CN114883594B - 以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统，包括：储氢罐，所述储氢罐能够存储和释放氢气，所述储氢罐内设置有换热管，与所述换热管连接有散热翅片；燃料电池系统，所述储氢罐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。该叉车电源系统的储氢罐内在换热管之间设置有散热翅片，增大了换热管的换热面积，提高储氢罐内部的传热性能，增强换热的作用，进而增强罐体内部的热管理，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。设计了配重区域，提高整体的重量，使整个叉车不需要额外提供配重模块。该叉车电源系统具备零排放、无污染，耐低温等特征。

Description

以带翅片的固态储氢罐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，特别涉及一种以带翅片的固态储氢罐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。受新能源汽车产业发展影响，部分企业开始逐步涉足锂电池叉车、混合动力叉车。锂电池叉车相对传统铅酸电池叉车，优势主要体现在重量较轻、绿色环保无污染、使用寿命更长、充电时间短、可大倍率充放电、充电效率高等。

燃料电池技术作为一种高效、清洁、优质的动力源，已经引起了物流行业的广泛重视。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，是一项高效率利用能源而又不污染环境的新技术。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。

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。而固态储氢罐具有体积密度高、重量重的优势，能够作为配重块，减少叉车的长度。

因此，需要一种以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以带翅片的固态储氢罐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：

一种以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统，包括：储氢罐，所述储氢罐能够存储和释放氢气，所述储氢罐设于叉车的尾部，所述储氢罐内设置有换热管，与所述换热管连接有散热翅片；燃料电池系统，所述储氢罐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，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，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罐连通，所述储氢罐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；优选地，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；优选地，所述排气电磁阀为常闭状态，每隔20s～30s打开0.5s～1s释放氢气；优选地，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，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，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，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，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罐的出水端口连通，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通，所述排水循环水路的一端与所述燃料电池电堆的循环水出口连通，所述排水循环水路的另一端与所述储氢罐的进水端口连通，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罐中，所述进水循环水路用于将所述储氢罐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；优选地，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；优选地，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，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，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罐至所述燃料电池电堆的方向依次设置。

进一步地，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，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罐与所述截止阀之间，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，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，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，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，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，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，所述储氢罐包括罐体、第一导气管、第二导气管、上部储水层、下部储水层和灌料管，其中，所述罐体的两端分别设置有罐体上端盖和罐体下端盖，所述罐体上端盖上设置有进水端口，所述罐体下端盖上设置有出水端口，所述罐体内设置有储料仓，所述储料仓用于储存储氢材料，所述换热管设置在所述储料仓内，所述换热管的两端分别与所述进水端口和所述出水端口连通，所述换热管内流通有换热介质；所述第一导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第一导气管的另一端位于所述储料仓内，氢气通过所述第一导气管进入所述储料仓内；所述第二导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第二导气管的另一端位于所述储料仓内，所述第二导气管用于输出氢气；所述储料仓的两端分别设置有储料仓上端盖和储料仓下端盖，所述储料仓上端盖和所述罐体上端盖之间形成所述上部储水层，所述储料仓下端盖和所述罐体下端盖之间形成所述下部储水层；所述换热管的一端位于所述上部储水层内，所述换热管的另一端位于所述下部储水层内，所述换热管通过所述上部储水层与所述进水端口连通，所述换热管通过所述下部储水层与所述出水端口连通；所述换热管设置有多根，所述换热管为圆柱形直管结构，多根所述换热管均竖向设置；相邻的所述连接换热管之间连接有若干所述散热翅片，所述散热翅片在所述储料仓内由上至下依次排列，且所有所述散热翅片均水平设置，所述换热管和所述散热翅片均与所述储氢材料直接接触；所述第一导气管和所述第二导气管的材质均为不锈钢，位于所述储料仓内的所述第一导气管和所述第二导气管的侧壁上均设置有若干通孔，在所述第一导气管内并靠近所述罐体上端盖的位置处设置有滤网，在所述第二导气管内并靠近所述罐体上端盖的位置处也设置有所述滤网；所述第一导气管和所述第二导气管以所述罐体的轴线为轴对称设置；在所述储料仓上端盖上设有温度传感器，所述温度传感器延伸至所述储料仓内，所述温度传感器用于检测所述储料仓内的所述储氢材料的温度；所述罐体上端盖、所述罐体下端盖、所述储料仓上端盖和所述储料仓下端盖均与所述罐体密封连接；所述灌料管的下端位于所述罐体下端盖外，所述灌料管的上端位于所述储料仓内；优选地，所述散热翅片上设有若干个导气孔，若干个所述导气孔均上下贯穿所述散热翅片；优选地，所述换热管包括连接换热管和中心换热管，所述中心换热管设置有一根，所述中心换热管的轴线与所述罐体的轴线重合，所述连接换热管设置有多根，多根所述连接换热管围绕所述中心换热管均匀分布；优选地，所述滤网的孔径为38微米～74微米，所述滤网的目数为200目～400目，所述通孔的孔径为38微米，在竖向方向上相邻两片所述散热翅片之间的垂直距离为4mm～6mm，所有所述散热翅片的整体高度为290mm～310mm。

进一步地，在上述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统中，还包括配重模块，所述配重模块设置在所述储氢罐的外周，所述配重模块对所述储氢罐起到隔热、固定支承和增重的作用；优选地，所述配重模块包括第一配重块和第二配重块，所述第一配重块包围在所述储氢罐的所述罐体的外周，所述第一配重块对所述储氢罐起到隔热和增重的作用，所述第二配重块包围在所述第一配重块的所述罐体的外周，所述第二配重块对所述储氢罐起到固定支承和增重的作用。

分析可知，本发明公开一种以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统，该叉车电源系统以储氢罐为氢源，储氢罐用于容纳AB5型、AB、AB2或者BCC型固态储氢合金床体以及辅助配料，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。储氢罐内在换热管之间设置有散热翅片，增大了换热管的换热面积，提高储氢罐内部的传热性能，增强换热的作用，进而增强罐体内部的热管理，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。设计了配重区域，提高整体的重量，使整个叉车不需要额外提供配重模块。利用燃料电池运行时的产生约50％的废热，通过进水循环水路和排水循环水路形成冷却水循环管路，使燃料电池电堆保持在适宜的工作温度，并能够保证储氢罐的氢气释放流量满足燃料电池电堆的需要，提高这个系统的能量利用效率。对燃料电池系统和驱动机构进行机电一体化集成，确保采用质子交换膜燃料电池的燃料电池电堆正常工作。该叉车电源系统具备零排放、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为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明一实施例的储氢罐的结构示意图。

图3为本发明一实施例的第一导气管和第二导气管的结构示意图。

图4为本发明一实施例的连接换热管、中心换热管和散热翅片装配的立体结构示意图。

图5为本发明一实施例的安装有配重模块的储氢罐的立体结构示意图。

附图标记说明：1第一导气管；2进水端口；3上部储水层；4罐体上端盖；5罐体；6滤网；7换热管；71连接换热管；72中心换热管；8储料仓上端盖；9储料仓；10散热翅片；11储料仓下端盖；12灌料管；13罐体下端盖；14出水端口；15下部储水层；16通孔；17第二导气管；18第一配重块；19第二配重块；21储氢罐；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；220DC-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5所示，根据本发明的实施例，提供了一种以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统，包括：储氢罐21，储氢罐21为固态储氢罐，储氢罐21能够存储和释放氢气，储氢罐21设于叉车的尾部，储氢罐21内设置有换热管7，与换热管7连接有散热翅片10；燃料电池系统，储氢罐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，通过储氢罐21能够为燃料电池系统提供其所需的氢气，并且储氢罐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，储氢罐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。散热翅片10增大了换热管7的换热面积，提高储氢罐21内部的传热性能，增强换热的作用，进而增强罐体5内部的热管理，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。

进一步地，如图1所示，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罐21的第二导气管17连通，储氢罐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，排气电磁阀211为常闭状态，每隔20s～30s打开0.5s～1s释放氢气；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。

进一步地，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。

进一步地，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罐21的出水端口14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燃料电池电堆210的循环水出口连接，排水循环水路的另一端与储氢罐21的进水端口2连接，储氢罐21、进水循环水路、燃料电池电堆210、排水循环水路和储氢罐21依次连通形成冷却水循环管路，排水循环水路用于将燃料电池电堆210的排水送入至储氢罐21中，进水循环水路用于将储氢罐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用于加速冷却水循环管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的热量通过冷却水循环管路中的循环水供给固态储氢罐21，保证储氢罐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沿储氢罐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罐21输送氢气的通断；泄压阀的功能是当储氢罐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。

进一步地，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位于储氢罐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。当进气管路内的压力超过8MPa时，安全泄压阀24自动为进气管路减压。

进一步地，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。

进一步地，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及储氢罐21提供电源，其中为储氢罐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罐21加热，保证刚启动时储氢罐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。

进一步地，如图2所示，储氢罐21包括罐体5、第一导气管1、第二导气管17、换热管7、上部储水层3、下部储水层15和灌料管12，其中，罐体5的两端分别设置有罐体上端盖4和罐体下端盖13，罐体上端盖4上设置有进水端口2，罐体下端盖13上设置有出水端口14，罐体5内设置有储料仓9，储料仓9用于储存储氢材料，换热管7设置在储料仓9内，换热管7的两端分别与进水端口2和出水端口14连通，换热管7内流通有换热介质，换热介质可以为水；第一导气管1的一端位于罐体5的外部，第一导气管1的另一端位于储料仓9内，氢气通过第一导气管1进入储料仓9内；第一导气管1实现对储料仓9内氢气的供给。第二导气管17的一端位于罐体5的外部，第二导气管17的另一端位于储料仓9内，第二导气管17用于输出氢气。氢气由第一导气管1进入储料仓9后，储氢材料在吸氢反应的过程中伴随大量的热量被放出，换热管7通过换热介质的流通起到散热及导热作用，实现罐体5内部的热管理。第二导气管17的一端位于罐体5的外部，第二导气管17的另一端位于储料仓9内，储氢罐21能够通过第二导气管17为燃料电池系统提供氢气。

储料仓9的两端分别设置有储料仓上端盖8和储料仓下端盖11，储料仓上端盖8和罐体上端盖4之间形成上部储水层3，储料仓下端盖11和罐体下端盖13之间形成下部储水层15，上部储水层3的高度和下部储水层15的高度均为100mm，罐体5高度为680mm，导气管的另一端依次穿过罐体上端盖4、上部储水层3和储料仓上端盖8后进入储料仓9内，氢气通过导气管进入储料仓9内。换热管7的一端位于上部储水层3内，换热管7的另一端位于下部储水层15内，换热管7通过上部储水层3与进水端口2连通，换热管7通过下部储水层15与出水端口14连通，换热介质由进水端口2导入罐体5内的上部储水层3，上部储水层3内的换热介质分流至换热管7内，换热介质在换热管7内吸收氢气与储氢材料发生的反应热，吸收热量后的换热介质流入下部储水层15，并由出水端口14导出。上部储水层3和下部储水层15的设置，使换热管7的两端不需要延伸至罐体5外部，提高了罐体5的密封性，提高储氢罐21整体的安全稳定性。

换热管7设置有多根，换热管7为圆柱形直管结构，多根换热管7均竖向设置，换热管7包括连接换热管71和中心换热管72，中心换热管72设置有一根，中心换热管72的轴线与罐体5的轴线重合，连接换热管71设置有多根，多根连接换热管71围绕中心换热管72均匀分布。如此设置能够增大换热管7的换热面积。在本发明的一实施例中，如图4所示，连接换热管71设置有六根。相邻的连接换热管71之间连接有若干散热翅片10，散热翅片10在储料仓9内由上至下依次排列，且所有散热翅片10均水平设置，换热管7和散热翅片10均与储氢材料直接接触，散热翅片10与罐体5的轴线垂直，在本发明的一实施例中，沿罐体5的周向分布的六根连接换热管71中，每相邻的两根连接换热管71之间由上至下均依次排列有若干散热翅片10，中心换热管72与连接换热管71之间不设置散热翅片10，换热管7和散热翅片10均与储氢材料直接接触；散热翅片10连接布置于连接换热管71之间，增大了换热管7的换热面积，提高储氢罐21内部的传热性能，增强换热的作用，进而增强罐体5内部的热管理，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。优选地，散热翅片10上设有若干个导气孔，导气孔均上下贯穿散热翅片10。如此设置能够保证氢气在储氢材料之间的流通，避免了因为储氢材料的堆积而引起的吸收氢气不均匀的现象，保证储氢材料吸氢反应的正常进行。

第一导气管1和第二导气管17的材质均为不锈钢，如图3所示，位于储料仓9内的第一导气管1和第二导气管17的侧壁上均设置有若干通孔16，在第一导气管1内并靠近罐体上端盖4的位置处设置有滤网6；在第二导气管17内并靠近罐体上端盖4的位置处也设置有滤网6。优选地，两个滤网6的孔径均为38微米～74微米(比如：38微米、42微米、46微米、50微米、54微米、58微米、62微米、64微米、68微米、72微米)，两个滤网6的目数均为200目～400目(比如：200目、240目、260目、280目、300目、340目、360目、380目、400目)，通孔16的孔径为38微米，如此设置有利于氢气在储氢材料之间的流通，避免了因为储氢材料的堆积而引起的吸收氢气不均匀的现象，滤网6的设置可以一定程度上提高导入氢气的纯度。

在储料仓上端盖8上设有温度传感器，温度传感器延伸至储料仓9内，温度传感器用于检测储料仓9内的储氢材料的温度，当储料仓9内的储氢材料的温度异常时，通过调控换热管7内换热介质的流速调节储料仓9内的储氢材料的温度。

罐体上端盖4、罐体下端盖13、储料仓上端盖8和储料仓下端盖11均与罐体5密封连接；灌料管12的下端位于罐体下端盖13外，灌料管12的上端位于储料仓9内；第一导气管1和第二导气管17以罐体5的轴线为轴对称设置。

优选地，散热翅片10上设有若干个导气孔，若干个导气孔均上下贯穿散热翅片10，如此设置能够保证氢气在储氢材料之间的流通，避免了因为储氢材料的堆积而引起的吸收氢气不均匀的现象，保证储氢材料吸氢反应的正常进行。在竖向方向上相邻两片散热翅片10之间的垂直距离为4mm～6mm(比如：4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm、5.0mm、5.2mm、5.4mm、5.6mm、5.8mm、6mm)，优选地，在竖向方向上相邻两片散热翅片10之间的垂直距离为5mm，所有散热翅片10的整体高度为为290mm～310mm(比如：290mm、292mm、294mm、296mm、298mm、300mm、302mm、304mm、306mm、308mm、310mm)，优选地，所有散热翅片10的整体高度为300mm。

进一步地，如图5所示，还包括配重模块，配重模块设置在储氢罐的外周，配重模块对储氢罐起到隔热、固定支承和增重的作用；优选地，配重模块包括第一配重块18和第二配重块19，第一配重块18包围在储氢罐21的罐体外围，第一配重块18对储氢罐21起到隔热和增重的作用，第二配重块19包围在第一配重块18的外围，第二配重块19对储氢罐21起到固定支承和增重的作用。第一配重块18、第二配重块19与储氢罐21共同为叉车提供配重区域，使整个叉车不需要额外提供配重模块，有效减少了叉车的长度。

本发明在使用时的步骤如下：

储氢罐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，储氢罐21通过第二导气管17释放的氢气进入燃料电池电堆210的进气管路，通过第一过滤器22对氢气进行过滤，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用于来为氢气减压，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的工作压力时进行报警，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燃料电池电堆210的方向流动；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，燃料电池电堆210没有被利用的氢气通过排气管路排出到排气电磁阀211，排气电磁阀211处于常闭状态，每隔20～30s释放0.5～1s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，排出的水通过排水循环水路排到储氢罐21中，提供给固态储氢合金放氢时所需的热量，冷却的水从储氢罐21中排出，排出的水通过进水循环水路利用循环水泵215进行加压，使循环水在进水循环水路和排水循环水路内周而复始地循环，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；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机，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罐21的进水循环水路和排水循环水路加热，保证储氢罐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。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、该叉车电源系统以储氢罐21为氢源，储氢罐21用于容纳AB5型、AB、AB2或者BCC型固态储氢合金床体以及辅助配料，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。

2、储氢罐21内在换热管7之间设置有散热翅片10，增大了换热管7的换热面积，提高储氢罐21内部的传热性能，增强换热的作用，进而增强罐体5内部的热管理，从而解决了现有储氢罐热管理效果不佳的问题。

3、设计了配重区域，提高整体的重量，使整个叉车不需要额外提供配重模块。

4、利用燃料电池运行时的产生约50％的废热，通过进水循环水路和排水循环水路形成冷却水循环管路，使燃料电池电堆210保持在适宜的工作温度，并能够保证储氢罐21的氢气释放流量满足燃料电池电堆210的需要，提高这个系统的能量利用效率。

5、对燃料电池系统和驱动机构进行机电一体化集成，确保采用质子交换膜燃料电池的燃料电池电堆210正常工作。

6、该叉车电源系统具备零排放、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。

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 (10)

1.一种以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，包括：

储氢罐，所述储氢罐能够存储和释放氢气，所述储氢罐设于叉车的尾部，所述储氢罐内设置有换热管，与所述换热管连接有散热翅片；

燃料电池系统，所述储氢罐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；

所述储氢罐包括上部储水层、下部储水层，

所述储氢罐还包括罐体、第一导气管、第二导气管和灌料管，其中，所述罐体的两端分别设置有罐体上端盖和罐体下端盖，所述罐体上端盖上设置有进水端口，所述罐体下端盖上设置有出水端口，所述罐体内设置有储料仓，所述储料仓用于储存储氢材料，所述换热管设置在所述储料仓内，所述换热管的两端分别与所述进水端口和所述出水端口连通，所述换热管内流通有换热介质；

所述储料仓的两端分别设置有储料仓上端盖和储料仓下端盖，所述储料仓上端盖和所述罐体上端盖之间形成所述上部储水层，所述储料仓下端盖和所述罐体下端盖之间形成所述下部储水层；

所述换热管的一端位于所述上部储水层内，所述换热管的另一端位于所述下部储水层内，所述换热管通过所述上部储水层与所述进水端口连通，所述换热管通过所述下部储水层与所述出水端口连通。

2.根据权利要求1所述的以带翅片的固态储氢罐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罐连通，所述储氢罐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；

所述排气电磁阀为常闭状态，每隔20s~30s 打开0.5s~1s释放氢气；

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所述的以带翅片的固态储氢罐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所述的以带翅片的固态储氢罐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罐的出水端口连通，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通，所述排水循环水路的一端与所述燃料电池电堆的循环水出口连通，所述排水循环水路的另一端与所述储氢罐的进水端口连通，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罐中，所述进水循环水路用于将所述储氢罐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。

5.根据权利要求4所述的以带翅片的固态储氢罐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罐至所述燃料电池电堆的方向依次设置。

6.根据权利要求5所述的以带翅片的固态储氢罐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罐与所述截止阀之间，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所述的以带翅片的固态储氢罐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。

8.根据权利要求7所述的以带翅片的固态储氢罐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所述的以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，

所述第一导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第一导气管的另一端位于所述储料仓内，氢气通过所述第一导气管进入所述储料仓内；所述第二导气管的一端位于所述罐体的外部，所述第二导气管的另一端位于所述储料仓内，所述第二导气管用于输出氢气；

所述换热管包括连接换热管和中心换热管，所述中心换热管设置有一根，所述中心换热管的轴线与所述罐体的轴线重合，所述连接换热管设置有多根，多根所述连接换热管围绕所述中心换热管均匀分布；

所述换热管设置有多根，所述换热管为圆柱形直管结构，多根所述换热管均竖向设置；相邻的所述连接换热管之间连接有若干所述散热翅片，所述散热翅片在所述储料仓内由上至下依次排列，且所有所述散热翅片均水平设置，所述换热管和所述散热翅片均与所述储氢材料直接接触；

所述第一导气管和所述第二导气管的材质均为不锈钢，位于所述储料仓内的所述第一导气管和所述第二导气管的侧壁上均设置有若干通孔，在所述第一导气管内并靠近所述罐体上端盖的位置处设置有滤网，在所述第二导气管内并靠近所述罐体上端盖的位置处也设置有所述滤网；所述第一导气管和所述第二导气管以所述罐体的轴线为轴对称设置；

在所述储料仓上端盖上设有温度传感器，所述温度传感器延伸至所述储料仓内，所述温度传感器用于检测所述储料仓内的所述储氢材料的温度；

所述罐体上端盖、所述罐体下端盖、所述储料仓上端盖和所述储料仓下端盖均与所述罐体密封连接；所述灌料管的下端位于所述罐体下端盖外，所述灌料管的上端位于所述储料仓内；

所述散热翅片上设有若干个导气孔，若干个所述导气孔均上下贯穿所述散热翅片；

所述滤网的孔径为38微米~74微米，所述滤网的目数为200目~400目，所述通孔的孔径为38微米，在竖向方向上相邻两片所述散热翅片之间的垂直距离为4mm~6mm，所有所述散热翅片的整体高度为290mm~310mm。

10.根据权利要求9所述的一种以带翅片的固态储氢罐为氢源的燃料电池叉车电源系统，其特征在于，

还包括配重模块，所述配重模块设置在所述储氢罐的外周，所述配重模块对所述储氢罐起到隔热、固定支承和增重的作用；

所述配重模块包括第一配重块和第二配重块，所述第一配重块包围在所述储氢罐的所述罐体的外周，所述第一配重块对所述储氢罐起到隔热和增重的作用，所述第二配重块包围在所述第一配重块的所述罐体的外周，所述第二配重块对所述储氢罐起到固定支承和增重的作用。