CN114709449B - 一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，本发明提供一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，包括：储氢装置，所述储氢装置能够存储和释放氢气，所述储氢装置设于叉车的尾部；燃料电池系统，所述储氢装置能够为所述燃料电池系统提供氢气；驱动机构，所述驱动机构使用所述燃料电池释放的电能驱动所述叉车，本发明公开一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，储氢装置能够实现低压高密度储氢和高纯度供氢，可重复使用，安全，经济，具有良好的适应性。

Description

一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统。

背景技术

随着物流行业的不断发展，作为主要物料搬运设备的叉车的需求量将会越来越高。但是石油储量在不断减少，价格也在连年攀升，加上内燃叉车的废气污染也较为严重，其发展受到很大影响。

现有技术中，将现有叉车内的铅酸电池/锂电池替换为燃料电池，由于燃料电池以及提供氢气的高压储氢瓶的质量低于铅酸电池的质量，往往会在叉车的尾部或者其他位置增加配重块，满足车辆的起升货物平衡要求，但是在叉车的尾部增加配重块必定会增加叉车的长度，这样会导致叉车的转动半径变大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，实现了使用清洁能源驱动叉车。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，包括：储氢装置，所述储氢装置能够存储和释放氢气，所述储氢装置设于叉车的尾部；燃料电池系统，所述储氢装置能够为所述燃料电池系统提供氢气；驱动机构，所述驱动机构使用所述燃料电池释放的电能驱动所述叉车。

进一步地，所述燃料电池系统包括燃料电池电堆、空气压缩泵、进气管路、空气进路、空气出路和排气管路；所述燃料电池电堆通过进气管路与所述储氢装置连通，所述储氢装置通过所述进气管路能够将氢气输送至所述燃料电池电堆中；所述空气压缩泵设于所述空气进路上，所述空气压缩泵能够将空气引入至所述燃料电池电堆中，所述燃料电池电堆通过所述空气出路排出空气；所述排气管路与用于将所述燃料电池电堆中的氢气排出，所述排气管路的一端与所述燃料电池电堆连接，所述排气管路的另一端与所述进气管路连接，通过所述排气管路能够使所述燃料电池电堆对氢气回收再利用；所述排气管路上设有排气电磁阀，所述排气电磁阀用于控制所述排气管路的通断状态；还包括空气过滤器，所述空气过滤器设于所述空气进路上。

进一步地，所述驱动机构包括DC-DC变换器、电机控制器和电机，所述DC-DC变换器与所述燃料电池电堆连接，所述DC-DC变换器用于稳定所述燃料电池电堆的输出电压，所述电机控制器与所述电机和所述DC-DC变换器均连接，所述电机控制器用于控制所述燃料电池电堆向所述电机输出的电能的功率。

进一步地，所述燃料电池系统还包括进水循环水路、排水循环水路、循环水泵和冷却交换器，所述进水循环水路的一端与所述储氢装置的出水口连接，所述进水循环水路的另一端与所述燃料电池电堆的循环水进口连接，所述排水循环水路的一端与所述储氢装置的进水口连接，所述排水循环水路的另一端与所述燃料电池电堆的循环水出口连接，所述排水循环水路用于将所述燃料电池电堆的排水送入至所述储氢装置中，所述进水循环水路用于将所述储氢装置中的排水送入至所述燃料电池电堆中；所述循环水泵和所述冷却交换器均设于所述进水循环水路上，所述循环水泵用于加速所述进水循环水路和所述排水循环水路中的液体的循环速度，所述冷却交换器用于降低所述进水循环水路中的液体的温度；所述燃料电池系统还包括第二过滤器，所述第二过滤器设于所述进水循环水路上，所述第二过滤器用于对所述进水循环水路中的液体进行过滤；所述冷却交换器位于所述循环水泵和所述燃料电池电堆之间，所述第二过滤器位于所述燃料电池电堆和所述冷却交换器之间。

进一步地，所述燃料电池系统还包括截止阀、减压阀、进气电磁阀和单向阀；所述截止阀、所述减压阀、所述进气电磁阀和所述单向阀均设于所述进气管路上，且所述截止阀、所述减压阀、所述进气电磁阀和所述单向阀沿所述储氢装置至所述燃料电池电堆的方向依次设置。

进一步地，所述燃料电池系统还包括第一过滤器、安全泄压阀、第一压力传感器、第二压力传感器和氢气加湿器；所述第一过滤器、所述安全泄压阀、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述氢气加湿器均设于所述进气管路上，所述第一过滤器位于所述储氢装置与所述截止阀之间，所述安全泄压阀位于所述截止阀和所述减压阀之间，所述第一压力传感器位于所述安全泄压阀与所述减压阀之间，所述第二压力传感器位于所述减压阀和所述进气电磁阀之间，所述氢气加湿器位于所述单向阀和所述燃料电池电堆之间。

进一步地，所述燃料电池系统还包括锂电池、温度监测单元和加热器；所述温度监测单元能够监测环境温度，所述加热器与所述锂电池连接，根据所述温度监测单元检测到的温度，所述锂电池能够为所述加热器供电，从而驱动所述加热器为所述排水循环水路加热；所述锂电池与所述电机控制器连接，所述锂电池能够通过所述电机控制器为所述电机供电。

进一步地，还包括燃料电池控制器，所述燃料电池控制器与所述锂电池连接，所述锂电池能够通过所述燃料电池控制器为所述燃料电池电堆提供启动电源，当所述燃料电池电堆工作时，所述燃料电池电堆能够通过所述燃料电池电堆控制器为所述锂电池充电；所述燃料电池控制器与所述进气电磁阀、所述排气电磁阀、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述空气压缩泵连接，所述燃料电池控制器能够控制所述进气电磁阀、所述排气电磁阀和所述空气压缩泵的工作状态。

进一步地，所述储氢装置包括：罐体、换热器和导气管；所述罐体具有进料口和氢气进出口，所述换热器设于所述罐体内，所述换热器具有液体出口和液体入口，所述导气管位于所述罐体内，所述导气管与所述氢气进出口连通；所述罐体包括罐壁、端盖和法兰盖；所述端盖和所述法兰盖分别设于所述罐壁的两端，所述进料口设于所述端盖上；所述换热器包括第一螺旋管束、第二螺旋管束、换热输出管和换热输入管；所述第一螺旋管束的一端与所述换热输出管的一端连接，所述第二螺旋管束的一端与所述换热输入管的一端连接，所述第一螺旋管束的另一端与所述第二螺旋管束的另一端连接；所述法兰盖上设有两个通孔，所述换热输出管的另一端和所述换热输入管的另一端分别伸入至两个所述通孔内；所述第一螺旋管束在竖直方向上的投影的半径大于所述第二螺旋管束在竖直方向上的投影的半径；所述第二螺旋管束位于所述第一螺旋管束内；所述罐体还包括封盖，所述封盖与所述法兰盖连接，所述封盖与所述法兰盖之间设有密封间隙，所述密封间隙与所述罐体的内部连通，所述氢气进出口设于所述封盖上，且所述氢气进出口与所述密封间隙连通；所述导气管包括第一导气管和多个第二导气管；所述第一导气管和所述第二导气管均贯穿所述法兰盖并与所述密封间隙连通；所述第一导气管位于所述第一螺旋管束内，所述第二导气管设于所述第一螺旋管束和所述第二螺旋管束之间；多个所述第二导气管围绕所述第一螺旋管束环形排列，所述第一导气管的轴线和所述罐体的轴线位于同一条直线上；所述导气管上设有开孔，所述开孔在所述导气管上均匀分布；所述导气管通过螺栓与所述法兰盖连接；还包括密封阀帽，所述密封阀帽设于所述进料口上，通过所述密封阀帽能够密封所述进料口。

进一步地，所述储氢装置还包括增重模块和固定支架，所述增重模块设于所述罐壁的外表面，所述固定支架设于所述增重模块的外表面。

分析可知，本发明公开一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，储氢装置能够实现低压高密度储氢和高纯度供氢，可重复使用，安全，经济，具有良好的适应性，本发明具有氢气传导速度快，热转换速度快的特征，利于氢气在合金粉之间的流通，避免了因为合金粉的堆积而引起的吸收氢气不均匀的现象，通过设计配重区域，提高整个系统的重量，实现整个储氢装置作为配重模块，使整个叉车不需要额外提供配重模块，利用燃料电池电堆运行时的产生约50％的废热，通过冷却水循环管路给储氢装置提供能量供给，提高这个系统的能量利用效率，在使用时本发明具备零排放、无污染，耐低温等特征，适合作为仓储、超市等场合的叉车的电源系统。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1本发明一实施例的结构框图。

图2本发明一实施例的储氢装置的结构示意图。

图3本发明一实施例的储氢装置的结构剖视示意图。

图4本发明一实施例的储氢装置安装配重模块后的结构剖视示意图。

附图标记说明：1、密封阀帽；2、端盖；3、罐壁；4、第一螺旋管束；5、第二螺旋管束；6、第一导气管；7、第二导气管；8、法兰盖；9、封盖；10、换热输出管；11、换热输入管；12、氢气进出口；13、螺栓；14、密封间隙；15、增重模块；16、固定支架；21、储氢装置；22、第一过滤器；23、截止阀；24、安全泄压阀；251、第一压力传感器；252、第二压力传感器；26、减压阀；27、进气电磁阀；28、单向阀；29、氢气加湿器；210、燃料电池电堆；211、排气电磁阀；212、氢气循环泵；213、空气过滤器；214、空气压缩泵；215、循环水泵；216、冷却交换器；217、第二过滤器；218、燃料电池控制器；219、锂电池；220、DC-DC变换器；221、电机控制器；222、电机。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

如图1-图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，包括：储氢装置21，储氢装置21能够存储和释放氢气，储氢装置21设于叉车的尾部；燃料电池系统，储氢装置21能够为燃料电池系统提供氢气；驱动机构，驱动机构使用燃料电池释放的电能驱动叉车，通过储氢装置21能够为燃料电池系统提供其所需的氢气，并且储氢装置21安装在叉车的尾部能够很好地平衡叉车整体的配重，使叉车的运行更加稳定，储氢装置21用于盛放AB5型、AB、AB2或者BCC型固态储氢合金以及辅助配料材料。

优选地，燃料电池系统包括燃料电池电堆210、空气压缩泵214、进气管路、空气进路和排气管路；燃料电池电堆210通过进气管路与储氢装置21连通，储氢装置21通过进气管路能够将氢气输送至燃料电池电堆210中；空气压缩泵214设于空气进路上，空气压缩泵214能够将空气引入之燃料电池电堆210中；燃料电池电堆210通过空气出路排出空气，排气管路与用于将燃料电池电堆210中的氢气排出，排气管路的一端与燃料电池电堆210连接，排气管路的另一端与进气管路连接，通过排气管路能够使燃料电池电堆210对氢气回收再利用，排气管路上设有排气电磁阀211，排气电磁阀211用于控制排气管路的通断状态；还包括空气过滤器213，空气过滤器213设于空气进路上，本发明中的燃料电池电堆210为质子交换膜燃料电池，氢气与空气通过电堆反应产生电能，为驱动机构提供动力，空气过滤器213用于过滤空气中的粉尘、二氧化硫、一氧化氮等对膜电极有毒害作用的杂质；空气压缩泵214将空气压缩到燃料电池电堆210的空气进口中，从燃料电池电堆210的空气进口进入燃料电池电堆210的电堆，与燃料电池电堆210的阳极的氢气发生电化学反应，形成电流和水。空气压缩泵214还能提高空气的供气压力(即氧气的分压力)，可增大燃料电池电堆210的能量密度，提高燃料电池电堆210的效率并改善水平衡。

优选地，驱动机构包括DC-DC变换器、电机控制器221和电机222，DC-DC变换器与燃料电池电堆210连接，DC-DC变换器用于稳定燃料电池电堆210的输出电压，电机控制器221与电机222和DC-DC变换器均连接，电机控制器221用于控制燃料电池电堆210向电机222输出的电能的功率，DC/DC转换器的功能是通过DC-DC变换器220对燃料电池电堆210的输出电压进行变换后再提供给电机222驱动器；其次用于稳定燃料电池电堆210的输出电压；电机控制器221的功能是控制锂电池219及DC-DC变换器220向电机222输出的功率。

优选地，燃料电池系统还包括进水循环水路、排水循环水路、循环水泵215和冷却交换器216，进水循环水路的一端与储氢装置21的出水口连接，进水循环水路的另一端与燃料电池电堆210的循环水进口连接，排水循环水路的一端与储氢装置21的进水口连接，排水循环水路的另一端与燃料电池电堆210的循环水出口连接，，排水循环水路用于将燃料电池电堆210的排水送入至储氢装置21中，进水循环水路用于将储氢装置21中的排水送入至燃料电池电堆210中；循环水泵215和冷却交换器216均设于进水循环水路上，循环水泵215用于加速进水循环水路和排水循环水路中的液体的循环速度，冷却交换器216用于降低进水循环水路中的液体的温度；燃料电池系统还包括第二过滤器217，第二过滤器217设于进水循环水路上，第二过滤器217用于对进水循环水路中的液体进行过滤；冷却交换器216位于循环水泵215和燃料电池电堆210之间，第二过滤器217位于燃料电池电堆210和冷却交换器216之间，进水循环水路和排水循环水路所共同构建的回路为燃料电池电堆210散热，保持燃料电池电堆210在适宜的工作温度(70℃～80℃)，并且将燃料电池电堆210的热量通过进水循环水路和排水循环水路中的循环水供给固态储氢装置21为固态储氢，保证储氢装置21的氢气释放流量满足燃料电池电堆210的需要。

燃料电池系统还包括截止阀23、减压阀26、进气电磁阀27和单向阀28；截止阀23、减压阀26、进气电磁阀27和单向阀28均设于进气管路上，且截止阀23、减压阀26、进气电磁阀27和单向阀28沿储氢装置21至燃料电池电堆210的方向依次设置，截止阀23的功能用来控制储氢装置21输送氢气的通断；泄压阀的功能是当储氢装置21的压力过高时能够自动排气，保证装置的安全性；减压阀26的功能是用来氢气减压，将压力减压到燃料电池电堆210的工作压力范围(0.045MPa～0.06MPa)；进气电磁阀27的功能是用来氢气的通断；单向阀28的功能是控制进气管路中氢气只能向燃料电池电堆210的氢气进口方向流动；氢气加湿器29的功能是给氢气加湿，从而对燃料电池电堆210的质子交换膜进行加湿处理，以确保质子交换膜保持良好的水合状态和较高的电导，使燃料电池电堆210高效工作；氢气循环泵212的功能是主要用于回收未反应的氢气，提高燃料电池电堆210的能量利用率。

优选地，燃料电池系统还包括第一过滤器22、安全泄压阀24、第一压力传感器251、第二压力传感器252和氢气加湿器29；第一过滤器22、安全泄压阀24、第一压力传感器251、第二压力传感器252和氢气加湿器29均设于进气管路上，第一过滤器22位于储氢装置21与截止阀23之间，安全泄压阀24位于截止阀23和减压阀26之间，第一压力传感器251位于安全泄压阀24与减压阀26之间，第二压力传感器252位于减压阀26和进气电磁阀27之间，氢气加湿器29位于单向阀28和燃料电池电堆210之间。

优选地，燃料电池系统还包括锂电池219、温度监测单元和加热器；温度监测单元能够监测环境温度，加热器与锂电池219连接，根据温度监测单元检测到的温度，锂电池219能够为加热器供电，从而驱动加热器为排水循环水路加热；锂电池219与电机控制器221连接，锂电池219能够通过电机控制器221为电机222供电。

优选地，还包括燃料电池控制器218，燃料电池控制器218与锂电池219连接，锂电池219能够通过燃料电池控制器218为燃料电池电堆210提供启动电源，当燃料电池电堆210工作时，燃料电池电堆210能够通过燃料电池电堆210控制器为锂电池219充电；电池的功能是为燃料电池控制器218、电机222及储氢装置21提供电源，其中为储氢装置21提供电源是保证系统的全天候以及在0度以下的情况或在系统刚启动时给储氢装置21加热，保证刚启动时储氢装置21的放氢流量。

燃料电池控制器218与进气电磁阀27、排气电磁阀211、第一压力传感器251、第二压力传感器252和空气压缩泵214连接，燃料电池控制器218能够控制进气电磁阀27、排气电磁阀211和空气压缩泵214的工作状态。

优选地，储氢装置21包括：罐体、换热器和导气管，罐体具有进料口和氢气进出口12；换热器设于罐体内，换热器具有液体出口和液体入口；导气管位于罐体内，导气管与氢气进出口12连通，储氢合金材料填充于第一螺旋管束4和第二螺旋管束5之间，氢合金材料储存氢气的过程中产生的热量通过换热器吸收，通过换热器的液体出口和液体入口流通冷凝液，从而带走热量。

优选地，罐体包括罐壁3、端盖2和法兰盖8；端盖2和法兰盖8分别设于罐壁3的两端，进料口设于端盖2上，端盖2和法兰盖8通过法兰连接的方式与罐壁3连接，通过法兰连接的方式便于罐体的组装与生产。

优选地，换热器包括第一螺旋管束4、第二螺旋管束5、换热输出管和换热输入管；第一螺旋管束4的一端与换热输出管的一端连接，第二螺旋管束5的一端与换热输入管的一端连接，第一螺旋管束4的另一端与第二螺旋管束5的另一端连接；法兰盖8上设有两个通孔，换热输出管的另一端和换热输入管的另一端分别伸入至两个通孔内，第一螺旋管束4和第二螺旋管束5以螺旋的方式设置能够在节省空间的情况下尽可能增加换热面积，从而提升换热器的换热效率，提升储氢罐的热稳定性。

优选地，第一螺旋管束4在竖直方向上的投影的半径大于第二螺旋管束5在竖直方向上的投影的半径；第二螺旋管束5位于第一螺旋管束4内，第一螺旋管束4贴近罐体的内壁，第二螺旋管束5贴近罐体的中心，第一螺旋管束4和第二螺旋管束5的尺寸不同，从而形成了内外环的螺旋结构，一方面提高了换热面积，另一方面使罐体内部的换热效果更加均匀，提升了储氢罐的换热稳定性。

优选地，罐体还包括封盖9，封盖9与法兰盖8连接，封盖9与法兰盖8之间设有密封间隙，密封间隙与罐体的内部连通，氢气进出口12设于封盖9上，且氢气进出口12与密封间隙连通，法兰盖8与封盖9之间设置一定密封间隙，主要是便于通入反应气体前将罐体内气体抽出，保证反应气体纯度，以及调节罐体内气压。

优选地，导气管包括第一导气管6和多个第二导气管7；第一导气管6和第二导气管7均贯穿法兰盖8并与密封间隙连通；第一导气管6位于第一螺旋管束4内，第二导气管7设于第一螺旋管束4和第二螺旋管束5之间；多个第二导气管7围绕第一螺旋管束4环形排列，第一导气管6的轴线和罐体的轴线位于同一条直线上，通过设置第一导气管6的位置和第二导气管7的位置使氢气的进入更加均匀。

优选地，还包括密封阀帽1，密封阀帽1设于进料口上，通过密封阀帽1能够密封进料口，进料口用于向罐体内加入储氢合金材料，通过密封阀帽1能够强化罐体的密封性。

优选地，导气管上设有开孔，开孔在导气管上均匀分布，导气管为外壁开孔的不锈钢导管，这样有利于氢气在储氢合金材料(通常为粉末状)之间的流通，避免了因为储氢合金材料的堆积而引起的吸收氢气不均匀的现象。

优选地，导气管通过螺栓13与法兰盖8连接，导气管通过螺栓13连接的方式能够更加便捷安装于罐体内。

在进行应用时，储氢合金材料由密封阀帽1导入，存储于罐体中，储氢合金材料用于存储氢气，在这个过程中产生的热量将由以下方式实现管理：通过在第一螺旋管束4和第二螺旋管束5内流动的液体(如水或导热油等)进行热量交换，以此带走或带入热量；通过内外圈布置的第一螺旋管束4和第二螺旋管束5增大了换热面积提高了热管理效率，从而解决了粉状储氢合金材料在储氢罐内热管理效果不佳的问题。

在法兰盖8上通过螺栓13连接导气管，导气管设置与第一螺旋管束4和第二螺旋管束5之间，中部的第一导气管6既可作抽真空使用也可作通常的导气管使用，导气管采用外壁开孔的不锈钢导管，这样有利于氢气在储氢合金材料之间的流通，避免了因为储氢合金材料的堆积而引起的吸收氢气不均匀的现象。端盖2中部设有密封阀帽1，便于将储氢合金材料导入和导出罐体。法兰盖8与封盖9之间设置一定密封间隙，主要是便于通入反应气体前将罐内气体抽出，保证反应气体纯度，以及调节储氢罐内气压。

优选地，还包括增重模块15和固定支架16，增重模块15设于罐壁的外表面，通过增重模块15使储氢装置21达到叉车的配重要求，固定支架16设于增重模块15的外表面，通过增重模块和固定支架使整个叉车不需要额外提供配重和支架。

本发明在使用时的步骤如下：

储氢装置21充装容纳AB5型、AB、AB2或者BCC型固态储氢合金床体以及辅助配料，储氢装置21释放氢气的氢气经过装置氢气管道出口通过第一过滤器22，通过截止阀23控制氢气的通断，安全泄压阀24能够保证进气管路的安全性，当氢气的压力超过8MPa时安全泄压阀24就会自动泄压，第一压力传感器251用来检测氢气的压力，减压阀26用于来氢气减压，将压力减压到燃料电池电堆210的工作压力范围(0.045MPa～0.06MPa)；第二压力传感器252用来检测减压后的氢气压力，第二压力传感器252与燃料电池控制器218相连，当氢气的压力不符合燃料电池电堆210的工作压力进行报警，保护燃料电池电堆210；通过进气电磁阀27控制减压后的氢气的开关，单向阀28的功能是控制进气管路中的氢气只能向出口方向流动；氢气通过氢气加湿器29加湿后进入至燃料电池电堆210中，从而对燃料电池电堆210中的质子交换膜进行加湿处理，使燃料电池高效工作，氢气通过燃料电池电堆210出口管道排出到排气电磁阀211，排气电磁阀211处于常闭状态，每隔20～30s打开0.5～1s释放氢气；排出的氢气经过氢气循环泵212，回收未反应的氢气至进气管路，提高燃料电池的能量利用率。

空气进路的进气口连接有空气过滤器213，用于过滤空气中的粉尘、二氧化硫、一氧化氮等对膜电极有毒害左右的杂质等；过滤后的空气进入空气压缩泵214将空气压缩到燃料电池电堆210的空气进口中，进入燃料电池电堆210的空气与阳极的氢气发生电化学反应，形成电流和水，未反应的气体从燃料电池电堆210的空气排出管道直接排出。

燃料电池电堆210工作时，产生约50％的废热，通过燃料电池电堆210内部的排水循环水路排出，保证燃料电池电堆210处于适宜的工作温度，排出的水到储氢装置21中，提供给固态储氢合金放氢时所需的热量，冷却的水从储氢装置21中排出，排出的水经过循环水泵215给水加压，使循环水在系统内周而复始地循环，冷却交换器216增大散热面积，加速循环水冷却，保证进去燃料电池电堆210的水处于较低的温度，便于散热，第二过滤器217用于循环水的过滤，其杂质被阻挡，保护燃料电池电堆210不受杂质损害；整个进水循环水路和排水循环水路不仅有利于储氢合金放氢，也能降低冷却交换器216运转的时间，进而降低耗氢量，提升了整个发电系统的效率。

燃料电池控制器218可以控制燃料电池电堆210的进气管路进气电磁阀27、排气电磁阀211，并通过第一压力传感器251和第二压力传感器252检测减压阀26前后的氢气压力，同时可以控制空气压缩泵214，进而控制燃料电池电堆210的空气需求；同时也能检测燃料电池电堆210内部和外部温度，保证燃料电池的正常工作。

为保证叉车对瞬间较大功率的工作需求，电源系统采用混动模式，锂电池219的功能是直接供电给电机控制器221；锂电池219还给燃料电池控制器218供电提供燃料电池的启动电源；此外，锂电池219通过温度检测，在-10度以下的温度给储氢装置21的排水循环水路加热，保证储氢装置21的放氢流量；燃料电池控制器218在燃料电池电堆210正常工作时可以为锂电池219进行充电，保证其不会出现亏电的情况；燃料电池电堆210通过DC-DC变换器220对燃料电池电堆210的输出电压进行变换后再提供给电机控制器221；DC-DC变换器220可以稳定燃料电池电堆210的输出电压；最终，电机控制器221是将锂电池219及DC-DC变换器220提供的电流，输出给电机222。

燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置，燃料电池发电效率高、环境污染小、噪声低、燃料范围广、可靠性高。固态储氢合金在燃料电池叉车领域有着非常重要的应用，广泛用于配送和仓储部门。燃料电池叉车，以固态储氢作为主要氢源，具有以下优点：和可充电铅酸电池和锂电池219相比，充电次数较少，燃料填充速度快；燃料电池和固态储氢系统被设计成叉车的一部分，合金的高重量作为配重的一部分而不会需要反复拆卸和安装。十年以上的使用寿命相较于铅酸电池和锂电池219三年的更换期具有明显的优势，只需要几分钟的充电时间和更持久的续航表现意味着燃料电池叉车有更高的生产率以及效率；对于低温仓库，燃料电池及储氢系统更能发挥其低温性能好的优势，此外，低压储氢使加氢设施的费用也是在合理范围内，具有明显的经济优势。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，包括：

储氢装置，所述储氢装置能够存储和释放氢气，所述储氢装置设于叉车的尾部；

燃料电池系统，所述储氢装置能够为所述燃料电池系统提供氢气；

驱动机构，所述驱动机构使用所述燃料电池释放的电能驱动所述叉车；

所述燃料电池系统包括燃料电池电堆，所述燃料电池电堆通过进气管路与所述储氢装置连通，所述储氢装置通过所述进气管路能够将氢气输送至所述燃料电池电堆中；

所述燃料电池系统还包括进水循环水路、排水循环水路、循环水泵和冷却交换器，所述进水循环水路的一端与所述储氢装置的出水口连接，所述进水循环水路的另一端与所述燃料电池电堆的循环水进口连接，所述排水循环水路的一端与所述储氢装置的进水口连接，所述排水循环水路的另一端与所述燃料电池电堆的循环水出口连接，所述排水循环水路用于将所述燃料电池电堆的排水送入至所述储氢装置中，所述进水循环水路用于将所述储氢装置中的排水送入至所述燃料电池电堆中；

所述循环水泵和所述冷却交换器均设于所述进水循环水路上，所述循环水泵用于加速所述进水循环水路和所述排水循环水路中的液体的循环速度，所述冷却交换器用于降低所述进水循环水路中的液体的温度；

所述储氢装置包括换热器，所述换热器包括第一螺旋管束、第二螺旋管束；

所述换热器还包括：换热输出管和换热输入管；所述第一螺旋管束的一端与所述换热输出管的一端连接，所述第二螺旋管束的一端与所述换热输入管的一端连接，所述第一螺旋管束的另一端与所述第二螺旋管束的另一端连接；

所述第一螺旋管束在竖直方向上的投影的半径大于所述第二螺旋管束在竖直方向上的投影的半径；所述第二螺旋管束位于所述第一螺旋管束内；

所述储氢装置还包括：罐体和导气管；

所述罐体具有进料口和氢气进出口，所述换热器设于所述罐体内，所述换热器具有液体出口和液体入口，所述导气管位于所述罐体内，所述导气管与所述氢气进出口连通；

所述导气管包括第一导气管和多个第二导气管，所述第一导气管位于所述第一螺旋管束内，所述第二导气管设于所述第一螺旋管束和所述第二螺旋管束之间；多个所述第二导气管围绕所述第一螺旋管束环形排列，所述第一导气管的轴线和所述罐体的轴线位于同一条直线上；

所述燃料电池系统还包括锂电池、温度监测单元和加热器；

所述温度监测单元能够监测环境温度，所述加热器与所述锂电池连接，根据所述温度监测单元检测到的温度，所述锂电池能够为所述加热器供电，从而驱动所述加热器为所述排水循环水路加热；

所述罐体包括罐壁，所述储氢装置还包括增重模块和固定支架，所述增重模块设于所述罐壁的外表面，所述固定支架设于所述增重模块的外表面。

2.根据权利要求1所述的一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括空气压缩泵、进气管路、空气进路、空气出路和排气管路；

所述空气压缩泵设于所述空气进路上，所述空气压缩泵能够将空气引入至所述燃料电池电堆中，所述燃料电池电堆通过所述空气出路排出空气；

所述排气管路与用于将所述燃料电池电堆中的氢气排出，所述排气管路的一端与所述燃料电池电堆连接，所述排气管路的另一端与所述进气管路连接，通过所述排气管路能够使所述燃料电池电堆对氢气回收再利用；

所述排气管路上设有排气电磁阀，所述排气电磁阀用于控制所述排气管路的通断状态；

还包括空气过滤器，所述空气过滤器设于所述空气进路上。

3.根据权利要求2所述的一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，所述驱动机构包括DC-DC变换器、电机控制器和电机，所述DC-DC变换器与所述燃料电池电堆连接，所述DC-DC变换器用于稳定所述燃料电池电堆的输出电压，所述电机控制器与所述电机和所述DC-DC变换器均连接，所述电机控制器用于控制所述燃料电池电堆向所述电机输出的电能的功率。

4.根据权利要求3所述的一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，

所述燃料电池系统还包括第二过滤器，所述第二过滤器设于所述进水循环水路上，所述第二过滤器用于对所述进水循环水路中的液体进行过滤；

所述冷却交换器位于所述循环水泵和所述燃料电池电堆之间，所述第二过滤器位于所述燃料电池电堆和所述冷却交换器之间。

5.根据权利要求4所述的一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括截止阀、减压阀、进气电磁阀和单向阀；

所述截止阀、所述减压阀、所述进气电磁阀和所述单向阀均设于所述进气管路上，且所述截止阀、所述减压阀、所述进气电磁阀和所述单向阀沿所述储氢装置至所述燃料电池电堆的方向依次设置。

6.根据权利要求5所述的一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括第一过滤器、安全泄压阀、第一压力传感器、第二压力传感器和氢气加湿器；

所述第一过滤器、所述安全泄压阀、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述氢气加湿器均设于所述进气管路上，所述第一过滤器位于所述储氢装置与所述截止阀之间，所述安全泄压阀位于所述截止阀和所述减压阀之间，所述第一压力传感器位于所述安全泄压阀与所述减压阀之间，所述第二压力传感器位于所述减压阀和所述进气电磁阀之间，所述氢气加湿器位于所述单向阀和所述燃料电池电堆之间。

7.根据权利要求6所述的一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，所述锂电池与所述电机控制器连接，所述锂电池能够通过所述电机控制器为所述电机供电。

8.根据权利要求7所述的一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，还包括燃料电池控制器，所述燃料电池控制器与所述锂电池连接，所述锂电池能够通过所述燃料电池控制器为所述燃料电池电堆提供启动电源，当所述燃料电池电堆工作时，所述燃料电池电堆能够通过所述燃料电池电堆控制器为所述锂电池充电；

所述燃料电池控制器与所述进气电磁阀、所述排气电磁阀、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述空气压缩泵连接，所述燃料电池控制器能够控制所述进气电磁阀、所述排气电磁阀和所述空气压缩泵的工作状态。

9.根据权利要求1所述的一种以固态储氢为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，

所述罐体包括端盖和法兰盖；所述端盖和所述法兰盖分别设于所述罐壁的两端，所述进料口设于所述端盖上；

所述法兰盖上设有两个通孔，所述换热输出管的另一端和所述换热输入管的另一端分别伸入至两个所述通孔内；

所述罐体还包括封盖，所述封盖与所述法兰盖连接，所述封盖与所述法兰盖之间设有密封间隙，所述密封间隙与所述罐体的内部连通，所述氢气进出口设于所述封盖上，且所述氢气进出口与所述密封间隙连通；

所述第一导气管和所述第二导气管均贯穿所述法兰盖并与所述密封间隙连通；

所述导气管上设有开孔，所述开孔在所述导气管上均匀分布；

所述导气管通过螺栓与所述法兰盖连接；

还包括密封阀帽，所述密封阀帽设于所述进料口上，通过所述密封阀帽能够密封所述进料口。