CN106410947A - 一种市电补给燃料电池备用电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于备用电源装置技术领域，具体涉及一种市电补给燃料电池备用电源装置，可用于通信基站、雷达站等需要不间断供电的重要场所，亦可用于以风电、光伏等间隙性能源为的主清洁能源系统储能。本装置包括电解充气模块(1)、燃料电池发电系统模块(2)、测控及电力管理模块(3)、氢气存储模块(4)和氧气存储模块(5)；按照本发明技术方案形成的一种市电补给燃料电池备用电源装置，仅需补给电解用水，使用维护方便，解决了传统采用更换工业氢气瓶补给的氢、空燃料电池备用电源装置运营使用成本高的问题。

Description

一种市电补给燃料电池备用电源装置
技术领域
本发明属于备用电源装置技术领域，具体涉及一种市电补给燃料电池备用电源装置，可用于通信基站、雷达站等需要不间断供电的重要场所，亦可用于以风电、光伏等间隙性能源为的主清洁能源系统储能。
背景技术
通信基站、雷达站等重要场所需要不间断供电，一般用市电供电，为保证基站正常工作，需要给基站配备备用电源系统如铅酸蓄电池组和移动油机，在断电时，备用电源系统为基站中的负载供电，保证设备的正常运行。但铅酸蓄电池缺点是体积大、笨重、维护更换周期短、运行维护成本高、造成一次和二次环境污染、持续供电时间有限且有不确定性、对环境温度要求苛刻。当铅酸蓄电池因放电时间较长(约2年)需更换或出现故障时，移动油机成为现实可用的备用电源，但移动油机后勤保障复杂，需有人值守，有噪声污染及废气污染。
鉴于铅酸蓄电池和移动油机的种种缺点，加之能源危机和人们环保意识的提高，寻求新的备用电源的呼声越来越高，氢燃料电池是最理想的替代者之一。与现有铅酸蓄电池相比，燃料电池备用电源主要优点包括：1.清洁无污染、连续供电时间长，只要保证氢气的供应就可持续供电，在发生大的自然灾害时可以保持长时间的通信畅通；2.按设定稳定电压输出电能，而不像铅酸电池在剩余电量达到最低值前，放电电压衰减很快且难以预测；3.重量轻，不需特殊的承重处理，占地面积小，安置位置灵活，既可安置在室外也可安置在室内；4.使用寿命长、累计使用时间1500h，开关次数超过600次、储存寿命10年。
但是，传统采用工业氢气瓶的燃料电池备用电源存在如下问题：1.需要在氢气耗完时进行人工更换氢气瓶工作，耗费大量的人力增加了运营成本，另外，山区等交通不便的地方也给气瓶更换带来了困难；氢、空燃料电池易受大气污染物和沙尘等条件影响，性能和寿命衰减较快。
因此，亟需研制一种使用便利、性能好、寿命长的燃料电池备用电源技术方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种市电补给燃料电池备用电源装置，从而可用于通信基站、雷达站等需要不间断供电的重要场所，弥补其使用维护便利性、性能和寿命方面的不足。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种市电补给燃料电池备用电源装置，包括电解充气模块、燃料电池发电系统模块、测控及电力管理模块、氢气存储模块和氧气存储模块；
其中：测控及电力管理模块包含控制器、蓄电池和DC/DC电力变换管理装置，通过测控及电力管理模块实现系统自动运行控制和电力管理；
氢气存储模块和氧气存储模块存储的气体比例为2：1，其功能为在市电供给正常时储存市电电解水产生的氢气、氧气，以备市电断电时向燃料电池发电系统供电；氢气存储模块和氧气存储模块存储气体的容量根据不同的持续供电时间目标进行比例放大或缩小；
电解充气模块的作用是，当氢气存储模块和氧气存储模块中的气体耗完时，利用电解水补充氢气存储模块中的氢气和氧气存储模块中的氧气；
燃料电池发电系统模块采用静态风冷氢氧燃料电池，燃料电池生成的水进行不回收而是跟随冷却空气直接排走。
进一步的，如上所述的一种市电补给燃料电池备用电源装置，所述电解充气模块中的电解水来源为以下两种来源中的一种：市政自来水、配套净水装置的雨水收集系统。
进一步的，如上所述的一种市电补给燃料电池备用电源装置，所述电解充气模块中设置风冷散热器控制电解供水温度。
本发明技术方案的有益效果在于：按照本发明技术方案形成的一种市电补给燃料电池备用电源装置，仅需补给电解用水，使用维护方便，解决了传统采用更换工业氢气瓶补给的氢、空燃料电池备用电源装置运营使用成本高的问题。采用氢氧燃料电池提高了相同活性面积条件下单片电池性能，避免了大气污染造成电池性能和寿命的衰减，还有助于降低燃料电池堆成本。
与传统方式比较，本发明的特点如下：
1)当氢、氧气体耗完，利用电解水补充存储氢氧气实现备用电源装置“充电”，可节约普通燃料电池备用电源需定期更换气瓶的人力成本；所述燃料电池发电系统模块采用气体无需循环的静态风冷氢氧燃料电池系统简单可靠，亦可避免环境空气污染造成燃料电池性能和寿命的衰减。
2)燃料电池发电系统模块采用燃料电池堆为氢氧风冷方案，可减小体积降低成本。
3)所述燃料电池备用电源中的电解充气模块可实现全自动无人值守，仅需利用自来水或收集雨水配套净水装置定期给电解充气模块补水，有利于降低备用电源装置运行使用成本。
附图说明
图1为本发明一种市电补给燃料电池备用电源装置结构示意图。
图中：1为电解充气模块；2为燃料电池发电系统模块；3为测控及电力管 理模块；4为氢气存储模块；5为氧气存储模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明一种市电补给燃料电池备用电源装置，包括电解充气模块1、燃料电池发电系统模块2、测控及电力管理模块3、氢气存储模块4和氧气存储模块5；
其中：测控及电力管理模块3包含控制器、蓄电池和DC/DC电力变换管理装置，通过测控及电力管理模块3实现系统自动运行控制和电力管理；
氢气存储模块4和氧气存储模块5存储的气体比例为2：1，其功能为在市电供给正常时储存市电电解水产生的氢气、氧气，以备市电断电时向燃料电池发电系统供电；氢气存储模块4和氧气存储模块5存储气体的容量根据不同的持续供电时间目标进行比例放大或缩小；
电解充气模块1的作用是，当氢气存储模块4和氧气存储模块5中的气体耗完时，利用电解水补充氢气存储模块4中的氢气和氧气存储模块5中的氧气；在本实施例中，电解充气模块1中的电解水来源为以下两种来源中的一种：市政自来水、配套净水装置的雨水收集系统；并在电解充气模块1中设置风冷散热器控制电解供水温度。
燃料电池发电系统模块2采用静态风冷氢氧燃料电池，燃料电池生成的水进行不回收而是跟随冷却空气直接排走。
本发明技术方案的工作模式类似于蓄电池：1.市电正常或恢复时采用市电保证氢气存储模块4和氧气存储模块5充满状态；2.一旦检测到市电掉电，采用蓄电池启动备用电源氢、氧供应系统，燃料和氧气均正常供应后接通电池负载开关，为通信基站供电；3.氢气存储模块4和氧气存储模块5的参数设计为满足 基站10～50h的连续供电。4.备用电源系统仅需要在电源发出缺水信号后，补充少量纯净水即可，亦可配备雨水收集净化装置进行自动补水。

Claims (3)

1.一种市电补给燃料电池备用电源装置，其特征在于：包括电解充气模块(1)、燃料电池发电系统模块(2)、测控及电力管理模块(3)、氢气存储模块(4)和氧气存储模块(5)；
其中：测控及电力管理模块(3)包含控制器、蓄电池和DC/DC电力变换管理装置，通过测控及电力管理模块(3)实现系统自动运行控制和电力管理；
氢气存储模块(4)和氧气存储模块(5)存储的气体比例为2：1，其功能为在市电供给正常时储存市电电解水产生的氢气、氧气，以备市电断电时向燃料电池发电系统供电；氢气存储模块(4)和氧气存储模块(5)存储气体的容量根据不同的持续供电时间目标进行比例放大或缩小；
电解充气模块(1)的作用是，当氢气存储模块(4)和氧气存储模块(5)中的气体耗完时，利用电解水补充氢气存储模块(4)中的氢气和氧气存储模块(5)中的氧气；
燃料电池发电系统模块(2)采用静态风冷氢氧燃料电池，燃料电池生成的水跟随冷却空气直接排走。
2.如权利要求1所述的一种市电补给燃料电池备用电源装置，其特征在于：所述电解充气模块(1)中的电解水来源为以下两种来源中的一种：市政自来水、配套净水装置的雨水收集系统。
3.如权利要求1所述的一种市电补给燃料电池备用电源装置，其特征在于：所述电解充气模块(1)中设置风冷散热器控制电解供水温度。
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