CN117613297A - 一种氢能两轮车用储氢罐热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢能两轮车用储氢罐热管理系统，该氢能两轮车包括利用含氢燃料和空气作用以产生电力的燃料电池装置，该燃料电池装置工作产生的尾气通过燃料电池风机外排，该储氢罐热管理系统包括：储氢罐、外加热套、尾气主分流装置、尾气子分流装置、第一换热单元、第二换热单元以及控制模块。本发明中，通过同时利用加热内腔从内部对所述罐体进行加热、利用外加热套从外部对所述罐体进行加热，能够更好的保证罐体温度的均匀性，以使得内部各个区域的温度更加接近目标温度，从而使储氢合金能够更加高效、充分的释放氢气，提高放氢速率和放氢率。
Description
技术领域
本发明涉及及氢燃料新能源技术领域，特别涉及一种氢能两轮车用储氢罐热管理系统。
背景技术
燃料电池是一种借着电化学反应，直接利用含氢燃料和空气经作用后产生电力的装置。氢燃料电池以其较高的能量转化效率和几乎零排放污染的优点越来越被人们喜爱，可以预见，基于氢能的交通工具的应用将越来越广泛，例如氢能汽车、氢能两轮车等。
目前，被大量实际应用的储氢方式为高压储氢和固态储氢，其中，固态储氢与其他储氢方式相比，最显著的两个优势，就是体积储氢密度高与安全性能好。固态储氢具有非常高的体积储氢密度，以MgH2储氢为例，其体积储氢密度可达106kg·m3，为标准状态下氢气密度的119倍，70MPa高压储氢的2.7倍，液氢的1.5倍。此外，固态储氢可在常温常压下进行，储罐易密封，在突发事件下即使发生氢气泄漏，储罐也可自控式地降低氢气泄漏速度和泄漏量，为采取安全措施赢得宝贵时间。
某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。储氢合金的储氢能力很强，且由于储氢合金都是固体，既不用储存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要储氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来。
储氢合金在放氢反应时，会吸收热量，故需对其进行加热以使储氢合金释放氢气，传统加热方式通常是对储氢罐外部进行加热，由于中心区域传热效果不如壁面处，会导致越向中心区域温度越低，放氢效果越差。
燃料电池工作时产生大量余热，这部分余热被尾气携带并通过燃料电池风机吹走，一般，由于燃料电池的效率约50％，尾气携带的热功率与燃料电池的功率相当，使得燃料电池所产生的热量浪费较大。CN111370732B公开了一种储氢罐组的加热系统，其通过导流管件将壳体与燃料电池风机连通，将燃料电池所产生的热量进行回收利用，实现对腔体内的储氢罐组进行加热，取代了原加热装置所需要额外的电能，不仅提高了能量利用率，还减少额外电能的浪费；但其仍然无法很好的克服上述提到的传统加热方式存在的越向中心区域温度越低的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氢能两轮车用储氢罐热管理系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氢能两轮车用储氢罐热管理系统，该氢能两轮车包括利用含氢燃料和空气作用以产生电力的燃料电池装置，该燃料电池装置工作产生的尾气通过燃料电池风机外排，该储氢罐热管理系统包括：
储氢罐，其包括罐体、形成于所述罐体中部且沿长度方向贯通所述罐体的加热内腔以及与所述加热内腔连通的一根沿罐体长度方向设置的垂直介质管和沿水平布置的N根水平介质管，N根水平介质管沿长度方向由上至下依次间隔设置，所述罐体内部填充有作为氢燃料的储氢合金；所述垂直介质管和水平介质管用于向加热内腔内输送第一加热介质以从内部对所述罐体进行加热；
外加热套，其套设在所述储氢罐外部，所述外加热套内被输送有用于从外部对所述罐体进行加热的第二加热介质；
尾气主分流装置，其与燃料电池风机连通，用于将燃料电池的尾气按照需要的比例分为三部分：第一部分尾气、第二部分尾气和第三部分尾气；
尾气子分流装置，其与所述尾气主分流装置连通，用于将第一部分尾气按照需要的比例分为N个子部分尾气：第1子部分尾气、第2子部分尾气、...、第N子部分尾气；
第一换热单元，其包括N个换热装置，用于将等流量的N部分第一加热介质与N个子部分尾气一一对应进行换热后再分别输入到N根水平介质管中；
第二换热单元，其用于将第二加热介质与第二部分尾气进行换热后再输入到所述外加热套内；
以及控制模块，其对尾气主分流装置和尾气子分流装置进行控制，以控制第一部分尾气、第二部分尾气、第三部分尾气的流量，以及N个子部分尾气的流量。
优选的是，所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统还包括监测单元，其监测第一加热介质的初始温度、第二加热介质的初始温度、燃料电池尾气的温度。
优选的是，每根水平介质管均与罐体横截面圆的外周相切，使得从俯视方向看，水平介质管中的加热介质在罐体内形成旋流运动，且所有水平介质管内的加热介质形成的旋流运动的方向均相同，即均为顺时针方向或均为逆时针方向。
优选的是，所述加热内腔的内壁向罐体外壁方向凹陷形成有若干环形导热凹槽，若干环形导热凹槽沿罐体长度方向间隔设置。
优选的是，所述加热内腔的内壁向罐体外壁方向凹陷形成沿罐体长度方向布置的螺旋型导热凹槽。
优选的是，所述外加热套成圆柱体状包覆在所述罐体外部，所述外加热套上设置有用于向所述外加热套内输送第二介质的第一进料管和第二进料管、用于排出第二介质的第一排料管和第二排料管；
所述第一进料管、第一排料管均沿垂直方向与所述外加热套连接，所述第一进料管、第二排料管均沿水平方向与所述外加热套的圆周外壁切向连接。
优选的是，所述尾气主分流装置包括与燃料电池风机连通的分流主管以及与所述分流主管均连通的第一分流支管、第二分流支管和第三分流支管，所述第一分流支管、第二分流支管和第三分流支管上分别设置有第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；
所述尾气子分流装置包括与第一分流支管连通的分流子主管以及与所述分流子主管均连通的N根分流子支管，每根分流子支管上均设置有一个分流子电磁阀。
优选的是，所述第一换热单元用于通过N个子部分尾气对N根分流子支管进行换热，以使N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
由上至下，将N根水平介质管中的第一加热介质的目标温度依次记为TJⅠ1、TJⅠ2、...、TJⅠN；
所述控制模块通过对N根分流子支管上的分流子电磁阀进行控制，以调节每根分流子支管中的子部分尾气的流量，从而使得与N个子部分尾气换热后的N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度。
优选的是，所述控制模块通过对第二分流支管上的第二电磁阀进行控制，以调节与第二换热单元进行换热的第三部分尾气的流量，从而使得输入到所述外加热套内的第二加热介质达到其目标温度TJⅡ1。
优选的是，所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统还包括用于对第一加热介质进行加热的第一辅助加热器以及用于对第二加热介质进行加热的第二辅助加热器；
记第一加热介质的初始温度为TJⅠ0，单位时间ts内使N根水平介质管中的第一加热介质均分别到达各自的目标温度所需的总热量为QB1，单位时间ts内通过第一换热单元的换热使第一加热介质获得QB1的热量所需的燃料电池尾气提供的热量为QW1，对应所需的燃料电池尾气体积量为q1；
记第二加热介质的初始温度为TJⅡ0，单位时间ts内使输入到所述外加热套内的所有第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1所需的热量为QB2，单位时间ts内通过第二换热单元的换热使第二加热介质获得QB2的热量所需的燃料电池尾气提供的热量为QW2,对应所需的燃料电池尾气体积量为q2；
记单位时间ts内，进入尾气主分流装置中的燃料电池尾气通过第一换热单元或第二换热单元所能够提供的总热量为QW，燃料电池尾气的体积量为qW；
其中，第一换热单元和第二换热单元的换热效率相同；
所述控制模块根据QW与(QW1+QW2)之间的大小关系进行不同的热管理控制，具体为：
1)当QW≥(QW1+QW2)时：
所述控制模块控制所述第一辅助加热器和第二辅助加热器均不工作，所述控制模块对第一电磁阀进行控制，以使体积量为q1的燃料电池尾气经所述第一分流支管进入N根分流子支管，并对N根分流子支管上的分流子电磁阀进行控制，以使N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
所述控制模块对第二电磁阀进行控制，以使体积量为q2的燃料电池尾气进入所述第二分流支管，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1；
在存在多余的燃料电池尾气时，即qW＞q1+q2时，所述控制模块控制所述第三电磁阀将多余的燃料电池尾气排出；
2)当QW1＜QW＜(QW1+QW2)时：
所述控制模块控制所述第一辅助加热器不工作，所述控制模块对第一电磁阀进行控制，以使体积量为q1的燃料电池尾气经所述第一分流支管进入N根分流子支管，并对N根分流子支管上的分流子电磁阀进行控制，以使N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
所述控制模块控制所述第二辅助加热器工作先对第二加热介质进行加热，为提第二加热介质提供QG2的热量，QG2＝QW-QW1；然后对第二电磁阀进行控制，使剩余的燃料电池尾气均进入第二分流支管，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1；
3)当QW＜QW1时：
所述控制模块控制所述第一辅助加热器工作，先对第一加热介质进行加热，为提第一加热介质提供QG1的热量，QG21＝QW1-QW；然后对第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀进行控制，以使全部的燃料电池尾气经所述第一分流支管进入N根分流子支管，并对N根分流子支管上的分流子电磁阀进行控制，以使N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
所述控制模块控制所述第二辅助加热器工作，对第二加热介质进行加热，为提第二加热介质提供QG2的热量，QG2＝QB2，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1。
优选的是，其中，TJⅠ1＜TJⅠ2...＜TJⅠ(N-1)＜TJⅠN。
本发明的有益效果是：
本发明中，通过同时利用加热内腔从内部对所述罐体进行加热、利用外加热套从外部对所述罐体进行加热，能够更好的保证罐体温度的均匀性，以使得内部各个区域的温度更加接近目标温度，从而使储氢合金能够更加高效、充分的释放氢气，提高放氢速率和放氢率；
本发明中N根水平介质管中的第一加热介质的温度均可独立调节，以提供N种不同温度的第一加热介质，通过N根水平介质管在不同区域补充第一加热介质，能够提高中心区域的储氢合金在上下位置上的温度均匀性，从而能保证这些区域的储氢合金的放氢效果；
本发明通过设置第一辅助加热器和第二辅助加热器，能够在燃料电池尾气所能提供的热量无法满足加热第一加热介质和第二加热介质的需求时，为其提供热量补偿，从而能够保证具备该热管理系统的氢能两轮车能够在一些如低温环境等特殊场景下的正常工作。
本上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1为实施例1的氢能两轮车用储氢罐热管理系统的原理结构示意图；
图2为实施例1的储氢罐的结构示意图；
图3为实施例1的平介质管在加热内腔中产生旋流的示意图；
图4为实施例1的尾气主分流装置和尾气子分流装置的原理结构示意图；
图5为实施例2的储氢罐的结构示意图。
附图标记说明：
1—储氢罐；10—罐体；11—加热内腔；12—垂直介质管；13—水平介质管；14—环形导热凹槽；15—螺旋型导热凹槽；16—介质回流管；17—第一加热介质存储罐；18—第一介质输送管；
2—外加热套；20—第一进料管；21—第二进料管；22—第一排料管；23—第二排料管；24—第二加热介质存储罐；25—第二介质输送管；
3—尾气主分流装置；30—分流主管；31—第一分流支管；32—第二分流支管；33—第三分流支管；34—第一电磁阀；35—第二电磁阀；36—第三电磁阀；
4—尾气子分流装置；40—分流子主管；41—分流子支管；42—分流子电磁阀；
5—第一换热单元；50—换热装置；
6—第二换热单元；
7—第一辅助加热器；
8—第二辅助加热器；
90—燃料电池装置；91—燃料电池风机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
参照图1-4，本实施例提供一种氢能两轮车用储氢罐热管理系统，该氢能两轮车包括利用含氢燃料和空气作用以产生电力的燃料电池装置90，该燃料电池装置90工作产生的尾气通过燃料电池风机91外排，该储氢罐热管理系统包括：
储氢罐1，其包括罐体10、形成于罐体10中部且沿长度方向贯通罐体10的加热内腔11以及与加热内腔11连通的一根沿罐体10长度方向设置的垂直介质管12和沿水平布置的N根水平介质管13，N根水平介质管13沿长度方向由上至下依次间隔设置，罐体10内部填充有作为氢燃料的储氢合金；垂直介质管12和水平介质管13用于向加热内腔11内输送第一加热介质以从内部对罐体10进行加热；
外加热套2，其套设在储氢罐1外部，外加热套2内被输送有用于从外部对罐体10进行加热的第二加热介质；
尾气主分流装置3，其与燃料电池风机91连通，用于将燃料电池的尾气按照需要的比例分为三部分：第一部分尾气、第二部分尾气和第三部分尾气；
尾气子分流装置4，其与尾气主分流装置3连通，用于将第一部分尾气按照需要的比例分为N个子部分尾气：第1子部分尾气、第2子部分尾气、...、第N子部分尾气；
第一换热单元5，其包括N个换热装置50，用于将等流量的N部分第一加热介质与N个子部分尾气一一对应进行换热后再分别输入到N根水平介质管13中；
第二换热单元6，其用于将第二加热介质与第二部分尾气进行换热后再输入到外加热套2内；
控制模块，其对尾气主分流装置3和尾气子分流装置4进行控制，以控制第一部分尾气、第二部分尾气、第三部分尾气的流量，以及N个子部分尾气的流量；
以及监测单元，其监测第一加热介质的初始温度、第二加热介质的初始温度、燃料电池尾气的温度。监测单元为温度传感器(图中未示出)，其与控制模块连接。
本实施例中，以N＝4进行示意性说明。
其中，每根水平介质管13均与罐体10横截面圆的外周相切，使得从俯视方向看，水平介质管13中的加热介质在罐体10内形成旋流运动，且所有水平介质管13内的加热介质形成的旋流运动的方向均相同，即均为顺时针方向或均为逆时针方向；参照图3，本实施例中，均为逆时针方向。
垂直介质管12输入的第一加热介质在加热内腔11中产生从上至下的垂直流，4根水平介质管13从外周切向进入，在4个不同位置处的水平面内产生水平旋流，垂直流与旋流复合，从而使第一加热介质旋流向下运动，能够使第一加热介质与加热内腔11内壁更充分、更均匀接触、增加第一加热介质与加热内腔11内壁的接触时间，从而提升换热效果，提高换热效率。其中，旋流的作用能使介质流本身内外混合更均匀，从而使第一加热介质整体的温度分布更加均匀，可显著降低介质流中间与外部温度不均的现象。
本实施例中，加热内腔11的内壁向罐体10外壁方向凹陷形成有若干环形导热凹槽14，若干环形导热凹槽14沿罐体10长度方向间隔设置。环形导热凹槽14的设置，能够配合加热内腔11中第一加热介质的旋流运动，进一步提高换热效果。
本实施例中，外加热套2成圆柱体状包覆在罐体10外部，外加热套2上设置有用于向外加热套2内输送第二介质的第一进料管20和第二进料管21、用于排出第二介质的第一排料管22和第二排料管23；
第一进料管20、第一排料管22均沿垂直方向与外加热套2连接，第一进料管20、第二排料管23均沿水平方向与外加热套2的圆周外壁切向连接。
第一进料管20进入的第二加热介质能够在外加热套2内形成垂直介质流，第二进料管21和第二排料管23的设置，能够在外加热套2内形成水平方向的水平旋流，两股介质流复合，从而能够在外加热套2内也形成向下的旋流，从而提高换热效率。
本发明中，主要利用燃料电池装置90工作产生的尾气来提供对储氢合金进行加热所需的热量，具体是通过尾气主分流装置3、尾气子分流装置4、第一换热单元5、第二换热单元6等机构实现，通过从燃料电池尾气中回收热量，能够节约能耗。
参照图4，本实施例中，尾气主分流装置3包括与燃料电池风机91连通的分流主管30以及与分流主管30均连通的第一分流支管31、第二分流支管32和第三分流支管33，第一分流支管31、第二分流支管32和第三分流支管33上分别设置有第一电磁阀34、第二电磁阀35和第三电磁阀36；
尾气子分流装置4包括与第一分流支管31连通的分流子主管40以及与分流子主管40均连通的N根分流子支管41，每根分流子支管41上均设置有一个分流子电磁阀42。本实施例中，N＝4，即包括4根分流子支管41。
本实施例中，第一换热单元5用于通过4个子部分尾气对4根分流子支管41进行换热，以使4根水平介质管13中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
由上至下，将4根水平介质管13中的第一加热介质的目标温度依次记为TJⅠ1、TJⅠ2、TJⅠ3、TJⅠ4；
控制模块通过对4根分流子支管41上的分流子电磁阀42进行控制，以调节每根分流子支管41中的子部分尾气的流量，从而使得与4个子部分尾气换热后的4根水平介质管13中的第一加热介质分别达到各自的目标温度：TJⅠ1、TJⅠ2、TJⅠ3、TJⅠ4。
本实施例中，TJⅠ1＜TJⅠ2＜TJⅠ3＜TJⅠ4。
本实施例中，控制模块通过对第二分流支管32上的第二电磁阀35进行控制，以调节与第二换热单元6进行换热的第三部分尾气的流量，从而使得输入到外加热套2内的第二加热介质达到其目标温度TJⅡ1。
本实施例中，该氢能两轮车用储氢罐热管理系统还包括用于对第一加热介质进行加热的第一辅助加热器7以及用于对第二加热介质进行加热的第二辅助加热器8。
罐体10的底部连接有介质回流管16，换热后的第一加热介质从介质回流管16排出，然后进入第一加热介质存储罐17；第一加热介质存储罐17上连接有第一介质输送管18，第一介质输送管18经过第一辅助加热器7后进入第一换热单元5，然后在连通至垂直介质管12和水平介质管13。
外加热套2上的第一排料管22和第二排料管23汇集后连接至第二加热介质存储罐24，第二加热介质存储罐24上连接有第二介质输送管25，第二介质输送管25经过第二辅助加热器8后进入第二换热单元6，然后在连通至第一进料管20和第二进料管21。
记第一加热介质的初始温度为TJⅠ0，单位时间ts内使N根水平介质管13中的第一加热介质均分别到达各自的目标温度所需的总热量为QB1，单位时间ts内通过第一换热单元5的换热使第一加热介质获得QB1的热量所需的燃料电池尾气提供的热量为QW1，对应所需的燃料电池尾气体积量为q1；
记第二加热介质的初始温度为TJⅡ0，单位时间ts内使输入到外加热套2内的所有第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1所需的热量为QB2，单位时间ts内通过第二换热单元6的换热使第二加热介质获得QB2的热量所需的燃料电池尾气提供的热量为QW2,对应所需的燃料电池尾气体积量为q2；
记单位时间ts内，进入尾气主分流装置3中的燃料电池尾气通过第一换热单元5或第二换热单元6所能够提供的总热量为QW，燃料电池尾气的体积量为qW；
其中，第一换热单元5和第二换热单元6的换热效率相同；
其中，热量值通过常规的热量即可计算公式得到，例如使物质从t0升温到t所需吸收的热量Q吸＝cm(t-t0)，c为物质的比热容，m为物质的质量。
控制模块根据QW与(QW1+QW2)之间的大小关系进行不同的热管理控制，具体为：
1)当QW≥(QW1+QW2)时：
控制模块控制第一辅助加热器7和第二辅助加热器8均不工作，控制模块对第一电磁阀34进行控制，以使体积量为q1的燃料电池尾气经第一分流支管31进入4根分流子支管41，并对4根分流子支管41上的分流子电磁阀42进行控制，以使4根水平介质管13中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
进入每根分流子支管41的燃料电池尾气的温度相同，所以其能提供的热量与其体积成正比例关系，也就是说，通过增大分流子支管41中的燃料电池尾气流量，即可是与之换热的第一加热介质获得更高的温度，所以通过调节每根分流子支管41中燃料电池尾气的流量，即可调节每根水平介质管13中的第一加热介质的温度；
控制模块对第二电磁阀35进行控制，以使体积量为q2的燃料电池尾气进入第二分流支管32，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1；
在存在多余的燃料电池尾气时，即qW＞q1+q2时，控制模块控制第三电磁阀36将多余的燃料电池尾气排出。
燃料电池尾气中含有大量的余热，通常情况下，仅利用该余热即可满足加热储氢合金所需的热量要求，所以一般采用上述方案即可满足要求。但为了进一步保证本发明的系统的工作效果，本发明中还设置第一辅助加热器7和第二辅助加热器8来保证满足加热储氢合金所需的热量提供，也能拓宽其应用场景，例如环境温度较低，加热储氢合金所需的热量将会提高。本发明具体通过以下步骤2)和3)实现。
2)当QW1＜QW＜(QW1+QW2)时：
控制模块控制第一辅助加热器7不工作，控制模块对第一电磁阀34进行控制，以使体积量为q1的燃料电池尾气经第一分流支管31进入N根分流子支管41，并对N根分流子支管41上的分流子电磁阀42进行控制，以使N根水平介质管13中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
控制模块控制第二辅助加热器8工作先对第二加热介质进行加热，为提第二加热介质提供QG2的热量，QG2＝QW-QW1；然后对第二电磁阀35进行控制，使剩余的燃料电池尾气均进入第二分流支管32，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1；
此时，燃料电池尾气提供的热量能够满足第一加热介质的需求，但无法同时满足第二加热介质的需求，所以通过第二辅助加热器8补充第二加热介质所需的热量。
3)当QW＜QW1时：
控制模块控制第一辅助加热器7工作，先对第一加热介质进行加热，为提第一加热介质提供QG1的热量，QG21＝QW1-QW；然后对第一电磁阀34、第二电磁阀35、第三电磁阀36进行控制，以使全部的燃料电池尾气经第一分流支管31进入N根分流子支管41，并对N根分流子支管41上的分流子电磁阀42进行控制，以使N根水平介质管13中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
控制模块控制第二辅助加热器8工作，对第二加热介质进行加热，为提第二加热介质提供QG2的热量，QG2＝QB2，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1。
此时，燃料电池尾气提供的热量已经无法满足第一加热介质的需求，所以通过第一辅助加热器7补充第一加热介质所需的热量；并通过第二辅助加热器8单独为第二加热介质提供所需的热量。
储氢合金在放氢反应时，会吸收热量，故需对其进行加热以使储氢合金释放氢气，传统加热方式通常是对储氢罐1外部进行加热，由于中心区域传热效果不如壁面处，会导致越向中心区域温度越低，放氢效果下降。
本发明通过设置加热内腔11能够解决该问题，具体的：本发明中，通过同时利用加热内腔11从内部对罐体10进行加热、利用外加热套2从外部对罐体10进行加热，能够更好的保证罐体10温度的均匀性，以使得内部各个区域的温度更加接近目标温度(预先确定的储氢合金放氢的适宜温度)，从而使储氢合金能够更加高效、充分的释放氢气，提高放氢速率和放氢率。
加热内腔11由于设置在罐体10内部，其内壁表面积有限，而处于罐体10中心区域的储氢合金通过的传热接触面积会小于靠近外壁区域的储氢合金，所以在此区域容易出现以下传热不均的现象：第一加热介质从上至下旋流运动时，因热交换，越往下(即越靠近第一加热介质的出口方向)温度会逐渐降低，导致中心区域的储氢合金所处区域的温度从上至下会逐渐降低，从而使下方的储氢合金的放氢效果下降。
本发明中，通过在储氢罐1上设置N根水平介质管13能够解决上述问题，具体的：本发明中N根水平介质管13中的第一加热介质的温度均可独立调节，以提供N种不同温度的第一加热介质，本实施例中，包括由上至下的4根水平介质管13，其内的第一加热介质的温度由上至下依次降低，通过4根水平介质管13在不同区域补充第一加热介质，能够提高中心区域的储氢合金在上下位置上的温度均匀性，从而能保证这些区域的储氢合金的放氢效果。
进一步的，本发明通过设置第一辅助加热器7和第二辅助加热器8，能够在燃料电池尾气所能提供的热量无法满足加热第一加热介质和第二加热介质的需求时，为其提供热量补偿，从而能够保证具备该热管理系统的氢能两轮车能够在一些如低温环境等特殊场景下也能够正常工作。
在一种实施例中，储氢合金为吸氢后的LaNi5合金粉末，LaNi5合金粉末是一种常规的储氢合金。第一加热介质的目标温度依次为：TJⅠ1＝43.3℃，TJⅠ2＝42.8℃，TJⅠ3＝42.3℃，TJⅠ4＝41.6℃，第二加热介质的目标温度TJⅡ1＝40.5℃。
其中，各第一加热介质的目标温度、第二加热介质的目标温度均是根据储氢合金放氢反应所需的适宜温度来进行选择，具体，预先根据储氢合金的种类、其适宜的放氢反应温度等来设置，然后通过大量实验确定其优选的温度值，在系统进行工作时，将得到的优选的温度值作为对应的目标温度来进行控制即可。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：参照图5，本实施例中，加热内腔11的内壁向罐体10外壁方向凹陷形成沿罐体10长度方向布置的螺旋型导热凹槽15，即采用螺旋型导热凹槽15代替实施例1的若干环形导热凹槽14。本实施例中，螺旋型导热凹槽15的螺旋方向与第一加热介质的旋流运动方向相同。该螺旋型导热凹槽15能够与加热内腔11中第一加热介质的旋流运动相配合，从而进一步提高换热效果。
测试例
测试实施例1和实施例2的系统的放氢性能
以下测试例中，罐体10容积为3.14*10-3m3；燃料电池尾气的温度为62℃附近波动，储氢合金为吸氢后的LaNi5合金粉末；第一加热介质和第二加热介质的初始温度均为25℃；第一加热介质的目标温度依次为：TJⅠ1＝43.3℃，TJⅠ2＝42.8℃，TJⅠ3＝42.3℃，TJⅠ4＝41.6℃；第二加热介质的目标温度TJⅡ1＝40.5℃。
(1)采用实施例1的系统进行热量管理，测试工作30min后的累积放氢率η1；
(2)采用实施例2的系统进行热量管理，测试工作30min后的累积放氢率η2；
(3)采用实施例1的系统进行热量管理，但不向加热内腔11中通入第一加热介质，而是将第一加热介质输送至外加热套2内，测试工作30min后的累积放氢率η3；
采用实施例1的系统进行热量管理，将所有的第一加热介质的目标温度均设置为43.3℃，并均从垂直介质管12进入罐体10，所有水平介质管13均封闭，测试工作30min后的累积放氢率η4；
测试结果如下表1所示：
表1
其中，累积放氢率η＝St/S0*100％，St表示t时间内的累计放氢量，单位g；S0表示储氢合金的初始含氢量，单位g。
从表1的测试结果可以看出：实施例2的累积放氢率比实施例1稍高；当不对储氢罐1内部进行加热时，放氢率大幅度下降(η3)，主要是由于传热不均等原因造成储氢合金的放氢量下降；当未在加热内腔11中输入沿水平方向的4股不同温度的第一加热介质时，放氢率也大幅度下降(η4)。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氢能两轮车用储氢罐热管理系统，该氢能两轮车包括利用含氢燃料和空气作用以产生电力的燃料电池装置，该燃料电池装置工作产生的尾气通过燃料电池风机外排，其特征在于，该储氢罐热管理系统包括：
储氢罐，其包括罐体、形成于所述罐体中部且沿长度方向贯通所述罐体的加热内腔以及与所述加热内腔连通的一根沿罐体长度方向设置的垂直介质管和沿水平布置的N根水平介质管，N根水平介质管沿长度方向由上至下依次间隔设置，所述罐体内部填充有作为氢燃料的储氢合金；所述垂直介质管和水平介质管用于向加热内腔内输送第一加热介质以从内部对所述罐体进行加热；
外加热套，其套设在所述储氢罐外部，所述外加热套内被输送有用于从外部对所述罐体进行加热的第二加热介质；
尾气主分流装置，其与燃料电池风机连通，用于将燃料电池的尾气按照需要的比例分为三部分：第一部分尾气、第二部分尾气和第三部分尾气；
尾气子分流装置，其与所述尾气主分流装置连通，用于将第一部分尾气按照需要的比例分为N个子部分尾气：第1子部分尾气、第2子部分尾气、...、第N子部分尾气；
第一换热单元，其包括N个换热装置，用于将等流量的N部分第一加热介质与N个子部分尾气一一对应进行换热后再分别输入到N根水平介质管中；
第二换热单元，其用于将第二加热介质与第二部分尾气进行换热后再输入到所述外加热套内；
以及控制模块，其对尾气主分流装置和尾气子分流装置进行控制，以控制第一部分尾气、第二部分尾气、第三部分尾气的流量，以及N个子部分尾气的流量。
2.根据权利要求1所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，还包括监测单元，其监测第一加热介质的初始温度、第二加热介质的初始温度、燃料电池尾气的温度。
3.根据权利要求2所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，每根水平介质管均与罐体横截面圆的外周相切，使得从俯视方向看，水平介质管中的加热介质在罐体内形成旋流运动，且所有水平介质管内的加热介质形成的旋流运动的方向均相同，即均为顺时针方向或均为逆时针方向。
4.根据权利要求3所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，所述加热内腔的内壁向罐体外壁方向凹陷形成有若干环形导热凹槽，若干环形导热凹槽沿罐体长度方向间隔设置。
5.根据权利要求3所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，所述加热内腔的内壁向罐体外壁方向凹陷形成沿罐体长度方向布置的螺旋型导热凹槽。
6.根据权利要求3或4所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，所述外加热套成圆柱体状包覆在所述罐体外部，所述外加热套上设置有用于向所述外加热套内输送第二介质的第一进料管和第二进料管、用于排出第二介质的第一排料管和第二排料管；
所述第一进料管、第一排料管均沿垂直方向与所述外加热套连接，所述第一进料管、第二排料管均沿水平方向与所述外加热套的圆周外壁切向连接；
所述尾气主分流装置包括与燃料电池风机连通的分流主管以及与所述分流主管均连通的第一分流支管、第二分流支管和第三分流支管，所述第一分流支管、第二分流支管和第三分流支管上分别设置有第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；
所述尾气子分流装置包括与第一分流支管连通的分流子主管以及与所述分流子主管均连通的N根分流子支管，每根分流子支管上均设置有一个分流子电磁阀。
7.根据权利要求6所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，所述第一换热单元用于通过N个子部分尾气对N根分流子支管进行换热，以使N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
由上至下，将N根水平介质管中的第一加热介质的目标温度依次记为TJⅠ1、TJⅠ2、...、TJⅠN；
所述控制模块通过对N根分流子支管上的分流子电磁阀进行控制，以调节每根分流子支管中的子部分尾气的流量，从而使得与N个子部分尾气换热后的N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度。
8.根据权利要求7所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，所述控制模块通过对第二分流支管上的第二电磁阀进行控制，以调节与第二换热单元进行换热的第三部分尾气的流量，从而使得输入到所述外加热套内的第二加热介质达到其目标温度TJⅡ1。
9.根据权利要求8所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，还包括用于对第一加热介质进行加热的第一辅助加热器以及用于对第二加热介质进行加热的第二辅助加热器；
记第一加热介质的初始温度为TJⅠ0，单位时间ts内使N根水平介质管中的第一加热介质均分别到达各自的目标温度所需的总热量为QB1，单位时间ts内通过第一换热单元的换热使第一加热介质获得QB1的热量所需的燃料电池尾气提供的热量为QW1，对应所需的燃料电池尾气体积量为q1；
记第二加热介质的初始温度为TJⅡ0，单位时间ts内使输入到所述外加热套内的所有第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1所需的热量为QB2，单位时间ts内通过第二换热单元的换热使第二加热介质获得QB2的热量所需的燃料电池尾气提供的热量为QW2,对应所需的燃料电池尾气体积量为q2；
记单位时间ts内，进入尾气主分流装置中的燃料电池尾气通过第一换热单元或第二换热单元所能够提供的总热量为QW，燃料电池尾气的体积量为qW；
其中，第一换热单元和第二换热单元的换热效率相同；
所述控制模块根据QW与(QW1+QW2)之间的大小关系进行不同的热管理控制，具体为：
1)当QW≥(QW1+QW2)时：
所述控制模块控制所述第一辅助加热器和第二辅助加热器均不工作，所述控制模块对第一电磁阀进行控制，以使体积量为q1的燃料电池尾气经所述第一分流支管进入N根分流子支管，并对N根分流子支管上的分流子电磁阀进行控制，以使N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
所述控制模块对第二电磁阀进行控制，以使体积量为q2的燃料电池尾气进入所述第二分流支管，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1；
在存在多余的燃料电池尾气时，即qW＞q1+q2时，所述控制模块控制所述第三电磁阀将多余的燃料电池尾气排出；
2)当QW1＜QW＜(QW1+QW2)时：
所述控制模块控制所述第一辅助加热器不工作，所述控制模块对第一电磁阀进行控制，以使体积量为q1的燃料电池尾气经所述第一分流支管进入N根分流子支管，并对N根分流子支管上的分流子电磁阀进行控制，以使N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
所述控制模块控制所述第二辅助加热器工作先对第二加热介质进行加热，为提第二加热介质提供QG2的热量，QG2＝QW-QW1；然后对第二电磁阀进行控制，使剩余的燃料电池尾气均进入第二分流支管，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1；
3)当QW＜QW1时：
所述控制模块控制所述第一辅助加热器工作，先对第一加热介质进行加热，为提第一加热介质提供QG1的热量，QG21＝QW1-QW；然后对第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀进行控制，以使全部的燃料电池尾气经所述第一分流支管进入N根分流子支管，并对N根分流子支管上的分流子电磁阀进行控制，以使N根水平介质管中的第一加热介质分别达到各自的目标温度；
所述控制模块控制所述第二辅助加热器工作，对第二加热介质进行加热，为提第二加热介质提供QG2的热量，QG2＝QB2，以使第二加热介质到达其目标温度TJⅡ1。
10.根据权利要求9所述的氢能两轮车用储氢罐热管理系统，其特征在于，其中，TJⅠ1＜TJⅠ2...＜TJⅠ(N-1)＜TJⅠN。
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