CN115218123A - 复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其能够有效地解决吸放氢过程中的热量控制问题。该复合式储氢装置包括：容器本体、用于可释放地吸收氢气的储氢模块、用于储存热量储热模块以及可控式导热模块。该可控式导热模块被设置于该容器本体的该内部空间以隔开该储氢模块和该储热模块，并且该可控式导热模块被控制以在导热状态和绝热状态之间切换；其中当该可控式导热模块处于该导热状态时，该可控式导热模块用于在该储氢模块和该储热模块之间传导热量；当该可控式导热模块处于该绝热状态时，该可控式导热模块用于阻挡该储氢模块和该储热模块之间的热量交换。

Description

复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备
技术领域
本发明涉及能源储存技术领域，特别是涉及一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备。
背景技术
氢能作为一种优秀的二次能源载体，其为节能减排、绿色环保提供了一种可能的解决方案；而推进氢燃料电池汽车的发展是氢经济推广的一种有效途径，这是因为氢燃料电池系统可以在催化剂的作用下使氢气与空气中的氧气反应以生成电能，供电动汽车使用。
目前，燃料电池的原料氢气可以采用气态储氢或固态储氢等方式进行储存，其中常见的物理储氢方式就是将氢气以高压气体的方式储存于气瓶内，这种气态储氢方式虽然具有较高的质量储氢密度，但其体积储氢密度较低，并且需要特殊设计的昂贵罐体以耐受氢气压力。特别地，在汽车等移动终端中使用高压力氢气也导致了一定的安全隐患。而固态储氢方式则主要是将氢气存储在固体材料中，例如金属氢化物作为一种典型的固体储氢材料，具有较高的体积储氢密度和较好的安全性，使得固态储氢成为提高体积储氢密度的最有效途径，能够满足氢燃料电池汽车的车载储氢系统的要求。
由于以轻质元素形成的轻金属基储氢材料具有较高的理论储氢容量，如质量和体积储氢容量分别能够达到7.6wt.％和112kg/m3，远高于国外提出的在2025年车载储氢系统质量密度(5.5wt.％)和体积储氢密度(40kg/m3)的技术指标；因此，使用轻金属基储氢材料能够提高氢燃料电池汽车中储氢罐的质量储氢密度和体积储氢密度。然而，一方面，金属氢化物储氢材料在吸氢过程中会放出大量热量，导致氢化物储氢床体的温度升高，降低吸氢反应速率；另一方面，金属氢化物储氢材料在放氢过程中则会吸收热量，导致氢化物储氢床体的温度降低，降低放氢反应速率。尤其是，镁基储氢材料的放氢温度较高，需要额外提供热量以达到高于室温的工作温度，但现有的储氢装置大多对实际吸放氢过程中的热效率考虑不足，难以满足真正的应用需求。
例如，中国发明专利201510849970.3公开了一种金属氢化物储氢装置，其内部采用大孔径泡沫镍和储氢材料共同填充，辅以金属镍作框架的方法进行储氢材料的填充。然而，这种方案采用了被动散热方式，其散热路径长，使得散热效率不高，进而因温度高而导致吸氢速率较低；与此同时，该方案也存在因没有加热而无法提供金属氢化物储氢材料的放氢温度条件，造成放氢速率极差，甚至无法有效放氢。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其能够有效地解决吸放氢过程中的热量控制问题。
本发明的另一个优势在于提供一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述复合式储氢装置能够在提高能源利用率的同时，为吸放氢提供所需的温度条件。
本发明的另一个优势在于提供一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述复合式储氢装置能够在吸氢时蓄热以增强散热效率，便于提高吸氢速率。
本发明的另一个优势在于提供一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述复合式储氢装置能够在放氢时放热以进行加热，便于提高放氢速率。
本发明的另一个优势在于提供一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述复合式储氢装置能够充分利用氢燃料电池的废热和储热模块的储热，以便为储氢模块在放氢时提供必要的高温条件。
本发明的另一个优势在于提供一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其中，在本发明的一个实施例中，所述复合式储氢装置能够根据实时蓄热、储热以及放热等需求，调控可控式导热模块的导热状态和绝热状态，实现温度的有效控制，便于显著提升装置的氢热耦合能效。
本发明的另一个优势在于提供一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用复杂的系统。因此，本发明成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，同时还增加了所述复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备的实用性和可靠性。
为了实现本发明的上述至少一个优势或其他优点和目的，本发明提供了一种复合式储氢装置，用于为氢燃料电池供应氢气，包括：
容器本体，所述容器本体具有用于可传氢地连通于该氢燃料电池的内部空间；
储氢模块，所述储氢模块被设置于所述容器本体的所述内部空间，用于可释放地吸收氢气，以在放氢时为该氢燃料电池提供氢气；
储热模块，所述储热模块被设置于所述容器本体的所述内部空间，用于储存热量；以及
可控式导热模块，所述可控式导热模块被设置于所述容器本体的所述内部空间以隔开所述储氢模块和所述储热模块，并且所述可控式导热模块被控制以在导热状态和绝热状态之间切换；其中当所述可控式导热模块处于该导热状态时，所述可控式导热模块用于在所述储氢模块和所述储热模块之间传导热量；当所述可控式导热模块处于该绝热状态时，所述可控式导热模块用于阻挡所述储氢模块和所述储热模块之间的热量交换。
根据本申请的一个实施例，所述可控式导热模块为可控式导热套，所述可控式导热套被套设于所述储热模块的外周侧，且所述储氢模块位于所述可控式导热套的外周侧，其中当所述可控式导热套处于该绝热状态时，所述可控式导热套用于阻挡所述储热模块与外部进行热量交换。
根据本申请的一个实施例，所述可控式导热套包括被固定地设置于所述储氢模块和所述储热模块之间的固定导热瓣和被可移动地设置于所述储氢模块和所述储热模块之间的移动导热瓣，所述固定导热瓣用于可传热地连接于所述储氢模块；所述移动导热瓣用于在所述储氢模块和所述储热模块之间移动；其中当所述移动导热瓣朝向所述储热模块移动以可传热地连接于所述储热模块时，所述移动导热瓣可传热地连接于所述固定导热瓣，以在所述储氢模块和所述储热模块之间形成导热通路；当所述移动导热瓣朝向所述储氢模块移动以远离所述储氢模块时，所述移动导热瓣与所述储热模块之间断开传热，以切断所述储氢模块和所述储热模块之间的导热通路。
根据本申请的一个实施例，所述可控式导热套包括多个所述固定导热瓣和多个所述移动导热瓣，并且所述固定导热瓣和所述移动导热瓣环绕着所述储热模块被间隔地布置。
根据本申请的一个实施例，所述固定导热瓣和所述移动导热瓣均具有扇环结构，所述移动导热瓣的外弧长小于相邻的两个所述固定导热瓣之间的外间距，且大于相邻的两个所述固定导热瓣之间的内间距。
根据本申请的一个实施例，所述可控式导热套进一步包括滑动轨道和电磁驱动机构，所述滑动轨道被径向地设置于所述储热模块和所述储氢模块之间，且所述移动导热瓣被可滑动地设置于所述滑动轨道；所述电磁驱动机构被可控地设置于所述储热模块和所述储氢模块之间，用于对所述移动导热瓣施加电磁力，以驱动所述移动导热瓣沿着所述滑动轨道向内或向外滑动。
根据本申请的一个实施例，所述容器本体包括壳体、外隔层和内隔层，所述外隔层和所述内隔层被间隔地设置于所述壳体内，以在所述外隔层和所述内隔层之间形成密闭区，并将所述内部空间分隔成位于所述外隔层之外的储氢区和位于所述内隔层之内的储热区；所述可控式导热套被设置于所述容器本体的所述密闭区；所述储氢模块位于所述容器本体的所述储氢区，所述储热模块位于所述容器本体的所述储热区。
根据本申请的一个实施例，所述容器本体的所述密闭区被抽真空。
根据本申请的一个实施例，所述电磁驱动机构包括被设置于所述外隔层的绝热电磁铁、被设置于所述内隔层的导热电磁铁以及被设置于所述移动导热瓣的磁吸元件，其中当所述绝热电磁铁被通电，且所述导热电磁铁被断电时，所述绝热电磁铁与所述磁吸元件之间产生磁吸力，以驱动所述移动导热瓣朝向所述储氢模块移动；当所述绝热电磁铁被断电，且所述导热电磁铁被通电时，所述导热电磁铁与所述磁吸元件之间产生磁吸力，以驱动所述移动导热瓣朝向所述储热模块移动。
根据本申请的一个实施例，所述储氢模块包括被填充于所述内部空间的固态储氢材料；所述储热模块包括被填充于所述内部空间的相变储热材料；其中所述固态储氢材料为镁基储氢合金、钛基储氢合金以及稀土基储氢合金中的一种；所述相变储热材料为层状钙钛矿类固-固相变储热材料或聚乙二醇类相变储热材料。
根据本申请的一个实施例，所述复合式储氢装置进一步包括加热模块，所述加热模块被设置，用于加热所述储氢模块。
根据本申请的一个实施例，所述加热模块包括被设置于所述内部空间的换热元件和与所述换热元件可传热地连接的导热元件，所述导热元件用于与该氢燃料电池可传热地连接，以将经由该氢燃料电池产生的余热传导给所述换热元件；所述换热元件与所述储氢模块可换热地连接，用于将接收到的余热传导给所述储氢模块。
根据本申请的一个实施例，所述加热模块进一步包括电加热元件，所述电加热元件被设置于所述容器本体的所述内部空间，用于辅助加热所述储氢模块。
根据本申请的一个实施例，所述复合式储氢装置进一步包括控制系统，所述控制系统包括可通信地连接于所述可控式导热模块的状态切换模块，用于控制所述可控式导热模块的状态切换，以配合满足所述储氢模块的吸放氢需求。
根据本申请的一个实施例，所述控制系统进一步包括相互可通信地连接的数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块用于采集所述复合式储氢装置内的气压、温度以及氢气流量数据；所述数据处理模块用于根据所采集的气压、温度以及氢气流量数据，实时推算所述复合式储氢装置的工作状态。
根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种燃料电池设备，包括：
氢燃料电池；和
上述任一所述的复合式储氢装置，所述复合式储氢装置可传氢地连接于所述氢燃料电池，用于为所述氢燃料电池供应氢气。
根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种用于复合式储氢装置的热量控制方法，包括步骤：
在储氢模块进行吸氢时，切换可控式导热模块的状态至导热状态，以将该储氢模块在吸氢时释放的热量传导给储热模块而使该储热模块进行蓄热；
在该储氢模块完成吸氢时，切换该可控式导热模块的状态至绝热状态，以切断该储热模块和该储氢模块之间的导热通道而使该储热模块进行储热；以及
在该储氢模块进行放氢时，切换该可控式导热模块的状态至该导热状态，以将该储热模块储放的热量传导给该储氢模块而使该储热模块进行放热。
综上，与现有技术相比，本发明具有但不限于如下优势：
1)本发明能够将在容器本体内引入了储热模块和可控式导热模块，这一设计使储氢模块在吸氢时能够向内外两个方向进行散热，有效改善了储氢模块内部的热传导特性；特别是通过可控式导热模块在导热状态和绝热状态之间的切换，可以根据实时蓄热-储热-放热需求调节绝热状态与导热状态，避免热量损失；
2)本发明能够利用高密度的固态储氢材料作为储氢介质，相比于传统的高压气态储氢罐，可有效兼顾质量和体积储氢密度，达到了较高的储氢容量，并可以实现室温快速吸氢、高温快速放氢；基于固态储氢材料在吸放氢过程中的热效应，利用车载燃料电池等燃料电池系统产生的余热对储氢模块进行加热，并额外输入较少量的电辅热，就能够提供必要的放氢温度；
3)本发明能够利用相变储热材料和可控式导热模块实现将储氢模块的吸氢放热、放氢吸热特性与控制模块的智能热管理功能相结合，充分利用了反应热效应，实现了对系统温度的有效控制，显著提升装置的氢热耦合能效。
附图说明
图1是根据本申请的一个实施例的燃料电池设备的结构示意图；
图2示出了根据本申请的上述实施例的燃料电池设备中复合式储氢装置的横向剖视示意图；
图3示出了根据本申请的上述实施例的复合式储氢装置中可控式导热套处于导热状态的状态示意图；
图4示出了根据本申请的上述实施例的可控式导热套处于绝热状态的状态示意图；
图5示出了根据本申请的上述实施例的可控式导热套的纵向剖视示意图；
图6示出了根据本申请的上述实施例的可控式导热套的状态切换原理示意图；
图7示出了根据本申请的上述实施例的复合式储氢装置中控制系统的框图示意图；
图8是根据本申请的一个实施例的用于复合式储氢装置的热量控制方法的流程示意图。
主要元件符号说明：1、燃料电池设备；10、复合式储氢装置；11、容器本体；110、内部空间；1101、密闭区；1102、储氢区；1103、储热区；111、壳体；112、外隔层；113、内隔层；114、供氢管路；12、储氢模块；120、固态储氢材料；13、储热模块；130、相变储热材料；14、可控式导热模块；140、可控式导热套；141、固定导热瓣；142、移动导热瓣；143、滑动轨道；144、电磁驱动机构；1441、绝热电磁铁；1442、导热电磁铁；1443、磁吸元件；15、加热模块；151、换热元件；1510、换热套；152、导热元件；1520、导热管；153、电加热元件；1530、电阻丝；16、控制系统；161、状态切换模块；162、数据采集模块；163、数据处理模块；164、供氢控制模块；165、加氢控制模块；20、氢燃料电池；21、燃料电池本体；22、散热装置。
以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。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在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
考虑到现有的储氢装置大多对实际吸放氢过程的热效应关注不足，本申请人设计了一种复合式储氢装置及其方法和燃料电池设备，其能够有效地解决吸放氢过程中的热量控制问题。
具体地，参考本申请的说明书附图之图1至图7，根据本申请的一个实施例提供了一种燃料电池设备1，该燃料电池设备1可以包括复合式储氢装置10和氢燃料电池20，该复合式储氢装置10可传氢地连接于该氢燃料电池20，用于为该氢燃料电池20供应氢气，以使该氢燃料电池20利用氢能发电。
更具体地，如图1和图2所示，该复合式储氢装置10可以包括容器本体11、储氢模块12、储热模块13以及可控式导热模块14。该容器本体11具有用于可传氢地连通于该氢燃料电池20的内部空间110。该储氢模块12被设置于该容器本体11的该内部空间110，用于可释放地吸收氢气，以在放氢时为该氢燃料电池20提供氢气。该储热模块13被设置于该容器本体11的该内部空间110，用于储存热量。该可控式导热模块14被设置于该容器本体11的该内部空间110以隔开该储氢模块12和该储热模块13，并且该可控式导热模块14被控制以在导热状态和绝热状态之间切换。如图3所示，当该可控式导热模块14处于该导热状态时，该可控式导热模块14用于在该储氢模块12和该储热模块13之间传导热量；如图4所示，当该可控式导热模块14处于该绝热状态时，该可控式导热模块14用于阻挡该储氢模块12和该储热模块13之间的热量交换。这样，一方面，该储热模块13能够在该储氢模块12吸氢时积蓄来自该储氢模块12的热量，即蓄热，以增强该复合式储氢装置10的散热效率，便于加快吸氢速率；另一方面，该储热模块13能够在该储氢模块12放氢时释放储存的热量，以加热该储氢模块12，有助于为该储氢模块12的放氢提供所需的温度条件。
值得注意的是，由于本申请的该可控式导热模块14能够被控制以在导热状态和绝热状态之间切换，使得该储氢模块12和该储热模块13之间的热量交换根据需要可控，因此当该复合式储氢装置10被加氢时，该储氢模块12将吸氢且释放热量，此时该可控式导热模块14被控制以切换至该导热状态，将经由该储氢模块12产生的热量传导给该储热模块13以进行蓄热；当该复合式储氢装置10完成加氢时，该储氢模块12不会再释放热量，此时该可控式导热模块14被控制以切换至该绝热状态，使得该储热模块13储存积蓄的热量以进行储热，防止热量流失；而当该复合式储氢装置10放氢以为该氢燃料电池20供氢时，该储氢模块12在放氢时需要吸收热量，此时该可控式导热模块14被控制以切换至该导热状态，将经由该储热模块13储存的热量传导给该储氢模块12，以进行放热，以便辅助加热该储氢模块12而为该储氢模块12提供所需的放氢温度条件。
根据本申请的上述实施例，如图2所示，该可控式导热模块14优选地被实施为可控式导热套140，该可控式导热套140套设于该储热模块13的外周侧，以在该可控式导热套140处于该绝热状态时阻挡该储热模块13与外部进行热量交换，避免该储热模块13的热量损失。与此同时，该储氢模块12位于该可控式导热套140的外周侧，这样当该储氢模块12在吸氢放热时，该储氢模块12所产生的热量既能够通过该容器本体11向外散热，又能够通过该可控式导热套140向内散热，有助于提高该复合式储氢装置10的散热效率，加快该储氢模块12的吸氢速率。
换言之，本申请的该储热模块13位于该容器本体11内的中心区域，该储氢模块12位于该容器本体11内的外围区域，且该可控式导热套140位于该储热模块13和该储氢模块12之间，以在通过该可控式导热套140隔开该储热模块13和该储氢模块12的同时，还能够在该可控式导热套140处于绝热状态时隔绝该储热模块13向环境散热，避免储存的热量散失。
示例性地，如图2、图3以及图4所示，该可控式导热套140可以包括被固定地设置于该储氢模块12和该储热模块13之间的固定导热瓣141和被可移动地设置于该储氢模块12和该储热模块13之间的移动导热瓣142。该固定导热瓣141用于可传热地连接于该储氢模块12。该移动导热瓣142用于在该储氢模块12和该储热模块13之间移动，其中当该移动导热瓣142朝向该储热模块13移动以可传热地连接于该储热模块13时，该移动导热瓣142可传热地连接于该固定导热瓣141，以在该储氢模块12和该储热模块13之间形成导热通路，使得该可控式导热套140处于导热状态；而当该移动导热瓣142朝向该储氢模块12移动以远离该储热模块13时，该移动导热瓣142与该储热模块13之间断开传热，以切断该储氢模块12和该储热模块13之间的导热通路，使得该可控式导热套140处于绝热状态。
可选地，如图2所示，该可控式导热套140包括多个固定导热瓣141和多个移动导热瓣142，并且该固定导热瓣141和该移动导热瓣142环绕着该储热模块13被间隔地布置，以便通过径向移动该移动导热瓣142来切换该可控式导热套140的状态。
优选地，如图3所示，该固定导热瓣141和该移动导热瓣142具有扇环结构，其中该移动导热瓣142的外弧长L0小于相邻的两个该固定导热瓣141之间的外间距L1，且大于相邻的两个该固定导热瓣141之间的内间距L2。这样，当该移动导热瓣142被向外移动以靠近该储氢模块12时，该移动导热瓣142的侧壁与相邻的该固定导热瓣141的侧壁之间形成空气间隙，以使该可控式导热套140中的多个固定导热瓣141和多个移动导热瓣142形成间断不连续的圆环。而当该移动导热瓣142被向内移动以靠近该储热模块13时，该移动导热瓣142的侧壁将部分地紧贴相邻的该固定导热瓣141的侧壁，以在该移动导热瓣142和该固定导热瓣141之间形成导热通路；此时，该移动导热瓣142可传热地连接该储热模块13，且该固定导热瓣141可传热地连接该储氢模块12，使得该储氢模块12与该储热模块13之间能够进行热量交换。
可选地，为了便于移动该移动导热瓣142以切换该可控式导热套140的状态，如图3至图6所示，本申请的该可控式导热套140进一步包括滑动轨道143和电磁驱动机构144，该滑动轨道143被径向地设置于该储热模块13和该储氢模块12之间，且该移动导热瓣142被可滑动地设置于该滑动轨道143；该电磁驱动机构144被可控地设置于该储热模块13和该储氢模块12之间，用于对该移动导热瓣142施加电磁力，以驱动该移动导热瓣142沿着该滑动轨道143向内或向外滑动，进而使该可控式导热套140在导热状态和绝热状态之间切换。
值得注意的是，本申请的该滑动轨道143优选地由隔热材料制备而成，如导热性较差的塑料等，以防该滑动轨道143在该可控式导热套140处于绝热状态时传导热量，提高该可控式导热套140的绝热性能。当然，为了进一步提高该可控式导热模块14在绝热状态下的绝热性能，如图1和图2所示，本申请的该容器本体11可以包括壳体111、外隔层112和内隔层113，该外隔层112和该内隔层113被间隔地设置于该壳体111内，以在该外隔层112和该内隔层113之间形成密闭区1101，并将该内部空间110分隔成位于该外隔层112之外的储氢区1102和位于该内隔层113之内的储热区1103。该可控式导热套140被设置于该容器本体11的该密闭区1101，以避免气体在该密闭区1101内流通，而改善该可控式导热套140在绝热状态下的绝热性能。与此同时，该储氢模块12位于该容器本体11的该储氢区1102；该储热模块13位于该容器本体11的该储热区1103，以通过该外隔层112和该内隔层113将该储氢模块12和该储热模块13进一步有效地隔离开，防止出现物质交换。
可以理解的是，本申请的该容器本体11的该壳体111、该外隔层112以及该内隔层113均由导热材料制成，例如不锈钢或铸铁等，有助于保证该复合式储氢装置10在吸氢时具有较高的散热效率。此外，本申请的该移动导热瓣142与该滑动轨道143之间留有一定空隙，便于添加润滑油。
优选地，该容器本体11的该外隔层112和该内隔层113由铝合金材料制成，以便在具有较好导热性的同时，还具有较高的耐压能力。
更优选地，该容器本体11的该密闭区1101适于被抽真空，以使该可控式导热套140处于近似真空环境，使得该可控式导热套140在处于绝热状态时，该容器本体11的该密闭区1101能够最大限度地隔绝该储氢模块12和该储热模块13之间的热量交换，避免该储热模块13向外散热而造成热量损失。
示例性地，如图3、图4以及图6所示，本申请的该可控式导热套140中的该固定导热瓣141被固设在该容器本体11的该外隔层112的内壁；该滑动轨道143的两端分别被固设在该容器本体11的该外隔层112的内壁和该内隔层113的外壁；该移动导热瓣142被可滑动地设置于该外隔层112和该内隔层113之间，以在该电磁驱动机构144的作用下沿着该滑动轨道143移动。当该移动导热瓣142在该电磁驱动机构144的作用下朝向该储氢模块12移动以靠近该外隔层112时，该可控式导热套140中的该固定导热瓣141和该移动导热瓣142均与该容器本体11的该内隔层113由空气或真空隔开，使得该可控式导热套140处于该绝热状态；而当该移动导热瓣142在该电磁驱动机构144的作用下朝向该储热模块13移动以接触该内隔层113时，该移动导热瓣142紧密接触该固定导热瓣141，使得该储氢模块12和该储热模块13依次通过该外隔层112、该固定导热瓣141、该移动导热瓣142以及该内隔层113进行热量交换，即该可控式导热套140从该绝热状态被切换至该导热状态。
可选地，如图6所示，该电磁驱动机构144可以包括被设置于该外隔层112的绝热电磁铁1441、被设置于该内隔层113的导热电磁铁1442以及被设置于该移动导热瓣142的磁吸元件1443，其中当该绝热电磁铁1441被通电，且该导热电磁铁1442被断电时，该绝热电磁铁1441与该磁吸元件1443之间产生磁吸力，以驱动该移动导热瓣142朝向该储氢模块12移动而抵于该外隔层112，使得该可控式导热套140处于绝热状态；而当该绝热电磁铁1441被断电，且该导热电磁铁1442被通电时，该导热电磁铁1442与该磁吸元件1443之间产生磁吸力，以驱动该移动导热瓣142朝向该储热模块13移动以抵于该内隔层113，使得该可控式导热套140处于导热状态。
优选地，当该可控式导热套140处于绝热状态时，该绝热电磁铁1441持续工作以防该移动导热瓣142无意地或意外地滑向该内隔层113，避免出现绝热失效的问题；而当该可控式导热套140处于导热状态时，该导热电磁铁1442持续工作以使该移动导热瓣142紧密地接触该内隔层113，防止该移动导热瓣142滑离该内隔层113，有助于确保该可控式导热套140具有良好的导热性能。
值得注意的是，如图6所示，本申请的该固定导热瓣141和该移动导热瓣142优选地均由具有良好导热性的改性塑料制成，例如，改性PPS塑料，其中掺杂有导热材料，以使其具有较好的导热性能。此时，本申请的该磁吸元件1443可以但不限于被实施为固设于该移动导热瓣142的碳钢块或铁块等能够被电磁铁磁吸的元件。当然，在本申请的其他示例中，该磁吸元件1443也可以被实施为掺杂在该移动导热瓣142内的铁粉等磁吸材料。
可以理解的是，在本申请的一个示例中，该移动导热瓣142也可以由碳钢等磁吸导热材料制备而成，既能够确保该移动导热瓣142具有较好的导热性能，又能够保证该移动导热瓣142能够与电磁铁产生磁吸力而被驱动；此时，该移动导热瓣142本身就被视为该电磁驱动机构144的该磁吸元件1443。当然，在本申请的其他示例中，该电磁驱动机构144也可以包括被固设于该外隔层112或该内隔层113的第一电磁铁和被固设于该移动导热瓣142的第二电磁铁，以通过控制该第一电磁铁与该第二电磁铁之间产生电磁吸力和电磁斥力，来驱动该移动导热瓣142的移动，从而实现该可控式导热套140的状态切换。此外，本申请的该可控式导热套140还可以通过其他驱动方式来驱动该移动导热瓣142进行移动，只要能够切换该可控式导热套140的状态即可，本申请对此不再赘述。
根据本申请的上述实施例，如图1和图2所示，该储氢模块12包括被填充于该内部空间110的该储氢区1102的固态储氢材料120，该固态储氢材料120用于可释放地吸收氢气，以在放氢时吸热，且在吸氢时放热。这样，当该复合式储氢装置10被加氢时，该固态储氢材料120吸氢，并通过处于导热状态的可控式导热模块14将该固态储氢材料120在吸氢时产生的热量向内传导给该储热模块13进行蓄热；当该复合式储氢装置10完成加氢时，该固态储氢材料120停止吸放氢以储存氢气，并通过处于绝热状态的可控式导热模块14防止该储热模块13向外散热，以使该储热模块13进行储热，避免出现热量损失；当该复合式储氢装置10需要为该氢燃料电池20提供氢气时，该固态储氢材料120因释放氢气而需要被加热，此时通过处于导热状态的可控式导热模块14将该储热模块13储存的热量传导给该储氢模块12以进行加热；如此，通过该可控式导热模块14的状态切换，结合该复合式储氢装置10的吸放氢过程，充分利用了吸放氢的反应热效应，实现对装置温度的有效控制，显著提升装置的氢热耦合能效。
此外，如图1和图2所示，本申请的该储热模块13可以包括被填充于该内部空间110的该储热区1103的相变储热材料130，该相变储热材料130用于可释放地储存热量。
示例性地，本申请的该固态储氢材料120可以但不限于被实施为镁基储氢合金、钛基储氢合金以及稀土基储氢合金中的一种，用于实现在室温开始吸氢，并在200℃下开始放氢，且储氢容量能够达到6.5wt.％。此外，该镁基储氢合金可以采用压片填充、粉末填充或混合填充等填充方式进行填充；例如，压片填充方式可以是将镁基储氢材料与一定比例的粘结剂和导热剂混合并压制成符合该储氢区1102形状的圆环片的方式；粉末填充方式可以是将镁基储氢材料与一定比例的导热剂充分均匀混合并填充到该储氢区1102的方式；混合填充方式则是上述两种填充方式的混合，如从下到上分别采用压片-粉末-压片循环的填充方式。可以理解的是，本申请的该固态储氢材料120具体采用的填充方式可以根据实际氢燃料电池所需储氢系统的技术要求进行设计调整，本申请对此不再赘述。
可选地，本申请的该相变储热材料130可以但不限于被实施为层状钙钛矿类固-固相变储热材料或聚乙二醇类相变储热材料等。
根据本申请的上述实施例，本申请的该复合式储氢装置10的该容器本体11的该壳体111优选地被实施为不锈钢制罐体，以便在获得较高的承压能力的同时，还具有较好的导热性能，以便使该储氢模块12在吸氢时具有较好的向外散热性能。
可选地，如图1所示，该氢燃料电池20包括燃料电池本体21，用于在催化剂的作用下使氢气与空气中的氧气反应以生成电能。该容器本体11进一步包括与该内部空间110可传氢地连通的供氢管路114，该供氢管路114用于可传氢地连通该氢燃料电池20的燃料电池本体21，以便在该储氢模块12放氢时，通过该供氢管路114为该燃料电池本体21输送氢气。
值得注意的是，由于在该复合式储氢装置10需要为该氢燃料电池20供应氢气时，该储氢模块12的该固态储氢材料120通常需要被加热到较高温度才能够释放氢气，而该储热模块13所储存的热量可能不足以将该固态储氢材料120加热到放氢温度，因此如图1和图2所示，本申请的该复合式储氢装置10可以进一步包括加热模块15，该加热模块15被设置用于加热该储氢模块12，以配合该储热模块13为该储氢模块12提供所需的放氢温度条件。
具体地，如图1所示，该加热模块15可以包括被设置于该内部空间110的换热元件151和与该换热元件151可传热地连接的导热元件152，该导热元件152用于与该氢燃料电池20可传热地连接，以该导热元件152将经由该氢燃料电池20产生的余热传导给该换热元件151；该换热元件151与该储氢模块12可换热地连接，以通过该换热元件151将接收到的余热传导给该储氢模块12，而对该储氢模块12进行加热。可以理解的是，该氢燃料电池20在运行过程中会持续地产生大量的余热，而本申请的该加热模块15能够持续地利用余热对该储氢模块12进行加热，便于维持所需的放氢温度条件，充分利用反应热效应，显著提升设备的氢热耦合能效。
更具体地，如图1所示，该氢燃料电池20通常进一步包括散热装置22，该散热装置22用于该燃料电池本体21进行散热，以保证该燃料电池本体21能够在适宜的温度下执行发电作业。该加热模块15的该换热元件151可以被实施为被设置于该储氢区1102的换热套1510；该导热元件152可以被实施为与该换热套1510连通的导热管1520，该导热管1520用于与该氢燃料电池20的该散热装置22可传热地连接。该导热管1520用于从该散热装置22输送换热介质至该换热套1510，使得换热介质在该散热装置22处吸收余热以升温，并在该换热套1510释放热量以降温，从而实现将该氢燃料电池20的余热传递给该储氢模块12以进行加热。
优选地，本申请该导热管1520具有循环管路结构，以使换热介质在该换热套1510和该散热装置22之间循环流动，以持续地搬运余热至该储氢模块12以维持所需的放氢温度条件。可以理解的是，本申请的该换热介质可以但不限于被实施为水；此时，该导热管1520上设有热水泵，以驱动水在该导热管1520内循环流动。
可选地，如图1和图2所示，本申请的该换热套1510被设置于该储氢模块12和该外隔层112之间，以从该储氢模块12的内侧进行加热；或者，该换热套1510也可以被设置于该储氢模块12和该壳体111之间，以从该储氢模块12的外侧进行加热。当然，该换热套1510可以同时设置于该储氢模块12的内侧和外侧，以更好、更快地加热该储氢模块12，有助于缩短该储氢模块12的放氢反应时间。
值得注意的是，由于该氢燃料电池20的该燃料电池本体21在未工作时不产生热量或在工作初期时所产生的热量较少，仅利用余热和储热可能仍不足以达到该储氢模块12的放氢温度，因此本申请的该加热模块15可以进一步包括电加热元件153，该电加热元件153被设置于该容器本体11的该储氢区1102，用于辅助加热该储氢模块12，以确保该储氢模块12的温度达到所需的放氢温度。
可选地，如图1所示，该电加热元件153可以但不限于被实施为电阻丝1530，该电阻丝1530被通电时会产生热量，以加热该储氢模块12。可以理解的是，本申请的该电阻丝1530可以被设置于该换热套1510内，也可以被设置于该换热套1510外，只要能够对该储氢模块12进行加热即可，本申请对此不再赘述。
优选地，该电阻丝1530可通电地连接于该氢燃料电池20的该燃料电池本体21，以通过该燃料电池本体21产生的电能为该电阻丝1530供电，而不必额外配置电源。当然，在本申请的其他示例中，该电阻丝1530也可以被外置电源(如车载电源等)可通电地连接，以通过外置电源为该电阻丝1530提供电能。
值得注意的是，为了确保该复合式储氢装置10的顺利工作，如图1和图7所示，本申请的该复合式储氢装置10可以进一步包括控制系统16，该控制系统16可以包括可通信地连接于该可控式导热模块14的状态切换模块161，用于控制该可控式导热模块14的状态切换，以配合满足该储氢模块12的吸放氢需求。
可选地，如图7所示，该控制系统16可以进一步包括相互可通信地连接的数据采集模块162和数据处理模块163，该数据采集模块162用于采集该复合式储氢装置10内的气压、温度以及氢气流量等信息，以获得所需的气压数据、温度数据以及氢气流量数据；该数据处理模块163用于根据所采集的气压数据、温度数据以及氢气流量数据等数据，实时推算该复合式储氢装置10的工作状态，以便执行相应的调整控制。可以理解的是，该控制系统16的该数据处理模块163可以但不限于被实施为数字化仿真模型，以便直观地看到该复合式储氢装置10的工作状态。
示例性地，该控制系统16的该数据采集模块162可以包括被设置于该容器本体11的该内部空间110的压力传感器，被设置于该储氢模块12内的温度传感器以及被设置于该供氢管路114的流量传感器，该压力传感器用于实时记录该容器本体11内的氢气压力信息；该温度传感器可以但不限于被实施为热电偶，用于实时记录该储氢模块12的温度信息；该流量传感器可以但不限于被设置于该供氢管路114的流量计，用于实时测量输出氢气的流量信息。
可选地，如图7所示，本申请的该控制系统16可以进一步包括与该氢燃料电池20可通信地连接的供氢控制模块164，该供氢控制模块164用于根据该氢燃料电池20的供氢需求，调节该复合式储氢装置10的供氢流量。示例性地，本申请的该供氢控制模块164可以包括被设置于该供氢管路114的气体阀门，以通过控制该气体阀门来调节该复合式储氢装置10的供氢流量，以保障该氢燃料电池20的正常运行。
此外，如图7所示，本申请的该控制系统16还可以进一步包括与加氢系统可通信地连接的加氢控制模块165，该加氢控制模块165用于根据该储氢模块12的吸氢需求，调节该复合式储氢装置10的加氢流量。示例性地，本申请的该加氢控制模块165可以包括被设置于该加氢管路的气体阀门，以通过控制该气体阀门来调节该复合式储氢装置10的加氢流量。
值得注意的是，本申请的该燃料电池设备1可以但不限于被应用于车载，以形成燃料电池汽车。下面以燃料电池汽车为例，来阐明本申请的该复合式储氢装置10的特征和优势，具体如下：首先，燃料电池汽车在加氢过程中，加氢管路上的气体阀门被打开，其上的流量计可以实时监测输入的氢气流量；储氢模块12中的镁基储氢材料会发生吸氢反应，且放出热量；此时，该可控式导热模块14被切换至导热状态，储氢模块12产生的热量将向内和向外散热，提升了该复合式储氢装置10的散热性能；而在加氢过程结束后，该可控式导热模块14被切换至绝热状态，避免该储热模块13内储存的热量散失。
其次，燃料电池汽车在启动的初期，控制系统16根据氢燃料电池20的氢气量需求自动调整气体阀门，此时氢燃料电池20生成的余热不足，加热模块15中的电加热元件153可以利用车载电池的电能为该储氢模块12进行辅助加热；与此同时，该可控式导热模块14也可以被切换至导热状态，利用加氢或其他过程中储存的热量为该储氢模块12提供必要的温度条件。
接着，在燃料电池汽车启动一段时间后，氢燃料电池20所产生的余热足以为该储氢模块12提供足够的热量，控制该加热模块15的电加热元件153停止加热；此时，该储氢模块12能够完全利用该氢燃料电池20生成的余热来提供镁基储氢材料所需的放氢温度。可以理解的是，在此过程中，该可控式导热模块14也可以保持在导热状态，使得该储热模块13能够积蓄经由该氢燃料电池20生成的部分余热。
最后，在燃料电池汽车停车时，该可控式导热模块14被切换至绝热状态，避免该储热模块13储存的热量在停车期间损失。
可以理解的是，在氢燃料电池20工作期间，本申请的该控制系统16实时监测该复合式储氢装置10的气压和输出氢气量，并利用内置的数字化仿真模型计算该复合式储氢装置10的剩余氢气量，以便指示该燃料电池汽车的剩余续航里程。
值得一提的是，如图8所示，根据本申请的一个实施例进一步提供了一种用于复合式储氢装置的热量控制方法，其可以包括步骤：
S100：在储氢模块进行吸氢时，切换可控式导热模块的状态至导热状态，以将该储氢模块在吸氢时释放的热量传导给储热模块而使该储热模块进行蓄热；
S200：在该储氢模块完成吸氢时，切换该可控式导热模块的状态至绝热状态，以切断该储热模块和该储氢模块之间的导热通道而使该储热模块进行储热；以及
S300：在该储氢模块进行放氢时，切换该可控式导热模块的状态至该导热状态，以将该储热模块储放的热量传导给该储氢模块而使该储热模块进行放热。
值得注意的是，为了体现本申请的该复合式储氢装置10的特征和优势，下面以实施例1、对比例1以及对比例2的模拟试验进行比对论述。
实施例1：以本申请的上述实施例中的该复合式储氢装置为例进行模拟试验，其中该复合式储氢装置主要包括储氢模块、储热模块、可控式导热模块、加热模块以及控制模块。
在本实施例1中，该复合式储氢装置中的该内隔层的半径为0.15m；该壳体的半径为0.3m，高度为1m。该储氢模块装有70kg镁基储氢合金，其放氢过程中焓变ΔHdes＝74.7kJ/mol H2，密度约1.45g/cm3，热容为1545J/(mol·K)，开始放氢温度约170℃。该储热模块装有NPG/PG/PE复合储热材料，填充质量为120kg，内隔层和外隔层均由不锈钢制成；在工作温度区间内，经计算，该储热模块的储热量Qs可达8.36×105kJ。
该复合式储氢装置被安装于氢燃料电池汽车内，其燃烧消耗量为1.05kg H2/100km，燃料电池系统的效率ηw为49％，其余能量部分以热量形式为该复合式储氢装置供热，且氢燃料电池排放余热的温度为180℃，效率ηh为25％。该氢燃料电池汽车按以下方式行驶：完全加注氢气后以50km/h的速度行驶四小时，之后停车四小时，再以50km/h的速度行驶四小时，共行驶400km。
这样在行驶过程中，消耗的氢气量m(H2)为：m(H2)＝fv*s＝4.2kg。式中，fv为氢燃料电池汽车的燃料续航比，本实施例中fv＝1.05kg/km；s为行驶里程，本实施例1中s＝400km。
此时，这些氢气在燃料电池内发生反应释放的能量Qtotal被实施为：
Figure BDA0003671808000000151
式中：M(H2)为氢气的摩尔质量，ΔHC为氢气的燃烧热，本实施例1中取ΔHC＝-280kJ/mol。
则，实际用于推进燃料电池汽车前进的能量W＝ηw*Qtotal＝2.88×105kJ；此外，总能量中的一部分会以余热Qh的形式为复合式储氢装置供热：Qh＝ηh*Qtotal＝1.47×105kJ。
而在燃料电池运行初期，储氢模块需要被加热到180℃以进行放氢，这一过程消耗的热量Qb为＝Cm，p*m(MgH2)*ΔT＝1.62×104kJ；式中，Cm，p为储氢模块的热容，本实施例1中取Cm，p＝1545J/(kg·K)；ΔT为加热温度变化，本实施例1中室温为30℃，因此ΔT＝150K。
为了使4.2kg的氢气完全释放，这一化学反应还需吸热QC被实施为：
Figure BDA0003671808000000161
此外，在燃料电池工作的八小时内，该复合式储氢装置的容器本体还会向外部散热；假设外部环境温度恒定不变Tr＝30℃，散热方式为对流散热，散热介质为静止空气。则，向外散热功率Φ＝ɑ*A*ΔT＝1.7×103W；共向外散热Qd＝Φ*t＝4.89×104J。式中，ɑ为对流换热系数，对于静止空气而言，ɑ＝6W(m2*K)；A是容器本体的散热面积。
因此，在燃料电池工作期间，除了使用燃料电池余热和储热模块的储热之外，仍需要的电辅助加热量Qa＝2Qb+QC+Qd－Qh－Qs＝7.7×103J。可以理解的是，由于燃料电池汽车被启动两次，中间停车时储氢罐已冷却至环境温度，需要两次加热，因此上式中需要采用2Qb。
若定义额外电辅热加热量与用于驱动燃料电池汽车的功之间的比值为辅助热率ηa，这一比值代表了储热装置需要额外能量的大小，比值越大，说明储热装置在完全放氢过程中需要越多外界能量辅助，其氢热耦合能效越差。
综上，在本实施例1中，辅助热率ηa被实施为：
Figure BDA0003671808000000162
也就是说，本实施例1提供的复合式储氢装置仅需要2.67％的额外电热辅助就可以完成氢气释放，其氢热耦合能效较好。
对比例1：相比于实施例1，本对比例1所进行模拟试验的储氢装置不包括储热模块和可控式导热模块。
在本对比例1中，储氢罐体的半径为0.2m，高度为1m；储氢模块装有70kg镁基储氢合金，与实施例1相同，其放氢过程中焓变ΔHdes＝74.7kJ/mol H2，密度约1.45g/cm3，热容为1545J/(mol·K)，开始放氢温度约170℃。储氢装置被安装于与实施例1相同的氢燃料电池汽车内，其燃烧消耗量为1.05kg H2/100km，燃料电池系统的效率ηw为49％，其余能量部分以热量形式为该复合式储氢装置供热，且氢燃料电池排放余热的温度为180℃，效率ηh为25％。该氢燃料电池汽车按与实施例1相同的方式行驶：完全加注氢气后以50km/h的速度行驶四小时，之后停车四小时，再以50km/h的速度行驶四小时，共行驶400km。
这样在行驶过程中，消耗的氢气量m’(H2)为：m’(H2)＝fv*s＝4.2kg。式中，fv为氢燃料电池汽车的燃料续航比，本实施例中fv＝1.05kg/km；s为行驶里程，本对比例1中s＝400km。
此时，这些氢气在燃料电池内发生反应释放的能量Q’total被实施为：
Figure BDA0003671808000000171
式中：M(H2)为氢气的摩尔质量，ΔHC为氢气的燃烧热，本实施例中取ΔHC＝-280kJ/mol。
则，实际用于推进燃料电池汽车前进的能量W’＝ηw*Q’total＝2.88×105kJ；此外，总能量中的一部分会以余热Q’h的形式为复合式储氢装置供热：Q’h＝ηh*Q’total＝1.47×105kJ。
而在燃料电池运行初期，储氢模块需要被加热到180℃以进行放氢，这一过程消耗的热量Q’b为＝Cm，p*m(MgH2)*ΔT＝1.62×104kJ；式中，Cm，p为储氢材料床体的热容，本对比例1中取Cm，p＝1545J/(kg·K)；ΔT为加热温度变化，本对比例1中室温为30℃，因此ΔT＝150K。
为了使4.2kg的氢气完全释放，这一化学反应还需吸热Q’C被实施为：
Figure BDA0003671808000000172
此外，在燃料电池工作的八小时内，该储氢装置的容器本体还会向外部散热；假设外部环境温度恒定不变Tr＝30℃，散热方式为对流散热，散热介质为静止空气。则，向外散热功率Φ’＝ɑ*A*ΔT＝1.13×103W；共向外散热Q’d＝Φ’*t＝3.26×104J。式中，ɑ为对流换热系数，对于静止空气而言，ɑ＝6W(m2*K)；A是储氢罐体的散热面积。
因此，在燃料电池工作期间，除了使用燃料电池余热和储热模块的储热之外，仍需要的电辅助加热量Q’a＝2Q’b+Q’C+Q’d－Q’h＝7.5×104J。
综上，在本对比例1中，辅助热率η’a被实施为：
Figure BDA0003671808000000173
也就是说，本对比例1提供的储氢装置仅需要26.0％的额外电热辅助才能完成氢气释放，其氢热耦合能效较差。
对比例2：相比于实施例1，本对比例2所进行模拟试验的储氢装置不包括可控式导热模块；也就是说，相比于对比例1，本对比例2的储氢装置包括有储热模块，但不包括可控式导热模块。
在本对比例2中，储氢装置中的隔层半径为0.13m；将储热模块和储氢模块隔开的隔层由不锈钢制成，其壁厚为2cm；整个罐体的半径为0.3m，高度为1m。储氢模块装有70kg镁基储氢合金，与实施例1相同，其放氢过程中焓变ΔHdes＝74.7kJ/mol H2，密度约1.45g/cm3，热容为1545J/(mol·K)，开始放氢温度约170℃。储热模块装有NPG/PG/PE复合储热材料，填充质量为120kg，在工作温度区间内，经计算，该储热模块的储热量Qs可达8.36×105kJ。
储氢装置被安装于与实施例1相同的氢燃料电池汽车内，其燃烧消耗量为1.05kgH2/100km，燃料电池系统的效率ηw为49％，其余能量部分以热量形式为该复合式储氢装置供热，且氢燃料电池排放余热的温度为180℃，效率ηh为25％。该氢燃料电池汽车按与实施例1相同的方式行驶：完全加注氢气后以50km/h的速度行驶四小时，之后停车四小时，再以50km/h的速度行驶四小时，共行驶400km。这样在行驶过程中，消耗的氢气量m”(H2)为：m”(H2)＝fv*s＝4.2kg。
此时，这些氢气在燃料电池内发生反应释放的能量Q”total被实施为：
Figure BDA0003671808000000181
则，实际用于推进燃料电池汽车前进的能量W”＝ηw*Q”total＝2.88×105kJ；此外，总能量中的一部分会以余热Q”h的形式为复合式储氢装置供热：Q”h＝ηh*Q”total＝1.47×105kJ。
与此同时，储热模块也能够为储氢模块提供必要的热量来源，且热量在储热材料与储氢材料之间的传递是通过不锈钢制隔层的热传导进行的，其关系满足：
Figure BDA0003671808000000182
Q”s＝q·t＝5.43×101hJ；
Qs0＝0s-Q″s＝2.9×104kJ。
式中：k为导热率，本对比例2中不锈钢的热导率k＝60W/(m*K)；dT/dx为热传导方向上的温度梯度，其数值等于储热材料的温度Ts和储氢材料的温度Th之差与隔层的壁厚x的比值；在本对比例2中Ts＝182℃，Th之＝180℃；q为热流密度；t为车辆运行的前四小时代表的时间。
按照本对比例2中燃料电池汽车的运行方式，汽车将在运行四小时后停车四小时，此时储热模块将继续放热；经计算，在停车的四小时期间，储热模块的放热量较大，基本等于此时储热材料中剩余储热量Qs0；即，储热模块在后续四小时行车过程中无法为储氢模块提供热量。
而在燃料电池运行初期，储氢模块需要被加热到180℃以进行放氢，这一过程消耗的热量Q”b为＝Cm，p*m(MgH2)*ΔT＝1.62×104kJ。
为了使4.2kg的氢气完全释放，这一化学反应还需吸热Q”C被实施为：
Figure BDA0003671808000000191
此外，在燃料电池工作的八小时内，该储氢装置的容器本体还会向外部散热；计算可知向外散热功率Φ”＝ɑ*A*ΔT＝1.7×103W；共向外散热Q”d＝Φ”*t＝4.89×104J。式中，ɑ为对流换热系数，对于静止空气而言，ɑ＝6W(m2*K)；A是储氢罐体的散热面积。
因此，在燃料电池工作期间，除了使用燃料电池余热之外，仍需要的电辅助加热量Q”a＝2Q”b+Q”C+Q”d－Q”h－Q”s＝3.7×104J。
综上，在本对比例2中，辅助热率η”a被实施为：
Figure BDA0003671808000000192
也就是说，本对比例2提供的储氢装置仅需要12.8％的额外电热辅助才能完成氢气释放，其氢热耦合能效仍较差。
综上该，根据实施例1以及对比例1和2的额外辅助热率之间的对比易知：相比于对比例1的不添加储热模块和可控式导热模块，对比例2因储热模块的引入而能够有效地降低约50％的电辅热补充；而实施例1通过同时引入储热模块和可控式导热模块，相比于对比例2，能够将辅助热率从26.0％进一步降低至2.67％，显著提升了储氢装置的氢热耦合能效。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.复合式储氢装置，用于为氢燃料电池供应氢气，其特征在于，包括：
容器本体，所述容器本体具有用于可传氢地连通于该氢燃料电池的内部空间；
储氢模块，所述储氢模块被设置于所述容器本体的所述内部空间，用于可释放地吸收氢气，以在放氢时为该氢燃料电池提供氢气；
储热模块，所述储热模块被设置于所述容器本体的所述内部空间，用于储存热量；以及
可控式导热模块，所述可控式导热模块被设置于所述容器本体的所述内部空间以隔开所述储氢模块和所述储热模块，并且所述可控式导热模块被控制以在导热状态和绝热状态之间切换；其中当所述可控式导热模块处于该导热状态时，所述可控式导热模块用于在所述储氢模块和所述储热模块之间传导热量；当所述可控式导热模块处于该绝热状态时，所述可控式导热模块用于阻挡所述储氢模块和所述储热模块之间的热量交换。
2.根据权利要求1所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述可控式导热模块为可控式导热套，所述可控式导热套被套设于所述储热模块的外周侧，且所述储氢模块位于所述可控式导热套的外周侧，其中当所述可控式导热套处于该绝热状态时，所述可控式导热套用于阻挡所述储热模块与外部进行热量交换。
3.根据权利要求2所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述可控式导热套包括被固定地设置于所述储氢模块和所述储热模块之间的固定导热瓣和被可移动地设置于所述储氢模块和所述储热模块之间的移动导热瓣，所述固定导热瓣用于可传热地连接于所述储氢模块；所述移动导热瓣用于在所述储氢模块和所述储热模块之间移动；其中当所述移动导热瓣朝向所述储热模块移动以可传热地连接于所述储热模块时，所述移动导热瓣可传热地连接于所述固定导热瓣，以在所述储氢模块和所述储热模块之间形成导热通路；当所述移动导热瓣朝向所述储氢模块移动以远离所述储氢模块时，所述移动导热瓣与所述储热模块之间断开传热，以切断所述储氢模块和所述储热模块之间的导热通路。
4.根据权利要求3所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述可控式导热套包括多个所述固定导热瓣和多个所述移动导热瓣，并且所述固定导热瓣和所述移动导热瓣环绕着所述储热模块被间隔地布置；所述固定导热瓣和所述移动导热瓣均具有扇环结构，所述移动导热瓣的外弧长小于相邻的两个所述固定导热瓣之间的外间距，且大于相邻的两个所述固定导热瓣之间的内间距。
5.根据权利要求4所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述可控式导热套进一步包括滑动轨道和电磁驱动机构，所述滑动轨道被径向地设置于所述储热模块和所述储氢模块之间，且所述移动导热瓣被可滑动地设置于所述滑动轨道；所述电磁驱动机构被可控地设置于所述储热模块和所述储氢模块之间，用于对所述移动导热瓣施加电磁力，以驱动所述移动导热瓣沿着所述滑动轨道向内或向外滑动。
6.根据权利要求5所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述容器本体包括壳体、外隔层和内隔层，所述外隔层和所述内隔层被间隔地设置于所述壳体内，以在所述外隔层和所述内隔层之间形成密闭区，并将所述内部空间分隔成位于所述外隔层之外的储氢区和位于所述内隔层之内的储热区；所述可控式导热套被设置于所述容器本体的所述密闭区；所述储氢模块位于所述容器本体的所述储氢区，所述储热模块位于所述容器本体的所述储热区；所述容器本体的所述密闭区被抽真空。
7.根据权利要求6所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述电磁驱动机构包括被设置于所述外隔层的绝热电磁铁、被设置于所述内隔层的导热电磁铁以及被设置于所述移动导热瓣的磁吸元件，其中当所述绝热电磁铁被通电，且所述导热电磁铁被断电时，所述绝热电磁铁与所述磁吸元件之间产生磁吸力，以驱动所述移动导热瓣朝向所述储氢模块移动；当所述绝热电磁铁被断电，且所述导热电磁铁被通电时，所述导热电磁铁与所述磁吸元件之间产生磁吸力，以驱动所述移动导热瓣朝向所述储热模块移动。
8.根据权利要求1至7中任一所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述储氢模块包括被填充于所述内部空间的固态储氢材料；所述储热模块包括被填充于所述内部空间的相变储热材料；其中所述固态储氢材料为镁基储氢合金、钛基储氢合金以及稀土基储氢合金中的一种；所述相变储热材料为层状钙钛矿类固-固相变储热材料或聚乙二醇类相变储热材料。
9.根据权利要求1至7中任一所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述复合式储氢装置进一步包括加热模块，所述加热模块被设置，用于加热所述储氢模块；所述加热模块包括被设置于所述内部空间的换热元件和与所述换热元件可传热地连接的导热元件，所述导热元件用于与该氢燃料电池可传热地连接，以将经由该氢燃料电池产生的余热传导给所述换热元件；所述换热元件与所述储氢模块可换热地连接，用于将接收到的余热传导给所述储氢模块；所述加热模块进一步包括电加热元件，所述电加热元件被设置于所述容器本体的所述内部空间，用于辅助加热所述储氢模块。
10.根据权利要求1至7中任一所述的复合式储氢装置，其特征在于，所述复合式储氢装置进一步包括控制系统，所述控制系统包括可通信地连接于所述可控式导热模块的状态切换模块，用于控制所述可控式导热模块的状态切换，以配合满足所述储氢模块的吸放氢需求；所述控制系统进一步包括相互可通信地连接的数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块用于采集所述复合式储氢装置内的气压、温度以及氢气流量数据；所述数据处理模块用于根据所采集的气压、温度以及氢气流量数据，实时推算所述复合式储氢装置的工作状态。
11.燃料电池设备，其特征在于，包括：
氢燃料电池；和
如权利要求1至10中任一所述的复合式储氢装置，所述复合式储氢装置可传氢地连接于所述氢燃料电池，用于为所述氢燃料电池供应氢气。
12.用于复合式储氢装置的热量控制方法，其特征在于，包括步骤：
在储氢模块进行吸氢时，切换可控式导热模块的状态至导热状态，以将该储氢模块在吸氢时释放的热量传导给储热模块而使该储热模块进行蓄热；
在该储氢模块完成吸氢时，切换该可控式导热模块的状态至绝热状态，以切断该储热模块和该储氢模块之间的导热通道而使该储热模块进行储热；以及
在该储氢模块进行放氢时，切换该可控式导热模块的状态至该导热状态，以将该储热模块储放的热量传导给该储氢模块而使该储热模块进行放热。
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