氢燃料电池发电系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种氢燃料电池发电系统和一种氢燃料电池发电系统的控制方法。

背景技术：

2.氢燃料电池发电对氢气和空气有一定的压力要求，高压存储的氢气需要进行减压，减小到燃料电池电堆能承受的压力为止，而空气通常需要通过空气压缩机压缩到一定压力才能用于氢燃料电池发电。

3.目前，上述氢气减压过程对外做功的能量通常被浪费掉，造成能源浪费，而空气压缩过程一般采用空气压缩机进行压缩，该方式不仅消耗电能，且无法保证压缩后的空气温度的稳定性，进而影响氢燃料电池发电效率。

技术实现要素：

4.本发明为解决上述技术问题，提供了一种氢燃料电池发电系统。

5.本发明还提出一种氢燃料电池发电系统的控制方法。

6.本发明采用的技术方案如下：本发明第一方面实施例提出了一种氢燃料电池发电系统，包括：第一氢气罐；氢气等温膨胀单元，所述氢气等温膨胀单元的输入端与所述第一氢气罐相连，所述氢气等温膨胀单元用于将从所述第一氢气罐中迁移的氢气进行等温膨胀处理；氢燃料电池；第二氢气罐，所述第二氢气罐的输入端与所述氢气等温膨胀单元的输出端相连，所述第二氢气罐的输出端与所述氢燃料电池相连，所述第二氢气罐用于存储等温膨胀处理后的氢气，以将所述等温膨胀处理后的氢气迁移至所述氢燃料电池中进行发电；空气等温压缩单元，所述空气等温压缩单元用于将从输入端输入的空气进行等温压缩处理；压缩空气罐，所述压缩空气罐的输入端与所述空气等温压缩单元的输出端相连，所述压缩空气罐的输出端与所述氢燃料电池相连，所述压缩空气罐用于存储等温压缩处理后的压缩空气，以将所述压缩空气迁移至所述氢燃料电池中进行发电；换热器，所述换热器连接在所述氢气等温膨胀单元与所述空气等温压缩单元之间，所述换热器用于实现所述氢气等温膨胀单元的等温膨胀处理过程和所述空气等温压缩单元的等温压缩处理过程的热量交换。

7.本发明上述的氢燃料电池发电系统还具有如下附加技术特征：根据本发明的一个实施例，所述氢气等温膨胀单元包括：氢气压力罐、第一液压机构、第一活塞杆、第一液体池和发电机，其中，所述氢气压力罐的输入端作为所述氢气等温膨胀单元的输入端与所述第一氢气罐相连，所述氢气压力罐的输出端作为所述氢气等温膨胀单元的输出端与所述第二氢气罐的输入端相连，所述氢气压力罐的底部与所述第一液压机构的第一端相连，所述第一液压机构的第二端与所述第一液体池相连，所述第一液体池还与所述换热器的一端相连，所述第一液压机构包含所述第一活塞杆，所述第一活塞杆被配置为在所述氢气压力罐内氢气膨胀作用下运动，所述第一活塞杆与所述发电机相连并被

配置为驱动所述发电机。

8.根据本发明的一个实施例，所述空气等温压缩单元包括：压缩空气压力罐、第二液压机构、第二活塞杆和第二液体池，其中，所述压缩空气压力罐的输入端作为所述空气等温压缩单元的输入端与外界空气联通，所述压缩空气压力罐的输出端作为所述空气等温压缩单元的输出端与所述压缩空气罐相连，所述压缩空气压力罐的底部与所述第二液压机构的第一端相连，所述第二液体池与所述第二液压机构的第二端相连，所述第二液体池还与所述换热器的另一端相连，所述第二液压机构包含所述第二活塞杆，所述第二活塞杆被配置为推动所述第二液体池中的液体进入所述压缩空气压力罐并压缩所述压缩空气压力罐中的空气。

9.根据本发明的一个实施例，所述第一活塞杆与所述第二活塞杆同轴相连，所述第二活塞杆被配置为在所述第一活塞杆的带动下推动所述第二液体池中的液体进入所述压缩空气压力罐并压缩所述压缩空气压力罐中的空气。

10.根据本发明的一个实施例，上述的系统还包括：电动机，与所述第二活塞杆相连并驱动所述第二活塞杆，所述第二活塞杆被配置为在所述电动机的驱动下推动所述第二液体池中的液体进入所述压缩空气压力罐并压缩所述压缩空气压力罐中的空气。

11.根据本发明的一个实施例，所述氢气压力罐上包括第一循环泵，所述氢气压力罐的底部与氢气压力罐的顶部通过第一管道相连，所述第一循环泵设置在所述第一管道上。

12.根据本发明的一个实施例，述压缩空气压力罐上包括第二循环泵，所述压缩空气压力罐的底部与压缩空气压力罐的顶部通过第二管道相连，所述第二循环泵设置在所述第二管道上。

13.根据本发明的一个实施例，所述第一液压机构和第二液压机构结构相同，所述第一液压机构或所述第二液压机构结包括：液压缸和活塞，所述活塞滑动设置在所述液压缸内，并且将所述液压缸分隔成两个独立腔室，每个所述腔室均包括进液口和出液口，且进液口均与对应的压力罐相连，出液口均与对应的液体池相连，所述活塞对应与所述第一活塞杆或第二活塞杆相连。

14.根据本发明的一个实施例，所述第一氢气罐与所述氢气压力罐之间的管道、所述氢气压力罐与所述第二氢气罐之间的管道以及所述压缩空气压力罐与所述压缩空气罐之间的管道设置迁移泵。

15.本发明第二方面实施例提出了一种基于本发明第一方面实施例所述的氢燃料电池发电系统的控制方法，包括以下步骤：提取所述第一氢气罐中的部分高压氢气迁移到所述氢气等温膨胀单元中进行等温膨胀处理，等温膨胀处理结束后将等温膨胀处理后的氢气迁移至所述第二氢气罐中，提取所述第二氢气罐中的低压氢气迁移到所述氢燃料电池中发电；控制所述空气等温压缩单元将从输入端输入的空气进行等温压缩处理，等温压缩结束后将等温压缩处理后的压缩空气迁移到所述压缩空气罐中，提取所述压缩空气罐中的压缩空气迁移到所述氢燃料电池中发电；控制所述换热器将所述空气等温压缩单元中的空气压缩产生的热量补充所述氢气等温膨胀单元中的氢气膨胀吸收的热量，以实现热量交换。

16.根据本发明的一个实施例，上述的氢燃料电池发电系统的控制方法还包括：提取所述第一氢气罐中的部分高压氢气迁移到所述氢气压力罐中，所述高压氢气在所述氢气压力罐中进行等温膨胀，氢气膨胀做功推动所述第一液压机构中的所述第一活塞杆运动，所

述第一活塞杆驱动所述发电机发电，同时所述氢气压力罐中原有的液体通过所述第一液压机构推入到所述第一液体池中，等温膨胀结束后将所述氢气压力罐中的低压氢气迁移到所述第二氢气罐中，同时所述第一液体池中的液体通过所述第一液压机构进入到所述氢气压力罐中，提取所述第二氢气罐中的低压氢气迁移到所述氢燃料电池中发电；所述压缩空气压力罐与外界空气联通并注入空气，所述第二活塞杆推动所述第二液体池中的液体进入所述压缩空气压力罐并等温压缩所述压缩空气压力罐中的空气，同时所述第二液体池中的液体通过所述第二液压机构进入到所述压缩空气压力罐中，等温压缩结束后将所述压缩空气压力罐中的压缩空气迁移到所述压缩空气罐中，同时所述第二液体池中的液体通过所述第二液压机构进入到所述压缩空气压力罐中，提取所述压缩空气罐中的压缩空气迁移到所述氢燃料电池中发电；所述空气等温压缩单元中的空气压缩产生的热量通过换热器与补充所述氢气等温膨胀单元中的氢气膨胀吸收的热量，以实现热量交换。

17.本发明的有益效果：本发明通过换热器将等温压缩处理过程产生的热量补充等温膨胀处理过程吸收的热量，充分利用产生的能量，既可以保证高压氢气等温膨胀和空气等温压缩处理过程中的温度不变，又可以提高能源利用效率，且采用等温压缩单元压缩空气，相较于压缩机可以减少压缩过程中的做功量，消耗的电能较少。

18.本发明中空气等温压缩单元的活塞杆与氢气等温膨胀单元的活塞杆同轴连接时，依靠氢气等温膨胀所做的功带动空气等温压缩，可提高能源利用效率。

附图说明

19.图1是根据本发明第一个实施例的氢燃料电池发电系统的结构示意图；图2是根据本发明第二个实施例的氢燃料电池发电系统的结构示意图；图3是根据本发明一个实施例的氢燃料电池发电系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

21.图1是根据本发明第一个实施例的氢燃料电池发电系统的结构示意图；图2是根据本发明第二个实施例的氢燃料电池发电系统的结构示意图。如图1和图2所示，该氢燃料电池发电系统包括：第一氢气罐1、氢气等温膨胀单元2、空气等温压缩单元3、第二氢气罐4、压缩空气罐5、氢燃料电池6和换热器7。

22.其中，氢气等温膨胀单元的2输入端与第一氢气罐1相连，氢气等温膨胀单元2用于将从第一氢气罐1中迁移的氢气进行等温膨胀处理；第二氢气罐4的输入端与氢气等温膨胀单元2的输出端相连，第二氢气罐4的输出端与氢燃料电池6相连，第二氢气罐4用于存储等温膨胀处理后的氢气，以将等温膨胀处理后的氢气迁移至氢燃料电池6中进行发电；空气等温压缩单元3用于将从输入端输入的空气进行等温压缩处理；压缩空气罐5的输入端与空气等温压缩单元3的输出端相连，压缩空气罐5的输出端与氢燃料电池6相连，压缩空气罐5用

于存储等温压缩处理后的压缩空气，以将压缩空气迁移至氢燃料电池6中进行发电；换热器7连接在氢气等温膨胀单元2与空气等温压缩单元3之间，换热器7用于实现氢气等温膨胀单元2的等温膨胀处理过程和空气等温压缩单元3的等温压缩处理过程的热量交换。

23.具体地，氢气发电过程中，提取第一氢气罐1中的部分高压氢气迁移到氢气等温膨胀单元2中，迁移氢气达到规定量后，关闭氢气等温膨胀单元2的输入端，同时，向空气等温压缩单元3中注入空气，当进入空气达到规定量后，关闭空气等温压缩单元3的输入端。氢气等温膨胀单元2对迁移进来的高压氢气进行等温膨胀处理，直至氢气到达规定压力后，将其迁移至第二氢气罐4中，提取第二氢气罐4中的氢气迁移至氢燃料电池5中发电。空气等温压缩单元对输入进的空气进行等温压缩处理，直至空气达到规定压力后，将压缩空气迁移至压缩空气罐5中，提取压缩空气罐5中的压缩空气迁移至氢燃料电池6中发电。由于空气等温压缩会产生热量，而等温膨胀过程会吸收热量，为了提高能源利用率，本发明通过换热器7实现等温膨胀处理过程和等温压缩处理过程的热量交换，利用空气等温压缩单元3中的空气压缩产生的热量补充氢气等温膨胀单元2中的氢气膨胀吸收的热量，充分利用产生的能量，既可以保证高压氢气等温膨胀和空气等温压缩处理过程中的温度不变，又可以提高能源利用效率，且采用等温压缩单元压缩空气，相较于压缩机可以减少压缩过程中的做功量，消耗的电能较少。

24.根据本发明的一个实施例，如图1-2所示，氢气等温膨胀单元2可以包括：氢气压力罐8、第一液压机构9、第一活塞杆10、第一液体池11和发电机18。其中，氢气压力罐8的输入端作为氢气等温膨胀单元2的输入端与第一氢气罐1相连，氢气压力罐8的输出端作为氢气等温膨胀单元2的输出端与第二氢气罐4的输入端相连，氢气压力罐8的底部与第一液压机构9的第一端相连，第一液压机构9的第二端与第一液体池11相连，第一液体池11还与换热器7的一端相连，第一液压机构9包含第一活塞杆10，第一活塞杆10被配置为在氢气压力罐8内氢气膨胀作用下运动，第一活塞杆10与发电机18相连并被配置为驱动发电机18。

25.具体地，氢燃料电池发电过程中，需要对高压存储的氢气进行减压，减小到燃料电池电堆能承受的压力为止，在这个过程中，氢气膨胀对外做功，产生的能量通常被浪费掉，造成能量浪费，而本发明采用高压氢气等温膨胀发电装置即第一液压机构9与发电机18，充分利用此部分能量进行发电，提高了氢燃料电池发电的效率。

26.根据本发明的一个实施例，如图1-2所示，空气等温压缩单元3包括压缩空气压力罐13、第二液压机构14、第二活塞杆15和第二液体池16。其中，压缩空气压力罐13的输入端作为空气等温压缩单元3的输入端与外界空气联通，压缩空气压力罐13的输出端作为空气等温压缩单元3的输出端与压缩空气罐5相连，压缩空气压力罐13的底部与第二液压机构14的第一端相连，第二液体池16与第二液压机构14的第二端相连，第二液体池16还与换热器7的另一端相连，第二液压机构14包含第二活塞杆15，第二活塞杆15被配置为推动第二液体池16中的液体进入压缩空气压力罐13并压缩压缩空气压力罐13中的空气。

27.在本发明中，如图1-2所示，各元器件的端口通过阀门实现开/关，具体参见图1-2中的阀门f1-f11。

28.根据本发明的一个实施例，如图1所示，第一活塞杆10与第二活塞杆15可以同轴相连，第二活塞杆15被配置为在第一活塞杆10的带动下推动第二液体池16中的液体进入压缩空气压力罐13并压缩压缩空气压力罐13中的空气。

29.根据本发明的另一个实施例，如图2所示，上述的氢燃料电池发电系还可以包括：电动机，与第二活塞杆相连并驱动第二活塞杆，第二活塞杆被配置为在电动机的驱动下推动第二液体池中的液体进入压缩空气压力罐并压缩压缩空气压力罐中的空气。

30.为使本领域技术人员更清楚地理解本发明，下面结合具体的实施例描述图1-2所示的氢燃料电池发电系统的工作过程：如图1-3所示，氢气发电过程中，提取第一氢气罐1中的部分氢气迁移到氢气压力罐8中，第一氢气罐1与氢气压力罐8中间的管道包括迁移泵，用于氢气从第一氢气罐1向氢气压力罐8中迁移。初始状态时氢气压力罐8中充满了液体，打开阀门f1、f2、f3、f4、f5，将氢气从第一氢气罐1迁移到氢气压力罐8中，氢气压力罐8中的液体通过阀门f1、f2进入第一液压机构9中，第一液压机构9中的液体通过阀门f3、f4进入到第一液体池11中，迁移氢气达到规定量后，关闭阀门f1、f2、f3、f4、f5。同时，向压缩空气压力罐13中注入空气，初始状态时压缩空气压力罐13中充满了液体，打开阀门f7、f8、f9、f10、f11，压缩空气压力罐13中的液体通过阀门f7、f8进入第二液压机构14中，第二液压机构14中的液体通过阀门f9、f10进入到第二液体池16中，外界空气通过阀门f11进入到压缩空气压力罐13中，当进入空气达到规定量后，关闭阀门f7、f8、f9、f10、f11。

31.如图1所示，第一活塞杆10与第二活塞杆15同轴连接时，假设此时第一活塞杆10位于第一液压机构9的最左端（其他位置类似），同时第二活塞杆15位于第二液压机构14的最左端，打开阀门f1、f4、f8、f9，关闭阀门f2、f3、f7、f10，氢气在氢气压力罐8中等温膨胀，推动氢气压力罐8中的液体通过阀门f1进入第一液压机构9的左端，第一活塞杆10被第一液压机构9的左端的液体推动向右运行，第一液压机构9中右侧的液体通过阀门f4进入到第一液体池11中，同轴相连的第二活塞杆15被第一活塞杆10带动向右运行，第二液压机构14中右侧的液体通过阀门f8进入到压缩空气压力罐13中，第二液体池16中的液体通过阀门f9进入到第二液压机构14的左端。当第一活塞杆10带动第二活塞杆15运动到各自液压机构的最右端，关闭阀门f1、f4、f8、f9，打开阀门f2、f3、f7、f10，氢气在氢气压力罐8中等温膨胀，推动氢气压力罐8中的液体通过阀门f2进入第一液压机构9的右端，第一活塞杆10被第一液压机构9的右端的液体推动向左运行，第一液压机构9中左侧的液体通过阀门f3进入到第一液体池11中，同轴相连的第二活塞杆15被第一活塞杆10带动向左运行，第二液压机构14中左侧的液体通过阀门f7进入到压缩空气压力罐13中等温压缩空气，第二液体池16中的液体通过阀门f10进入到第二液压机构14的右端，直到第一活塞杆10带动第二活塞杆15运动到各自液压机构的最左端，再打开阀门f1、f4、f8、f9，关闭阀门f2、f3、f7、f10，如此往复，直到氢气压力罐8中的氢气和压缩空气压力罐13中的空气都达到规定压力后，关闭阀门f1、f2、f3、f4、f7、f8、f9、f10。考虑到第一氢气罐1中的氢气压力大于压缩空气压力罐13等温压缩结束的压缩空气的压力，所以氢气压力罐8中的氢气等温膨胀所做的功大于压缩空气压力罐13中等温压缩空气需要的功，在第一活塞杆10带动第二活塞杆15往复运动的过程中，氢气压力罐8中的氢气等温膨胀所做的功，一部分通过第二活塞杆15用于压缩空气压力罐13中的空气压缩，另一部分通过第一活塞杆10驱动与第一活塞杆10相连的发电机18发电。打开阀门f1、f2、f3、f4、f6，将氢气压力罐8中的氢气迁移至第二氢气罐4中，氢气压力罐8与第二氢气罐4之间的管道包括迁移泵。提取第二氢气罐4中的氢气迁移至氢燃料电池6中发电。打开阀门f7、f8、f9、f10、f12，将压缩空气压力罐13中的压缩空气迁移至压缩空气罐5中，压缩空

气压力罐13与压缩空气罐5之间的管道包括迁移泵。提取压缩空气罐5中的压缩空气迁移至氢燃料电池6中发电。

32.如图2所示，第一活塞杆10与第二活塞杆15不同轴连接，假设此时第一活塞杆10位于第一液压机构9的最左端（其他位置类似），打开阀门f1、f4，关闭阀门f2、f3，氢气在氢气压力罐8中等温膨胀，推动氢气压力罐8中的液体通过阀门f1进入第一液压机构9的左端，第一活塞杆10被第一液压机构9的左端的液体推动向右运行，第一液压机构9中右侧的液体通过阀门f4进入到第一液体池11中，当第一活塞杆10运动到第一液压机构9的最右端，关闭阀门f1、f4，打开阀门f2、f3，氢气在氢气压力罐8中等温膨胀，推动氢气压力罐8中的液体通过阀门f2进入第一液压机构9的右端，第一活塞杆10被第一液压机构9的右端的液体推动向左运行，第一液压机构9中左侧的液体通过阀门f3进入到第一液体池11中，直到第一活塞杆10运动到第一液压机构9的最左端，再打开阀门f1、f4，关闭阀门f2、f3，如此往复，直到氢气压力罐8中的氢气达到规定压力后，关闭阀门f1、f2、f3、f4。第一活塞杆10在第一液压机构9中往复运动的过程中，驱动与第一活塞杆10相连的发电机18发电。假设此时第二活塞杆15位于第二液压机构14的最左端（其他位置类似），打开阀门f8、f9，关闭阀门f7、f10，电动机19驱动第二活塞杆15向右运动，第二活塞杆15推动第二液压机构14中右侧的液体通过阀门f8进入到压缩空气压力罐13中等温压缩空气，第二液体池16中的液体通过阀门f9进入到第二液压机构14的左端。当第二活塞杆15运动到第二液压机构14的最右端，关闭阀门f8、f9，打开阀门f7、f10，电动机19驱动第二活塞杆15向左运行，第二活塞杆15推动第二液压机构14中左侧的液体通过阀门f7进入到压缩空气压力罐13中等温压缩空气，第二液体池16中的液体通过阀门f10进入到第二液压机构14的右端，直到第二活塞杆15运动到第二液压机构14的最左端，再打开阀门f8、f9，关闭阀门f7、f10，如此往复，直到压缩空气压力罐13中的空气达到规定压力后，关闭阀门f7、f8、f9、f10。打开阀门f1、f2、f3、f4、f6，将氢气压力罐8中的氢气迁移至第二氢气罐4中，氢气压力罐8与第二氢气罐4之间的管道包括迁移泵。提取第二氢气罐4中的氢气迁移至氢燃料电池6中发电。打开阀门f7、f8、f9、f10、f12，将压缩空气压力罐13中的压缩空气迁移至压缩空气罐5中，压缩空气压力罐13与压缩空气罐5之间的管道包括迁移泵。提取压缩空气罐5中的压缩空气迁移至氢燃料电池6中发电。

33.上述过程中，氢气压力罐8中的氢气等温膨胀过程中从第一液体池11中的液体吸收热量，压缩空气压力罐13中的空气等温压缩过程中向第二液体池16中的液体传递热量，通过换热器7将第二液体池16中液体的热量传递给第一液体池11中液体。

34.为了更好地实现高压氢气在氢气压力罐8中进行等温膨胀，氢气压力罐8上包括第一循环泵12，氢气压力罐8的底部与氢气压力罐8的顶部通过第一管道相连，第一循环泵12设置在第一管道上。第一循环泵12将氢气压力罐8的底部与氢气压力罐8的顶部相连，将氢气压力罐8底部的液体抽送到氢气压力罐8的顶部，以更好地实现氢气压力罐8中的液体与高压氢气的热交换。

35.为了更好地实现压缩空气在压缩空气压力罐13中进行等温压缩，压缩空气压力罐13上包括第二循环泵17，压缩空气压力罐13的底部与压缩空气压力罐13的顶部通过第二管道相连，第二循环泵17设置在第二管道上。第二循环泵17将压缩空气压力罐13的底部与压缩空气压力罐13的顶部相连，将压缩空气压力罐13底部的液体抽送到压缩空气压力罐13的顶部，以更好地实现压缩空气压力罐13中的液体与压缩空气的热交换。

36.在本发明的实施例中，第一液压机构9和第二液压机构14结构相同，均包括液压缸和活塞，活塞滑动设置在液压缸内，并且将液压缸分隔成两个独立腔室，每个腔室均包括进液口和出液口，且进液口均与对应的压力罐相连，出液口均与对应的液体池相连，各液压机构的活塞与对应的第一活塞杆或第二活塞杆相连。

37.本发明中，第一液体池11中的液体和第二液体池16中的液体是无杂质的水。

38.综上所述，根据本发明实施例的氢燃料电池发电系统，通过换热器将等温压缩处理过程产生的热量补充等温膨胀处理过程吸收的热量，充分利用产生的能量，既可以保证高压氢气等温膨胀和空气等温压缩处理过程中的温度不变，又可以提高能源利用效率，且采用等温压缩单元压缩空气，相较于压缩机可以减少压缩过程中的做功量，消耗的电能较少，空气等温压缩单元的活塞杆与氢气等温膨胀单元的活塞杆同轴连接时，依靠氢气等温膨胀所做的功带动空气等温压缩，可提高能源利用效率。

39.基于上述的氢燃料电池发电系统，本发明还提出一种燃料电池发电系统的控制方法。

40.图3是根据本发明一个实施例的氢燃料电池发电系统的控制方法的流程图，如图3所示，该方法包括以下步骤：s1，提取第一氢气罐中的部分高压氢气迁移到氢气等温膨胀单元中进行等温膨胀处理，等温膨胀处理结束后将等温膨胀处理后的氢气迁移至第二氢气罐中，提取第二氢气罐中的低压氢气迁移到氢燃料电池中发电。

41.s2，控制空气等温压缩单元将从输入端输入的空气进行等温压缩处理，等温压缩结束后将等温压缩处理后的压缩空气迁移到压缩空气罐中，提取压缩空气罐中的压缩空气迁移到氢燃料电池中发电。

42.s3，控制换热器将空气等温压缩单元中的空气压缩产生的热量补充氢气等温膨胀单元中的氢气膨胀吸收的热量，以实现热量交换。

43.根据本发明的一个实施例，上述的氢燃料电池发电系统的控制方法还可以包括以下步骤：提取第一氢气罐中的部分高压氢气迁移到氢气压力罐中，高压氢气在氢气压力罐中进行等温膨胀，氢气膨胀做功推动第一液压机构中的第一活塞杆运动，第一活塞杆驱动发电机发电，同时氢气压力罐中原有的液体通过第一液压机构推入到第一液体池中，等温膨胀结束后将氢气压力罐中的低压氢气迁移到第二氢气罐中，同时第一液体池中的液体通过第一液压机构进入到氢气压力罐中，提取第二氢气罐中的低压氢气迁移到氢燃料电池中发电；压缩空气压力罐与外界空气联通并注入空气，第二活塞杆推动第二液体池中的液体进入压缩空气压力罐并等温压缩压缩空气压力罐中的空气，同时第二液体池中的液体通过第二液压机构进入到压缩空气压力罐中，等温压缩结束后将压缩空气压力罐中的压缩空气迁移到压缩空气罐中，同时第二液体池中的液体通过第二液压机构进入到压缩空气压力罐中，提取压缩空气罐中的压缩空气迁移到氢燃料电池中发电；空气等温压缩单元中的空气压缩产生的热量通过换热器与补充氢气等温膨胀单元中的氢气膨胀吸收的热量，以实现热量交换。

44.根据本发明实施例的氢燃料电池发电系统的控制方法，通过换热器将等温压缩处理过程产生的热量补充等温膨胀处理过程吸收的热量，充分利用产生的能量，既可以保证高压氢气等温膨胀和空气等温压缩处理过程中的温度不变，又可以提高能源利用效率，且

采用等温压缩单元压缩空气，相较于压缩机可以减少压缩过程中的做功量，消耗的电能较少。

45.在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

47.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征

?“

上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、

?“

示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

49.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

50.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。技术特征：

1.一种氢燃料电池发电系统，其特征在于，包括：第一氢气罐；氢气等温膨胀单元，所述氢气等温膨胀单元的输入端与所述第一氢气罐相连，所述氢气等温膨胀单元用于将从所述第一氢气罐中迁移的氢气进行等温膨胀处理；氢燃料电池；第二氢气罐，所述第二氢气罐的输入端与所述氢气等温膨胀单元的输出端相连，所述第二氢气罐的输出端与所述氢燃料电池相连，所述第二氢气罐用于存储等温膨胀处理后的氢气，以将所述等温膨胀处理后的氢气迁移至所述氢燃料电池中进行发电；空气等温压缩单元，所述空气等温压缩单元用于将从输入端输入的空气进行等温压缩处理；压缩空气罐，所述压缩空气罐的输入端与所述空气等温压缩单元的输出端相连，所述压缩空气罐的输出端与所述氢燃料电池相连，所述压缩空气罐用于存储等温压缩处理后的压缩空气，以将所述压缩空气迁移至所述氢燃料电池中进行发电；换热器，所述换热器连接在所述氢气等温膨胀单元与所述空气等温压缩单元之间，所述换热器用于实现所述氢气等温膨胀单元的等温膨胀处理过程和所述空气等温压缩单元的等温压缩处理过程的热量交换。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，所述氢气等温膨胀单元包括：氢气压力罐、第一液压机构、第一活塞杆、第一液体池和发电机，其中，所述氢气压力罐的输入端作为所述氢气等温膨胀单元的输入端与所述第一氢气罐相连，所述氢气压力罐的输出端作为所述氢气等温膨胀单元的输出端与所述第二氢气罐的输入端相连，所述氢气压力罐的底部与所述第一液压机构的第一端相连，所述第一液压机构的第二端与所述第一液体池相连，所述第一液体池还与所述换热器的一端相连，所述第一液压机构包含所述第一活塞杆，所述第一活塞杆被配置为在所述氢气压力罐内氢气膨胀作用下运动，所述第一活塞杆与所述发电机相连并被配置为驱动所述发电机。3.根据权利要求2所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，所述空气等温压缩单元包括：压缩空气压力罐、第二液压机构、第二活塞杆和第二液体池，其中，所述压缩空气压力罐的输入端作为所述空气等温压缩单元的输入端与外界空气联通，所述压缩空气压力罐的输出端作为所述空气等温压缩单元的输出端与所述压缩空气罐相连，所述压缩空气压力罐的底部与所述第二液压机构的第一端相连，所述第二液体池与所述第二液压机构的第二端相连，所述第二液体池还与所述换热器的另一端相连，所述第二液压机构包含所述第二活塞杆，所述第二活塞杆被配置为推动所述第二液体池中的液体进入所述压缩空气压力罐并压缩所述压缩空气压力罐中的空气。4.根据权利要求3所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，所述第一活塞杆与所述第二活塞杆同轴相连，所述第二活塞杆被配置为在所述第一活塞杆的带动下推动所述第二液体池中的液体进入所述压缩空气压力罐并压缩所述压缩空气压力罐中的空气。5.根据权利要求3所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，还包括：电动机，与所述第二活塞杆相连并驱动所述第二活塞杆，所述第二活塞杆被配置为在所述电动机的驱动下推动所述第二液体池中的液体进入所述压缩空气压力罐并压缩所述压缩空气压力罐中的空气。

6.根据权利要求2所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，所述氢气压力罐上包括第一循环泵，所述氢气压力罐的底部与氢气压力罐的顶部通过第一管道相连，所述第一循环泵设置在所述第一管道上。7.根据权利要求3所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，所述压缩空气压力罐上包括第二循环泵，所述压缩空气压力罐的底部与压缩空气压力罐的顶部通过第二管道相连，所述第二循环泵设置在所述第二管道上。8.根据权利要求3所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，所述第一液压机构和第二液压机构结构相同，所述第一液压机构或所述第二液压机构包括：液压缸和活塞，所述活塞滑动设置在所述液压缸内，并且将所述液压缸分隔成两个独立腔室，每个所述腔室均包括进液口和出液口，且进液口均与对应的压力罐相连，出液口均与对应的液体池相连，所述活塞对应与所述第一活塞杆或第二活塞杆相连。9.根据权利要求3所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，所述第一氢气罐与所述氢气压力罐之间的管道、所述氢气压力罐与所述第二氢气罐之间的管道以及所述压缩空气压力罐与所述压缩空气罐之间的管道设置迁移泵。10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的氢燃料电池发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：提取第一氢气罐中的部分高压氢气迁移到氢气等温膨胀单元中进行等温膨胀处理，等温膨胀处理结束后将等温膨胀处理后的氢气迁移至第二氢气罐中，提取所述第二氢气罐中的低压氢气迁移到氢燃料电池中发电；控制所述空气等温压缩单元将从输入端输入的空气进行等温压缩处理，等温压缩结束后将等温压缩处理后的压缩空气迁移到压缩空气罐中，提取所述压缩空气罐中的压缩空气迁移到所述氢燃料电池中发电；控制换热器将所述空气等温压缩单元中的空气压缩产生的热量补充所述氢气等温膨胀单元中的氢气膨胀吸收的热量，以实现热量交换。

技术总结

本发明涉及新能源技术领域，提供一种氢燃料电池发电系统及其控制方法，所述系统包括：第一氢气罐；氢气等温膨胀单元，用于将从第一氢气罐中迁移的氢气进行等温膨胀处理；氢燃料电池；第二氢气罐，用于将等温膨胀处理后的氢气迁移至氢燃料电池中进行发电；空气等温压缩单元，用于将从输入端输入的空气进行等温压缩处理；压缩空气罐，用于将压缩空气迁移至氢燃料电池中进行发电；换热器，用于实现等温膨胀处理过程和等温压缩处理过程的热量交换。本发明通过换热器将等温压缩处理过程产生的热量补充等温膨胀处理过程吸收的热量，充分利用产生的能量，既可以保证高压氢气等温膨胀和空气等温压缩处理过程中的温度不变，又可以提高能源利用效率。源利用效率。源利用效率。

技术研发人员：权超 马丽军 秦如意 蒋科若 李鹏 俞佳捷 叶夏明 杨跃平 赵鲁臻 姜炯挺 韩寅峰 冯怿彬 周盛

受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司宁波供电公司

技术研发日：2022.09.14

技术公布日：2022/10/21