1.本發(fā)明涉及新能源技術領域，具體涉及一種氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和一種氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。

背景技術：

2.氫燃料電池發(fā)電對氫氣和空氣有一定的壓力要求，高壓存儲的氫氣需要進行減壓，減小到燃料電池電堆能承受的壓力為止，而空氣通常需要通過空氣壓縮機壓縮到一定壓力才能用于氫燃料電池發(fā)電。

3.目前，上述氫氣減壓過程對外做功的能量通常被浪費掉，造成能源浪費，而空氣壓縮過程一般采用空氣壓縮機進行壓縮，該方式不僅消耗電能，且無法保證壓縮后的空氣溫度的穩(wěn)定性，進而影響氫燃料電池發(fā)電效率。

技術實現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明為解決上述技術問題，提供了一種氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。

5.本發(fā)明還提出一種氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。

6.本發(fā)明采用的技術方案如下：本發(fā)明第一方面實施例提出了一種氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，包括：第一氫氣罐；氫氣等溫膨脹單元，所述氫氣等溫膨脹單元的輸入端與所述第一氫氣罐相連，所述氫氣等溫膨脹單元用于將從所述第一氫氣罐中遷移的氫氣進行等溫膨脹處理；氫燃料電池；第二氫氣罐，所述第二氫氣罐的輸入端與所述氫氣等溫膨脹單元的輸出端相連，所述第二氫氣罐的輸出端與所述氫燃料電池相連，所述第二氫氣罐用于存儲等溫膨脹處理后的氫氣，以將所述等溫膨脹處理后的氫氣遷移至所述氫燃料電池中進行發(fā)電；空氣等溫壓縮單元，所述空氣等溫壓縮單元用于將從輸入端輸入的空氣進行等溫壓縮處理；壓縮空氣罐，所述壓縮空氣罐的輸入端與所述空氣等溫壓縮單元的輸出端相連，所述壓縮空氣罐的輸出端與所述氫燃料電池相連，所述壓縮空氣罐用于存儲等溫壓縮處理后的壓縮空氣，以將所述壓縮空氣遷移至所述氫燃料電池中進行發(fā)電；換熱器，所述換熱器連接在所述氫氣等溫膨脹單元與所述空氣等溫壓縮單元之間，所述換熱器用于實現(xiàn)所述氫氣等溫膨脹單元的等溫膨脹處理過程和所述空氣等溫壓縮單元的等溫壓縮處理過程的熱量交換。

7.本發(fā)明上述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)還具有如下附加技術特征：根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述氫氣等溫膨脹單元包括：氫氣壓力罐、第一液壓機構、第一活塞桿、第一液體池和發(fā)電機，其中，所述氫氣壓力罐的輸入端作為所述氫氣等溫膨脹單元的輸入端與所述第一氫氣罐相連，所述氫氣壓力罐的輸出端作為所述氫氣等溫膨脹單元的輸出端與所述第二氫氣罐的輸入端相連，所述氫氣壓力罐的底部與所述第一液壓機構的第一端相連，所述第一液壓機構的第二端與所述第一液體池相連，所述第一液體池還與所述換熱器的一端相連，所述第一液壓機構包含所述第一活塞桿，所述第一活塞桿被配置為在所述氫氣壓力罐內(nèi)氫氣膨脹作用下運動，所述第一活塞桿與所述發(fā)電機相連并被

配置為驅(qū)動所述發(fā)電機。

8.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述空氣等溫壓縮單元包括：壓縮空氣壓力罐、第二液壓機構、第二活塞桿和第二液體池，其中，所述壓縮空氣壓力罐的輸入端作為所述空氣等溫壓縮單元的輸入端與外界空氣聯(lián)通，所述壓縮空氣壓力罐的輸出端作為所述空氣等溫壓縮單元的輸出端與所述壓縮空氣罐相連，所述壓縮空氣壓力罐的底部與所述第二液壓機構的第一端相連，所述第二液體池與所述第二液壓機構的第二端相連，所述第二液體池還與所述換熱器的另一端相連，所述第二液壓機構包含所述第二活塞桿，所述第二活塞桿被配置為推動所述第二液體池中的液體進入所述壓縮空氣壓力罐并壓縮所述壓縮空氣壓力罐中的空氣。

9.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一活塞桿與所述第二活塞桿同軸相連，所述第二活塞桿被配置為在所述第一活塞桿的帶動下推動所述第二液體池中的液體進入所述壓縮空氣壓力罐并壓縮所述壓縮空氣壓力罐中的空氣。

10.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，上述的系統(tǒng)還包括：電動機，與所述第二活塞桿相連并驅(qū)動所述第二活塞桿，所述第二活塞桿被配置為在所述電動機的驅(qū)動下推動所述第二液體池中的液體進入所述壓縮空氣壓力罐并壓縮所述壓縮空氣壓力罐中的空氣。

11.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述氫氣壓力罐上包括第一循環(huán)泵，所述氫氣壓力罐的底部與氫氣壓力罐的頂部通過第一管道相連，所述第一循環(huán)泵設置在所述第一管道上。

12.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，述壓縮空氣壓力罐上包括第二循環(huán)泵，所述壓縮空氣壓力罐的底部與壓縮空氣壓力罐的頂部通過第二管道相連，所述第二循環(huán)泵設置在所述第二管道上。

13.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一液壓機構和第二液壓機構結構相同，所述第一液壓機構或所述第二液壓機構結包括：液壓缸和活塞，所述活塞滑動設置在所述液壓缸內(nèi)，并且將所述液壓缸分隔成兩個獨立腔室，每個所述腔室均包括進液口和出液口，且進液口均與對應的壓力罐相連，出液口均與對應的液體池相連，所述活塞對應與所述第一活塞桿或第二活塞桿相連。

14.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一氫氣罐與所述氫氣壓力罐之間的管道、所述氫氣壓力罐與所述第二氫氣罐之間的管道以及所述壓縮空氣壓力罐與所述壓縮空氣罐之間的管道設置遷移泵。

15.本發(fā)明第二方面實施例提出了一種基于本發(fā)明第一方面實施例所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：提取所述第一氫氣罐中的部分高壓氫氣遷移到所述氫氣等溫膨脹單元中進行等溫膨脹處理，等溫膨脹處理結束后將等溫膨脹處理后的氫氣遷移至所述第二氫氣罐中，提取所述第二氫氣罐中的低壓氫氣遷移到所述氫燃料電池中發(fā)電；控制所述空氣等溫壓縮單元將從輸入端輸入的空氣進行等溫壓縮處理，等溫壓縮結束后將等溫壓縮處理后的壓縮空氣遷移到所述壓縮空氣罐中，提取所述壓縮空氣罐中的壓縮空氣遷移到所述氫燃料電池中發(fā)電；控制所述換熱器將所述空氣等溫壓縮單元中的空氣壓縮產(chǎn)生的熱量補充所述氫氣等溫膨脹單元中的氫氣膨脹吸收的熱量，以實現(xiàn)熱量交換。

16.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，上述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法還包括：提取所述第一氫氣罐中的部分高壓氫氣遷移到所述氫氣壓力罐中，所述高壓氫氣在所述氫氣壓力罐中進行等溫膨脹，氫氣膨脹做功推動所述第一液壓機構中的所述第一活塞桿運動，所

述第一活塞桿驅(qū)動所述發(fā)電機發(fā)電，同時所述氫氣壓力罐中原有的液體通過所述第一液壓機構推入到所述第一液體池中，等溫膨脹結束后將所述氫氣壓力罐中的低壓氫氣遷移到所述第二氫氣罐中，同時所述第一液體池中的液體通過所述第一液壓機構進入到所述氫氣壓力罐中，提取所述第二氫氣罐中的低壓氫氣遷移到所述氫燃料電池中發(fā)電；所述壓縮空氣壓力罐與外界空氣聯(lián)通并注入空氣，所述第二活塞桿推動所述第二液體池中的液體進入所述壓縮空氣壓力罐并等溫壓縮所述壓縮空氣壓力罐中的空氣，同時所述第二液體池中的液體通過所述第二液壓機構進入到所述壓縮空氣壓力罐中，等溫壓縮結束后將所述壓縮空氣壓力罐中的壓縮空氣遷移到所述壓縮空氣罐中，同時所述第二液體池中的液體通過所述第二液壓機構進入到所述壓縮空氣壓力罐中，提取所述壓縮空氣罐中的壓縮空氣遷移到所述氫燃料電池中發(fā)電；所述空氣等溫壓縮單元中的空氣壓縮產(chǎn)生的熱量通過換熱器與補充所述氫氣等溫膨脹單元中的氫氣膨脹吸收的熱量，以實現(xiàn)熱量交換。

17.本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過換熱器將等溫壓縮處理過程產(chǎn)生的熱量補充等溫膨脹處理過程吸收的熱量，充分利用產(chǎn)生的能量，既可以保證高壓氫氣等溫膨脹和空氣等溫壓縮處理過程中的溫度不變，又可以提高能源利用效率，且采用等溫壓縮單元壓縮空氣，相較于壓縮機可以減少壓縮過程中的做功量，消耗的電能較少。

18.本發(fā)明中空氣等溫壓縮單元的活塞桿與氫氣等溫膨脹單元的活塞桿同軸連接時，依靠氫氣等溫膨脹所做的功帶動空氣等溫壓縮，可提高能源利用效率。

附圖說明

19.圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法的流程圖。

具體實施方式

20.下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

21.圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖。如圖1和圖2所示，該氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括：第一氫氣罐1、氫氣等溫膨脹單元2、空氣等溫壓縮單元3、第二氫氣罐4、壓縮空氣罐5、氫燃料電池6和換熱器7。

22.其中，氫氣等溫膨脹單元的2輸入端與第一氫氣罐1相連，氫氣等溫膨脹單元2用于將從第一氫氣罐1中遷移的氫氣進行等溫膨脹處理；第二氫氣罐4的輸入端與氫氣等溫膨脹單元2的輸出端相連，第二氫氣罐4的輸出端與氫燃料電池6相連，第二氫氣罐4用于存儲等溫膨脹處理后的氫氣，以將等溫膨脹處理后的氫氣遷移至氫燃料電池6中進行發(fā)電；空氣等溫壓縮單元3用于將從輸入端輸入的空氣進行等溫壓縮處理；壓縮空氣罐5的輸入端與空氣等溫壓縮單元3的輸出端相連，壓縮空氣罐5的輸出端與氫燃料電池6相連，壓縮空氣罐5用

于存儲等溫壓縮處理后的壓縮空氣，以將壓縮空氣遷移至氫燃料電池6中進行發(fā)電；換熱器7連接在氫氣等溫膨脹單元2與空氣等溫壓縮單元3之間，換熱器7用于實現(xiàn)氫氣等溫膨脹單元2的等溫膨脹處理過程和空氣等溫壓縮單元3的等溫壓縮處理過程的熱量交換。

23.具體地，氫氣發(fā)電過程中，提取第一氫氣罐1中的部分高壓氫氣遷移到氫氣等溫膨脹單元2中，遷移氫氣達到規(guī)定量后，關閉氫氣等溫膨脹單元2的輸入端，同時，向空氣等溫壓縮單元3中注入空氣，當進入空氣達到規(guī)定量后，關閉空氣等溫壓縮單元3的輸入端。氫氣等溫膨脹單元2對遷移進來的高壓氫氣進行等溫膨脹處理，直至氫氣到達規(guī)定壓力后，將其遷移至第二氫氣罐4中，提取第二氫氣罐4中的氫氣遷移至氫燃料電池5中發(fā)電?？諝獾葴貕嚎s單元對輸入進的空氣進行等溫壓縮處理，直至空氣達到規(guī)定壓力后，將壓縮空氣遷移至壓縮空氣罐5中，提取壓縮空氣罐5中的壓縮空氣遷移至氫燃料電池6中發(fā)電。由于空氣等溫壓縮會產(chǎn)生熱量，而等溫膨脹過程會吸收熱量，為了提高能源利用率，本發(fā)明通過換熱器7實現(xiàn)等溫膨脹處理過程和等溫壓縮處理過程的熱量交換，利用空氣等溫壓縮單元3中的空氣壓縮產(chǎn)生的熱量補充氫氣等溫膨脹單元2中的氫氣膨脹吸收的熱量，充分利用產(chǎn)生的能量，既可以保證高壓氫氣等溫膨脹和空氣等溫壓縮處理過程中的溫度不變，又可以提高能源利用效率，且采用等溫壓縮單元壓縮空氣，相較于壓縮機可以減少壓縮過程中的做功量，消耗的電能較少。

24.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖1-2所示，氫氣等溫膨脹單元2可以包括：氫氣壓力罐8、第一液壓機構9、第一活塞桿10、第一液體池11和發(fā)電機18。其中，氫氣壓力罐8的輸入端作為氫氣等溫膨脹單元2的輸入端與第一氫氣罐1相連，氫氣壓力罐8的輸出端作為氫氣等溫膨脹單元2的輸出端與第二氫氣罐4的輸入端相連，氫氣壓力罐8的底部與第一液壓機構9的第一端相連，第一液壓機構9的第二端與第一液體池11相連，第一液體池11還與換熱器7的一端相連，第一液壓機構9包含第一活塞桿10，第一活塞桿10被配置為在氫氣壓力罐8內(nèi)氫氣膨脹作用下運動，第一活塞桿10與發(fā)電機18相連并被配置為驅(qū)動發(fā)電機18。

25.具體地，氫燃料電池發(fā)電過程中，需要對高壓存儲的氫氣進行減壓，減小到燃料電池電堆能承受的壓力為止，在這個過程中，氫氣膨脹對外做功，產(chǎn)生的能量通常被浪費掉，造成能量浪費，而本發(fā)明采用高壓氫氣等溫膨脹發(fā)電裝置即第一液壓機構9與發(fā)電機18，充分利用此部分能量進行發(fā)電，提高了氫燃料電池發(fā)電的效率。

26.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖1-2所示，空氣等溫壓縮單元3包括壓縮空氣壓力罐13、第二液壓機構14、第二活塞桿15和第二液體池16。其中，壓縮空氣壓力罐13的輸入端作為空氣等溫壓縮單元3的輸入端與外界空氣聯(lián)通，壓縮空氣壓力罐13的輸出端作為空氣等溫壓縮單元3的輸出端與壓縮空氣罐5相連，壓縮空氣壓力罐13的底部與第二液壓機構14的第一端相連，第二液體池16與第二液壓機構14的第二端相連，第二液體池16還與換熱器7的另一端相連，第二液壓機構14包含第二活塞桿15，第二活塞桿15被配置為推動第二液體池16中的液體進入壓縮空氣壓力罐13并壓縮壓縮空氣壓力罐13中的空氣。

27.在本發(fā)明中，如圖1-2所示，各元器件的端口通過閥門實現(xiàn)開/關，具體參見圖1-2中的閥門f1-f11。

28.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如圖1所示，第一活塞桿10與第二活塞桿15可以同軸相連，第二活塞桿15被配置為在第一活塞桿10的帶動下推動第二液體池16中的液體進入壓縮空氣壓力罐13并壓縮壓縮空氣壓力罐13中的空氣。

29.根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，如圖2所示，上述的氫燃料電池發(fā)電系還可以包括：電動機，與第二活塞桿相連并驅(qū)動第二活塞桿，第二活塞桿被配置為在電動機的驅(qū)動下推動第二液體池中的液體進入壓縮空氣壓力罐并壓縮壓縮空氣壓力罐中的空氣。

30.為使本領域技術人員更清楚地理解本發(fā)明，下面結合具體的實施例描述圖1-2所示的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的工作過程：如圖1-3所示，氫氣發(fā)電過程中，提取第一氫氣罐1中的部分氫氣遷移到氫氣壓力罐8中，第一氫氣罐1與氫氣壓力罐8中間的管道包括遷移泵，用于氫氣從第一氫氣罐1向氫氣壓力罐8中遷移。初始狀態(tài)時氫氣壓力罐8中充滿了液體，打開閥門f1、f2、f3、f4、f5，將氫氣從第一氫氣罐1遷移到氫氣壓力罐8中，氫氣壓力罐8中的液體通過閥門f1、f2進入第一液壓機構9中，第一液壓機構9中的液體通過閥門f3、f4進入到第一液體池11中，遷移氫氣達到規(guī)定量后，關閉閥門f1、f2、f3、f4、f5。同時，向壓縮空氣壓力罐13中注入空氣，初始狀態(tài)時壓縮空氣壓力罐13中充滿了液體，打開閥門f7、f8、f9、f10、f11，壓縮空氣壓力罐13中的液體通過閥門f7、f8進入第二液壓機構14中，第二液壓機構14中的液體通過閥門f9、f10進入到第二液體池16中，外界空氣通過閥門f11進入到壓縮空氣壓力罐13中，當進入空氣達到規(guī)定量后，關閉閥門f7、f8、f9、f10、f11。

31.如圖1所示，第一活塞桿10與第二活塞桿15同軸連接時，假設此時第一活塞桿10位于第一液壓機構9的最左端（其他位置類似），同時第二活塞桿15位于第二液壓機構14的最左端，打開閥門f1、f4、f8、f9，關閉閥門f2、f3、f7、f10，氫氣在氫氣壓力罐8中等溫膨脹，推動氫氣壓力罐8中的液體通過閥門f1進入第一液壓機構9的左端，第一活塞桿10被第一液壓機構9的左端的液體推動向右運行，第一液壓機構9中右側的液體通過閥門f4進入到第一液體池11中，同軸相連的第二活塞桿15被第一活塞桿10帶動向右運行，第二液壓機構14中右側的液體通過閥門f8進入到壓縮空氣壓力罐13中，第二液體池16中的液體通過閥門f9進入到第二液壓機構14的左端。當?shù)谝换钊麠U10帶動第二活塞桿15運動到各自液壓機構的最右端，關閉閥門f1、f4、f8、f9，打開閥門f2、f3、f7、f10，氫氣在氫氣壓力罐8中等溫膨脹，推動氫氣壓力罐8中的液體通過閥門f2進入第一液壓機構9的右端，第一活塞桿10被第一液壓機構9的右端的液體推動向左運行，第一液壓機構9中左側的液體通過閥門f3進入到第一液體池11中，同軸相連的第二活塞桿15被第一活塞桿10帶動向左運行，第二液壓機構14中左側的液體通過閥門f7進入到壓縮空氣壓力罐13中等溫壓縮空氣，第二液體池16中的液體通過閥門f10進入到第二液壓機構14的右端，直到第一活塞桿10帶動第二活塞桿15運動到各自液壓機構的最左端，再打開閥門f1、f4、f8、f9，關閉閥門f2、f3、f7、f10，如此往復，直到氫氣壓力罐8中的氫氣和壓縮空氣壓力罐13中的空氣都達到規(guī)定壓力后，關閉閥門f1、f2、f3、f4、f7、f8、f9、f10?？紤]到第一氫氣罐1中的氫氣壓力大于壓縮空氣壓力罐13等溫壓縮結束的壓縮空氣的壓力，所以氫氣壓力罐8中的氫氣等溫膨脹所做的功大于壓縮空氣壓力罐13中等溫壓縮空氣需要的功，在第一活塞桿10帶動第二活塞桿15往復運動的過程中，氫氣壓力罐8中的氫氣等溫膨脹所做的功，一部分通過第二活塞桿15用于壓縮空氣壓力罐13中的空氣壓縮，另一部分通過第一活塞桿10驅(qū)動與第一活塞桿10相連的發(fā)電機18發(fā)電。打開閥門f1、f2、f3、f4、f6，將氫氣壓力罐8中的氫氣遷移至第二氫氣罐4中，氫氣壓力罐8與第二氫氣罐4之間的管道包括遷移泵。提取第二氫氣罐4中的氫氣遷移至氫燃料電池6中發(fā)電。打開閥門f7、f8、f9、f10、f12，將壓縮空氣壓力罐13中的壓縮空氣遷移至壓縮空氣罐5中，壓縮空

氣壓力罐13與壓縮空氣罐5之間的管道包括遷移泵。提取壓縮空氣罐5中的壓縮空氣遷移至氫燃料電池6中發(fā)電。

32.如圖2所示，第一活塞桿10與第二活塞桿15不同軸連接，假設此時第一活塞桿10位于第一液壓機構9的最左端（其他位置類似），打開閥門f1、f4，關閉閥門f2、f3，氫氣在氫氣壓力罐8中等溫膨脹，推動氫氣壓力罐8中的液體通過閥門f1進入第一液壓機構9的左端，第一活塞桿10被第一液壓機構9的左端的液體推動向右運行，第一液壓機構9中右側的液體通過閥門f4進入到第一液體池11中，當?shù)谝换钊麠U10運動到第一液壓機構9的最右端，關閉閥門f1、f4，打開閥門f2、f3，氫氣在氫氣壓力罐8中等溫膨脹，推動氫氣壓力罐8中的液體通過閥門f2進入第一液壓機構9的右端，第一活塞桿10被第一液壓機構9的右端的液體推動向左運行，第一液壓機構9中左側的液體通過閥門f3進入到第一液體池11中，直到第一活塞桿10運動到第一液壓機構9的最左端，再打開閥門f1、f4，關閉閥門f2、f3，如此往復，直到氫氣壓力罐8中的氫氣達到規(guī)定壓力后，關閉閥門f1、f2、f3、f4。第一活塞桿10在第一液壓機構9中往復運動的過程中，驅(qū)動與第一活塞桿10相連的發(fā)電機18發(fā)電。假設此時第二活塞桿15位于第二液壓機構14的最左端（其他位置類似），打開閥門f8、f9，關閉閥門f7、f10，電動機19驅(qū)動第二活塞桿15向右運動，第二活塞桿15推動第二液壓機構14中右側的液體通過閥門f8進入到壓縮空氣壓力罐13中等溫壓縮空氣，第二液體池16中的液體通過閥門f9進入到第二液壓機構14的左端。當?shù)诙钊麠U15運動到第二液壓機構14的最右端，關閉閥門f8、f9，打開閥門f7、f10，電動機19驅(qū)動第二活塞桿15向左運行，第二活塞桿15推動第二液壓機構14中左側的液體通過閥門f7進入到壓縮空氣壓力罐13中等溫壓縮空氣，第二液體池16中的液體通過閥門f10進入到第二液壓機構14的右端，直到第二活塞桿15運動到第二液壓機構14的最左端，再打開閥門f8、f9，關閉閥門f7、f10，如此往復，直到壓縮空氣壓力罐13中的空氣達到規(guī)定壓力后，關閉閥門f7、f8、f9、f10。打開閥門f1、f2、f3、f4、f6，將氫氣壓力罐8中的氫氣遷移至第二氫氣罐4中，氫氣壓力罐8與第二氫氣罐4之間的管道包括遷移泵。提取第二氫氣罐4中的氫氣遷移至氫燃料電池6中發(fā)電。打開閥門f7、f8、f9、f10、f12，將壓縮空氣壓力罐13中的壓縮空氣遷移至壓縮空氣罐5中，壓縮空氣壓力罐13與壓縮空氣罐5之間的管道包括遷移泵。提取壓縮空氣罐5中的壓縮空氣遷移至氫燃料電池6中發(fā)電。

33.上述過程中，氫氣壓力罐8中的氫氣等溫膨脹過程中從第一液體池11中的液體吸收熱量，壓縮空氣壓力罐13中的空氣等溫壓縮過程中向第二液體池16中的液體傳遞熱量，通過換熱器7將第二液體池16中液體的熱量傳遞給第一液體池11中液體。

34.為了更好地實現(xiàn)高壓氫氣在氫氣壓力罐8中進行等溫膨脹，氫氣壓力罐8上包括第一循環(huán)泵12，氫氣壓力罐8的底部與氫氣壓力罐8的頂部通過第一管道相連，第一循環(huán)泵12設置在第一管道上。第一循環(huán)泵12將氫氣壓力罐8的底部與氫氣壓力罐8的頂部相連，將氫氣壓力罐8底部的液體抽送到氫氣壓力罐8的頂部，以更好地實現(xiàn)氫氣壓力罐8中的液體與高壓氫氣的熱交換。

35.為了更好地實現(xiàn)壓縮空氣在壓縮空氣壓力罐13中進行等溫壓縮，壓縮空氣壓力罐13上包括第二循環(huán)泵17，壓縮空氣壓力罐13的底部與壓縮空氣壓力罐13的頂部通過第二管道相連，第二循環(huán)泵17設置在第二管道上。第二循環(huán)泵17將壓縮空氣壓力罐13的底部與壓縮空氣壓力罐13的頂部相連，將壓縮空氣壓力罐13底部的液體抽送到壓縮空氣壓力罐13的頂部，以更好地實現(xiàn)壓縮空氣壓力罐13中的液體與壓縮空氣的熱交換。

36.在本發(fā)明的實施例中，第一液壓機構9和第二液壓機構14結構相同，均包括液壓缸和活塞，活塞滑動設置在液壓缸內(nèi)，并且將液壓缸分隔成兩個獨立腔室，每個腔室均包括進液口和出液口，且進液口均與對應的壓力罐相連，出液口均與對應的液體池相連，各液壓機構的活塞與對應的第一活塞桿或第二活塞桿相連。

37.本發(fā)明中，第一液體池11中的液體和第二液體池16中的液體是無雜質(zhì)的水。

38.綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，通過換熱器將等溫壓縮處理過程產(chǎn)生的熱量補充等溫膨脹處理過程吸收的熱量，充分利用產(chǎn)生的能量，既可以保證高壓氫氣等溫膨脹和空氣等溫壓縮處理過程中的溫度不變，又可以提高能源利用效率，且采用等溫壓縮單元壓縮空氣，相較于壓縮機可以減少壓縮過程中的做功量，消耗的電能較少，空氣等溫壓縮單元的活塞桿與氫氣等溫膨脹單元的活塞桿同軸連接時，依靠氫氣等溫膨脹所做的功帶動空氣等溫壓縮，可提高能源利用效率。

39.基于上述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，本發(fā)明還提出一種燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。

40.圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法的流程圖，如圖3所示，該方法包括以下步驟：s1，提取第一氫氣罐中的部分高壓氫氣遷移到氫氣等溫膨脹單元中進行等溫膨脹處理，等溫膨脹處理結束后將等溫膨脹處理后的氫氣遷移至第二氫氣罐中，提取第二氫氣罐中的低壓氫氣遷移到氫燃料電池中發(fā)電。

41.s2，控制空氣等溫壓縮單元將從輸入端輸入的空氣進行等溫壓縮處理，等溫壓縮結束后將等溫壓縮處理后的壓縮空氣遷移到壓縮空氣罐中，提取壓縮空氣罐中的壓縮空氣遷移到氫燃料電池中發(fā)電。

42.s3，控制換熱器將空氣等溫壓縮單元中的空氣壓縮產(chǎn)生的熱量補充氫氣等溫膨脹單元中的氫氣膨脹吸收的熱量，以實現(xiàn)熱量交換。

43.根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，上述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法還可以包括以下步驟：提取第一氫氣罐中的部分高壓氫氣遷移到氫氣壓力罐中，高壓氫氣在氫氣壓力罐中進行等溫膨脹，氫氣膨脹做功推動第一液壓機構中的第一活塞桿運動，第一活塞桿驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，同時氫氣壓力罐中原有的液體通過第一液壓機構推入到第一液體池中，等溫膨脹結束后將氫氣壓力罐中的低壓氫氣遷移到第二氫氣罐中，同時第一液體池中的液體通過第一液壓機構進入到氫氣壓力罐中，提取第二氫氣罐中的低壓氫氣遷移到氫燃料電池中發(fā)電；壓縮空氣壓力罐與外界空氣聯(lián)通并注入空氣，第二活塞桿推動第二液體池中的液體進入壓縮空氣壓力罐并等溫壓縮壓縮空氣壓力罐中的空氣，同時第二液體池中的液體通過第二液壓機構進入到壓縮空氣壓力罐中，等溫壓縮結束后將壓縮空氣壓力罐中的壓縮空氣遷移到壓縮空氣罐中，同時第二液體池中的液體通過第二液壓機構進入到壓縮空氣壓力罐中，提取壓縮空氣罐中的壓縮空氣遷移到氫燃料電池中發(fā)電；空氣等溫壓縮單元中的空氣壓縮產(chǎn)生的熱量通過換熱器與補充氫氣等溫膨脹單元中的氫氣膨脹吸收的熱量，以實現(xiàn)熱量交換。

44.根據(jù)本發(fā)明實施例的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，通過換熱器將等溫壓縮處理過程產(chǎn)生的熱量補充等溫膨脹處理過程吸收的熱量，充分利用產(chǎn)生的能量，既可以保證高壓氫氣等溫膨脹和空氣等溫壓縮處理過程中的溫度不變，又可以提高能源利用效率，且

采用等溫壓縮單元壓縮空氣，相較于壓縮機可以減少壓縮過程中的做功量，消耗的電能較少。

45.在本說明書的描述中，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

46.在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

47.在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)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觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

48.在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、

?“

示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

49.流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)定制邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應被本發(fā)明的實施例所屬技術領域的技術人員所理解。

50.盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。技術特征：

1.一種氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括：第一氫氣罐；氫氣等溫膨脹單元，所述氫氣等溫膨脹單元的輸入端與所述第一氫氣罐相連，所述氫氣等溫膨脹單元用于將從所述第一氫氣罐中遷移的氫氣進行等溫膨脹處理；氫燃料電池；第二氫氣罐，所述第二氫氣罐的輸入端與所述氫氣等溫膨脹單元的輸出端相連，所述第二氫氣罐的輸出端與所述氫燃料電池相連，所述第二氫氣罐用于存儲等溫膨脹處理后的氫氣，以將所述等溫膨脹處理后的氫氣遷移至所述氫燃料電池中進行發(fā)電；空氣等溫壓縮單元，所述空氣等溫壓縮單元用于將從輸入端輸入的空氣進行等溫壓縮處理；壓縮空氣罐，所述壓縮空氣罐的輸入端與所述空氣等溫壓縮單元的輸出端相連，所述壓縮空氣罐的輸出端與所述氫燃料電池相連，所述壓縮空氣罐用于存儲等溫壓縮處理后的壓縮空氣，以將所述壓縮空氣遷移至所述氫燃料電池中進行發(fā)電；換熱器，所述換熱器連接在所述氫氣等溫膨脹單元與所述空氣等溫壓縮單元之間，所述換熱器用于實現(xiàn)所述氫氣等溫膨脹單元的等溫膨脹處理過程和所述空氣等溫壓縮單元的等溫壓縮處理過程的熱量交換。2.根據(jù)權利要求1所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣等溫膨脹單元包括：氫氣壓力罐、第一液壓機構、第一活塞桿、第一液體池和發(fā)電機，其中，所述氫氣壓力罐的輸入端作為所述氫氣等溫膨脹單元的輸入端與所述第一氫氣罐相連，所述氫氣壓力罐的輸出端作為所述氫氣等溫膨脹單元的輸出端與所述第二氫氣罐的輸入端相連，所述氫氣壓力罐的底部與所述第一液壓機構的第一端相連，所述第一液壓機構的第二端與所述第一液體池相連，所述第一液體池還與所述換熱器的一端相連，所述第一液壓機構包含所述第一活塞桿，所述第一活塞桿被配置為在所述氫氣壓力罐內(nèi)氫氣膨脹作用下運動，所述第一活塞桿與所述發(fā)電機相連并被配置為驅(qū)動所述發(fā)電機。3.根據(jù)權利要求2所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣等溫壓縮單元包括：壓縮空氣壓力罐、第二液壓機構、第二活塞桿和第二液體池，其中，所述壓縮空氣壓力罐的輸入端作為所述空氣等溫壓縮單元的輸入端與外界空氣聯(lián)通，所述壓縮空氣壓力罐的輸出端作為所述空氣等溫壓縮單元的輸出端與所述壓縮空氣罐相連，所述壓縮空氣壓力罐的底部與所述第二液壓機構的第一端相連，所述第二液體池與所述第二液壓機構的第二端相連，所述第二液體池還與所述換熱器的另一端相連，所述第二液壓機構包含所述第二活塞桿，所述第二活塞桿被配置為推動所述第二液體池中的液體進入所述壓縮空氣壓力罐并壓縮所述壓縮空氣壓力罐中的空氣。4.根據(jù)權利要求3所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一活塞桿與所述第二活塞桿同軸相連，所述第二活塞桿被配置為在所述第一活塞桿的帶動下推動所述第二液體池中的液體進入所述壓縮空氣壓力罐并壓縮所述壓縮空氣壓力罐中的空氣。5.根據(jù)權利要求3所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括：電動機，與所述第二活塞桿相連并驅(qū)動所述第二活塞桿，所述第二活塞桿被配置為在所述電動機的驅(qū)動下推動所述第二液體池中的液體進入所述壓縮空氣壓力罐并壓縮所述壓縮空氣壓力罐中的空氣。

6.根據(jù)權利要求2所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣壓力罐上包括第一循環(huán)泵，所述氫氣壓力罐的底部與氫氣壓力罐的頂部通過第一管道相連，所述第一循環(huán)泵設置在所述第一管道上。7.根據(jù)權利要求3所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮空氣壓力罐上包括第二循環(huán)泵，所述壓縮空氣壓力罐的底部與壓縮空氣壓力罐的頂部通過第二管道相連，所述第二循環(huán)泵設置在所述第二管道上。8.根據(jù)權利要求3所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一液壓機構和第二液壓機構結構相同，所述第一液壓機構或所述第二液壓機構包括：液壓缸和活塞，所述活塞滑動設置在所述液壓缸內(nèi)，并且將所述液壓缸分隔成兩個獨立腔室，每個所述腔室均包括進液口和出液口，且進液口均與對應的壓力罐相連，出液口均與對應的液體池相連，所述活塞對應與所述第一活塞桿或第二活塞桿相連。9.根據(jù)權利要求3所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一氫氣罐與所述氫氣壓力罐之間的管道、所述氫氣壓力罐與所述第二氫氣罐之間的管道以及所述壓縮空氣壓力罐與所述壓縮空氣罐之間的管道設置遷移泵。10.一種基于權利要求1-9中任一項所述的氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：提取第一氫氣罐中的部分高壓氫氣遷移到氫氣等溫膨脹單元中進行等溫膨脹處理，等溫膨脹處理結束后將等溫膨脹處理后的氫氣遷移至第二氫氣罐中，提取所述第二氫氣罐中的低壓氫氣遷移到氫燃料電池中發(fā)電；控制所述空氣等溫壓縮單元將從輸入端輸入的空氣進行等溫壓縮處理，等溫壓縮結束后將等溫壓縮處理后的壓縮空氣遷移到壓縮空氣罐中，提取所述壓縮空氣罐中的壓縮空氣遷移到所述氫燃料電池中發(fā)電；控制換熱器將所述空氣等溫壓縮單元中的空氣壓縮產(chǎn)生的熱量補充所述氫氣等溫膨脹單元中的氫氣膨脹吸收的熱量，以實現(xiàn)熱量交換。

技術總結

本發(fā)明涉及新能源技術領域，提供一種氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，所述系統(tǒng)包括：第一氫氣罐；氫氣等溫膨脹單元，用于將從第一氫氣罐中遷移的氫氣進行等溫膨脹處理；氫燃料電池；第二氫氣罐，用于將等溫膨脹處理后的氫氣遷移至氫燃料電池中進行發(fā)電；空氣等溫壓縮單元，用于將從輸入端輸入的空氣進行等溫壓縮處理；壓縮空氣罐，用于將壓縮空氣遷移至氫燃料電池中進行發(fā)電；換熱器，用于實現(xiàn)等溫膨脹處理過程和等溫壓縮處理過程的熱量交換。本發(fā)明通過換熱器將等溫壓縮處理過程產(chǎn)生的熱量補充等溫膨脹處理過程吸收的熱量，充分利用產(chǎn)生的能量，既可以保證高壓氫氣等溫膨脹和空氣等溫壓縮處理過程中的溫度不變，又可以提高能源利用效率。源利用效率。源利用效率。

技術研發(fā)人員：權超 馬麗軍 秦如意 蔣科若 李鵬 俞佳捷 葉夏明 楊躍平 趙魯臻 姜炯挺 韓寅峰 馮懌彬 周盛

受保護的技術使用者：國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司

技術研發(fā)日：2022.09.14

技術公布日：2022/10/21