充放氢测试系统

技术领域

本公开涉及固态储氢技术领域，具体而言，涉及一种充放氢测试系统。

背景技术

目前国内外加氢站以加注气态氢为主，气态储氢主要用于大型的氢气应用场景，近年以来，国内氢能行业小型化应用场景逐渐进入大众视野，如氢能无人机、氢能户外电源、氢能两轮车等。

固态储氢作为一种新兴储氢技术，开始逐渐成为氢能小型化应用场景的主流储氢方式，金属储氢材料通过金属氢化物的形式，将氢气储存在合金中。吸氢过程中，合金储氢材料在一定的温度和氢气压力下,发生放热反应吸收氢气生成金属氢化物；放氢过程中，金属氢化物在加热的情况下发生吸热反应释放所吸收的氢气。

固态储氢的储氢能力和放氢能力特性，是评判储氢瓶性能的重要指标。

发明内容

本公开的目的在于针对相关技术中的技术问题，提供一种充放氢测试系统。具体方案如下：

本公开实施例提供一种充放氢测试系统，包括：储氢瓶，用于储存氢气，所述储氢瓶外壁设置有加热带，所述加热带用于为所述储氢瓶加热；第一水箱，用于容纳所述储氢瓶和水，所述第一水箱中的水用于调整所述储氢瓶温度；温控模块，与所述第一水箱连接，用于输送冷却液以实现所述第一水箱对所述储氢瓶的温度调整；氢气充放模块，与所述储氢瓶连接，用于所述储氢瓶充氢或放氢，其中，所述储氢瓶在充氢过程中的发热量Q满足公式：

在一些实施例中，所述储氢瓶在放氢过程中的加热量P

在一些实施例中，所述充放氢测试系统还包括：流量计，设置于所述充放氢模块，用于获取所述储氢瓶的放氢流量数据。

在一些实施例中，通过所述放氢流量数据绘制压力曲线y

在一些实施例中，基于所述放氢时间t

在一些实施例中，所述充放氢测试系统还包括：水泵，设置于所述温控模块，通过调整所述水泵转速以调节所述冷却液出口温度与所述冷却液进口温度的差值ΔT

在一些实施例中，所述充放氢测试系统还包括：第二水箱，与所述第一水箱连接，用于为所述第一水箱补水。

在一些实施例中，所述氢气充放模块包括：进气管路，将氢气气源与所述储氢瓶连通，用于向所述储氢瓶内部充氢，所述进气管路上设置有用于控制所述进气管路通断的第一电磁阀；排气管路，将所述储氢瓶与外部连通，用于所述储氢瓶向外部放氢，所述排气管路上设置有用于控制所述排气管路通断第二电磁阀；手动排空管路，将所述进气管路和所述排气管路连通，用于排出所述进气管路中的剩余氢气。

在一些实施例中，所述进气管路包括：第一压力获取单元，设置于所述第一电磁阀与氢气气源之间，用于监测氢气充入压力，其中，所述氢气气源向所述储氢瓶充氢的过程中，响应于关闭所述氢气气源，所述第一压力获取单元数值不再下降，则所述储氢瓶充至满瓶。

在一些实施例中，所述充放氢模块还包括：减压阀，设置于所述第一压力获取单元与所述第一电磁阀之间，用于减小所述氢气充入压力；第二压力获取单元，设置于所述减压阀与所述第一电磁阀之间，用于监测流经所述减压阀所述氢气充入压力；第三压力获取单元，设置于所述流量计远离所述第二电磁阀的一侧，用于监测所述储氢瓶的氢气排出压力。

本公开实施例的上述方案与相关技术相比，至少具有以下有益效果：

本公开提供的充放氢测试系统可实现储氢瓶充放氢一体化测试，全面评估所述储氢瓶性能。通过本公开提出的充放氢测试系统可以输出储氢瓶充氢时间、放氢量、放氢压力、散热量及加热量需求等参数，实现储氢瓶在不同温度、压力下的充放氢性能测试及其最优工作条件标定。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种充放氢测试系统的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种水箱及温控模块的结构示意图。

附图标记：

储氢瓶100、加热带110；

第一水箱210、液位计211、第二水箱220、补水阀221；

第一循环回路310、水泵311、第二循环回路320、第一温度获取单元321、第二温度获取单元322、第三温度获取单元323、第四温度获取单元324、冷却液进口330、冷却液出口340；

板式换热器400、第一侧410、第二侧420；

氢气气源501、氢气排出口502、进气管路510、第一压力获取单元511、第二压力获取单元512、减压阀513、第一电磁阀514、排气管路520、流量计521、第二电磁阀522、第三压力获取单元523、手动排空管路530、手动排空阀531、泄压阀532。

具体实施方式

为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

在本公开实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，其它量词与之类似。

应当理解，尽管在本公开实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些描述不应限于这些术语。这些术语仅用来将被描述物区分开。例如，在不脱离本公开实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

在相关技术中，随着固态储氢推广，国内已有部分企业对固态储氢加注设备进行研究，但都需要与企业研发应用产品配套使用，不具有大规模推广性。

储氢瓶的储氢能力和放氢能力特性，是评判储氢瓶性能的重要指标。储氢瓶充氢时放热，若瓶身温度过高会存在超压风险。储氢瓶在放氢时吸热，且在放氢过程中受温度影响较大，放氢量会随着温度的下降显著减少，因此，需要对储氢瓶进行精确的温度控制，才能保证应用端的稳定氢气供应。

由此可见，对于储氢瓶本身性能的测试和充放氢条件的标定极为重要。

本发明提供一种充放氢测试系统，可完成储氢瓶在充氢过程中的散热量需求、放氢时的加热量需求、氢气储量和放氢量测试以及充放氢的最佳工作环境标定，为储氢瓶研发人员和使用者提供精细的测试报告，用以实现储氢瓶的设计优化、保证储氢瓶正常供氢。

有鉴于此，下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。

本公开实施例提供一种充放氢测试系统，包括：储氢瓶100、第一水箱210、温控模块以及氢气充放模块。

所述储氢瓶100内部设置有合金储氢材料，用于氢气的固态存储，所述储氢瓶100包括氢气入口和氢气出口。当氢气由外部充入所述储氢瓶100时，所述储氢瓶100内的合金储氢材料在一定的温度和氢气压力下发生放热反应，合金储氢材料吸收氢气生成金属氢化物以存储氢气。当氢气由所述储氢瓶100内向外部放出时，所述金属氢化物在加热的情况下发生吸热反应，以释放所吸收的氢气。

在一些实施例中，在所述储氢瓶100的瓶身上设置有加热带110，所述加热带110环绕设置于所述储氢瓶100外壁上，用于在所述储氢瓶100放氢时为所述储氢瓶100加热，以为所述储氢瓶100提供合适的温度。

在一些实施例中，所述储氢瓶100设置于第一水箱210内，所述第一水箱210用于容纳所述储氢瓶100和水，第一水箱210内的水用于与所述储氢瓶100发送热交换以调节所述储氢瓶100的温度。所述第一水箱210包括液位计211，所述液位计211设置于所述第一水箱210外部，用于监测所述第一水箱210内的液体深度，当所述第一水箱210内的水深低于预设值时，需要向所述第一水箱210内加水。

在一些实施例中，所述充放氢测试系统还包括第二水箱220，所述第二水箱220与所述第一水箱210连接，所述第二水箱220与输液管路上设置有补水阀221，所述补水阀221用于控制所述第二水箱220在所述第一水箱210内缺水时为所述第一水箱210补水。

所述第一水箱210与所述温控模块连接，所述温控模块用于输送冷却液以调整所述第一水箱210内水的温度，进一步地以实现所述第一水箱210对所述储氢瓶100的温度调整。

在一些实施例中，所述温控模块包括：板式换热器400、第一循环回路310以及第二循环回路320。

所述第一循环回路310连接所述第一水箱210和所述板式换热器400的第一侧410，用于降低所述第一水箱210内水的热量；所述第二循环回路320连接所述板式换热器400的第二侧420和外部冷却液进出口，用于降低所述第一循环回路310内水的热量。

具体地，所述温控模块还包括水泵311，所述水泵311设置在所述第一循环回路310上，用于将所述第一水箱210内的水输送至所述第一循环回路310内以进行温度调节。

如图1所示，所述水泵311将第一水箱210内的水抽入所述第一循环回路310内部，流经所述板式换热器400，沿着第一循环回路310向远离所述水泵311一侧的方向流动，最终循环至所述第一水箱210内。冷却液由冷却液进口330进入所述第二循环回路320，经由所述板式换热器400的第二侧420，沿着所述第二循环回路320的流动方向，流向冷却液出口340。

响应于所述冷却液流经所述第二循环回路320，所述第一循环回路310内流经所述板式换热器400的水在所述板式换热器400内部与所述冷却液进行热交换，实现所述冷却液对所述第一循环回路310内水温的调节，进而实现所述温控模块对所述储氢瓶100的温度调节。

在一些实施例中，所述第一循环回路310与所述第二循环回路320具有相同或不同的液体流动方向。

如图1所示，所述第一循环回路310内的液体流动方向为逆时针方向，所述第二循环回路320内的液体流动方向为顺时针方向。

需要单独说明的是，所述板式换热器400内的热交换效率与所述第一循环回路310和所述第二循环回路320内液体的流速和温差有关，而所述第一循环回路310与所述第二循环回路320液体的流动方向是否一致，对热交换本身没有影响。

故此，本公开对所述第一循环回路310与所述第二循环回路320内部的液体流动方向不做限定，所述第一循环回路310与所述第二循环回路320内的液体流通方向可以是如图1所示的不同方向，也可以是相同方向。

在一些实施例中，所述温控模块还包括温度获取单元，所述温度获取单元设置有多个，包括第一温度获取单元321、第二温度获取单元322、第三温度获取单元323以及第四温度获取单元324，用于监测所述温控模块内部多个位置的温度。

如图2所示，在所述第二循环回路320上设置有第一温度获取单元321和第二温度获取单元322。所述第一温度获取单元321设置于外部冷却液入口和所述板式换热器400之间，用于监测外部冷却液进入温度；第二温度获取单元322设置于所述板式换热器400与所述冷却液出口340之间，用于监测所述冷却液排出温度。

所述第三温度获取单元323与所述储氢瓶100连接，用于监测所述储氢瓶100的温度；所述第四温度获取单元324与所述第一水箱210内部连接，用于监测所述第一水箱210内水的温度。

在储氢瓶100充氢和放氢的过程中，通过多个温度获取单元的数据反馈，可以有效监测所述温控模块内部多个位置的温度。若测试结果中，第三温度获取单元323温度与第四温度获取单元324的温差过小，则说明第一水箱210内的水温不足以为所述储氢瓶100降温，则需要增大所述水泵311和转速和/或增大所述第二循环管路内的水流速度，以增快所述板式换热器400内部的换热速率。

在一些实施例中，氢气充放模块包括进气管路510和排气管路520。

所述进气管路510将氢气气源501与所述氢气入口连通，用于使所述氢气气源501向所述储氢瓶100内部充氢，在所述进气管路510上设置有第一电磁阀514，用于控制储氢瓶100的充氢状态。

所述排气管路520将储氢瓶100氢气出口与氢气排出口502连通，用于所述储氢瓶100向外部放氢，在所述排气管路520上设置有第二电磁阀522，所述第二电磁阀522用于控制所述储氢瓶100的放氢状态。

在一些实施例中，所述氢气充放模块还包括手动排空管路530，所述手动排空管路530将所述进气管路510和所述排气管路520连通，如图1所示，所述手动排空管路530上设置有手动排空阀531，用于辅助所述手动排空管路530将所述进气管路510内未充入所述储氢瓶100的剩余氢气排空至外部。

在一些实施例中，所述充放氢模块还包括泄压阀532，所述泄压阀532将所述进气管路510和所述手动排空管路530连通，辅助手动排空所述进气管路510中的氢气，用于减小进气管路510内氢气排空时的压力，避免氢气残余压力过大，在排空时发生危险。

在一些实施例中，所述进气管路510上设置有第一压力获取单元511、减压阀513以及第二压力获取单元512。

所述第一压力获取单元511设置于所述氢气气源501与所述第一电磁阀514之间，用于检测所述氢气气源501的压力。所述减压阀513设置于所述第一压力获取单元511远离所述氢气气源501的一侧，用于调节充入氢瓶的氢气压力值，在氢气由氢气气源501输入所述进气管路510时，可以将所述减压阀513调整至预设压力值，以保证安全充氢。

在所述减压阀513远离所述第一压力获取单元511的一侧设置有第二压力获取单元512，所述第二压力获取单元512用于检测经所述减压阀513降压后即将充入储氢瓶100内的氢气的充入压力值。

在一些实施例中，所述氢气充放模块还包括第三压力获取单元523和流量计521。所述第三压力获取单元523设置于所述排气管路520上，用于检测氢气排出时的压力数据，所述流量计521用于记录所述排出氢气的流量数据。

在一些实施例中，本公开提供的充放氢测试系统可以在充氢过程中进行充氢测试。

首先打开氢气气源501，确认所述第一压力获取单元511读数正常，将减压阀513的出口压力值调整为预设压力值，进一步地，打开第一电磁阀514，氢气气源501开始向所述储氢瓶100内充氢并计时。响应于关闭所述氢气气源501，所述第一压力获取单元511的压力值不再降低，则表明储氢瓶100中的充氢量已满，否则打开氢气气源501继续充氢，将所述充氢时长记为充氢时间t

充氢过程中，所述储氢瓶100内的合金储氢材料在一定的温度和氢气压力下发生放热反应，合金储氢材料吸收氢气生成金属氢化物以存储氢气。此时，可以通过第三温度获取单元323和所述第四温度获取单元324，分别监测所述储氢瓶100和所述第一水箱210内循环水的温度。控制温控模块，使第三温度获取单元323和所述第四温度获取单元324保持一定温差，利用所述第一水箱210内的循环水为所述储氢瓶100降温。

具体地，通过水泵311，实现水在第一水箱210内和所述第一循环回路310内的循环，并通过板式换热器400和所述第二循环回路320为所述第一循环回路310内的水降温。通过调节水泵311的转速，调节所述第一循环回路310内水的循环速度，实现对所述第一循环回路310内水温的控制。通过所述第二循环回路320上的第一温度获取单元321和第二温度获取单元322，分别监测外部冷却液进口330温度T

进一步地，可以通过本公开提供的充放氢测试系统，测算充氢过程中储氢瓶100的发热量Q。所述发热量Q的公式为：

其中，G(t)是冷却液出口340温度T

用户在使用过程中，可以根据测试得出的储氢瓶100的发热量Q，去配置他给储氢瓶100散热的配套装置。由于储氢瓶100在充氢的过程中存在一定的危险性，故此，在充氢过程中，保证储氢瓶100的散热量大于储氢瓶100的发热量Q，以使储氢瓶100持续充氢，确保充氢安全。

本公开提供的充放氢测试系统测算出的储氢瓶100的发热量Q只是一个用来给用户做参考的结果数值，用户可以在使用配套的用氢设备时，根据测试得出的发热量Q为基准，可选择性的控制当所述温控模块的散热量。当所述温控模块的散热量大于储氢瓶100的发热量Q时，可以保证储氢瓶100持续充氢，无需人为地控制温控模块的散热量。

在一些实施例中，本公开提供的充放氢测试系统还可以在放氢过程中进行放氢测试。

具体地，在所述储氢瓶100开始放氢前，需要将进气管路510上的第一电磁阀514关闭，关闭所述第一电磁阀514后，再将所述第二电磁阀522开启，并开始计时。同时，通过所述第三温度获取单元323记录开始放氢时第一水箱210内的水温T

储氢瓶100内部的金属氢化物需要发生吸热反应以释放所吸收的氢气，故此，在所述储氢瓶100放氢时，可以利用加热带110为所述储氢瓶100加热以维持放氢温度，并记录加热带110输出功率P。放氢结束后，记录放氢时间t

基于流量计521和第三压力获取单元523的数据绘制压力曲线y1＝F(t)，基于压力曲线y1的波动性评估所述储氢瓶放氢时的流量稳定性。

进一步地，基于所述放氢时间t2对所述压力曲线积分，以计算所述储氢瓶的放氢量，所述积分的公式为：

通过对比所述放氢量与所述储氢瓶最大充氢量，可以对所述储氢瓶的储氢性能进行评估。

在一些实施例中，基于所述加热带110的功率输出数据绘制功率曲线y2＝P(t)，基于功率曲线y2的波动性评估所述加热带功率稳定性。

进一步地，将所述储氢瓶100由满瓶放氢至空瓶所花费的时间记为放氢时间t

其中，M为第一水箱210内水的质量。在所述储氢瓶100放热的过程中，用户可以根据需要的用氢量，自行决定用多少电加热所述储氢瓶100以及维持所述储氢瓶100运行于多少温度。在实际测试中，需要通过重复实验的数据比对完成储氢瓶100最佳工作温度及压力的标定。

目前，用户在储氢瓶100的使用中，没有明确了解储氢瓶100需要多少加热量Ph，才能满足稳定供氢。通过本公开提出的充放氢测试系统可以输出储氢瓶100充氢时间、放氢量、放氢压力、散热量及加热量需求等参数，实现储氢瓶100在不同温度、压力下的充放氢性能测试及其最优工作条件标定。

本公开实施例提供的充放氢测试系统的具体结构、工作原理、有益效果可以参考上述任一实施例所述的充放氢测试系统，在此不做赘述。

最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围。