DE102017112830A1 - Wärmemanagementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Wärmemanagementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug, aufweisend einen Brennstoffzellenstapel (60), welcher derart konfiguriert ist, dass er Wasserstoff und Luft aufnimmt, um elektrischen Strom zu erzeugen und Wasser abzuführen, eine Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (100), die derart konfiguriert ist, dass sie einen ersten Behälter (10), der ein Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial aufnimmt, einen zweiten Behälter (20), der ein thermochemisches Wärmeenergie-Speichermaterial aufnimmt, einen dritten Behälter (30), der ein Wärmeübertragungsmedium aufnimmt, und Rohre (D1, D2, D3, D4) aufweist, die mit dem ersten Behälter (10), dem zweiten Behälter (20) und dem dritten Behälter (30) verbunden sind, um das Wärmeübertragungsmedium zu zirkulieren, und ein Wasserstoffzuführrohr (71), das derart konfiguriert ist, dass es mit dem ersten Behälter (10) und dem Brennstoffzellenstapel (60) verbunden werden kann.

Description

  • Für die Anmeldung wird die Priorität der am 15. Februar 2017 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0020669 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
  • Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug.
  • Eine Wasserstoffbrennstoffzelle ist eine umweltfreundliche Stromerzeugungsvorrichtung, die durch Zuführen von Wasserstoff und Luft elektrischen Strom erzeugt und Reinwasser abführt, und kann als eine Stromquelle für ein Elektrofahrzeug verwendet werden. Die Wasserstoffbrennstoffzelle kann Wasserstoff aus einem Vorratsbehälter für Wasserstoff im Festzustand aufnehmen. Der Vorratsbehälter umfasst ein Wasserstoffspeichermaterial, das Wasserstoff mit einer spezifischen Temperatur abführt, und ein komplexes Hydrid, das auf einem Metallhydrid basiert, kann als das Wasserstoffspeichermaterial verwendet werden, um die Volumenspeicherdichte zu erhöhen.
  • Das komplexe Hydrid erfordert eine kontinuierliche Wärmezufuhr, um Wasserstoff abzuführen, so dass es erforderlich ist, die Wärmezuführeffizienz eines Wärmetauschers mit einer vorbestimmten Größe zu erhöhen. Die Forschung und die Entwicklung zur Erhöhung der Wärmezuführeffizienz sind auf die Verbesserung einer inneren Struktur des Vorratsbehälters für Wasserstoff im Festzustand gerichtet.
  • Insbesondere ist es infolge der Eigenschaften des Metallhydrids, das bei einer vorbestimmten hohen Temperatur reagiert, notwendig, das Kaltstartverhalten zu verbessern, wenn es bei einem Elektrofahrzeug verwendet wird. Im vorliegenden Falle ist eine zusätzliche Anlagenperipherie (BOP) erforderlich, zum Beispiel kann ein Wasserstoffwärmebrenner angeordnet sein, oder ein Batteriestrom kann verwendet werden, um den Vorratsbehälter für Wasserstoff im Festzustand zu erwärmen. Jedoch erhöht die zusätzliche Anlagenperipherie (BOP) das Volumen eines betreffenden Systems und verursacht einen Energieverlust, was zu einer niedrigen Brennstoffeffizienz führt.
  • Mit der Erfindung wird ein Wärmemanagementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug geschaffen, das die Brennstoffeffizienz verbessern kann, indem die Wärme kontinuierlich zu einem Vorratsbehälter für Wasserstoff im Festzustand ohne eine zusätzliche Stromzufuhr zugeführt wird und der gesamte Strom verwendet wird, der in einer Brennstoffzelle zum Antreiben des Brennstoffzellenfahrzeuges erzeugt wird.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Wärmemanagementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen, aufweisend einen Brennstoffzellenstapel, eine Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (bzw. eine Speichervorrichtung für Wasserstoff im festen Zustand), und ein Wasserstoffzuführrohr. Der Brennstoffzellenstapel kann Wasserstoff und Luft aufnehmen und ist derart konfiguriert, dass er elektrischen Strom erzeugt und Wasser abführt. Die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung kann einen ersten Behälter, der ein Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial aufnimmt, einen zweiten Behälter, der ein thermochemisches Wärmeenergie-Speichermaterial aufnimmt, einen dritten Behälter, der ein Wärmeübertragungsmedium aufnimmt, und Rohre aufweisen, die mit dem ersten Behälter, dem zweiten Behälter und dem dritten Behälter verbunden sind, um das Wärmeübertragungsmedium zu zirkulieren. Das Wasserstoffzuführrohr kann mit dem ersten Behälter und dem Brennstoffzellenstapel verbunden sein.
  • Das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial kann ein Material aufweisen, das Wärme erzeugt, während es Wasserstoff einschließt bzw. einführt, und das Wasserstoff abführt, während es Wärme aufnimmt. Das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial kann ein Material aufweisen, das Wärme erzeugt, während ein Katalysator zugeführt wird, und das in ein Metalloxid und einen Katalysator getrennt wird und Wärmeenergie speichert, während es Wärme aufnimmt.
  • Das Wärmeübertragungsmedium kann Wärme des ersten Behälters an den zweiten Behälter übertragen, während der Wasserstoff des Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterials eingeschlossen bzw. eingeführt ist, und kann Wärme des zweiten Behälters an den ersten Behälter übertragen, während der Katalysator zu dem thermochemischen Wärmeenergie-Speichermaterial geführt wird. Das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial kann wenigstens eines von einem komplexen Metallhydrid, einem Metallhydrid, einem chemischen Hydrid und einer Wasserstoffspeicherlegierung aufweisen.
  • Der Katalysator kann Wasser sein, und das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial kann wenigstens eines von Mg(OH)2, Ca(OH)2, Be(OH)2, Mn(OH)2, Ni(OH)2 und Zn(OH)2 aufweisen. Die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung kann einen vierten Behälter, der den Katalysator aufnimmt, ein Katalysatorzuführrohr und ein Katalysatorabführrohr, die mit dem vierten Behälter und dem zweiten Behälter verbunden sind, und ein erstes Ventil aufweisen, das in dem Katalysatorabführrohr vorgesehen ist. Das erste Ventil kann eine Einlassöffnung, eine erste Auslassöffnung, die mit dem vierten Behälter verbunden ist, und eine zweite Auslassöffnung aufweisen, die mit der Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung verbunden ist.
  • Das Wärmemanagementsystem für das Brennstoffzellenfahrzeug kann ferner ein Wasserzuführrohr, das derart konfiguriert ist, dass es mit dem Brennstoffzellenstapel und dem vierten Behälter verbunden werden kann, und ein drittes Ventil aufweisen, das derart konfiguriert ist, dass es in dem Wasserzuführrohr vorgesehen sein kann. Das dritte Ventil kann eine Einlassöffnung, eine fünfte Auslassöffnung, die mit dem vierten Behälter verbunden ist, und eine sechste Auslassöffnung aufweisen, die mit der Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung verbunden ist.
  • Der Katalysator kann Sauerstoff sein, und das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial kann wenigstens eines von Co3O4, Mn2O3, Li2O2, MgO2, Cr5O12, PtO2 und Sb2O5 aufweisen. Die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung kann eine Luftzuführvorrichtung, die Luft zu dem zweiten Behälter zuführt, ein Luftabführrohr, das an dem zweiten Behälter angeordnet ist und Luft während der Wärmeenergiespeicherung abführt, und ein Drucksteuerrohr aufweisen, das an dem zweiten Behälter angeordnet ist und Restluft während der Wärmeabfuhr abführt.
  • Ein zweites Ventil kann in dem Drucksteuerrohr vorgesehen sein. Das zweite Ventil kann eine Einlassöffnung, eine dritte Auslassöffnung, die mit der Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung verbunden ist, und eine vierte Auslassöffnung aufweisen, die über den dritten Behälter mit der Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung verbunden ist.
  • Wenn eine Temperatur der zu dem Drucksteuerrohr abgeführten Restluft niedriger als die des Wärmeübertragungsmediums des dritten Behälters ist, kann die dritte Auslassöffnung geöffnet sein. Wenn eine Temperatur der zu dem Drucksteuerrohr abgeführten Restluft höher als die des Wärmeübertragungsmediums des dritten Behälters ist, kann die vierte Auslassöffnung geöffnet sein. Das Wärmemanagementsystem für das Kraftstoffzellenfahrzeug kann ferner ein Luftzuführrohr aufweisen, das derart konfiguriert ist, dass es mit dem Brennstoffzellenstapel und der Luftzuführvorrichtung verbunden werden kann.
  • Die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung kann eine Zusatzheizung aufweisen, die Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter führt.
  • Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ist keine separate Stromzufuhr zum Zuführen von Wärme zu dem ersten Behälter erforderlich, und es ist möglich, keinen Strom zu verbrauchen, außer zum Betreiben der Zusatzheizung für eine kurze Zeit, wenn eine anfängliche chemische Reaktion gestartet wird oder wenn ein Notfall eintritt. Dementsprechend kann der in dem Brennstoffzellenstapel erzeugte Strom vollständig zum Antreiben des Fahrzeuges verwendet werden, wodurch die Brennstoffeffizienz verbessert wird.
  • Außerdem ist, da das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial mit ausgezeichneter Umkehrbarkeit verwendet wird, der Wärmeverlust während des Befüllens und Abführens gering, und da es möglich ist, die Wärmeableitung mittels des Katalysators (H2O oder O2) zu steuern, ist das Wärmemanagementsystem für das Brennstoffzellenfahrzeug gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung sicher und umweltfreundlich. Ferner ist es, wenn der Katalysator zu dem zweiten Behälter geführt wird, ohne den Brennstoffzellenstapel zu betreiben, da das Heizen durch die von dem zweiten Behälter abgegebene Wärmeenergie durchgeführt wird, möglich, die Energieeffizienz zu verbessern.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht einer Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 eine schematische Ansicht einer Vorgangs des Befüllens der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung aus 1 mit Wasserstoff;
    • 3 eine schematische Ansicht eines Vorgangs des Abführens von Wasserstoff aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung aus 1;
    • 4 eine schematische Ansicht einer Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 eine schematische Ansicht eines Vorgangs des Befüllens der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung aus 4 mit Wasserstoff;
    • 6 eine schematische Ansicht eines Vorgangs des Abführens von Wasserstoff aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung aus 4;
    • 7 und 8 schematische Ansichten eines Wärmemanagementsystems für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
    • 9 und 10 schematische Ansichten eines Wärmemanagementsystems für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Es versteht sich, dass die angehängten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Eigenschaften darstellen, welche die grundlegenden Prinzipien der Erfindung aufzeigen. Die speziellen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die zum Beispiel spezielle Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen umfassen, wie sie hierin offenbart sind, werden teilweise durch die jeweils beabsichtigte Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt.
  • In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung durch die einzelnen Figuren der Zeichnung hinweg.
  • Nachfolgend wird nun auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und nachstehend beschrieben sind. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben ist, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu bestimmt ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist die Erfindung dazu bestimmt, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen abzudecken, welche im Sinn und Bereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, enthalten sein können.
  • Nachfolgend werden mit Bezug auf die Zeichnung beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung ausführlicher beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 1 weist eine Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen ersten Behälter 10 zum Aufnehmen eines Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterials, einen zweiten Behälter 20 zum Aufnehmen eines thermochemischen Wärmeenergie-Speichermaterials, einen dritten Behälter 30 zum Aufnehmen eines Wärmeübertragungsmediums, und Rohre zum Zirkulieren des Wärmeübertragungsmediums auf.
  • Die Rohre können ein erstes Rohr D1 und ein zweites Rohr D2, die mit dem ersten Behälter 10 und dem dritten Behälter 30 verbunden sind, und ein drittes Rohr D3 und ein viertes Rohr D4 aufweisen, die mit dem zweiten Behälter 20 und dem dritten Behälter 30 verbunden sind. Das Wärmeübertragungsmedium überträgt Wärme an ein Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 und ein thermochemisches Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20, jedoch reagiert es nicht mit diesen Materialien.
  • Im vorliegenden Falle kann ein erstes Wärmeaustauschrohr H1, welches eine Außenseite des ersten Behälters 10 umschließt oder welches durch die Innenseite des ersten Behälters 10 in einem Dichtungszustand hindurchtritt, zwischen dem ersten Rohr D1 und dem zweiten Rohr D2 positioniert sein. Außerdem kann ein zweites Wärmeaustauschrohr H2, welches eine Außenseite des zweiten Behälters 20 umschließt oder welches durch die Innenseite des zweiten Behälters 20 in einem Dichtungszustand hindurchtritt, zwischen dem dritten Rohr D3 und dem vierten Rohr D4 positioniert sein.
  • Die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 kann einen vierten Behälter 40 aufweisen, der einen Katalysator aufnimmt. Der vierte Behälter 40 ist über ein fünftes Rohr D5 und ein sechstes Rohr D6 mit dem zweiten Behälter 20 verbunden. Das fünfte Rohr D5 kann ein Katalysatorzuführrohr sein, und das sechste Rohr D6 kann ein Katalysatorabführrohr sein.
  • Das sechste Rohr D6 ist mit einem ersten Ventil V1 mit einer Einlassöffnung P1 und zwei Auslassöffnungen P2 und P3 versehen. Die erste Auslassöffnung P2 des ersten Ventils V1 kann mit dem vierten Behälter 40 verbunden sein, und die zweite Auslassöffnung P3 kann mit der Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 verbunden sein.
  • Die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 kann eine Zusatzheizung 50 aufweisen. Wenn es erforderlich ist, zusätzliche Wärme zu dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen, arbeitet die Zusatzheizung 50 derart, dass sie Wärme zu dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 führt.
  • Ein Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial, das in dem ersten Behälter 10 gespeichert ist, erzeugt Wärme, wenn Wasserstoff eingefüllt ist, und es führt Wasserstoff ab, wenn eine Reaktionstemperatur durch die Wärmezufuhr erreicht ist. Zum Beispiel kann das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial wenigstens eines von einem komplexen Hydrid, einem Metallhydrid, einem chemischen Hydrid und einer Wasserstoffspeicherlegierung aufweist.
  • Das komplexe Metallhydrid des Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterials kann wenigstens eines von M1AlH4, M2(AlH4)2, M3BH4, M4(BH4)2, M5(BH4)3, M6NH2, M7(NH2)2, Li2NH, MgNH, Lithium-Magnesium-Amid, und Lithium-Magnesium-Imid aufweisen. Hierin kann M1 Li, Na oder Al bezeichnen, M2 kann Mg oder Ca bezeichnen, M3 kann Li, Na oder K bezeichnen, M4 kann Mg oder Ca bezeichnen, M5 kann Al oder Ti bezeichnen, M6 kann Li oder Na bezeichnen, und M7 kann Mg oder Ca bezeichnen.
  • Das Metallhydrid des Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterials kann wenigstens eines von M8H und M9H2 aufweisen. M8 kann Li, Na, K, Rb oder Cs bezeichnen, und M9 kann Mg, Ca, Sc, Ti oder V bezeichnen. Das chemische Hydrid des Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterials kann wenigstens eines von AlH3, NH3BH3, NH4B3H8, NH2B2H5 und NaBP2H8 aufweisen.
  • Die Wasserstoffspeicherlegierung des Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterials kann wenigstens eine von einer Ti-Cr-V-Legierung, TiFe, Pd-M10, Li-M11, einer Mg-Co-Legierung und einer La-Ni-Legierung aufweisen. M10 kann Ba, Y oder La bezeichnen, und M11 kann Ti, V, Zr, Nb oder Hf bezeichnen.
  • Das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial, das in dem ersten Behälter 10 gespeichert ist, ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, und irgendein Material, das als eine Wasserstoffquelle für die Wasserstoffbrennstoffzelle verwendet werden kann, kann genutzt werden. Tabelle 1 zeigt Beispiele des Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterials. (Tabelle 1)
    Chemische Reaktion Reaktionstemperatur (°C) bei 1 atm Wärmemenge (kJ/kg)
    Mg + H2 ↔ MgH2 259 2831
    NaH + Al + 1,5H2 ↔ NaAlH4 120-180 1472
    Al + 1,5H2 ↔ AlH3 125-175 380
    MgH2 + 2B + 3H2 ↔ MgBH42 200-300 2615
    TiV0,62Mn1,5 + H2 ↔ TiV0,62Mn1,5H2 -6 308
  • Das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial, das in dem zweiten Behälter 20 gespeichert ist, wird durch die chemische Reaktion mit dem Katalysator erwärmt, während der Katalysator zugeführt wird, und es wird durch die chemische Reaktion in ein Metalloxid und den Katalysator getrennt, während Wärme zugeführt wird. In der ersten beispielhaften Ausführungsform ist der Katalysator Wasser (H2O), und der vierte Behälter 40 speichert das Wasser. In der ersten beispielhaften Ausführungsform kann das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial, das in dem zweiten Behälter 20 gespeichert ist, wenigstens eines von Magnesiumhydroxid Mg(OH)2, Kalziumhydroxid Ca(OH)2, Berylliumhydroxid Be(OH)2, Manganhydroxid Mn(OH)2, Nickelhydroxid Ni(OH)2, Zinkhydroxid Zn(OH)2 usw. aufweisen.
  • Mg(OH)2 wird durch eine chemische Reaktion in MgO und H2O (Wasserdampf) getrennt, während die Wärme zugeführt wird, und im vorliegenden Falle ist die chemische Reaktion eine endotherme Reaktion. Im Gegensatz dazu ist, wenn durch eine chemische Reaktion Wasser zu MgO zugeführt wird, MgO in Mg(OH)2 umgewandelt, und im vorliegenden Falle ist die chemische Reaktion eine exotherme Reaktion. Gleichermaßen wird durch die chemische Reaktion (endotherme Reaktion) Ca(OH)2 in CaO und H2O (Wasserdampf) getrennt, während die Wärme zugeführt wird, und im Gegensatz dazu wird, wenn Wasser zu CaO zugeführt wird, durch eine chemische Reaktion (exotherme Reaktion) CaO in Ca(OH)2 umgewandelt. Tabelle 2 zeigt Reaktionsschemen, Reaktionstemperaturen (Wärmespeichertemperaturen) und Wärmemengen von Mg(OH)2, Ca(OH)2, Be(OH)2, Mn(OH)2, Ni(OH)2 und Zn(OH)2. (Tabelle 2)
    Chemische Reaktion Reaktionstemperatur (°C) bei 1 atm Wärmemenge (kJ/kg)
    Mg(OH)2 ↔ MgO + H2O 259 1,396
    Ca(OH)2 ↔ CaO + H2O 479 1,288
    Be(OH)2 ↔ BeO + H2O 70 1,191
    Mn(OH)2 ↔ MnO + H2O 190 754
    Ni(OH)2 ↔ NiO + H2O 70 516
    Zn(OH)2 ↔ ZnO + H2O 55 498,96
  • Dementsprechend verwendet das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial eine umkehrbare chemische Reaktion und hat daher einen niedrigen Wärmeverlust, und es hat eine relativ längere Wärmeenergie-Speicherzeit als ein Wärmeenergie-Speichermaterial, das fühlbare Wärme und latente Wärme verwendet, so dass es Wärmeenergie speichern kann, wenn es nicht für einen langen Zeitraum, der einen Parkzeitraum umfasst, verwendet wird.
  • Das Wärmeübertragungsmedium, das in dem dritten Behälter 30 gespeichert ist, kann wenigstens eines von Wasser, Luft und einem Öl aufweisen.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorgangs des Befüllens der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung aus 1 mit Wasserstoff.
  • Mit Bezug auf 2 wird der erste Behälter 10 mit Wasserstoff befüllt. Dann reagiert das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 chemisch mit dem Wasserstoff und erzeugt Wärme. Die in dem ersten Behälter 10 erzeugte Wärme wird durch das Wärmeübertragungsmedium an den dritten Behälter 30 übertragen, um das Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, und das erwärmte Wärmeübertragungsmedium wird an den zweiten Behälter 20 übertragen, um Wärme zu dem thermochemischen Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 zu führen. Das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 wird durch eine chemische Reaktion (endotherme Reaktion) in ein Metalloxid und einen Katalysator (H2O) getrennt und speichert Wärmeenergie.
  • Während der Wasserstoff eingefüllt wird, kann sich das Wärmeübertragungsmedium in dem zweiten Rohr D2 und dem dritten Rohr D3 bewegen. Der Katalysator (H2O, Wasserdampf) des zweiten Behälters 20 wird über das sechste Rohr D6 und das erste Ventil V1 zu dem vierten Behälter 40 geführt und kann dann in dem vierten Behälter 40 als Wasser gespeichert werden oder kann aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 abgeführt werden. Bei dem vorliegenden Vorgang kann, wenn eine Menge von Wärme, die in dem zweiten Behälter 20 gespeichert wird, nicht ausreichend ist, die Zusatzheizung 50 arbeiten, um Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen.
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Vorgangs des Abführens von Wasserstoff aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung aus 1.
  • Mit Bezug auf 3 wird der Katalysator (H2O) von dem vierten Behälter 40 zu dem zweiten Behälter 20 geführt. Dann reagiert das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 chemisch mit dem Katalysator (H2O) und erzeugt Wärme. Die in dem zweiten Behälter 20 erzeugte Wärme wird durch das Wärmeübertragungsmedium an den dritten Behälter 30 übertragen, um das Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, und das erwärmte Wärmeübertragungsmedium wird an den ersten Behälter 10 übertragen, um Wärme zu dem Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 zu führen. Dann erreicht das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 eine vorbestimmte Reaktionstemperatur, um Wasserstoff abzuführen.
  • Während der Wasserstoff abgeführt wird, wird der in dem vierten Behälter 40 gespeicherte Katalysator (H2O) über das fünfte Rohr D5 zu dem zweiten Behälter 20 geführt, und das Wärmeübertragungsmedium kann sich in dem vierten Rohr D4 und dem ersten Rohr D1 bewegen. Bevor das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 die Reaktionstemperatur erreicht, kann die Wärmespeichermenge des zweiten Behälters 20 abgeführt werden, oder die Zusatzheizung 50 kann arbeiten, um während eines anfänglichen Kaltstarts Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen.
  • 4 zeigt eine schematische Ansicht einer Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 4 ist bei einer Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der Katalysator des thermochemischen Wärmeenergie-Speichermaterials Sauerstoff (O2), und eine Luftzuführvorrichtung 41 ersetzt den vierten Behälter der ersten beispielhaften Ausführungsform. In der zweiten beispielhaften Ausführungsform kann das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial, das in dem zweiten Behälter 20 gespeichert ist, wenigstens eines von Kobaltoxid (Co3O4), Manganoxid (Mn2O3), Lithiumoxid (Li2O2), Magnesiumoxid (MgO2), Chromoxid (Cr5O12), Platinoxid (PtO2), Antimonoxid (Sb2O5) usw. aufweisen.
  • Während die Wärme zugeführt wird, wird durch eine chemische Reaktion 2Co3O4 in 6CoO und O2 getrennt, und im vorliegenden Falle ist die chemische Reaktion eine endotherme Reaktion. Im Gegensatz dazu wird, wenn Sauerstoff zu 6CoO zugeführt wird, durch eine chemische Reaktion 6CoO in 2C03O4 umgewandelt, und im vorliegenden Falle ist die chemische Reaktion eine exotherme Reaktion. Gleichermaßen wird, während die Wärme zugeführt wird, durch eine chemische Reaktion (endotherme Reaktion) 5Mn2O3 in 5Mn3O4 und O2 getrennt, und im Gegensatz dazu wird, wenn Sauerstoff zu 5Mn3O4 zugeführt wird, durch die chemische Reaktion (exotherme Reaktion) 5Mn3O4 in 5Mn2O3 umgewandelt. Tabelle 3 zeigt Reaktionsschemen, Reaktionstemperaturen (Wärmespeichertemperaturen) und Wärmemengen von Co3O4, Mn2O3, Li2O2, MgO2, Cr5O12, PtO2 und Sb2O5. (Tabelle 3)
    Chemische Reaktion Reaktionstemperatur (°C) bei 1 atm Wärmemenge (kJ/kg)
    2Co3O4 ↔ 6CoO + O2 870 1703
    5Mn2O3 ↔ 5Mn3O4 + O2 1586 1237
    2Li2O2 ↔ 2Li2O + O2 145 745,9
    2MgO2 ↔ 2MgO + O2 205 380,6
    4Cr5O12 ↔ 10Cr2O3 + 9O2 105 279,1
    2PtO2 ↔ 2PtO + O2 420 276,5
    2Sb2O5 ↔ 4SbO2 + O2 325 210,4
  • Die Luftzuführvorrichtung 41 ist über ein siebtes Rohr D7 mit dem zweiten Behälter 20 verbunden, um den Katalysator (O2) zu dem zweiten Behälter 20 zu führen. Der zweite Behälter 20 ist mit einem achten Rohr D8 (Luftabführrohr) zum Abführen von Luft verbunden, während er Wärmeenergie speichert, und mit einem neunten Rohr D9 (Drucksteuerrohr) zur Steuerung von Druck durch Abführen von Restluft verbunden, während er Wärme abführt. Das neunte Rohr D9 kann mit einem zweiten Ventil V2 mit einer Einlassöffnung P4 und zwei Auslassöffnungen P5 und P6 versehen sein. Die dritte Auslassöffnung P5 des zweiten Ventils V2 kann zu der Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 geöffnet sein, und die vierte Auslassöffnung P6 kann über den dritten Behälter 30 mit einem zehnten Rohr D10 verbunden sein, welches zu der Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 geöffnet ist.
  • Die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform hat mit Ausnahme der oben beschriebenen Konfiguration dieselbe oder eine ähnliche Konfiguration wie die der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform, so dass eine doppelte Beschreibung davon weggelassen wird.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Vorgangs des Befüllens der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung aus 4 mit Wasserstoff.
  • Mit Bezug auf 5 wird der Behälter 10 mit Wasserstoff gefüllt. Dann reagiert das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 chemisch mit dem Wasserstoff und erzeugt Wärme. Die in dem ersten Behälter 10 erzeugte Wärme wird durch das Wärmeübertragungsmedium an den dritten Behälter 30 übertragen, um das Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, und das erwärmte Wärmeübertragungsmedium wird an den zweiten Behälter 20 übertragen, um Wärme zu dem thermochemischen Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 zu führen. Das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 wird durch eine chemische Reaktion (endotherme Reaktion) in ein Metalloxid und einen Katalysator (O2) getrennt und speichert Wärmeenergie.
  • Während der Wasserstoff eingefüllt wird, kann sich das Wärmeübertragungsmedium in dem zweiten Rohr D2 und dem dritten Rohr D3 bewegen. Der Katalysator (O2) des zweiten Behälters 20 kann über das achte Rohr D8 aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 abgeführt werden. Im vorliegenden Falle kann, wenn eine Menge von Wärmeenergie, die in dem zweiten Behälter 20 gespeichert wird, nicht ausreichend ist, die Zusatzheizung 50 arbeiten, um Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen.
  • 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Vorgangs des Abführens von Wasserstoff aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung aus 4.
  • Mit Bezug auf 6 wird der Katalysator (O2) von der Luftzuführvorrichtung 41 zu dem zweiten Behälter 20 geführt. Dann reagiert das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 chemisch mit dem Katalysator (O2) und erzeugt Wärme. Die in dem zweiten Behälter 20 erzeugte Wärme wird durch das Wärmeübertragungsmedium an den dritten Behälter 30 übertragen, um das Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, und das erwärmte Wärmeübertragungsmedium wird an den ersten Behälter 10 übertragen, um Wärme zu dem Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 zu führen. Dann erreicht das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 eine vorbestimmte Reaktionstemperatur, um Wasserstoff abzuleiten.
  • Während der Wasserstoff abgeführt wird, wird der in dem vierten Behälter 40 gespeicherte Katalysator (O2) über das siebte Rohr D7 zu dem zweiten Behälter 20 geführt, und das Wärmeübertragungsmedium kann sich in dem vierten Rohr D4 und dem ersten Rohr D1 bewegen. Die Restluft des zweiten Behälters 20 kann über das neunte Rohr D9 und das zweiten Ventil V2 zur Drucksteuerung des zweiten Behälters 20 aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 abgeführt werden.
  • In dem obigen Falle kann, wenn eine Temperatur der von dem zweiten Behälter 20 abgeführten Restluft niedriger als die des Wärmeübertragungsmediums des dritten Behälters 30, die dritte Auslassöffnung P5 geöffnet werden, und wenn die Temperatur der Restluft höher als die des Wärmeübertragungsmediums des dritten Behälters 30 ist, kann die vierte Auslassöffnung P6 geöffnet werden. Im letzteren Falle wird die Wärme der Restluft zu dem Wärmeübertragungsmedium des dritten Behälters 30 geführt und dann aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 abgeführt.
  • Ein Temperatursensor, welcher derart konfiguriert ist, dass er die Temperatur der von dem zweiten Behälter 20 abgeführten Restluft erfasst, kann in dem neunten Rohr D9 angeordnet sein, und eine Steuereinrichtung, die derart konfiguriert ist, dass sie das Öffnen der dritten Auslassöffnung P5 und der vierten Auslassöffnung P6 entsprechend einem Messergebnis des Temperatursensors steuert. Im letzteren Falle kann die Wärmeeffizienz der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 weiter verbessert werden.
  • Bevor das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 die Reaktionstemperatur erreicht, kann die Wärmespeichermenge des zweiten Behälters 20 abgeführt werden, oder die Zusatzheizung 50 kann arbeiten, um während eines anfänglichen Kaltstarts Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen.
  • Die 7 und 8 zeigen schematische Ansichten eines Wärmemanagementsystems für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Wärmemanagementsystem für das Brennstoffzellenfahrzeug kann als ein Brennstoffzellensystem bezeichnet werden. 7 zeigt einen Wasserstoffeinfüllvorgang, und 8 zeigt einen Wasserstoffabführvorgang.
  • Mit Bezug auf 7 umfasst ein Wärmemanagementsystem 300 für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen Brennstoffzellenstapel 60, die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform, ein Wasserstoffzuführrohr 71, das derart angeordnet ist, dass es mit dem ersten Behälter 10 der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 und dem Brennstoffzellenstapel 60 verbunden werden kann, und ein Wasserzuführrohr 72, das derart angeordnet ist, dass es mit dem Brennstoffzellenstapel 60 und dem vierten Behälter 40 der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 verbunden werden kann.
  • Der Brennstoffzellenstapel 60 kann ein Wasserstoffbrennstoffzellenstapel sein, der Wasserstoff und Luft aufnimmt und derart konfiguriert ist, dass er elektrischen Strom erzeugt und Reinwasser abführt. Das Wasserstoffzuführrohr 71 verbindet einen Wasserstoffauslass des ersten Behälters 10 mit einem Brennstoffeinlass des Brennstoffzellenstapels 60, und das Wasserzuführrohr 72 verbindet einen Wasserauslass des Brennstoffzellenstapels 60 mit dem vierten Behälter 40.
  • Das Wasserzuführrohr 72 kann mit einem dritten Ventil V3 mit einer Einlassöffnung P7 und zwei Auslassöffnungen P8 und P9 versehen sein. Die fünfte Auslassöffnung P8 des dritten Ventils V3 kann mit dem vierten Behälter 40 verbunden sein, und die sechste Auslassöffnung P9 kann mit der Außenseite des Wärmemanagementsystems 300 für ein Brennstoffzellenfahrzeug verbunden sein.
  • Wenn der erste Behälter 10 mit Wasserstoff befüllt wird, reagiert das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 chemisch mit dem Wasserstoff und erzeugt Wärme. Die in dem ersten Behälter 10 erzeugte Wärme wird durch das Wärmeübertragungsmedium an den dritten Behälter 30 übertragen, um das Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, und das erwärmte Wärmeübertragungsmedium wird an den zweiten Behälter 20 übertragen, um Wärme zu dem thermochemischen Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 zu führen. Das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 wird durch eine chemische Reaktion (endotherme Reaktion) in ein Metalloxid und einen Katalysator (H2O) getrennt und speichert Wärmeenergie.
  • Während der Wasserstoff abgeführt wird, wird der Katalysator (H2O, Wasserdampf) des zweiten Behälters 20 über das sechste Rohr D6 und das erste Ventil V1 zu dem vierten Behälter 40 geführt und kann dann in dem vierten Behälter 40 als Wasser gespeichert werden, oder kann aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 100 abgeführt werden. Wenn eine Menge von Wärmeenergie, die in dem zweiten Behälter 20 gespeichert wird, nicht ausreichend ist, kann die Zusatzheizung 50 arbeiten, um Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen.
  • Mit Bezug auf 8 wird der Katalysator (H2O) von dem vierten Behälter 40 zu dem zweiten Behälter 20 geführt. Dann reagiert das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 chemisch mit dem Katalysator (H2O) und erzeugt Wärme. Die in dem zweiten Behälter 20 erzeugte Wärme wird durch das Wärmeübertragungsmedium an den dritten Behälter 30 übertragen, um das Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, und das erwärmte Wärmeübertragungsmedium wird an den ersten Behälter 10 übertragen, um Wärme zu dem Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 zu führen.
  • Dann erreicht das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 eine vorbestimmte Reaktionstemperatur, um Wasserstoff abzuführen, und der Wasserstoff wird über das Wasserstoffzuführrohr 71 zu dem Brennstoffzellenstapel 60 geführt. Der Brennstoffzellenstapel 60 erzeugt elektrischen Strom durch Aufnehmen von Wasserstoff und Sauerstoff und führt Wasser als ein Reaktionsnebenprodukt ab. Das abgeführte Wasser wird über das Wasserzuführrohr 72 und das dritte Ventil V3 an den vierten Behälter 40 übertragen und kann dann in dem vierten Behälter 40 gespeichert werden, oder kann aus dem Wärmemanagementsystem 300 für das Brennstoffzellenfahrzeug abgeführt werden.
  • Während der Wasserstoff abgeführt wird, bevor das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 die Reaktionstemperatur erreicht, kann die Wärmespeichermenge des zweiten Behälters 20 abgeführt werden, oder die Zusatzheizung 50 kann arbeiten, um während eines anfänglichen Kaltstarts Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen.
  • Die 9 und 10 zeigen schematische Ansichten eines Wärmemanagementsystems für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Wärmemanagementsystem für das Brennstoffzellenfahrzeug kann als ein Brennstoffzellensystem bezeichnet werden. 9 zeigt einen Wasserstoffeinfüllvorgang, und 10 zeigt einen Wasserstoffabführvorgang.
  • Mit Bezug auf 9 umfasst ein Wärmemanagementsystem 400 für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung den Brennstoffzellenstapel 60, die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform, das Wasserstoffzuführrohr 71, das derart angeordnet ist, dass es mit dem ersten Behälter 10 der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 und dem Brennstoffzellenstapel 60 verbunden werden kann, und ein Luftzuführrohr 73, das derart angeordnet ist, dass es mit der Luftzuführvorrichtung 41 der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 und dem Brennstoffzellenstapel 60 verbunden werden kann.
  • Der Brennstoffzellenstapel 60 und das Wasserstoffzuführrohr 71 sind dieselben wie die der dritten beispielhaften Ausführungsform, und das Luftzuführrohr 73 verbindet die Luftzuführvorrichtung 41 mit einem Lufteinlassrohr des Brennstoffzellenstapels 60.
  • Wenn der erste Behälter 10 mit Wasserstoff befüllt wird, reagiert das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 chemisch mit dem Wasserstoff und erzeugt Wärme. Die in dem ersten Behälter 10 erzeugte Wärme wird durch das Wärmeübertragungsmedium an den dritten Behälter 30 übertragen, um das Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, und das erwärmte Wärmeübertragungsmedium wird an den zweiten Behälter 20 übertragen, um Wärme zu dem thermochemischen Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 zu führen. Das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 wird durch eine chemische Reaktion (endotherme Reaktion) in ein Metalloxid und einen Katalysator (H2O) getrennt und speichert Wärmeenergie.
  • Während der Wasserstoff abgeführt wird, wird der Katalysator (O2) des zweiten Behälters 20 über das achte Rohr D8 aus der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung 200 abgeführt. Wenn eine Menge von Wärmeenergie, die in dem zweiten Behälter 20 gespeichert wird, nicht ausreichend ist, kann die Zusatzheizung 50 arbeiten, um Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen.
  • Mit Bezug auf 10 wird der Katalysator (O2) von der Luftzuführvorrichtung 41 über das siebte Rohr D7 zu dem zweiten Behälter 20 geführt. Dann reagiert das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial des zweiten Behälters 20 chemisch mit dem Katalysator (O2) und erzeugt Wärme. Die in dem zweiten Behälter 20 erzeugte Wärme wird durch das Wärmeübertragungsmedium an den dritten Behälter 30 übertragen, um das Wärmeübertragungsmedium zu erwärmen, und das erwärmte Wärmeübertragungsmedium wird an den ersten Behälter 10 übertragen, um Wärme zu dem Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 zu führen.
  • Dann erreicht das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 eine vorbestimmte Reaktionstemperatur, um Wasserstoff abzuführen, und der Wasserstoff wird über das Wasserstoffzuführrohr 71 zu dem Brennstoffzellenstapel 60 geführt. Gleichzeitig wird Luft von der Luftzuführvorrichtung 41 über das Luftzuführrohr 73 zu dem Lufteinlass des Brennstoffzellenstapels 60 geführt. Der Brennstoffzellenstapel 60 erzeugt elektrischen Strom durch Aufnehmen von Wasserstoff und Luft und führt Wasser als ein Reaktionsnebenprodukt ab.
  • Während der Wasserstoff abgeführt wird, bevor das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial des ersten Behälters 10 die Reaktionstemperatur erreicht, kann die Wärmespeichermenge des zweiten Behälters 20 abgeführt werden, oder die Zusatzheizung 50 kann arbeiten, um während eines anfänglichen Kaltstarts Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter 10 und dem zweiten Behälter 20 zu führen.
  • Gemäß den Wärmemanagementsystemen 300 und 400 für das Brennstoffzellenfahrzeug ist, da das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial als eine Hauptwärmequelle zum Abführen von Wasserstoff verwendet wird, keine separate Stromzufuhr zum Zuführen von Wärme zu dem ersten Behälter 10 erforderlich, und es ist möglich, keinen Strom zu verbrauchen, außer zum Betreiben der Zusatzheizung 50 für eine kurze Zeit, wenn eine anfängliche chemische Reaktion gestartet wird oder wenn ein Notfall eintritt. Dementsprechend kann der in dem Brennstoffzellenstapel 60 erzeugte Strom vollständig zum Antreiben des Fahrzeuges verwendet werden, wodurch die Brennstoffeffizienz verbessert wird.
  • Außerdem ist, da das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial mit ausgezeichneter Umkehrbarkeit verwendet wird, der Wärmeverlust während des Befüllens und Abführens gering, und da es möglich ist, die Wärmeableitung mittels des Katalysators (H2O oder O2) zu steuern, ist das Wärmemanagementsystem für das Brennstoffzellenfahrzeug sicher und umweltfreundlich. Ferner ist es in dem Falle, in dem ein Heizen erforderlich ist, wenn der Katalysator zu dem zweiten Behälter 20 geführt wird, ohne den Brennstoffzellenstapel 60 zu betreiben, da das Heizen durch die von dem zweiten Behälter 20 abgegebene Wärmeenergie durchgeführt wird, möglich, die Energieeffizienz zu verbessern.
  • Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „innen“, „außen“ usw. verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf die Positionen dieser Merkmale in den Figuren zu beschreiben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020170020669 [0001]

Claims (15)

  1. Wärmemanagementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug, aufweisend: einen Brennstoffzellenstapel (60), welcher derart konfiguriert ist, dass er Wasserstoff und Luft aufnimmt, um elektrischen Strom zu erzeugen und Wasser abzuführen; eine Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (100, 200), die derart konfiguriert ist, dass sie einen ersten Behälter (10), der ein Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial aufnimmt, einen zweiten Behälter (20), der ein thermochemisches Wärmeenergie-Speichermaterial aufnimmt, einen dritten Behälter (30), der ein Wärmeübertragungsmedium aufnimmt, und Rohre (D1, D2, D3, D4) aufweist, die mit dem ersten Behälter (10), dem zweiten Behälter (20) und dem dritten Behälter (30) verbunden sind und das Wärmeübertragungsmedium zirkulieren lassen; und ein Wasserstoffzuführrohr (71), das derart konfiguriert ist, dass es mit dem ersten Behälter (10) und dem Brennstoffzellenstapel (60) verbunden werden kann.
  2. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 1, wobei das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial ein Material aufweist, das Wärme erzeugt, während es Wasserstoff einschließt, und das Wasserstoff abführt, während es Wärme aufnimmt, und das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial ein Material aufweist, das Wärme erzeugt, während ein Katalysator zugeführt wird, und das in ein Metalloxid und einen Katalysator getrennt wird und Wärmeenergie speichert, während es Wärme aufnimmt.
  3. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wärmeübertragungsmedium Wärme des ersten Behälters (10) an den zweiten Behälter (20) überträgt, während der Wasserstoff des Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterials eingeschlossen ist, und Wärme des zweiten Behälters (20) an den ersten Behälter (10) überträgt, während der Katalysator zu dem thermochemischen Wärmeenergie-Speichermaterial geführt wird.
  4. Wärmemanagementsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Festzustand-Wasserstoff-Speichermaterial wenigstens eines von einem komplexen Metallhydrid, einem Metallhydrid, einem chemischen Hydrid und einer Wasserstoffspeicherlegierung aufweist.
  5. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 2, wobei der Katalysator Wasser (H2O) ist, und das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial wenigstens eines von Mg(OH)2, Ca(OH)2, Be(OH)2, Mn(OH)2, Ni(OH)2 und Zn(OH)2 aufweist.
  6. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 5, wobei die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (100) aufweist: einen vierten Behälter (40), der den Katalysator aufnimmt, ein Katalysatorzuführrohr (D5) und ein Katalysatorabführrohr (D6), die mit dem vierten Behälter (40) und dem zweiten Behälter (20) verbunden sind, und ein erstes Ventil (V1), das in dem Katalysatorabführrohr (D6) vorgesehen ist.
  7. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 6, wobei das erste Ventil (V1) eine Einlassöffnung (P1), eine erste Auslassöffnung (P2), die mit dem vierten Behälter (40) verbunden ist, und eine zweite Auslassöffnung (P3) aufweist, die mit einer Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (100) verbunden ist.
  8. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 6 oder 7, ferner aufweisend: ein Wasserzuführrohr (72), das derart konfiguriert ist, dass es mit dem Brennstoffzellenstapel (60) und dem vierten Behälter (40) verbunden werden kann, und ein drittes Ventil (V3), das derart konfiguriert ist, dass es in dem Wasserzuführrohr (72) vorgesehen sein kann.
  9. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 8, wobei das dritte Ventil (V3) eine Einlassöffnung (P7), eine fünfte Auslassöffnung (P8), die mit dem vierten Behälter (40) verbunden ist, und eine sechste Auslassöffnung (P9) aufweist, die mit einer Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (100) verbunden ist.
  10. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 2, wobei der Katalysator Sauerstoff (O2) ist, und das thermochemische Wärmeenergie-Speichermaterial wenigstens eines von Co3O4, Mn2O3, Li2O2, MgO2, Cr5O12, PtO2 und Sb2O5 aufweist.
  11. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 10, wobei die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (200) aufweist: eine Luftzuführvorrichtung (41), die Luft zu dem zweiten Behälter (20) zuführt, ein Luftabführrohr (D8), das an dem zweiten Behälter (20) angeordnet ist und Luft während der Wärmeenergiespeicherung abführt, und ein Drucksteuerrohr (D9), das an dem zweiten Behälter (20) angeordnet ist und Restluft während der Wärmeabfuhr abführt.
  12. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 11, wobei ein zweites Ventil (V2) in dem Drucksteuerrohr (D9) vorgesehen ist und eine Einlassöffnung (P4), eine dritte Auslassöffnung (P5), die mit einer Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (200) verbunden ist, und eine vierte Auslassöffnung (P6) aufweist, die über den dritten Behälter (30) mit der Außenseite der Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (200) verbunden ist.
  13. Wärmemanagementsystem nach Anspruch 12, wobei wenn eine Temperatur der zu dem Drucksteuerrohr (D9) abgeführten Restluft niedriger als eine Temperatur des Wärmeübertragungsmediums des dritten Behälters (30) ist, die dritte Auslassöffnung (P5) derart konfiguriert ist, dass sie geöffnet werden kann, und wenn eine Temperatur der zu dem Drucksteuerrohr (D9) abgeführten Restluft höher als eine Temperatur des Wärmeübertragungsmediums des dritten Behälters (30) ist, die vierte Auslassöffnung (P6) derart konfiguriert ist, dass sie geöffnet werden kann.
  14. Wärmemanagementsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner aufweisend ein Luftzuführrohr (73), das derart konfiguriert ist, dass es mit dem Brennstoffzellenstapel (60) und der Luftzuführvorrichtung (41) verbunden werden kann.
  15. Wärmemanagementsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Festzustand-Wasserstoff-Speichervorrichtung (100, 200) eine Zusatzheizung (50) aufweist, die Wärme zu wenigstens einem von dem ersten Behälter (10) und dem zweiten Behälter (20) führt.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3843189B1 (de) * 2019-12-23 2022-09-21 Helmholtz-Zentrum hereon GmbH Vorrichtung zum betrieb eines exothermen wasserstoffabnehmers mit metallhydridspeicher
KR20230000793A (ko) * 2021-06-25 2023-01-03 현대모비스 주식회사 연료 전지 온도 관리 장치 및 이를 이용한 연료 전지 시스템
CN113525176B (zh) * 2021-07-12 2022-07-12 深圳氢时代新能源科技有限公司 燃料电池车的热管理系统、方法和设备
CN113561824B (zh) * 2021-08-09 2023-04-18 四川帝威能源技术有限公司 一种加氢充电一体桩及余热回收系统
KR102657368B1 (ko) * 2022-02-25 2024-04-12 김지원 수소전기차의 충전노즐 및 물배출구 결빙 방지 장치
CN114725452A (zh) * 2022-04-18 2022-07-08 佛山科学技术学院 一种基于金属氢化物固态储氢技术的燃料电池助力自行车
CN117012999A (zh) * 2023-09-27 2023-11-07 有研工程技术研究院有限公司 低温储供氢装置与燃料电池一体化电源系统及其使用方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006042456A1 (de) 2006-09-09 2008-03-27 Volkswagen Ag Metallhydridspeicher
DE102013223589A1 (de) 2013-11-19 2015-05-21 Hydrogenious Technologies Gmbh Anlage und Verfahren zm Speichern von Energie
DE102015222695A1 (de) 2015-11-17 2017-05-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Speichervorrichtung, Energiesystem und Verfahren zum Speichern und/oder Bereitstellen von Wasserstoff

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4369234A (en) * 1979-10-01 1983-01-18 Solomon Zaromb Electrochemical power generation
US5512145A (en) * 1994-10-07 1996-04-30 The Cooper Union For The Advancement Of Science And Art Energy conversion system
US6459231B1 (en) * 1999-05-03 2002-10-01 Takeo Kagatani Power device
US6368735B1 (en) * 1999-10-19 2002-04-09 Ford Global Technologies, Inc. Fuel cell power generation system and method for powering an electric vehicle
JP4843845B2 (ja) * 2000-07-03 2011-12-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JP4608753B2 (ja) * 2000-09-18 2011-01-12 トヨタ自動車株式会社 水素貯蔵装置およびこれを備える燃料電池システム並びに移動体
CA2455350A1 (en) * 2001-06-15 2002-12-27 Ztek Corporation Zero/low emission and co-production energy supply station
US7316718B2 (en) * 2001-07-11 2008-01-08 Millennium Cell, Inc. Differential pressure-driven borohydride based generator
US6834623B2 (en) * 2001-08-07 2004-12-28 Christopher T. Cheng Portable hydrogen generation using metal emulsions
US20030033991A1 (en) * 2001-08-07 2003-02-20 Cheng Christopher T. Portable hydrogen generation using metal emulsions
CN1405911A (zh) * 2001-08-16 2003-03-26 亚太燃料电池科技股份有限公司 燃料电池发电系统及其废热循环冷却系统
US6737184B2 (en) * 2001-11-09 2004-05-18 Hydrogenics Corporation Chemical hydride hydrogen generation system and an energy system incorporating the same
US6770186B2 (en) * 2001-11-13 2004-08-03 Eldat Communication Ltd. Rechargeable hydrogen-fueled motor vehicle
US7169489B2 (en) * 2002-03-15 2007-01-30 Fuelsell Technologies, Inc. Hydrogen storage, distribution, and recovery system
US6811764B2 (en) * 2002-09-12 2004-11-02 General Motors Corporation Hydrogen generation system using stabilized borohydrides for hydrogen storage
US7524342B2 (en) * 2002-10-29 2009-04-28 William J. Brinkley, III Method and apparatus for generating hydrogen gas on demand from water with recovery of water and complete recycling of consumable material
US7105033B2 (en) * 2003-02-05 2006-09-12 Millennium Cell, Inc. Hydrogen gas generation system
US20040205997A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-21 David Youngblood Portable heat and gaseous fuel generator that does not require electrical power input or electrical control
US7115244B2 (en) * 2003-09-30 2006-10-03 General Electric Company Hydrogen storage compositions and methods of manufacture thereof
US7153489B2 (en) * 2004-02-13 2006-12-26 Battelle Energy Alliance, Llc Method of producing hydrogen
US7665328B2 (en) * 2004-02-13 2010-02-23 Battelle Energy Alliance, Llc Method of producing hydrogen, and rendering a contaminated biomass inert
US7521036B2 (en) * 2004-02-26 2009-04-21 General Motors Corporation Hydrogen storage materials and methods including hydrides and hydroxides
US7601329B2 (en) * 2004-02-26 2009-10-13 Gm Global Technology Operations, Inc. Regeneration of hydrogen storage system materials and methods including hydrides and hydroxides
US7405013B2 (en) * 2004-06-07 2008-07-29 Gm Global Technology Operations, Inc. Thermoelectric conversion of heat released during use of a power-plant or hydrogen storage material
US7410714B1 (en) * 2004-07-15 2008-08-12 The United States Of America As Represented By The Administration Of Nasa Unitized regenerative fuel cell system
US20070020175A1 (en) * 2005-07-25 2007-01-25 Graham David R Method and apparatus for reducing hazardous materials in hydrogen generation processes
WO2007035512A2 (en) * 2005-09-16 2007-03-29 Millennium Cell, Inc. Hydrogen gas generation system
JP2009529213A (ja) * 2006-03-07 2009-08-13 エイエフシー エナジー ピーエルシー 燃料電池の電極
US7651542B2 (en) * 2006-07-27 2010-01-26 Thulite, Inc System for generating hydrogen from a chemical hydride
CN101152956A (zh) * 2006-09-29 2008-04-02 日立麦克赛尔株式会社 氢制造装置、燃料电池系统及电子设备
CN101162782B (zh) * 2006-10-09 2010-08-25 比亚迪股份有限公司 燃料电池储氢装置以及储氢和充氢系统
JP5040339B2 (ja) * 2007-02-08 2012-10-03 日産自動車株式会社 水素発生システム、水素発生システムの運転方法及び水素燃料車両
FR2924787B1 (fr) 2007-12-10 2010-02-12 Centre Nat Rech Scient Reservoir de stockage d'hydrogene.
KR101042299B1 (ko) 2007-12-13 2011-06-17 기아자동차주식회사 연료전지 자동차용 수소저장 시스템
CA2720533C (en) * 2008-04-02 2016-02-16 Cedar Ridge Research, Llc Aluminum-alkali hydroxide recyclable hydrogen generator
US20130236393A1 (en) * 2008-06-25 2013-09-12 Unither Developpement Hydrogen-generating colloidal suspension
EP2966723A1 (de) * 2009-08-07 2016-01-13 Blacklight Power, Inc. Heterogenes wasserstoffkatalysatorsystem
CN102195056A (zh) * 2010-03-05 2011-09-21 苏州氢洁电源科技有限公司 带金属氢化物储氢单元的燃料电池便携式手提电源
US20130084474A1 (en) * 2010-03-18 2013-04-04 Randell L. Mills Electrochemical hydrogen-catalyst power system
US20120052001A1 (en) * 2010-08-26 2012-03-01 Woodall Jerry M Energy storage and generation of hydrogen and heat on demand
CN103460469A (zh) * 2011-04-05 2013-12-18 布莱克光电有限公司 以水为主的电化学氢催化剂动力系统
US8951312B2 (en) * 2011-11-09 2015-02-10 Alvin Gabriel Stern Compact, safe and portable hydrogen generation apparatus for hydrogen on-demand applications
US9376316B2 (en) * 2011-12-15 2016-06-28 USW Commercial Services Ltd. Metal hydrides and their use in hydrogen storage applications
CN103420335B (zh) * 2012-10-12 2015-05-06 太仓克莱普沙能源科技有限公司 用于产生氢气的组合物、反应器、装置及生产氢气的方法
GB201223264D0 (en) * 2012-12-21 2013-02-06 Cella Energy Ltd A hydrogen-storage-material
US9404443B2 (en) * 2013-03-15 2016-08-02 Mcalister Technologies, Llc Methods for joule-thompson cooling and heating of combustion chamber events and associated systems and apparatus
US9624103B1 (en) * 2013-04-25 2017-04-18 Jerry M Woodall Method and system for continuously producing hydrogen, heat and aluminum oxides on-demand
US9731967B1 (en) * 2013-10-15 2017-08-15 Jerry M Woodall System for continuously producing hydrogen, heat and aluminum oxides on demand
EP2869377A1 (de) * 2013-10-29 2015-05-06 Total Marketing Services Energieerzeugungssystem
CN203617394U (zh) * 2013-11-01 2014-05-28 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
US9470111B2 (en) * 2014-02-14 2016-10-18 Serdar Firkan Air independent propulsion and power generation system based on exothermic reaction sourced thermal cycle
US20170187057A1 (en) * 2014-03-25 2017-06-29 Arizona Board Of Regent On Behalf Of Arizona State University Hydrogen generator and fuel cell system and method
US9985308B2 (en) * 2015-06-12 2018-05-29 Palo Alto Research Center Incorporated Controlled hydrogen production from hydrolysable hydride gels
CN105651091B (zh) * 2016-02-19 2017-08-15 上海交通大学 传热增强型化学蓄热装置及应用该蓄热装置的蓄热系统
US10361442B2 (en) * 2016-11-08 2019-07-23 Bloom Energy Corporation SOFC system and method which maintain a reducing anode environment

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006042456A1 (de) 2006-09-09 2008-03-27 Volkswagen Ag Metallhydridspeicher
DE102013223589A1 (de) 2013-11-19 2015-05-21 Hydrogenious Technologies Gmbh Anlage und Verfahren zm Speichern von Energie
DE102015222695A1 (de) 2015-11-17 2017-05-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Speichervorrichtung, Energiesystem und Verfahren zum Speichern und/oder Bereitstellen von Wasserstoff

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KERSKES, Henner [et al.]: Thermochemische Energiespeicher. In: Chemie Ingenieur Technik, 11. Jg, 2011, Nr. 83, S. 2014-2026.

Also Published As

Publication number Publication date
US20180233753A1 (en) 2018-08-16
US10468693B2 (en) 2019-11-05
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US20190393520A1 (en) 2019-12-26
DE102017112830B4 (de) 2024-05-29
US10826086B2 (en) 2020-11-03
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KR102274017B1 (ko) 2021-07-06

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