本發(fā)明涉及一種燃料電池，尤其是涉及一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)及方法。

背景技術：

燃料電池是一種電化學反應裝置，直接將化學能轉換為電能。根據電解質的不同，可以分為質子交換膜燃料電池，堿性燃料電池，磷酸型燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。質子交換膜燃料電池工作溫度低，電流密度大，響應速度快，性能穩(wěn)定。而且反應生成物只有水，不存在腐蝕性。因此，質子交換膜燃料電池在車輛交通和備用電源等領域具有廣闊的市場前景。

儲氫方法大致可以分兩類，即物理法和化學法。物理法中典型的有低溫液態(tài)儲氫、高壓氣態(tài)儲氫、碳材料吸附儲氫等方法；化學法中主要有液態(tài)有機氫化物儲氫技術和甲醇重整技術等方法。

液態(tài)有機儲氫技術和甲醇重置技術能夠實現(xiàn)常溫常壓下的安全儲存,通過現(xiàn)場制氫技術，能將氫氣在一定工作條件下進行釋放，安全可控。但是無論是液態(tài)有機儲氫技術還是甲醇重置技術，由于其化學特性，脫氫反應都需要在一定溫度條件下進行，液態(tài)有機儲氫需要溫度為120℃～250℃，甲醇重整需要250℃～300℃，當現(xiàn)場制氫裝置停止運行后，反應釜的溫度還會維持一段時間，期間還能產生一部分氫氣，目前大部分都沒有直接利用，造成資源浪費。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種能夠提高氫氣的綜合利用率的基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)，包括現(xiàn)場制氫裝置、氫氣緩沖罐、燃料電池、氫壓傳感器和控制器，現(xiàn)場制氫裝置、氫氣緩沖罐和燃料電池依次連接，所述的氫壓傳感器與氫氣緩沖罐連接，所述的控制器的輸入端與氫壓傳感器連接，控制器的輸出端分別與現(xiàn)場制氫裝置的加熱管開關和燃料電池連接。

所述的現(xiàn)場制氫裝置包括反應釜、加熱管、儲液箱和抽液泵，所述的抽液泵分別與儲液箱和反應釜連接，所述的加熱管與反應釜連接，所述的反應釜內生成的氫氣通過管道接入氫氣緩沖罐，所述的氫氣緩沖罐通過管道經過電磁閥連接到燃料電池。

所述的氫壓傳感器設置在氫氣緩沖罐的頂部，為了形成冗余，設置兩個。

所述的氫氣緩沖罐上設有與控制器連接的泄壓閥。

所述的控制器連有顯示屏。

一種所述的基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

s1，現(xiàn)場制氫裝置啟動，產生氫氣傳輸至氫氣緩沖罐，同時氫壓傳感器實時監(jiān)測氫氣緩沖罐內的壓力；

s2，氫壓傳感器檢測到氫氣緩沖罐內的壓力達到工作壓力后，控制器使燃料電池開始工作，并調節(jié)燃料電池的輸出能量，使氫氣緩沖罐內的壓力穩(wěn)定在設定范圍內；

s3，當燃料電池需要停止工作時，控制器切斷現(xiàn)場制氫裝置的加熱管開關，同時氫壓傳感器實時監(jiān)測氫氣緩沖罐內的壓力；

s4，氫壓傳感器檢測到氫氣緩沖罐內的壓力小于停機值后，控制器使燃料電池停止工作。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)控制器根據氫氣緩沖罐內壓力控制燃料電池和現(xiàn)場制氫裝置的啟停，使燃料電池工作時長與氫氣緩沖罐內工作壓力的持續(xù)時長保持一致，避免浪費能源，提高氫氣的綜合利用率。

(2)氫壓傳感器設置在氫氣緩沖罐的頂部，由于氫氣易于聚集在頂部，因此設置在頂部的檢測值最接近真實值。

(3)包含泄壓閥，在過壓時泄放壓力，保證系統(tǒng)安全性。

(4)顯示屏可依據需求定制顯示內容，方便調試人員調試系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本實施例系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本實施例系統(tǒng)使用方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)，包括現(xiàn)場制氫裝置1、氫氣緩沖罐2、燃料電池3、氫壓傳感器4和控制器5，現(xiàn)場制氫裝置1、氫氣緩沖罐2和燃料電池3依次連接，氫壓傳感器4與氫氣緩沖罐2連接，控制器5的輸入端與氫壓傳感器4連接，控制器5的輸出端分別與現(xiàn)場制氫裝置1的加熱管開關和燃料電池3連接。

現(xiàn)場制氫裝置1包括反應釜、加熱管、儲液箱和抽液泵，抽液泵分別與儲液箱和反應釜連接，加熱管與反應釜連接，反應釜內生成的氫氣通過管道接入氫氣緩沖罐2，氫氣緩沖罐2通過管道經過電磁閥連接到燃料電池3。

氫壓傳感器4設置在氫氣緩沖罐2的頂部，為了冗余可以設置兩個。

氫氣緩沖罐2上設有與控制器5連接的泄壓閥。

控制器5連有顯示屏。

如圖2所示，一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

s1，現(xiàn)場制氫裝置1啟動，產生氫氣傳輸至氫氣緩沖罐2，同時氫壓傳感器4實時監(jiān)測氫氣緩沖罐2內的壓力；

s2，氫壓傳感器4檢測到氫氣緩沖罐2內的壓力達到工作壓力后，控制器5使燃料電池3開始工作，并調節(jié)燃料電池3的輸出能量，使氫氣緩沖罐2內的壓力穩(wěn)定在設定范圍內；

s3，當燃料電池3需要停止工作時，控制器5切斷現(xiàn)場制氫裝置1的加熱管開關，同時氫壓傳感器4實時監(jiān)測氫氣緩沖罐2內的壓力，此時反應釜停止加熱，但可利用余熱產氫，；

s4，氫壓傳感器4檢測到氫氣緩沖罐2內的壓力小于停機值后，控制器5使燃料電池3停止工作。

由于氫氣緩沖罐2與反應釜管道相通，壓力相同，測量兩者壓力均可。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明涉及一種基于現(xiàn)場制氫的燃料電池系統(tǒng)，包括現(xiàn)場制氫裝置(1)、氫氣緩沖罐(2)、燃料電池(3)、氫壓傳感器(4)和控制器(5)，現(xiàn)場制氫裝置(1)、氫氣緩沖罐(2)和燃料電池(3)依次連接，所述的氫壓傳感器(4)與氫氣緩沖罐(2)連接，所述的控制器(5)的輸入端與氫壓傳感器(4)連接，控制器(5)的輸出端分別與現(xiàn)場制氫裝置(1)的加熱管開關和燃料電池(3)連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明控制器根據氫氣緩沖罐內壓力控制燃料電池和現(xiàn)場制氫裝置的啟停，使燃料電池工作時長與氫氣緩沖罐內工作壓力的持續(xù)時長保持一致，避免浪費能源，提高氫氣的綜合利用率。

技術研發(fā)人員：馬天才;林維康;余卓平;魏學哲
受保護的技術使用者：同濟大學
技術研發(fā)日：2017.03.10
技術公布日：2017.08.18