一种固态储氢装置管理系统和方法

技术领域

本发明属于固态储氢技术领域，具体地涉及一种固态储氢装置管理系统和方法。

背景技术

氢能源是面向二十一世纪的清洁能源，氢能源的一个重要应用领域是“氢-电”方向，氢能源的储氢方式有高压气态、低温液态、有机液态、金属(非金属)固态等，各种储氢形式对应着各自的氢能源应用领域。

固态储氢技术主要依据某些物质具有吸放氢特性及伴随着吸放氢过程的热交换现象，利用其高安全性、高体积密度等优点，开展氢能源场景的应用开发。

现有的固态储氢装置充氢时，主要通过自然冷却或其他介质(如冷却水)进行换热，其存在的不足在于：换热效率低，充氢时间长，装置结构复杂，不利于商用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态储氢装置管理系统和方法用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种固态储氢装置管理系统，包括充氢控制系统，充氢控制系统包括固态储氢装置、冷氢进氢管路、热氢回流管路和冷氢供氢系统，固态储氢装置上设有压力传感器、温度传感器、通信模块、主控器和装置识别单元，冷氢进氢管路设有第一流量计，热氢回流管路设有第二流量计，第一流量计、第二流量计、压力传感器、温度传感器和装置识别单元分别与主控器电连接，压力传感器和温度传感器用于分别检测固态储氢装置内的压力和温度，装置识别单元用于存储固态储氢装置的相关参数，主控器通过通信模块发送包括流量、压力、温度和固态储氢装置的相关参数的数据给冷氢供氢系统的控制模块，冷氢供氢系统的控制模块根据接收到的数据相应地控制冷氢供氢系统输出冷氢，冷氢经冷氢进氢管路进入固态储氢装置，冷氢的温度不高于20℃，固态储氢装置的出氢口通过热氢回流管路接冷氢供氢系统的热氢回收口。

进一步的，所述冷氢的温度为-40℃。

进一步的，所述固态储氢装置的出氢口上设有第一开关阀，第一开关阀与主控器电连接。

更进一步的，所述热氢回流管路上设有第一调压阀。

进一步的，所述冷氢进氢管路上设有第二开关阀，第二开关阀与与主控器电连接。

更进一步的，所述冷氢进氢管路上设有第二调压阀。

进一步的，所述通信模块包括无线通信模块，主控器通过无线通信模块与冷氢供氢系统的控制模块无线通信连接；优选的，无线通信模块为红外通讯模块。

进一步的，还包括放氢管路、第三流量计、燃料电池系统和用氢控制器，固态储氢装置的出氢口通过放氢管路接燃料电池系统，燃料电池系统工作中的余热给固态储氢装置供热，第三流量计设置在放氢管路上，第三流量计与主控器电连接，主控器通过通信模块发送包括第三流量计的流量、压力、温度和固态储氢装置的相关参数的数据给用氢控制器，用氢控制器根据接收到的数据判断固态储氢装置的放氢能力。

更进一步的，所述放氢管路还设有第三调压阀。

本发明还公开了一种固态储氢装置管理方法，包括充氢控制方法，充氢控制方法包括如下步骤：

步骤S1，给固态储氢装置输入温度不高于20℃的冷氢进行充氢，同时回收固态储氢装置输出的经过换热后的热氢；

步骤S2，实时检测固态储氢装置内的压力和温度以及冷氢流量和热氢流量，当固态储氢装置内的压力和温度以及冷氢流量和热氢流量达到该固态储氢装置的最优充氢平衡状态时，关闭进冷氢和出热氢，充氢结束。

本发明的有益技术效果：

本发明充氢时，采用冷氢对固态储氢装置进行冷却，冷氢比热容大，换热效率高，充氢速度快，且系统结构简单，使用便捷，利于商用。

本发明可以准确得知固态储氢装置的实时工作参数，便于准确及时地提示是否加氢。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例的固态储氢装置管理系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的固态储氢装置管理系统的电连接示意图；

图3为本发明具体实施例的固态储氢装置管理方法的流程图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1和2所示，一种固态储氢装置管理系统，包括充氢控制系统，充氢控制系统包括固态储氢装置1、冷氢进氢管路2、热氢回流管路3和冷氢供氢系统4，固态储氢装置1上设有压力传感器11、温度传感器12、通信模块13、主控器14和装置识别单元15，冷氢进氢管路2设有第一流量计21，用于检测冷氢进氢管路2的冷氢流量，热氢回流管路3设有第二流量计31，用于检测热氢回流管路3的热氢流量。

第一流量计21、第二流量计31、压力传感器11、温度传感器12和装置识别单元15分别与主控器14电连接，压力传感器11和温度传感器12用于分别检测固态储氢装置1内的压力和温度，温度传感器12可以采用NTC温度传感器来实现，结构简单，易于实现，成本低，但并不限于此，在一些实施例中，温度传感器12也可以采用现有的其它温度传感器来实现。主控器14可以采用MCU微处理器来实现，结构简单，易于实现，但并不以此为限，在一些实施例中，主控器14也可以采用其它控制器来实现。

装置识别单元15用于存储固态储氢装置1的相关参数，包括该固态储氢装置1的储氢材料、PCT参数、充放氢次数及各次充放氢量等参数，装置识别单元15可以采用永久记忆性存储器来实现。

主控器14通过通信模块13与冷氢供氢系统4通信连接进行数据交互，主控器14通过通信模块13发送包括第一流量计21和第二流量计31检测的流量、压力传感器11检测的压力、温度传感器12检测的温度和固态储氢装置1的相关参数的数据给冷氢供氢系统4的控制模块41，相应地，冷氢供氢系统4的控制模块41需设有通信模块。冷氢供氢系统4的控制模块41根据接收到的数据相应地控制冷氢供氢系统41输出冷氢，冷氢经冷氢进氢管路2进入固态储氢装置1中进行充氢，冷氢的温度不高于20℃，固态储氢装置1的出氢口通过热氢回流管路3接冷氢供氢系统1的热氢回收口。

本具体实施例中，冷氢供氢系统41的冷氢通过氢枪5输出至冷氢进氢管路2，热氢回流管路3的输出端热氢经氢枪5接冷氢供氢系统1的热氢回收口，使用更便捷。

优选的，本具体实施例中，通信模块13包括无线通信模块，主控器14通过无线通信模块与冷氢供氢系统4的控制模块41无线通信连接，无需接线，使用更便捷，但并不限于此，在一些实施例中，主控器14与冷氢供氢系统4的控制模块41也可以是有线通讯连接。

更优选的，本具体实施例中，无线通信模块为红外通信模块，如型号为HW100DE红外通信模块，安全性和可靠性高，但并不限于此。

优选的，本具体实施例中，冷氢的温度为-40℃，进一步提升换热效率，提高充氢速度，缩短充氢时间，利于商用，但并不以此为限。

进一步的，本实施例中，固态储氢装置1的出氢口上设有第一开关阀32，第一开关阀32与主控器14电连接，以进行放氢控制。

冷氢进氢管路2上设有第二开关阀22，第二开关阀22与与主控器14电连接，用于充氢完成后关闭固态储氢装置1的进氢口。

优选的，本实施例中，第一开关阀32和第二开关阀22均为电磁阀，结构简单，易于实现，但并不以此为限，在一些实施例中，第一开关阀32和第二开关阀22也可以采用其它气体开关来实现。

本具体实施例中，热氢回流管路3上设有第一调压阀33，用于进行调节热氢回流管路3的压力，冷氢进氢管路2上设有第二调压阀23，用于调节冷氢进氢管路2的压力，提升使用安全性和可靠性。

充氢过程：当固态储氢装置1需要进行充氢时，将热氢回流管路3和冷氢进氢管路2接上氢枪5，主控器14通过无线通信模块发送固态储氢装置1的相关参数、压力传感器11检测的压力和温度传感器12检测的温度等数据给冷氢供氢系统4的控制模块41，同时控制第一开关阀32和第二开关阀22打开，冷氢供氢系统4的控制模块41根据接收到的数据相应地控制冷氢供氢系统4输出冷氢通过氢枪5和冷氢进氢管路2进入固态储氢装置1中，冷氢一部分存储在固态储氢装置1中进行充氢，一部分进行换热后形成热氢通过热氢回流管路3和氢枪5回流到冷氢供氢系统4中进行回收，第一流量计21、第二流量计31、压力传感器11和温度传感器12进行实时检测，并将检测数据传输给主控器14，再由主控器14通过无线通信模块发送给冷氢供氢系统4的控制模块41，冷氢供氢系统4的控制模块41判断接收到的第一流量计21和第二流量计31检测到的流量、压力传感器11检测的压力以及温度传感器12检测的温度是否达到该固态储氢装置1的最优充氢平衡状态(如压力和温度达到该固态储氢装置1的最优充氢平衡状态时的压力和温度，且第一流量计21和第二流量计31的流量相同，则达到充氢平衡状态)时，冷氢供氢系统4的控制模块41控制冷氢供氢系统4停止输出冷氢，同时发送信号给主控器14进行关闭第一开关阀32和第二开关阀22，充氢结束。实现了充氢时，利用冷氢对固态储氢装置1进行冷却，冷氢比热容大，换热效率高，充氢速度快，且系统结构简单，使用便捷，利于商用。

进一步的，该固态储氢装置管理系统还包括放氢管路6、第三流量计61、燃料电池系统7和用氢控制器8，固态储氢装置1的出氢口通过放氢管路6接燃料电池系统7，燃料电池系统7工作中的余热给固态储氢装置1供热，具体的，本实施例中，燃料电池系统7为水冷型的燃料电池系统，燃料电池系统7通过其换热器71给固态储氢装置1提供热水进行加热。

第三流量计61设置在放氢管路6上，用于检测放氢管路6的氢气流量大小，第三流量计61与主控器14电连接，主控器14通过通信模块13发送包括第三流量计61检测的流量、压力传感器11检测的压力、温度传感器12检测的温度和固态储氢装置1的相关参数的数据给用氢控制器8，相应地，用氢控制器8需设有通信模块，用氢控制器8根据接收到的数据判断固态储氢装置1的放氢能力。

进一步的，放氢管路6还设有第三调压阀62，用于调节放氢管路6的压力，提升使用安全性和可靠性。

用氢控制器8可以采用MCU微处理器来实现，结构简单，易于实现，但并不以此为限，在一些实施例中，用氢控制器8也可以采用其它控制器来实现。用氢控制器8可以是独立的控制器，也可以由使用该固态储氢装置1的设备的控制器，如氢能源车辆的控制器来实现。

优选的，本实施例中，通信模块13还包括有线通信模块，主控器14通过有线通信模块与用氢控制器8有线通讯连接，通讯更稳定可靠，但并不限于此，在一些实施例中，主控器14也可以通过无线通信模块与用氢控制器8无线通讯连接。

放氢过程：当系统启动需要放氢时，用氢控制器8通过无线通信模块13与主控器14无线通信，获取固态储氢装置1的压力、温度和相关参数并进行判断，如满足燃料电池系统7的工作条件，则发送信号给主控器14控制第一开关阀32打开进行放氢，氢气通过放氢管路6进入燃料电池系统7，燃料电池系统7工作输出电能，同时，燃料电池系统7工作中的余热给固态储氢装置1供热，固态储氢装置1吸热不断放氢，第三流量计61、压力传感器11和温度传感器12进行实时检测并将检测数据传输给主控器14，再由主控器14通过无线通信模块13发送给用氢控制器8，用氢控制器8根据接收到的流量、压力和温度判断固态储氢装置1是否不满足最低的放氢平衡状态(如温度没降低，但压力和流量不断减小，则说明不满足最低的放氢平衡状态)，如是，则提示加氢，同时发送信号给主控器14进行关闭第一开关阀32，主控器14通过加氢量及放氢量经由算法可以准确得知固态储氢装置1的剩余放氢能力，实现准确及时地提示是否加氢。

如图3所示，本发明还公开了一种固态储氢装置管理方法，包括充氢控制方法，充氢控制方法包括如下步骤：

步骤S1，给固态储氢装置输入温度不高于20℃的冷氢进行充氢，同时回收固态储氢装置输出的经过换热后的热氢。

步骤S2，实时检测固态储氢装置内的压力和温度以及冷氢流量和热氢流量，当固态储氢装置内的压力和温度以及冷氢流量和热氢流量达到该固态储氢装置的最优充氢平衡状态时，关闭进冷氢和出热氢，充氢结束。

更具体的可以参考上述的充氢过程，此不再赘述。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。