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一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

文檔序號(hào):40608474發(fā)布日期:2025-01-07 20:49閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),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(yīng)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(chǎn)生的電能平穩(wěn)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(duì)供氣模塊的氫氣和氧氣的供氣量進(jìn)行提前控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),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(tài)儲(chǔ)氫瓶、質(zhì)量流量計(jì)、流量閥和尾排閥,氧氣供氣模塊包括空壓機(jī)、質(zhì)量流量計(jì)、冷卻增濕器和節(jié)氣門;所述的輸出模塊包括dc-dc以及逆變器;所述的空壓機(jī)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(zhì)子交換膜保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)臐穸?;燃料電池陰極出口連接節(jié)氣門,用來(lái)調(diào)節(jié)陰極壓力水平。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),其特征在于:所述的固態(tài)儲(chǔ)氫瓶?jī)?chǔ)氫壓力為2mpa,最大可承受壓力為4.5mpa,可存存儲(chǔ)氫氣200至250g;所述的固態(tài)儲(chǔ)氫瓶在一個(gè)箱體當(dāng)中可以8至16瓶;所述的固態(tài)儲(chǔ)氫瓶采用并聯(lián)式的接法,每個(gè)固態(tài)儲(chǔ)氫瓶在輸出接口處與流量閥相連接,用于控制儲(chǔ)氫瓶輸出氫氣流量的大小,在為燃料電池提供氫氣時(shí),控制模塊通過(guò)對(duì)流量閥的開(kāi)度控制可以自由控制供氫的瓶數(shù)和每個(gè)瓶的輸出氫氣流量的大?。凰龅牧髁块y連接質(zhì)量流量計(jì),用于測(cè)量每個(gè)固態(tài)儲(chǔ)氫瓶實(shí)際輸出流量,質(zhì)量流量計(jì)連接燃料電池陽(yáng)極入口,用于將測(cè)量后的氫氣傳輸至燃料電池;燃料電池陽(yáng)極出口連接尾排閥,用于排水和排出陰極滲透到陽(yáng)極的氮?dú)狻?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),其特征在于:所述的固態(tài)儲(chǔ)氫瓶放置在箱體當(dāng)中并處于放氫狀態(tài)時(shí),應(yīng)當(dāng)使固態(tài)儲(chǔ)氫瓶的輸出接口的軸線方向與水平方向呈θ,用于使固態(tài)儲(chǔ)氫瓶保持較高的放氫效率;

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),其特征在于:所述的固態(tài)儲(chǔ)氫瓶由隔熱層、復(fù)合相變材料填充區(qū)域以及儲(chǔ)氫區(qū)域構(gòu)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(chǔ)氫區(qū)域近似為圓柱體,其截面半徑為r,內(nèi)部填充低溫固態(tài)儲(chǔ)氫合金lani5;所述的固態(tài)儲(chǔ)氫瓶在放氫的過(guò)程中吸收熱量、加氫過(guò)程中放出熱量,通過(guò)復(fù)合相變材料將加氫過(guò)程中放出的熱量存儲(chǔ)并在放氫過(guò)程中將熱量放出;所述復(fù)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(jù)最低共熔原理將三者按比例混合得到復(fù)合相變材料;當(dāng)固態(tài)儲(chǔ)氫瓶的放氫溫度達(dá)到28-34℃時(shí),即可以按照最大放氫流量持續(xù)放氫;因此當(dāng)月桂酸、反油酸以及葵酸的質(zhì)量比為31.07-37.68:50.61-54.29:11.71-14.64時(shí),可以保證復(fù)合材料的凝固點(diǎn)低于28℃;將固態(tài)儲(chǔ)氫瓶存儲(chǔ)的氫氣以最大放氫流量全部放出所產(chǎn)生的熱量被復(fù)合相變材料全部吸收需要填充復(fù)合相變材料的質(zhì)量為5.24kg至6.47kg。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),其特征在于:所述的復(fù)合相變材料填充區(qū)域與儲(chǔ)氫區(qū)域之間的壁面上設(shè)計(jì)有基于玉蓮葉脈分型結(jié)構(gòu)的仿生型導(dǎo)熱翅片,以提高復(fù)合相變材料填充區(qū)域與儲(chǔ)氫區(qū)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(dǎo)熱翅片均勻分布在復(fù)合相變材料填充區(qū)域與儲(chǔ)氫區(qū)域之間的壁面的周圍,導(dǎo)熱翅片結(jié)構(gòu)中的葉脈長(zhǎng)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(shù),l1和w1為第一個(gè)主葉脈的初始長(zhǎng)度和寬度以及葉脈結(jié)構(gòu)的第一個(gè)分支角度α2;令第k+1級(jí)葉脈長(zhǎng)度與第k級(jí)葉脈長(zhǎng)度的比率為長(zhǎng)度比lθ,令第k+1級(jí)葉脈寬度與第k級(jí)葉脈寬度的比率為長(zhǎng)度比wθ,令第k+1級(jí)葉脈枝角與第k級(jí)葉脈枝角的比率為長(zhǎng)度比αθ,在儲(chǔ)氫區(qū)域內(nèi)部,主葉脈向儲(chǔ)氫區(qū)域內(nèi)部延長(zhǎng)有一體式波浪狀導(dǎo)熱翅片,以增大與固態(tài)儲(chǔ)氫合金的接觸面積,寬度為w0,其函數(shù)表達(dá)式為當(dāng)l1=20mm,w1=2mm,α2=60°,且lθ∈(0.68,0.74),wθ∈(0.42,0.45),αθ∈(0.54,0.59)時(shí),導(dǎo)熱翅片擁有較好的導(dǎo)熱效果。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),其特征在于:所述的控制模塊基于控制系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊以及控制執(zhí)行模塊;

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),其特征在于:步驟s1中,數(shù)據(jù)采集模塊獲取被控燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的電流信號(hào)i和電流微分信號(hào)di以及電壓信號(hào)v以及電壓微分信號(hào)dv;所述電流信號(hào)i和電壓信號(hào)v是霍爾電流傳感器和電壓傳感器對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流進(jìn)行噪聲濾除后采集并進(jìn)行微分提取得到的;所述電流微分信號(hào)di和電壓微分信號(hào)dv是跟蹤微分器對(duì)提取的電流信號(hào)i和電壓信號(hào)v進(jìn)行微分信號(hào)提取得到的;設(shè)定采集頻率f,數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)設(shè)定的頻率實(shí)時(shí)采集上述數(shù)據(jù)并通過(guò)總線傳至數(shù)據(jù)分析模塊。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),其特征在于:步驟s2中,將傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理并提取特征;將電壓信號(hào)v、電流信號(hào)i、電壓微分信號(hào)dv、電流微分信號(hào)di作為輸入向量,將輸入向量輸入深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),得到深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并輸出預(yù)測(cè)需求功率pn;

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),其特征在于:步驟s3中,將建立模型分析需求功率與燃料電池陰陽(yáng)級(jí)的氣體質(zhì)量流量之間的關(guān)系,并通過(guò)控制算法對(duì)兩極流量進(jìn)行精準(zhǔn)控制;


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于固態(tài)儲(chǔ)氫的分布式燃料電池發(fā)電系統(tǒng),所述的發(fā)電系統(tǒng)包括箱體、燃料電池模塊、供氣模塊、輸出模塊以及控制模塊;本發(fā)明提出了一種新型的固態(tài)儲(chǔ)氫瓶結(jié)構(gòu),由隔熱層、復(fù)合相變材料填充區(qū)域以及儲(chǔ)氫區(qū)域構(gòu)成,在復(fù)合相變材料填充區(qū)域以及儲(chǔ)氫區(qū)域間設(shè)計(jì)由仿生導(dǎo)熱翅片,以及一種固態(tài)儲(chǔ)氫瓶的高效率放氫角度;所述的控制模塊通過(guò)采集數(shù)據(jù)依據(jù)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)需求功率,通過(guò)搭建模型得到需求功率與氫氣和氧氣流量的關(guān)系,并使用滑??刂坪蚉ID控制對(duì)氣體流量實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制,以保證功率能夠?qū)崟r(shí)匹配。

技術(shù)研發(fā)人員:孫超宇,解玄,尹必峰,覃碧,鐘睿,姚曉,韋登斌,姚明江
受保護(hù)的技術(shù)使用者:江蘇大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/1/6
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