生具有大于2000磅/平方英寸（PSI）压力的氢气。方案6：如方案1所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机将所产生的氢气的压力从大于2000磅/平方英寸（PSI）的值增加至大体上等于或大于10000PSI的值。方案7：如方案1所述的方法，其中所述电解槽和所述金属氢化物压缩机共用单个储存罐。方案8：如方案1所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机包括稀土或过渡金属合金。方案9：如方案1所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机包括镁基合金。方案10：如方案1所述的方法，进一步包括使用热力发动机的步骤，所述热力发动机与地热井可操作地联接以生成能量。方案11：如方案1所述的方法，其中所述光电系统进一步包括智能充电控制器。方案12：一种方法，包括：使用光电系统产生电力；使用所述电力驱动电解槽以在压力下产生氢气；使用光电系统生成热量；使用所述热量驱动金属氢化物压缩机；使用所述金属氢化物压缩机使氢气压力增压；以及使用所产生的电力为电池充电。方案13：如方案12所述的方法，其中所述光电系统的输出电压大体上等于所述电解槽的操作电压和电池的充电电压。方案14：如方案12所述的方法，其中所述电解槽产生具有大于2000磅/平方英寸（PSI）压力的氢气。方案15：如方案12所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机将所产生的氢气的压力从大于2000磅/平方英寸（PSI）的值增加至大体上等于或大于10000PSI的值。方案16：如方案12所述的方法，其中所述电解槽进一步包括金属氢化物电解槽。方案17：如方案12所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机包括稀土或过渡金属合金。方案18：如方案12所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机包括镁基合金。方案19：如方案12所述的方法，进一步包括使用热力发动机的步骤，所述热力发动机与地热井可操作地联接以生成能量。方案20：如方案12所述的方法，其中所述光电系统进一步包括智能充电控制器。方案21：如方案12所述的方法，其中至少部分所生成的氢气被燃烧以产生热量。方案22：如方案12所述的方法，其中所述光电系统、所述电解槽、所述金属氢化物压缩机、以及所述电池都集成在单个外壳中。方案23：一种方法，包括：使用光电系统生成热量和电力；使用金属氢化物电解槽产生氢气，所述电解槽至少部分由所生成的电力供能；通过金属氢化物氢气压缩机使所产生的氢气压力增压，所述金属氢化物氢气压缩机至少部分由所生成的热量供能；以及将所产生的氢气储存在基于氢化物的储存系统中。附图说明本专利技术的示例性实施例将从下面的详细描述和附图中得到更充分的理解。图1是描述能量计算的曲线图，其为需要将氢气从1个大气压（1.013bar；即14.7磅/平方英寸，psi）压缩至三个理想热动力学状态的所示压力的H2低热值（LHV）的百分比。图2是描述作为概念验证的锂离子电池的自调节太阳能充电的曲线图。图3是集成的高压、电阳能-氢气、以及电池充电的系统的流程图，该系统部分通过固定蓄电池组供能。图4是从蓄电池组为插入式电动车辆连续充电的系统框图，其中每个能量流在智能充电控制器系统的协助下调节。图5是能量流程图，其示出了PV太阳能到电能、热能和氢气化学能的转化。图6是本专利技术优选实施例各部分的流程图。为了简便起见，没有示出“热到电”发动机和新电池充电系统的细节。具体实施方式对实施例的下述描述本质上只是示例性的（说明性的），并不意图限制本专利技术及其应用或用途。一个实施例包括一种可再生高压制氢的新工艺，该工艺将提高所产生氢气的工艺效率和纯度。本专利技术利用可与高压电解槽装置/氢化物压缩机结合的太阳能光电（PV）/太阳能热系统来产生700bar或者更高压力的氢气（目前用于氢能燃料电池电动车辆（FCEV）的最高氢气压力）。另外，该系统可包括用于增程电动车辆（EREV）的锂离子电池的用于插入式再充电的优化自调节电池系统。在适于生成用于一辆或一队车的家用或商用持续运输的可再生分布式能量时，该系统可为特别有用的。在一个实施例中，该系统可采用由太阳光产生的低级热能（太阳热能）供能的集成氢化物压缩机来使由太阳能高压电解槽产生的氢气压力增压。而且，氢气和电池充电系统可集成以形成通用且有效的系统从而为FCEV和EREV可再生地供能。目前，商用的电解槽可以通过水电解来产生氢，基于所产生氢气的吉布斯（Gibbs）自由能（32.7kWh/kg；1.23伏特标准电位），其效率为约60-70%，输出压力为约200psi（13.8bar）。用于科研的高压电解槽可有超过2000psi（138bar）的压力，但是高压电解仍然是未经证实的技术。采用近期专利技术的方法产生太阳能转化成氢气的效率高达12%的系统可优化PV-驱动的电解。至此，我们己经示出了概念系统的验证，该系统通过使用高达6500psi（448bar）的高压碱性电解的水电解从而用于太阳能高效制氢。该高效太阳能氢燃料供应系统对于FCEV来说是一项非常激动人心的开发，因为它可以直接为将高压氢气储存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：使用包括集中光电系统（CPV）的光电系统生成热量和电力；使用电解槽产生氢气，所述电解槽至少部分由所生成的电力供能；通过金属氢化物压缩机使所产生的氢气压力增压，所述金属氢化物压缩机至少部分由所生成的热量供能；提供电池；将光电系统的最大功率点与电池的标称电池充电容量相匹配；以及利用所生成的电力为电池充电。

【技术特征摘要】
2009.03.16 US 61/160445;2010.02.26 US 12/7141101.一种方法，包括：使用包括集中光电系统（CPV）的光电系统生成热量和电力；使用电解槽产生氢气，所述电解槽至少部分由所生成的电力供能；通过金属氢化物压缩机使所产生的氢气压力增压，所述金属氢化物压缩机至少部分由所生成的热量供能；提供电池；将光电系统的最大功率点与电池的标称电池充电电压相匹配；以及利用所生成的电力为电池充电。2.如权利要求1所述的方法，其中充电步骤进一步包括电池是固定蓄电池；提供车辆电池组；将固定蓄电池连接到车辆电池组；以及使用级联系统为电池充电。3.如权利要求1所述的方法，其中所述光电系统的输出电压等于所述电解槽的操作电压和电池组的充电电压。4.如权利要求1所述的方法，其中所述电解槽产生具有大于2000磅/平方英寸（PSI）压力的氢气。5.如权利要求1所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机将所产生的氢气的压力从大于2000磅/平方英寸（PSI）的值增加至等于或大于10000PSI的值。6.如权利要求1所述的方法，其中所述电解槽和所述金属氢化物压缩机共用单个储存罐。7.如权利要求1所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机包括稀土或过渡金属合金。8.如权利要求1所述的方法，其中所述金属氢化物压缩机包括镁基合金。9.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用热力发动机的步骤，所述热力发动机与地热井可操作地联接以生成能量。10.如权利要求1所述的方法，其中所述光电系统进一步包括智能充电控制器。11.一种方法，包括：使用包括集中光电系统（CPV）的光电系统产生电力；使用所述电力驱动电...

【专利技术属性】
技术研发人员：NA凯莉，TL吉布森，M蔡，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：美国;US