一种充电和更换金属氢化物的氢能源站的制作方法

本发明属于新能源技术领域，涉及一种充电和更换金属氢化物的氢能源站。

背景技术：

进入二十一世纪，汽车发动机工业得到了迅速发展，然而目前汽油机和柴油机依然是车用发动机的主要机种。现阶段，汽油和柴油几乎全部由石油炼制工业生产，而石油是不可再生的化石资源。为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响以及减少大气污染和汽车发动机尾气排放，需要寻找发动机的代用燃料，氢能源是目前最理想的清洁燃料。氢能源是众多替代能源中的一种可再生资源，热值高，并且燃烧后大部分生成物是水蒸气，是一种理想的绿色燃料。作为代用燃料的氢能源可以解决二大难题：一是石油燃料储量有限，二是使用石油燃料带来的环境污染。

环境污染和能源短缺已经成为当今社会的两大突出问题，为寻求人类社会与汽车产业的可持续发展，电动汽车是公认的可同时解决能源和环境问题的绿色环保车，是今后汽车发展的主要方向之一。然而受充电站分布的制约，使得电动汽车很难快速市场化运行。通过燃氢发电充电的方式，一方面可以降低发电充电成本，另一方面可以快速建设充电站而不受电力部门制约。目前充电站的建设需要向电力部门申请增容，批复需要半年左右的时间，还要交付一大笔增容费。充电用电电费按商业电价收取。燃氢发电直接充电的方式，电力成本低，同时作为氢燃料汽车的氢能源加注站，还可以成为分布式氢能源的加注站。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种充电和更换金属氢化物的氢能源站，同时满足氢燃料汽车更换金属氢化物燃料和电动汽车充电的需求，降低电动汽车的充电成本，使充电站快速布局，加速电动汽车行业的发展，提高氢燃料储存、运输和更换的安全性和效率。

本发明的技术方案是：充电和更换金属氢化物的氢能源站，包括服务区、金属氢化物储罐、电动汽车充电区、氢能源汽车充氢区和控制单元。氢能源汽车充氢区为氢燃料汽车更换金属氢化物，包括受氢车通道、加料平台、金属氢化物更换装置、加料管路和抽出管路。电动汽车充电区为电动汽车充电，包括氢气缓冲罐、采用氢燃料发动机的发电机组、分布式电能源和电动汽车立体停车库，电动汽车立体停车库设有充电桩。金属氢化物储罐与氢气缓冲罐连接，氢气缓冲罐与采用氢燃料发动机的发电机组管路连接，采用氢燃料发动机的发电机组与分布式电能源和充电桩电路连接。充电桩设有直接给电动汽车充电的稳压安全插座。

氢能源站设有蓄电池和分布式氢能源，采用氢燃料发动机的发电机组与蓄电池电路连接，蓄电池与充电桩和分布式电能源连接，蓄电池与充电桩双向充电。氢气缓冲罐与分布式氢能源管路连接。可以用氢燃料电池代替采用氢燃料发动机的发电机组。金属氢化物储罐内的储氢物质为各种金属氢化物、有机氢化物或固体氢气吸附剂，固体氢气吸附剂包括碳纤维。采用氢燃料发动机的发电机组至少一台。采用氢燃料发动机的发电机组可为附近居民写字楼、工厂或临时设施提供电力。服务区包括小超市、收费室和卫生间。

采用氢燃料发动机的发电机组为氢内燃发电机或燃气轮机发电机。电动汽车和分布式能源既可以由采用氢燃料发动机的发电机组直接供电，也可以采用氢燃料发动机的发电机组为蓄电池先行充电，再由蓄电池为电动汽车和分布式电能源供电。充电桩可为外接电源，外接电源为网上电、光伏电或风电。电动汽车充电过程为：①氢气燃料储存在金属氢化物储罐中，当金属氢化物加热到一定温度放出氢气；②来源于金属氢化物储罐中的氢气，通入氢气缓冲罐；③氢气缓冲罐中的氢气供给采用氢燃料发动机的发电机组用来发电，采用氢燃料发动机的发电机组发出电力直接供给充电桩或/和分布式电能源，也可以为蓄电池蓄电，然后由蓄电池为充电桩和分布式电能源供电；④充电桩可以直接给电动汽车充电；⑤电动汽车立体停车库设置为单层或多层。氢燃料汽车更换金属氢化物步骤为：①氢燃料汽车驶入受氢车通道，打开加注口的盖板，加注枪对准加注口，通过控制中心发出信号打开密码锁，加注枪的锁紧法兰与加注口的法兰对接锁紧；②打开加注口电控阀，启动输送管驱动器，将加注枪的套管通过加注口插入车载氢化物储罐；③采用气流输送方式将车载氢化物储罐中的乏金属氢化物从套管的内管中抽出，④采用气流输送方式向车载氢化物储罐添加新鲜饱和的金属氢化物，加入金属氢化物过程中通过加注系统中的真空罐和保护气管路保证金属氢化物输送顺畅；⑤加注完毕后，抽出加注枪，关闭电控阀门，加密锁上锁，解开锁紧法兰，盖上加注口的盖板，氢燃料汽车驶出受氢车通道。

金属氢化物储罐既可以直接加入氢气，以加注氢气的方式给乏金属氢化物加氢，使其变成新鲜饱和的金属氢化物，也可以抽出乏金属氢化物，之后直接加注新鲜饱和金属氢化物，还可以直接移走原金属氢化物储罐，更换为装有新鲜饱和的金属氢化物储罐。金属氢化物储罐通过缓冲罐作为分布式氢气能源，直接供给需要氢气的工厂车间、居民区、商业区、写字间和临时需要氢动力和氢燃料的地方。。所述氢能源站既可以设置在商业区、居民区，也可以设置在道路边，还可以设置在工厂的车间内或车间附近。采用氢燃料发动机的发电机组和在站内加氢的氢燃料汽车的发动机相对于当量加氢量既可以采用氢气稀燃，也可以氢气浓燃；当采用氢气浓燃时，有多余的氢气从发动机中排出，可以作为三元催化的还原剂，剩余氢气可以燃烧加热，通过爆炸做功等方式在排气管中消耗掉，使排出的尾气不含氢气。

本发明充电和更换金属氢化物的氢能源站通过设立电动汽车充电区和氢能源汽车充氢区，能同时满足氢燃料汽车更换金属氢化物燃料和电动汽车充电的需求，有利于降低运营成本，方便了氢燃料汽车使用者更换燃料和电动汽车使用者充电，解决了氢燃料储存、运输和更换的问题，有利于推广和使用绿色环保的氢燃料汽车和电动汽车，减轻环境污染，同时可以解决能源短缺的突出问题，实现人类社会与汽车产业的可持续发展。本发明采用氢燃料发动机的发电机组自发电，不需要整流变压设备，直接供给充电桩为电动汽车充电，解决了充电桩需要申请增容、电费价格高、充电桩所需整流变压设备投资大的问题，可降低电动汽车的充电成本，使充电站快速布局，加速电动汽车行业的发展。

附图说明

图1为充电和更换金属氢化物的氢能源站的平面示意图；

图2为电动汽车充电区的组成示意图；

图3为电动汽车充电区示意图；

图4为氢能源汽车充氢区示意图；

图5为电动汽车充电区的组成示意图（二）；

其中：1—小超市、2—收费室、3—卫生间、4—电动汽车充电区、5—氢能源汽车充氢区、6—金属氢化物储罐、7—氢气缓冲罐、8—采用氢燃料发动机的发电机组、9—充电桩、10—分布式氢能源、11—分布式电能源、12—蓄电池、13—电动汽车、14—氢能源汽车、15—金属氢化物更换装置。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

本发明充电和更换金属氢化物的氢能源站通过设立电动汽车充电区和氢能源汽车充氢区，能同时满足氢燃料汽车更换金属氢化物燃料和电动汽车充电的需求，有利于降低运营成本，方便了氢燃料汽车使用者更换燃料和电动汽车使用者充电，解决了氢燃料储存、运输和更换的问题，有利于推广和使用绿色环保的氢燃料汽车和电动汽车，减轻环境污染，同时可以解决能源短缺的突出问题，实现人类社会与汽车产业的可持续发展。本发明采用采用氢燃料发动机的发电机组自发电，直接供给充电桩为电动汽车充电，解决了充电桩需要申请增容、电费价格高、充电桩所需要的整流变压设备投资大的问题，可降低电动汽车的充电成本，使充电站快速布局，加速电动汽车行业的发展。充电和更换金属氢化物的氢能源站既可以作为电动汽车的充电站，也可以作为氢燃料汽车的加氢站，还可作为分布式氢能源和分布式电能源的提供站。

本发明充电和更换金属氢化物的氢能源站如图1—图5所示，包括服务区、金属氢化物储罐6、电动汽车充电区4、氢能源汽车充氢区5和控制单元，服务区包括小超市1、收费室2和卫生间3。氢能源汽车充氢区5为氢燃料汽车14更换金属氢化物，电动汽车充电区为电动汽车13充电。氢能源汽车充氢区包括受氢车通道、加料平台、金属氢化物更换装置15、加料管路和抽出管路。电动汽车充电区包括氢气缓冲罐7、采用氢燃料发动机的发电机组8、蓄电池12、分布式氢能源10、分布式电能源11和电动汽车立体停车库，电动汽车立体停车库设有充电桩9。金属氢化物储罐与氢气缓冲罐连接，氢气缓冲罐与采用氢燃料发动机的发电机组和分布式氢能源管路连接，采用氢燃料发动机的发电机组与蓄电池和充电桩电路连接。蓄电池与充电桩和分布式电能源连接。充电桩设有直接给电动汽车充电的稳压安全插座。充电桩设有外接电源16，外接电源为网上电、光伏电或风电。

金属氢化物储罐6内金属氢化物为氢化镁，采用氢燃料发动机的发电机组是氢内燃发电机。采用氢燃料发动机的发电机组也可为附近居民、写字楼、工厂和临时设施提供电力。采用氢燃料发动机的发电机组8装机总功率为600kw，40kw、80kw、160kw和320kw各一台，共四台。每个充电桩功率为40kw，共16个充电桩。在每一台电动汽车充电的过程中，电流从开始到结束是由大到小逐渐变化的。当只有一台电动汽车充电时，自动开启40kw燃氢发电机；当有二台电动汽车充电时，自动开启80kw燃氢发电机；有三台电动汽车充电时，自动开启40kw、80kw二台燃氢发电机；有四台电动汽车充电时，自动开启160kw燃氢发电机；自动控制装置可以通过电动汽车充电时的总电流检测，自动开启不同功率的、不同台数的采用氢燃料发动机的发电机组，以满足16个充电桩输出端总电流变化的需要。

采用氢燃料发动机的发电机组可为附近居民或写字楼提供电力，使所有发电机满负荷运行。金属氢化物储罐通过缓冲罐作为分布式氢气能源，直接供给需要氢气工厂的车间、居民区、商业区、写字间和临时需要氢动力和氢燃料的地方。电动汽车和分布式电能源既可以由采用氢燃料发动机的发电机组直接供电，也可以采用氢燃料发动机的发电机组先为蓄电池充电，再由蓄电池为电动汽车和分布式电能源供电。

电动汽车13充电过程为：①氢气燃料储存在金属氢化物储罐6中，当金属氢化物加热到一定温度放出氢气；②来源于金属氢化物储罐6中的氢气，通入氢气缓冲罐7；③氢气缓冲罐中的氢气供给采用氢燃料发动机的发电机组8用来发电，采用氢燃料发动机的发电机组8发出低压直流电，直接供给充电桩9；④充电桩本身只是一个稳压安全插座，不需要整流变压设备，可以直接给电动汽车充电；⑤电动汽车立体停车库设置双层，每层8个停车位，该充电站可以同时为16辆电动汽车充电。

氢燃料汽车14更换金属氢化物步骤为：①氢燃料汽驶入受氢车通道，打开加注口的盖板，加注枪对准加注口，通过控制中心发出信号打开密码锁，加注枪的锁紧法兰与加注口的法兰对接锁紧；②打开加注口电控阀，启动输送管驱动器，将加注枪的套管通过加注口插入车载氢化物储罐；③采用气流输送方式将车载氢化物储罐中的乏金属氢化物从套管的内管中抽出，④采用气流输送方式向车载氢化物储罐添加新鲜饱和的金属氢化物，加入金属氢化物过程中通过真空罐和保护气管路使车载氢化物储罐保持合适的压差，保证金属氢化物输送的顺畅；⑤加注完毕后，抽出加注枪，关闭电控阀门，加密锁上锁，解开锁紧法兰，盖上加注口的盖板，氢燃料汽车驶出受氢车通道。

金属氢化物储罐既可以直接加入氢气，以加注氢气的方式给乏金属氢化物加氢，使其变成新鲜饱和的金属氢化物，也可以抽出乏金属氢化物，之后直接加注新鲜饱和金属氢化物，还可以直接移走原金属氢化物储罐，更换为装有新鲜饱和的金属氢化物储罐。

采用氢燃料发动机的发电机组和在站内加氢的氢燃料汽车的发动机相对于当量空燃比加氢量既可以采用氢气稀燃，也可以氢气浓燃；当采用氢气浓燃时，有多余的氢气从发动机中排出，可以作为三元催化的还原剂，剩余氢气可以燃烧加热，通过爆炸做功等方式在排气管中消耗掉，使排出的尾气不含氢气。