一种制充氢方法和系统与流程

本发明属于制充氢一体化，尤其是一种制充氢方法和系统。

背景技术：

1、水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。根据电解槽隔膜材料的不同，通常将水电解制氢分为碱性水电解(ae)、质子交换膜(pem)水电解以及高温固体氧化物水电解(soec)。与碱性水电解制氢相比，pem水电解制氢工作电流密度更高，总体效率更高，氢气体积分数更高，产气压力更高，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的水电解制氢技术。目前pem水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。

2、pem水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响pem水电解槽的性能和寿命。

3、pem制氢系统频繁启停的条件下会引起氢氧浓度、压力变化，影响到pem制氢系统的安全、氢气产量、质量和充氢效率，还会导致核心部件膜电极性能衰减。此外，pem制氢系统产生气体的压力不稳定，固态储氢材料吸收氢气时会释放热能，如何保证氢气管路压力稳定性以及提升充氢效率，以上都是要亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的发明目的是提供一种制充氢方法和系统，以解决背景技术中所涉及的问题。

2、基于上述技术问题，本发明提出了一种制充氢方法和系统，包括如下两个方面。

3、第一方面，本发明提供一种制充氢方法，所述方法基于制充氢系统；所述制充氢系统包括pem电解槽，适于提供pem电解槽所需的水的储水模块，对pem电解槽的供电的电源模块，依次与所述pem电解槽出氢口相连接的气水分离器、干燥装置；在所述干燥装置出口设置有与储氢装置相连接的充氢口；

4、所述方法包括：

5、检测储水模块内水位和tds值，如无异常则驱动电解槽开始工作；

6、启动pem电解槽吹扫管路内气体，并采用排气阀控制管路压力，排气阀脉冲释放数次，排出混合气体，保持管内气体纯度；

7、保持密闭状态，持续制氢升压，至管路压力到预设压力范围之内，在预设压力范围内进行储氢装置的压力充装。

8、优选地或可选地，所述方法还包括：

9、pem电解槽以预定功率持续制氢，并通过气压传感器实时连续获取管路压力；

10、判断所述管路压力是否大于所述预设压力范围的上限值；若是，则提高散热装置的转速，并执行下一步；若否，则维持散热装置当前转速；

11、判断所述管路压力大于第一压力预设值，其中，所述第一压力预设值大于所述预设压力范围的上限值；若是，则停止制氢，并执行下一步；若否，则执行上一步；

12、判断停止制氢后压力低于预设压力范围的下限值时，启动制氢，执行上一步，直至启停制氢的间隔时间达到第二阈值时间，则认定此次充装结束。

13、充装结束，执行安全泄放操作，关闭制氢，打开电磁阀放空管路气体，恢复常压状态。

14、优选地或可选地，所述预定功率为随着充氢进程发生变化的曲线。

15、优选地或可选地，所述方法还包括：

16、通过液位传感器实时获取储水模块中剩余纯水量，并判断剩余纯水量是否低于第二阈值；若是则报警告知用户添加纯水；

17、通过tds传感器实时获取储水模块中纯水的tds值，并判断所述纯水的tds值是否大于第三阈值，若是则报警告知用户更换纯水；

18、间隔第一预定时间再此获取储水模块中纯水的tds值，并判断所述纯水的tds值是否大于第三阈值，所述第一预定时间至少允许用户完成更换纯水操作；若是则结束制氢过程。

19、优选地或可选地，所述方法还包括：

20、通过颜色传感器实时获取干燥装置内变色干燥指示剂的变化情况；

21、基于所述干燥装置内变色干燥指示剂的变化情况判断所述干燥装置的吸水性是否达到第四阈值；

22、若是，则提示用户更换干燥部件，并启用备用干燥部件。

23、优选地或可选地，所述方法还包括：

24、通过氢气传感器实时获取封闭箱体内部的氢气浓度；所述封闭箱体适于容纳pem电解槽、部分充氢模块以及pem电解槽与充氢模块之间的管路；

25、判断所述封闭箱体内部的氢气浓度是否达到第五阈值；若是，则停止制氢、并发出报警信息。

26、优选地或可选地，所述方法还包括：

27、判断储氢装置是否与pem电解槽储氢口连接完毕，若是执行下一步；

28、充氢第二预定时间后，获取储氢装置内部的压力，并判断该压力是否小于第二压力预设值，若是，则关闭pem电解槽与充氢模块之间的管路，并更换储氢装置。

29、第二方面，本发明还提供一种制充氢系统，所述系统包括：

30、pem电解槽，适于电解水制氢；

31、储水模块，与所述pem电解槽进水口相连接，适于提供pem电解槽所需的水；

32、电源模块，与所述pem电解槽的电极板电连接，对pem电解槽的供电；

33、充氢模块，包括依次与所述pem电解槽出氢口相连接的气水分离器、干燥装置、压力检测装置、放空装置、安全防护装置；在所述干燥装置出口设置有与储氢装置相连接的充氢口；

34、主控模块，与所述电源模块、储水模块、充氢模块信号连接，实现对所述电源模块、储水模块、充氢模块的控制。

35、优选地或可选地，所述储水模块内部设置有液位传感器和tds传感器；所述液位传感器、tds传感器与所述主控模块信号连接；

36、优选地或可选地，所述干燥装置内放置有变色干燥指示剂，以及用于检测所述变色干燥指示剂颜色变化的颜色传感器；且所述颜色传感器与所述主控模块信号连接；

37、优选地或可选地，所述压力检测装置和放空装置分别为设置在所述干燥装置与所述储氢装置之间的管路上的气压传感器和排气阀；且所述气压传感器、排气阀与所述主控模块信号连接；

38、优选地或可选地，所述储氢装置还设置有散热装置，适于储氢装置充装时温度环境的管控，对储氢装置瓶身进行风冷式降温或水冷降温，以及部分可实现自然冷却；所述散热装置与所述主控模块信号连接。

39、优选地或可选地，所述系统还包括显示装置、无线通信模块以及后台服务器；所述显示装置、无线通信模块、后台服务器与所述主控模块信号连接；

40、优选地或可选地，所述系统还包括报警模块；所述报警模块与所述主控模块信号连接。

41、本发明涉及一种制充氢方法和系统，相较于现有技术而言，具有如下优点：

42、1、本发明将pem电解槽、储水模块、电源模块、充氢模块和主控模块整合于单一机体中，使用上操作简单并具备安全性与高效能，能满足家用的需求，可以大大节约更换储氢器所需的时间，节约社会成本。

43、2、本发明通过在储水模块内部设置有液位传感器和tds传感器，液位传感器用于检测纯水余量，tds传感器用于检测纯水的tds值，保证储水模块内的纯水符合pem电解槽，保护pem电解槽内的核心部件。

44、3、本发明通过设置颜色传感器检测干燥装置的运行情况，及时调整干燥装置的相关参数，保证制得氢气的干燥度，达到高纯氢标准，进而保证储氢装置的充氢效果。

45、4、本发明通过气压传感器监控压力变化，排气阀控制管路压力，保证管路压力尽可能保持在预设压力范围之内，提高储氢装置的充氢安全性和充氢效率。

46、5、本发明通过在储氢装置的外部设置散热装置，实现对储氢装置的风冷式降温，保证储氢装置在充氢过程中的温度稳定，提高储氢装置的充氢效率。

47、6、本发明通过显示装置实现本地界面操作可视化，数据展示和命令下发，本地语音提示；无线通信模块实现远端监控展示，方便用户管理自行操作。

48、7、本发明通过设置报警模块，及时告知用户的制充氢系统的运行情况，提高整个制充氢系统的安全性。

49、8、本发明通过设置氢气检测储氢器，检测制充氢系统是否发生氢气泄露，及时停机，保证整个制充氢系统的安全性。