基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源及供电方法技术

本发明专利技术涉及氢能源技术领域，提供了一种基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源及供电方法。所述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，用于新能源汽车的车载动力系统中，包括用于提供氢气的有机液态氢源装置、用于将氢能转换为电能的氢能转换装置和用于管理电能的电源管理装置，以及温度管理装置；其中，氢能转换装置为中高温燃料电池电堆。本发明专利技术的智能电源，是一种清洁环保、使用方便的电源系统，用于新能源汽车，不仅解决了充电时间和续航里程的问题，更重要的是避免了现有的高压储氢罐与锂电池在同一车上的安全隐患，大大提高了系统的安全性，使采用该智能电源的新能源汽车能够进行大规模商业应用，带来巨大的社会效益和经济效益。

Intelligent power supply and power supply method based on liquid hydrogen source and intermediate high temperature fuel cell

The invention relates to the technical field of hydrogen energy, and provides an intelligent power supply and a power supply method based on a liquid hydrogen source and a medium high temperature fuel cell. Intelligent power source in high temperature liquid hydrogen and fuel cell based on the vehicle dynamic system, for new energy vehicles, including for organic liquid hydrogen source device, provide hydrogen for hydrogen energy conversion into electrical energy conversion device for hydrogen energy and power management of electric power management device and temperature management device; among them, the hydrogen conversion device for high temperature fuel cell stack. Intelligent power of the invention is a kind of clean, environmental protection, power supply system is convenient, for new energy vehicles, not only solves the problem of mileage and charging time, more important is to avoid the hidden dangers existing high-pressure hydrogen storage tank and the lithium battery in the same car, greatly improves the safety the system, so that the new energy vehicles using the intelligent power supply to large-scale commercial application, bring huge economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源及供电方法
本专利技术涉及氢能源
，特别涉及一种基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源及供电方法。
技术介绍
近年来新能源汽车受到越来越多的重视，各种类型的新能源汽车陆续上市。目前常见的是采用锂电池作为电源的新能源汽车，具有清洁无污染的优点，符合当下的环保要求。但是，采用锂电池作为电源，存在充电时间长、续航里程不足等问题，且为其提供电能的充电站等配套设施与现有的加油站及运输储存设施不兼容，完全替换需要投入巨大的财力物力，成本高昂。另一种新能源汽车模式是采用氢气作为能源提供动力，其氢能转换模式包括氢内燃机或氢燃料电池两种。其中，氢燃料电池与锂电池结合作为新能源汽车动力，可以解决充电时间和续航里程的问题。现有的技术是采用高压储氢罐储氢，为氢燃料电池提供氢气。由于锂电池有因为过热或短路引起燃烧爆炸的问题，而燃料电池的高压储氢罐同样有可能因为氢气泄露引起燃烧爆炸，从而使锂电池与高压储氢罐在同一车上的安全隐患大大增加。而安全是新能源汽车能否大规模应用最重要的决定因素之一，因此，上述问题导致现有的氢燃料电池新能源汽车无法进入大规模商业应用。中国地质大学（武汉）可持续能源实验室研究团队，在程寒松教授的带领下，经长期的研究发现了一类有机液态共轭分子储氢材料，这类材料具有闪点高，熔点低、在高效催化剂作用下脱氢温度低、释放气体纯度高等特点，且可逆性强，循环寿命高，并且不产生一氧化碳等毒害燃料电池催化剂的气体。作为氢的载体，这类材料在常温下以液态方式存在，可以像汽油一样在常温常压下储存和运输，可利用现有汽油输送方式和加油站设备。这种有机材料的发现，为解决现有的氢燃料电池新能源汽车的安全问题提供了基础。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，提高氢燃料电池新能源汽车的安全性，且解决充电时间和续航里程的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，用于新能源汽车的车载动力系统中，包括用于提供氢气的有机液态氢源装置、用于将氢能转换为电能的氢能转换装置和用于管理电能的电源管理装置，以及温度管理装置；所述有机液态氢源装置包括用于储存有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的储存设备，及用于产生氢气的脱氢装置；所述氢能转换装置包括用于发电的氢燃料电池，所述氢燃料电池为中温燃料电池电堆或者高温燃料电池电堆；所述电源管理装置包括用于储存电能的二次电池以及用于电能管理的电能管理单元；所述脱氢装置设有第一热交换设备，所述氢燃料电池设有第二热交换设备，所述二次电池设有第三热交换设备，所述第一热交换设备、第二热交换设备、第三热交换设备通过管道传热设备连接；所述温度管理装置用于管理系统温度以及控制所述第一热交换设备、第二热交换设备、第三热交换设备及管道传热设备的运行。进一步的，所述氢燃料电池产生的电能输入所述二次电池储存，所述二次电池在所述电能管理单元的控制下对外部负载供电。进一步的，所述电能管理单元连接汽车的行车电脑，并根据所述行车电脑提供的行车及路况数据计算平均行车能耗，调节二次电池与燃料电池电量的合理分配，控制所述氢燃料电池平稳运行。优选的，所述储存设备包括用于存放有机液态氢源材料的第一储存罐/储存室和用于存放有机液态储氢载体的第二储存罐/储存室，所述第一储存罐/储存室的输出口设置有用于输送有机液态氢源材料的泵。优选的，所述脱氢装置包括用于有机液态氢源材料进行脱氢反应的脱氢反应器以及用于催化脱氢反应的脱氢催化剂。进一步的，所述有机液态氢源装置还包括缓冲罐，所述缓冲罐用于储存所述脱氢装置产生的氢气，所述氢燃料电池使用所述缓冲罐中的氢气发电。优选的，所述脱氢装置中进行脱氢反应的反应条件为温度120～280℃，气压0.1～0.4MPa。进一步的，所述脱氢装置还设有用于加热所述脱氢装置的加热装置，所述温度管理装置还用于控制所述加热装置的工作温度。优选的，所述加热装置为电加热设备，使用所述二次电池提供的电能进行加热。优选的，所述加热装置为氢燃烧设备，使用所述脱氢装置提供的氢气燃烧加热。进一步的，所述中温燃料电池电堆的工作温度为140～300℃，所述高温燃料电池电堆的工作温度为300～800℃。优选的，所述管道传热设备中的导热介质为高温导热介质。优选的，所述管道传热设备中的导热介质为有机液态氢源材料，所述储存设备中的有机液态氢源材料经所述管道传热设备后进入脱氢装置进行脱氢反应。本专利技术还提供了一种使用上述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源供电的方法，包括如下步骤：通过泵将储存在储存设备中的有机液态氢源材料输入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢燃料电池，所述氢燃料电池通过电源管理单元为二次电池充电，所述电源管理装置为汽车或其它外部负载供电。本专利技术还提供了另一种使用上述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源供电的方法，包括如下步骤：通过泵将储存在储存设备中的有机液态氢源材料送入所述管道传热设备，吸收热量后进入脱氢装置进行脱氢反应，得到氢气和有机液态储氢载体，所述氢气进入氢燃料电池，所述氢燃料电池通过电源管理单元为二次电池充电，所述电源管理装置为汽车或其它外部负载供电。进一步的，所述脱氢装置产生的氢气先进入缓冲罐储存，所述氢燃料电池使用缓冲罐中的氢气发电。本专利技术的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，采用储存在储存设备中的有机液态储氢材料作为氢源，使用时在脱氢装置中经脱氢反应产生氢气，供氢燃料电池使用。所述有机液态储氢材料具有闪点高、熔点低，在催化剂作用下能释放出高纯度氢气，且脱氢温度低、可逆性强、循环寿命长、不产生有害燃料电池催化剂的气体等优点。因此，采用该种有机液态储氢材料作为氢源，对比现有的采用高压储氢罐作为氢源的方式，避免了因氢气泄露引起燃烧爆炸的风险，大大提高了氢源的安全性。氢燃料电池产生的电能为二次电池充电，并由电能管理单元统一管理二次电池的充电和放电，常用的二次电池为锂电池。采用这种方式，既避免了二次电池因为过热或短路引起燃烧爆炸的危险，又可以稳定持续的为新能源汽车中的外部负载供电，在提高安全性的同时也解决了充电时间和续航里程的问题。作为进一步的改进，上述电能管理单元连接汽车的行车电脑。所述行车电脑包括电子控制单元ECU(ElectronicControlUnit)和车载导航装置等，是普遍配置于汽车中的电子控制设备，其不仅能管理车上的电子设备，还能与外部设备通过无线网络进行通信，获取实时路况等数据信息。电能管理单元根据所述行车电脑提供的行车及路况数据计算平均行车能耗，调节二次电池与燃料电池电量的合理分配，以达到控制所述氢燃料电池平稳运行，从而节约能耗、提高氢燃料电池寿命的目的。本专利技术的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，其氢燃料电池为工作温度在140～300℃范围的中温燃料电池电堆，或者工作温度在300～800℃范围的高温燃料电池电堆。由于氢燃料电池具有较高的工作温度，可以将其作为热源提供热量加热液态氢源材料，从而提高整个系统的热能利用效率。同时，二次电池在工作时也会发热，产生多余热量，因此也可以作为热源。具体的，在所述脱氢装置上设有第一热交换设备，在所述氢燃料电池、二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，用于新能源汽车的车载动力系统中，其特征在于：包括用于提供氢气的有机液态氢源装置、用于将氢能转换为电能的氢能转换装置和用于管理电能的电源管理装置，以及温度管理装置；所述有机液态氢源装置包括用于储存有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的储存设备，及用于产生氢气的脱氢装置；所述氢能转换装置包括用于发电的氢燃料电池，所述氢燃料电池为中温燃料电池电堆或者高温燃料电池电堆；所述电源管理装置包括用于储存电能的二次电池以及用于电能管理的电能管理单元；所述脱氢装置设有第一热交换设备，所述氢燃料电池设有第二热交换设备，所述二次电池设有第三热交换设备，所述第一热交换设备、第二热交换设备、第三热交换设备通过管道传热设备连接；所述温度管理装置用于管理系统温度以及控制所述第一热交换设备、第二热交换设备、第三热交换设备及管道传热设备的运行。

【技术特征摘要】
1.基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，用于新能源汽车的车载动力系统中，其特征在于：包括用于提供氢气的有机液态氢源装置、用于将氢能转换为电能的氢能转换装置和用于管理电能的电源管理装置，以及温度管理装置；所述有机液态氢源装置包括用于储存有机液态氢源材料和有机液态储氢载体的储存设备，及用于产生氢气的脱氢装置；所述氢能转换装置包括用于发电的氢燃料电池，所述氢燃料电池为中温燃料电池电堆或者高温燃料电池电堆；所述电源管理装置包括用于储存电能的二次电池以及用于电能管理的电能管理单元；所述脱氢装置设有第一热交换设备，所述氢燃料电池设有第二热交换设备，所述二次电池设有第三热交换设备，所述第一热交换设备、第二热交换设备、第三热交换设备通过管道传热设备连接；所述温度管理装置用于管理系统温度以及控制所述第一热交换设备、第二热交换设备、第三热交换设备及管道传热设备的运行。2.如权利要求1所述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，其特征在于：所述氢燃料电池产生的电能输入所述二次电池储存，所述二次电池在所述电能管理单元的控制下对外部负载供电。3.如权利要求2所述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，其特征在于：所述电能管理单元连接汽车的行车电脑，并根据所述行车电脑提供的行车及路况数据计算平均行车能耗，调节二次电池与燃料电池电量的合理分配，控制所述氢燃料电池平稳运行。4.如权利要求1所述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，其特征在于：所述储存设备包括用于存放有机液态氢源材料的第一储存罐/储存室和用于存放有机液态储氢载体的第二储存罐/储存室，所述第一储存罐/储存室的输出口设置有用于输送有机液态氢源材料的泵。5.如权利要求1所述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，其特征在于：所述脱氢装置包括用于有机液态氢源材料进行脱氢反应的脱氢反应器以及用于催化脱氢反应的脱氢催化剂。6.如权利要求1所述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，其特征在于：所述有机液态氢源装置还包括缓冲罐，所述缓冲罐用于储存所述脱氢装置产生的氢气，所述氢燃料电池使用所述缓冲罐中的氢气发电。7.如权利要求1-6任一项所述的基于液态氢源和中高温燃料电池的智能电源，其特征在于：所述脱氢装置中...

【专利技术属性】
技术研发人员：程寒松，高小平，李万清，李然，
申请(专利权)人：杭州聚力氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33