CN110544784B - 高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，包括依次连接的高压复合金属氢化物储氢系统、水冷燃料电池系统、DC/DC变换器、DC/DC控制器、整车控制器、电机控制器、电机，整车控制器与锂电池管理系统和锂电池依次连接，超级电容与电机控制器相连接；高压复合金属氢化物储氢系统由储氢瓶和料筒组成，料筒位于储氢瓶内胆中；料筒包括料筒躯干，其两端为开放结构，一端端板通入冷却水管，另一端端板上设置有加料口，两端的端板、上均装有能抵靠在储氢瓶内胆之内壁面上的支撑板簧；网护套包覆在料筒躯干的外表面上。本发明内部结构设计独特、装料便捷，具有储氢量高、动力学性能好、适用温度低等优点。

Description

高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车
技术领域
本发明涉及一种氢能源物流车，具体涉及一种高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车。
背景技术
氢燃料电池技术，是一种通过燃料电池系统装置，把氢气所具有的化学能转化成电能的一种技术。在氢燃料电池产业链中，电堆是处于中游核心环节。催化剂、质子交换膜、气体扩散层组成膜电极和双极板构成电堆的上游，电堆与空压机、储氢瓶系统、氢气循环泵等其它组件构成燃料电池动力系统，下游应用对应交通领域和备用电源领域，主要是客车、物流车、乘用车、物流车、固定式电源和便携式电源等。上游为氢气制备、储存和运输，最终运输到加氢站。其中，制氢是基础，储存和运输是氢气利用的核心保障。
氢能源物流车成为一道生态城市独特的风景线，具有货车装货的空间以及运输的能力，既满足低碳出行物流业的需求，也有利于节能减排。相对于传统的汽油物流车，氢燃料电池物流车在总碳排放上有着高达94％的降低，相比电动物流车也有着86％的消减。能量转换效率，氢燃料电池明显高于其他电池；补充能量时间，氢燃料电池是以分钟计算，其他电池以小时计算；环保角度而言，氢能燃料电池的排放为零。随着社会日益发展和技术的进步，新能源取代传统的燃料动力已成为历史的必然。
目前，商业化氢能物流车以35Mpa高压气瓶为主流储氢方式。固态储氢材料具有氢气提纯功能(氢气纯度99.999％)、体积储氢密度高和安全性好等诸多优点备受关注。由于氢与金属储氢材料反应形成固溶体或氢化物后，其体积储氢密度可以提高1000倍。但在金属氢化物储氢罐中，由于粉体材料有限的堆垛密度，使得储氢罐中填满金属氢化物储氢材料后仍有50％以上的空闲体积。如果将这部分空体积冲入高压氢气，既充分利用金属氢化物储氢体积密度大、安全性好，又发挥高压储氢吸放氢速度快、重量储氢密度高和放氢平稳等优点，实现两者优势的复合，有望成为未来主流的储氢方式。
株式会社丰田自动织机和丰田自动车株式会社共同申请了发明名称为氢储藏罐的发明专利，申请号为200880018938.9，公布日为2010.03.24。罐主体具有两端开口的中控躯干部，躯干部的两个开口端部与圆顶部结合。储氢瓶的内部设置有流动的热介质流路(热介质主要指水、油、发动机冷却液等)，在热介质流路中流动的热介质能与罐主体的外周面接触。采用复合罐主体躯干部空间分割成多个收纳室，储氢合金被分别收纳在多个收纳室中，有效抑制储氢合金局部压紧化。优化内部结构，有效提高装置的质量储氢密度和体积储氢密度，提高热传导性能。全球能源互联网研究院、国网山东省电力公司、国家电网公司共同申请了发明名称为一种气-固复合储氢罐的发明专利，申请号为201710271029.7，公布日为2018.11.02。气-固复合储氢罐包括外部罐体、储氢合金、导气管、内部循环水路、支撑板和氢气阀门。内部罐体由支撑板固定于外部罐体腔体内，支撑板焊接于内部罐体外壳上。装填有储氢合金的内部罐体，轴向设有多孔导气管，多孔导气管两端设置有过滤器。复合储氢罐内部优化设计及便捷的装料方式备受科学界和产业界的关注。
现有的氢能物流车无论是以35Mpa高压气瓶来储氢，还是通过上述两种发明专利中的氢储藏罐来储氢，其储氢量有限，装料不方便，且动力学性能差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，其内部结构设计独特、装料便捷，具有储氢量高、动力学性能好、适用温度低等优点，为氢能物流车提供了有效的解决方案。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，包括依次连接的高压复合金属氢化物储氢系统、水冷燃料电池系统、DC/DC变换器、DC/DC控制器、整车控制器、电机控制器、电机，整车控制器与锂电池管理系统和锂电池依次连接，超级电容与电机控制器相连接；DC/DC变换器经电机控制器向电机输出功率，DC/DC变换器受控于DC/DC控制器，DC/DC控制器受控于整车控制器；锂电池通过锂电池管理系统受控于整车控制器，并经电机控制器向电机输出功率或者吸收多余的功率；所述超级电容受控于整车控制器，并经电机控制器回收或输出瞬间大电流；
所述高压复合金属氢化物储氢系统由储氢瓶和料筒组成，料筒位于储氢瓶内胆中；所述料筒包括：
用于储存储氢合金材料的料筒躯干，其两端为开放结构，一端端板通入冷却水管，另一端端板上设置有加料口，两端的端板上均装有能抵靠在储氢瓶内胆之内壁面上的支撑板簧；
网护套，其包覆在所述料筒躯干的外表面上。
作为优选，所述冷却水管的一端通过连接半球与所述料筒躯干的内部相连。
作为优选，所述储氢瓶的两端开口上分别装有瓶口阀，瓶口阀与开口之间通过密封垫密封；所述冷却水管的另一端与储氢瓶内胆之一端瓶口阀上的快速接头相连通。
作为优选，所述储氢瓶采用6061铝合金或316不锈钢作为内衬，缠绕在内衬外的碳纤维或树脂复合材料作为承载结构，外部以玻璃纤维进行钢度增强和保护，容器端部设置防冲击缓冲层；所述储氢瓶内胆直筒段到瓶嘴部位为圆滑过渡。
作为优选，所述料筒躯干为不锈钢粉末烧结体，过滤精度是0.5～5μm。
作为优选，所述网护套为316不锈钢粉末烧结体，过滤精度是0.5～5μm。
作为优选，所述料筒躯干内充装的储氢合金材料床体为Ti-Cr-Mn储氢材料合金床体，亦或者，所述料筒躯干内充装的储氢合金材料床体由AB2型储氢合金和辅助材料组成。
作为优选，所述水冷燃料电池系统包括：
水冷燃料电池堆，其与所述DC/DC变换器相连；
水冷燃料电池堆控制板，其分别与所述水冷燃料电池堆和DC/DC变换器相连；
空气管路，其由通过管路依次连接的空气进气电磁阀、空气温度传感器、空气气压传感器、空气加湿器、空气加压泵构成；所述空气进气电磁阀与所述水冷燃料电池堆的空气进口相连，所述空气加湿器与所述水冷燃料电池堆的空气出口相连；
氢气管路，其由通过管路依次连接的氢气进气电磁阀、氢气温度传感器、第一氢气气压传感器、氢气加湿器、氢气循环泵、氢气排气电磁阀、第二氢气气压传感器构成；所述氢气进气电磁阀与所述水冷燃料电池堆的氢气进口相连，所述第二氢气气压传感器与所述水冷燃料电池堆的氢气出口相连；
冷却水循环管路，其由通过管路依次连接的冷却剂循环泵、冷却剂存储箱、空气冷却交换器构成；所述空气冷却交换器与所述水冷燃料电池堆的冷却剂入口相连，所述冷却剂循环泵与所述水冷燃料电池堆的冷却剂出口相连。
分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
1、本发明的高压复合金属氢化物储氢系统由储氢瓶和料筒组成。所述料筒由料筒躯干、料筒端板、支撑板簧、不绣钢网护套、储氢合金材料床体和循环水管路等组成。料筒躯干是两端开放结构，一端端板可通入循环水管路，另一端端板设置有螺栓装料口。料筒置于储氢瓶后，储氢瓶需要进行高温收口处理，收口直径57mm。复合罐气瓶加工完成后需要完成气密性试验压力35MPa，水压试验压力52.5MPa，爆破试验压力78.75MPa，压力循环次数≥11000次等型式试验，涉及到高压、浸水等处理工艺。因此，复合瓶加工、型式试验完成后，料筒螺栓装料口有效保障储氢材料组织、结构和性能良好。
2、本发明的高压复合金属氢化物储氢系统的内部料筒由4个支撑板簧弹性支撑置于储氢瓶内部的料筒，简单便捷，无需内部焊接工艺，降低制造成本，也有效防止焊接点氢渗透。
3、本发明的高压复合金属氢化物储氢系统的内部料筒采用不锈钢网护套整体包覆，不锈钢护网套为316不锈钢粉末烧结体，过滤精度是0.5～5μm。由于储氢合金多次吸放氢后会粉化，不锈钢网护套包覆于料筒躯干可用于过滤细化粉体。
4、本发明的高压复合金属氢化物储氢系统的内部料筒充装Ti-Cr-Mn储氢材料合金床体是采用快速凝固技术制备，既保证了组织结构均匀、防止成分偏析，又实现了大规模产业化生产，产品收得率高达95％以上。
5、本发明的发电系统采用水冷质子交换膜，商业化采用空冷质子交换膜，水冷质子交换燃料电池系统运行时产生的废热，加热冷却水管道循环水，流经复合罐热交换管道保障金属氢化物放氢时吸热的需求，实现能量合理控制利用。
6、本发明(35MPa+MH)高压复合储氢装置，充分利用了金属氢化物储氢体积密度大、安全性好，又发挥高压储氢吸放氢速度快、重量储氢密度高和放氢平稳等优点。实现低温快速动态响应、大幅度提高体积储氢密度，节约物流车占用的物理空间。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的水冷燃料电池系统的内部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的料筒之剖面图；
图3为本发明实施例提供的快速凝固技术制备Ti-Cr-Mn储氢合金后合金的金相图；
图4为本发明实施例提供的Ti-Cr-Mn储氢合金273K，283K，293K温度下压力-容量-温度(Pressure-Content-Temperature，简称PCT)曲线；
图5为本发明实施例提供的Ti-Cr-Mn储氢合金273K，283K，293K温度下吸氢动力学曲线；
图6为本发明实施例提供的高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车的示意图。
附图标记说明：
1、储氢瓶内胆；2、密封垫；3、瓶口阀；4、加料口；5、料筒躯干；6、端板；7、连接半球；8、支撑板簧密封垫；9、支撑板簧；10、冷却水管；11、网护套；12、端板；13、支撑板簧；14、支撑板簧；15、快速接头；16、快速接头；17、瓶口阀；
100、高压复合金属氢化物储氢系统；200、水冷燃料电池系统；300、DC/DC变换器；400、DC/DC控制器；500、整车控制器；600、电机控制器；700、电机；800、锂电池管理系统；900、锂电池；1000、超级电容；
201、水冷燃料电池堆；202、水冷燃料电池堆控制板；203、空气进气电磁阀；204、空气温度传感器；205、空气气压传感器；206、空气加湿器；207、空气加压泵；208、氢气进气电磁阀；209、氢气温度传感器；210、第一氢气气压传感器；211、氢气加湿器；212、氢气循环泵；213、氢气排气电磁阀；214、第二氢气气压传感器；215、冷却剂循环泵；216、冷却剂存储箱；217、空气冷却交换器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
如图6所示，一种高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，包括依次连接的高压复合金属氢化物储氢系统100、水冷燃料电池系统200、DC/DC变换器300、DC/DC控制器400、整车控制器500、电机控制器600、电机700，整车控制器500与锂电池管理系统800和锂电池900依次连接，超级电容1000与电机控制器600相连接。DC/DC变换器300经电机控制器600向电机700输出功率，DC/DC变换器300受控于DC/DC控制器400，DC/DC控制器400受控于整车控制器500。锂电池900通过锂电池管理系统800受控于整车控制器500，并经电机控制器600向电机700输出功率或者吸收多余的功率。所述超级电容1000受控于整车控制器500，并经电机控制器600回收或输出瞬间大电流。
上述物流车采用高压复合金属氢化物储氢系统100为氢源，既充分利用金属氢化物储氢体积密度大、安全性好，又发挥高压储氢吸放氢速度快、重量储氢密度高和放氢平稳等优点。有效利用了水冷燃料电池系统200系统运行时产生的废热，节能减排。充分利用水冷燃料电池系统200、锂电池900和超级电容1000三种能量优势配合的结构形态。
所述高压复合金属氢化物储氢系统由储氢瓶和料筒组成，料筒位于储氢瓶内胆1中。如图2所示，所述料筒包括用于储存储氢合金材料的料筒躯干5。所述料筒躯干5优选采用不锈钢粉末烧结体，过滤精度是0.5～5μm。该料筒躯干5，其两端为开放结构，一端端板12通入冷却水管10，另一端端板6上设置有加料口4，加料口4可实现复合储氢系统加工完成后便捷加入储氢合金材料，该加料口4优选为螺栓加料口，以便于安装。两端的端板6、12上均装有能抵靠在储氢瓶内胆1之内壁面上的支撑板簧8、9、13、14。四个支撑板簧8、9、13、14能够将所述料筒躯干5支撑于储氢瓶内胆1中，无需焊接，有效防止氢脆。网护套11包覆在所述料筒躯干5的外表面上。所述网护套11为316不锈钢粉末烧结体，过滤精度是0.5～5μm。由于储氢合金多次吸放氢后会粉化，不锈钢网护套11包覆于料筒躯干5可用于过滤细化粉体。
改进地，所述冷却水管10的一端通过连接半球7与所述料筒躯干5的内部相连。
再改进地，所述储氢瓶的两端开口上分别装有瓶口阀3、17，瓶口阀与开口之间通过密封垫2密封；所述冷却水管10的另一端与储氢瓶内胆1之一端瓶口阀17上的快速接头15、16相连通。
所述冷却水管10有效利用了水冷燃料电池系统200运行时产生的废热，加热冷却水管道循环水，流经复合罐热交换管道保障金属氢化物放氢时吸热的需求，实现能量合理控制利用。
所述储氢瓶采用6061铝合金或316不锈钢作为内衬，缠绕在内衬外的碳纤维或树脂复合材料作为承载结构，外部以玻璃纤维进行钢度增强和保护，容器端部根据需要还可设置防冲击缓冲层。所述储氢瓶内胆1直筒段到瓶嘴部位为圆滑过渡，通过严格控制缠绕过程中的张力波动，解决缠绕过程中树脂含量不均匀的问题。在金属与树脂材料之间覆盖粘结涂层，使两者的界面贴合，更好传递载荷，防止电化学腐蚀。
所述料筒躯干5内充装的储氢合金材料床体为Ti-Cr-Mn储氢材料合金床体，亦或者，所述料筒躯干5内充装的储氢合金材料床体由AB2型储氢合金和辅助材料组成。
由于金属氢化物是复合储氢系统的核心，其性能的好坏直接影响着储氢系统的使用。一方面，高压合金的平台压越高，其稳定性越低，因此在较低的温度下也能放氢，同时无需额外的加热装置来满足放氢过程中需要吸收的热量。另一方面，高压储氢合金吸放氢热焓减少，有利于提高复合储氢系统过程中的热效应，有利于提高其工作效率。在35MPa储氢系统的复合储氢系统用高压储氢合金的性能目标：120℃时吸氢平衡压Pa<35MPa，-30℃放氢平衡压Pd>1MPa；合金形成氢化物的生成焓<20kJ/mol H2；质量储氢量高：>3～4wt.％；吸放氢速度快，5～10min吸氢饱和或脱氢完全；循环寿命好(500次，容量损失<5％；1000次，容量损失<10％)。
所述储氢合金，选取具有高放氢平台压力(Ti1-xZrx)y(Cr-Mn-M)2(x＝0，0.1，0.15，0.2；y＝1.0，1.1；M＝Fe，Co，Ni，V，Cu，Mo，W)储氢合金作为研究对象，研究Zr替代Ti和Fe、Co、Ni、V、Cu、Mo等微量元素掺杂对储氢合金高压吸放氢性能的影响规律。本发明储氢合金采用真空快速凝固技术制备合金，真空快速凝固指从液态到固态的冷却速度大于某一临界冷却速率的凝固过，其具有细化凝固组织，合金成分均匀，偏析减小等优点。对合金进行活化处理，工艺如下：首先在室温下抽真空1小时，然后加热到200℃并抽真空1小时以清除合金表面的杂质气体，随后加入7MPa氢气，350℃保温一段时间后冷却到室温，冷却过程中合金与氢气迅速反应直至饱和。图3为快速凝固技术制备Ti-Cr-Mn储氢合金。图4为Ti-Cr-Mn储氢合金273K，283K，293K温度下压力-容量-温度(Pressure-Content-Temperature，简称PCT)曲线。图5为Ti-Cr-Mn储氢合金273K，283K，293K温度下吸氢动力学曲线。
如图1所示，所述水冷燃料电池系统200包括：
水冷燃料电池堆201，其与所述DC/DC变换器300相连；
水冷燃料电池堆控制板202，其分别与所述水冷燃料电池堆201和DC/DC变换器300相连；
空气管路，其由通过管路依次连接的空气进气电磁阀203、空气温度传感器204、空气气压传感器205、空气加湿器206、空气加压泵207构成；所述空气进气电磁阀203与所述水冷燃料电池堆201的空气进口相连，所述空气加湿器206与所述水冷燃料电池堆201的空气出口相连；
氢气管路，其由通过管路依次连接的氢气进气电磁阀208、氢气温度传感器209、第一氢气气压传感器210、氢气加湿器211、氢气循环泵212、氢气排气电磁阀213、第二氢气气压传感器214构成；所述氢气进气电磁阀208与所述水冷燃料电池堆201的氢气进口相连，所述第二氢气气压传感器214与所述水冷燃料电池堆201的氢气出口相连；
冷却水循环管路，其由通过管路依次连接的冷却剂循环泵215、冷却剂存储箱216、空气冷却交换器217构成；所述空气冷却交换器217与所述水冷燃料电池堆201的冷却剂入口相连，所述冷却剂循环泵215与所述水冷燃料电池堆201的冷却剂出口相连。
与现有技术相比，本实施例中高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车的优点和有益效果在于：
1、高压复合金属氢化物储氢系统由储氢瓶和料筒组成。所述料筒由料筒躯干、料筒端板、支撑板簧、不绣钢网护套、储氢合金材料床体和循环水管路等组成。料筒躯干是两端开放结构，一端端板可通入循环水管路，另一端端板设置有螺栓装料口。料筒置于储氢瓶后，储氢瓶需要进行高温收口处理，收口直径57mm。复合罐气瓶加工完成后需要完成气密性试验压力35MPa，水压试验压力52.5MPa，爆破试验压力78.75MPa，压力循环次数≥11000次等型式试验，涉及到高压、浸水等处理工艺。因此，复合瓶加工、型式试验完成后，料筒螺栓装料口有效保障储氢材料组织、结构和性能良好。
2、高压复合金属氢化物储氢系统的内部料筒由4个支撑板簧弹性支撑置于储氢瓶内部的料筒，简单便捷，无需内部焊接工艺，降低制造成本，也有效防止焊接点氢渗透。
3、高压复合金属氢化物储氢系统的内部料筒采用不锈钢网护套整体包覆，不锈钢护网套为316不锈钢粉末烧结体，过滤精度是0.5～5μm。由于储氢合金多次吸放氢后会粉化，不锈钢网护套包覆于料筒躯干可用于过滤细化粉体。
4、高压复合金属氢化物储氢系统的内部料筒充装Ti-Cr-Mn储氢材料合金床体是采用快速凝固技术制备，既保证了组织结构均匀、防止成分偏析，又实现了大规模产业化生产，产品收得率高达95％以上。
5、发电系统采用水冷质子交换膜，商业化采用空冷质子交换膜，水冷质子交换燃料电池系统运行时产生的废热，加热冷却水管道循环水，流经复合罐热交换管道保障金属氢化物放氢时吸热的需求，实现能量合理控制利用。
6、(35MPa+MH)高压复合储氢装置，充分利用了金属氢化物储氢体积密度大、安全性好，又发挥高压储氢吸放氢速度快、重量储氢密度高和放氢平稳等优点。实现低温快速动态响应、大幅度提高体积储氢密度，节约物流车占用的物理空间。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，包括依次连接的高压复合金属氢化物储氢系统、水冷燃料电池系统、DC/DC变换器、DC/DC控制器、整车控制器、电机控制器、电机，整车控制器与锂电池管理系统和锂电池依次连接，超级电容与电机控制器相连接；DC/DC变换器经电机控制器向电机输出功率，DC/DC变换器受控于DC/DC控制器，DC/DC控制器受控于整车控制器；锂电池通过锂电池管理系统受控于整车控制器，并经电机控制器向电机输出功率或者吸收多余的功率；所述超级电容受控于整车控制器，并经电机控制器回收或输出瞬间大电流；其特征在于，所述高压复合金属氢化物储氢系统由储氢瓶和料筒组成，料筒位于储氢瓶内胆中；所述料筒包括：
用于储存储氢合金材料的料筒躯干，其两端为开放结构，一端端板通入冷却水管，另一端端板上设置有加料口，两端的端板上均装有能抵靠在储氢瓶内胆之内壁面上的支撑板簧；
网护套，其包覆在所述料筒躯干的外表面上；
所述水冷燃料电池系统包括：
水冷燃料电池堆，其与所述DC/DC变换器相连；
水冷燃料电池堆控制板，其分别与所述水冷燃料电池堆和DC/DC变换器相连；
空气管路，其由通过管路依次连接的空气进气电磁阀、空气温度传感器、空气气压传感器、空气加湿器、空气加压泵构成；所述空气进气电磁阀与所述水冷燃料电池堆的空气进口相连，所述空气加湿器与所述水冷燃料电池堆的空气出口相连；
氢气管路，其由通过管路依次连接的氢气进气电磁阀、氢气温度传感器、第一氢气气压传感器、氢气加湿器、氢气循环泵、氢气排气电磁阀、第二氢气气压传感器构成；所述氢气进气电磁阀与所述水冷燃料电池堆的氢气进口相连，所述第二氢气气压传感器与所述水冷燃料电池堆的氢气出口相连；
冷却水循环管路，其由通过管路依次连接的冷却剂循环泵、冷却剂存储箱、空气冷却交换器构成；所述空气冷却交换器与所述水冷燃料电池堆的冷却剂入口相连，所述冷却剂循环泵与所述水冷燃料电池堆的冷却剂出口相连。
2.根据权利要求1所述的高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，其特征在于，所述冷却水管的一端通过连接半球与所述料筒躯干的内部相连。
3.根据权利要求2所述的高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，其特征在于，所述储氢瓶的两端开口上分别装有瓶口阀，瓶口阀与开口之间通过密封垫密封；所述冷却水管的另一端与储氢瓶内胆之一端瓶口阀上的快速接头相连通。
4.根据权利要求1所述的高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，其特征在于，所述储氢瓶采用6061铝合金或316不锈钢作为内衬，缠绕在内衬外的碳纤维或树脂复合材料作为承载结构，外部以玻璃纤维进行钢度增强和保护，容器端部设置防冲击缓冲层；所述储氢瓶内胆直筒段到瓶嘴部位为圆滑过渡。
5.根据权利要求1所述的高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，其特征在于，所述料筒躯干为不锈钢粉末烧结体，过滤精度是0.5～5μm。
6.根据权利要求1所述的高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，其特征在于，所述网护套为316不锈钢粉末烧结体，过滤精度是0.5～5μm。
7.根据权利要求1所述的高压复合金属氢化物储氢系统为氢源的燃料电池物流车，其特征在于，所述料筒躯干内充装的储氢合金材料床体为Ti-Cr-Mn储氢材料合金床体，亦或者，所述料筒躯干内充装的储氢合金材料床体由AB2型储氢合金和辅助材料组成。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111650897B (zh) * 2020-05-06 2022-03-15 江苏国富氢能技术装备股份有限公司 高压氢瓶智能生产车间的铝内胆智能生产工艺
CN112009614B (zh) * 2020-10-22 2021-02-19 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 一种氢能助力两轮车
CN113639195B (zh) * 2021-08-16 2023-05-12 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 一种储氢瓶
CN113561802B (zh) * 2021-09-22 2021-12-21 北京亿华通科技股份有限公司 一种车载燃料电池的运行辅助装置及其控制方法
CN113948750B (zh) * 2021-12-20 2022-03-29 一汽客车(大连)有限公司 氢能混合动力商用汽车的氢燃料电池安全保护装置
CN114709449B (zh) * 2022-04-19 2023-11-14 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1901381A2 (en) * 2006-08-31 2008-03-19 Hitachi, Ltd. Fuel tank
CN201590452U (zh) * 2009-11-24 2010-09-22 褚磊民 一种水冷型质子交换膜燃料电池堆控制系统
CN102837696A (zh) * 2012-06-25 2012-12-26 浙江大学城市学院 具有在线监测功能的燃料电池叉车混合动力控制系统
CN103579651A (zh) * 2013-11-01 2014-02-12 南京双登科技发展研究院有限公司 便携式质子交换膜燃料电池电源系统
CN105715943A (zh) * 2014-12-03 2016-06-29 北京有色金属研究总院 一种固态高压混合储氢罐
CN108730751A (zh) * 2017-04-24 2018-11-02 全球能源互联网研究院 一种气-固复合储氢罐
CN110054122A (zh) * 2019-05-24 2019-07-26 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种低成本应用于物流叉车的供氢系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013023335A1 (zh) * 2011-08-12 2013-02-21 江苏中靖新能源科技有限公司 使用制氢剂及携带式高分子燃料电池的小型发电器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1901381A2 (en) * 2006-08-31 2008-03-19 Hitachi, Ltd. Fuel tank
CN201590452U (zh) * 2009-11-24 2010-09-22 褚磊民 一种水冷型质子交换膜燃料电池堆控制系统
CN102837696A (zh) * 2012-06-25 2012-12-26 浙江大学城市学院 具有在线监测功能的燃料电池叉车混合动力控制系统
CN103579651A (zh) * 2013-11-01 2014-02-12 南京双登科技发展研究院有限公司 便携式质子交换膜燃料电池电源系统
CN105715943A (zh) * 2014-12-03 2016-06-29 北京有色金属研究总院 一种固态高压混合储氢罐
CN108730751A (zh) * 2017-04-24 2018-11-02 全球能源互联网研究院 一种气-固复合储氢罐
CN110054122A (zh) * 2019-05-24 2019-07-26 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种低成本应用于物流叉车的供氢系统

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