CN106848347A - 一种供电系统及电力供应的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种供电系统及电力供应的控制方法,所述供电系统包括氢气制备装置,其利用液态甲醇制备氢气；氢氧燃料电池，其与所述氢气制备装置相连用于接收氢气并产生第一电力；以及电力控制装置，其与所述氢氧燃料电池相连用于将所述第一电力转换为第二电力后提供至电力线上，并同时根据所述电力线上的电压控制所述氢氧燃料电池的产电操作。本发明的供电系统低成本并能够高效制备氢气以使燃料电池能够源源不断提供电力线上所需的补充电力电压。

Description

一种供电系统及电力供应的控制方法

技术领域

本发明涉及电力领域，特别涉及一种供电系统及电力供应的控制方法。

背景技术

1、氢气在工业上的使用频率很高。现有技术中对于氢气的工业制备方法有多种：

①电解法将水电解得到氢气和氧气。氯碱工业电解食盐溶液制取氯气、烧碱，同时也生成副产物氢气。电解法能得到纯氢，但耗电量很高,每生产氢气1m³，耗电量达21.6～25.2MJ。

②烃类裂解法此法得到的裂解气含大量氢气，氢气的含量视原料性质及裂解条件的不同而异。裂解气深冷分离得到纯度90％的氢气，可作为工业用氢，如作为石油化工中催化加氢的原料。

③烃类蒸汽转化法烃类在高温和催化剂存在下，可与水蒸气作用制成含氢的合成气。为了从合成气中得到纯氢，可采用分子筛通过变压吸附除去其他气体；也可采用膜分离得到纯氢；用金属钯吸附氢气，可分离出氢气体积达金属的1000倍。

④炼厂气石油炼厂生产过程中产生的各种含氢气体，如催化裂化、催化重整、石油焦化等过程产生的含氢气体，以及焦炉煤气(含氢45％～60％)经过深冷分离，可得到纯度较高的工业氢气。

但是上述方法均需要较大的场地空间，设备的体积也较为庞大，应用并不是太方便。而且耗费成本较大，对于一些小型企业不受用。

2、燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极。其和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在电池内部的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质(燃料和氧化剂)是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。通常该类电池通过电堆进行放电反应而产生电流，当关闭电池时，也就是将电堆关闭时，由于其内部还残留有氢气和液态水，为了避免其继续反应产生电能，现有技术中通常通过向电堆内通入氮气以将氢气及液态水排出，但是该方法局限性较大，实施较为困难。且现有技术中氢氧燃料电池在氢气、氧气(空气)的引入无较为严密的监控过程，因此导致电堆内放电反应的进行效果欠佳。

3、目前，由于电力线上负载的变化或者用电情况的变化，电力线上的电压通常会发生变化，而为了提供电力线上的稳定电压，目前所采取的方式是通过蓄电电池等电力模块来提供补充的电力电压，但是由于蓄电电池经常的充电放电，造成其容易损坏，使用寿命会受到影响。因此，通常需要定期的更换，不仅带来了成本上的负担，还具有操作复杂等特点。

发明内容

本发明所要解决的问题是，提供一种低成本并能够高效制备氢气以使燃料电池能够源源不断提供电力线上所需的补充电力电压的供电系统及其控制方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种供电系统,包括:

氢气制备装置,其利用液态甲醇制备氢气；

氢氧燃料电池，其与所述氢气制备装置相连用于接收氢气并产生第一电力；以及

电力控制装置，其与所述氢氧燃料电池相连用于将所述第一电力转换为第二电力后提供至电力线上，并同时根据所述电力线上的电压控制所述氢氧燃料电池的产电操作。

作为优选，所述氢气制备装置包括：

基壳；

蒸发器，设于所述基壳内用于将引入所述基壳内的甲醇由液态转换为气态；

催化床，设于所述基壳内并与所述蒸发器相连通，用于使气态甲醇发生催化反应生成重整气；

提纯器，设于所述基壳内并与所述催化床相连通，用于从所述重整气中提纯出氢气；以及

燃烧组件，设于所述基壳内，所述燃烧组件用于使引入基壳内的冷空气进行升温以为所述催化床及蒸发器供热从而保证甲醇的催化反应充分。

作为优选，所述燃烧组件包括堇青石燃烧器及燃烧棒；所述燃烧棒位于所述堇青石燃烧器的上方，液态甲醇自所述燃烧棒的出液口进入所述堇青石燃烧器内进行燃烧。

作为优选，所述燃烧棒包括：

加热体，其呈杆状；

外壳体，其为一端封闭的管体并套于所述加热体外；及

连接部，其设于所述加热体上并与所述外壳体的敞口端相连；

其中，所述外壳体通过与所述连接部可拆卸式连接固定在所述加热体外，并同所述连接部配合形成封闭的储液腔，所述连接部上设有与所述储液腔相连通的进液口，沿所述外壳体的长度方向布置多个与所述储液腔连通的通孔，所述通孔形成所述出液口。

作为优选，所述氢气制备装置还包括：

风扇，设于所述基壳的进风口处以用于向基壳内引入冷空气；以及

气体热交换器，所述气体热交换器具有至少两个换热通道，至少一个所述换热通道与所述提纯器相连通以用于接收由所述提纯器分离出的高温废气，至少一个所述换热通道与所述进风口相连通以用于接收冷空气；

所述冷空气进入所述基壳内后依次经过所述气体热交换器、催化床、燃烧组件、蒸发器、提纯器、气体热交换器后排出所述基壳。

作为优选，所述气体热交换器包括多个叠摞设置的换热单体，每个所述换热单体均包括相对设置的第一换热板、第二换热板和设置于所述第一换热板和第二换热板之间的隔热层，相邻的两个所述换热单体的所述第一换热板与所述第二换热板相贴合设置，且相邻的两个所述换热单体的所述第一换热板和第二换热板间设有隔热层；所述第一换热板上间隔设有多排或多列第一换热孔，所述第二换热板上位于同一排或同一列中两个相邻的所述第一换热孔间均设有第二换热孔，所述隔热层上开设有用于连通所述第一换热孔和第二换热孔的导气孔，同一换热单体上相邻的所述第一换热孔和第二换热孔均形成换热部，多个所述换热单体中相邻的所述换热部均相连通以形成多条贯穿所述热交换器且呈迂回状的换热通道。

作为优选，所述提纯器包多个叠摞设置的提纯器单体和用于压紧固定多个所述提纯器单体的压紧装置，所述提纯器单体包括依次叠摞设置的第一流道板、第一网板、钯铜膜、第二网板和第二流道板；所述第一流道板及第二流道板彼此朝向的一侧均内凹以分别形成第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽内均设有多个导流板，以使所述第一凹槽内形成迂回的用于引入重整气并排出由所述钯铜膜分离出的废气的第一流道，所述第二凹槽内形成迂回的用于导出由所述钯铜膜分离出的氢气的第二流道；

多个所述第一流道板的同一端设有均与所述第一凹槽相连通以分别形成重整气进口和废气出口的第一气孔和第二气孔；所述第二流道板远离所述重整气进口的一端设有与所述第二凹槽连通以用于形成氢气出口的第三气孔；所述第一流道板对应所述第三气孔处、第二流道板对应所述第一气孔和第二气孔处以及钯铜膜、第一网板和第二网板对应所述第一气孔、第二气孔和第三气孔处均开设有导气孔以在各板对应贴合时能够形成用于容置气体的腔室；

所述第一凹槽朝向所述第一气孔的一端设有第四气孔和第五气孔，所述第一流道板背离所述滤膜组件的一侧设有两组导气槽；其中一组导气槽位于所述第四气孔和第一气孔间并与所述第四气孔和第一气孔相连通，以使所述重整气能够依次通过所述第一气孔、导气槽和第四气孔进入所述第一流道；另一组导气槽位于所述第五气孔和第二气孔间并与其连通，以使所述废气能够依次通过所述第五气孔、导气槽和第二气孔流出所述第一流道，所述第一凹槽内位于所述第四气孔和第五气孔间还设有用于防止二者间产生对流的条形挡板；

所述第二凹槽对应所述第二流道用于和所述第三气孔连通的一端处设有第六气孔，所述第二流道板背离所述滤膜组件的一侧设有两端分别与所述第三气孔和第六气孔相连通的导气槽，以使所述提纯气能够依次通过所述第六气孔、导气槽和第三气孔流出所述第二流道；

所述压紧装置包括相对设置的两块压板及多根压紧螺栓，两块所述压板的外缘均伸出所述提纯器单体，多根所述压紧螺栓沿所述压板的外缘设置一圈，所述压板上对应所述第一气孔、第二气孔和第三气孔处均设有导气管。

作为优选，所述氢气制备装置还包括控制部和设于所述基壳内的尾气散热器、单向阀以及用于在所述氢气制备装置启动时对其进行预热的待机加热器，由所述提纯器分离出的废气经过所述尾气散热器及单向阀流入所述燃烧组件中进行燃烧以用于提高所述基壳内的温度；

所述控制机构包括：

阀块，其包括用于对氢气制备装置进行泄压的系统泄压阀、用于调控燃烧组件运行状态的运行电磁阀、用于控制催化床温度的升温泄压阀、用于排除容放液态甲醇的甲醇罐内的气泡的排气泡电磁阀、用于控制氢气输出的氢气输出电磁阀以及用于对制备出的氢气进行泄压的氢气泄压阀；以及

第一控制器，其用于控制各所述阀门以调节所述甲醇的流向，所述控制器同时控制所述待机加热器、设于所述甲醇罐上的甲醇泵、风扇及燃烧组件的运行。

作为优选，所述氢氧燃料电池包括：电堆、分别与所述氢气制备装置和所述电堆的氢气入口相连通的氢气管道、与所述电堆的空气入口连通的空气管道和用于向电堆提供冷却水的冷却系统，还包括：

泄压管道，其包括主管道和第一支管道，所述主管道的一端与第一支管道的一端通过第一电磁阀连通，所述主管道的另一端与所述氢气入口连通，所述第一支管道的另一端与所述空气管道连通；

其中，当所述电堆关闭时，所述第一电磁阀切换至所述第一支管道的一端与主管道的一端导通的状态，使空气同时自所述氢气入口和空气入口进入电堆，以使所述电堆内的残余氢气及反应生成的液态水从所述电堆的废料出口排出。

作为优选，所述氢气管道上设有第二电磁阀和用于调控所述氢气管道内的氢气压力及对氢气进行除杂的保护组件，所述保护组件包括沿所述氢气的流动方向依次设置的用于感测氢气管道中氢气的压力的第一压力传感器、用于调节氢气的压力的压力调节部、用于感测经所述压力调节部调节后的氢气的压力的第二压力传感器以及用于分离出氢气中的水的第一水气分离器，其中，自所述第一水气分离器分离出的水通过排污管道排出；所述第二电磁阀位于所述第一压力传感器与压力调节部之间；

所述空气管道上沿空气的流动方向依次设有：空气过滤器、空气流量计、空气泵以及湿热交换器，所述湿热交换器与所述电堆的空气入口、高温废气出口间均通过连接管道连通，所述湿热交换器上还连接有所述排污管道；所述第一支管道的另一端与连接所述空气入口的连接管道相连。

作为优选，所述泄压管道还包括第二支管道，所述主管道上设有循环泵，所述第二支管道的一端通过所述第一电磁阀与所述主管道的一端连通，所述第二支管道的另一端与所述电堆的废料出口连通；所述第二支管道上设有用于分离自所述废料出口流出的氢气和液态水的第二水气分离器，所述第一水气分离器和第二水气分离器均通过排水管道与所述排污管道连通；

其中，当电堆运行时，所述第一电磁阀切换至所述第二支管道的一端和主管道的一端导通的状态，经所述第二水气分离器分离出的氢气经所述循环泵进入电堆，分离出的液态水通过排水管道进入排污管道中，所述主管道经过所述第一水气分离器与所述氢气入口相连通，以使经所述第二水气分离器分离出的氢气经过所述第一水气分离器的二次过滤后进入所述电堆。

作为优选，所述冷却系统包括：

第一水循环管道，其两端分别与所述电堆的低温水入口和高温水出口相连通，所述第一水循环管道上装设有换热器、第一温度传感器、去离子器、第一水泵、压力开关、溢流阀以及用于向所述第一循环管道中补水的补水箱；以及

第二水循环管道，其与换热器相连通，用于为所述换热器提供冷媒，所述第二循环管道上设有注水口、排水口、第二温度传感器、散热器和第二水泵。

作为优选，所述氢氧燃料电池还包括用于控制所述电堆、第一电磁阀、第二电磁阀、空气泵、循环泵、第一水泵和第二水泵运行的第二控制器。

作为优选，所述电力控制装置包括：

电力转换部，其连接在所述电力线上并与所述电堆的电力出口相连，所述电力转换部配置为将所述第一电力转换为所述第二电力，并将所述第二电力提供至所述电力线；

电力监测部，其用于监测所述电力线上的实时电压值，并基于该电压值控制所述燃料电池进行产电操作。

作为优选，所述电力转换部包括：

多个第一DC/DC模块，各所述第一DC/DC模块分别对应设置在多个电力路径中，以对所述第一电力的电流进行分流，各所述第一DC/DC模块将分流后的所述第一电力转换为第二电力，且各所述第一DC/DC模块均包括至少一个第一开关部件，所述第一开关部件根据对应的第一驱动信号而接通或关断，以控制将所述第一电力转换为所述第二电力；

第一控制模块，其配置为根据所述电力线的实时电压值和所述第一电力的电压值之间的比值或者根据所述第一电力的电流值实时调节所述第一驱动信号的第一占空比，控制所述第一DC/DC模块按照所述第一占空比将所述第一电力转换为第二电力，同时实时监测各所述电力路径的输入电流和输出电流，并调节各所述电力路径的输入电流，以使各电力路径的输出电流相等。

作为优选，所述电力控制装置还包括备用电力部，其连接在所述电力线上，所述主控制部配置为根据所述电力线上所需的标准电压以及所述第二电力的电压，控制所述备用电力部输出一补偿电压，且在所述第二电力的电压值与所述电力线上所需的标准电压相同时，利用第二电力对所述备用电力部进行充电操作；

其中，所述备用电力部包括：

蓄电装置，其用于存储备用电力，可选用超级电容或二次电池；

充供电单元，其包括第二DC/DC模块和第二控制模块，所述第二DC/DC模块将所述备用电力转换为第三电力以提供所述补偿电压，且所述第二DC/DC模块包括至少一个第二开关部件，所述第二开关部件根据对应的第二驱动信号而接通或关断，以控制将所述备用电力转换为所述第三电力；

所述第二控制模块配置为根据所述电力线的实时电压值和所述备用电力的电压值之间的比值调节所述第二驱动信号的第二占空比，并控制所述第二DC/DC模块按照所述第二占空比将所述备用电力转换为第三电力。

作为优选，所述供电系统还包括分别与所述氢气制备装置及氢氧燃料电池相连的氢气缓冲罐，所述氢氧燃料电池通过所述氢气缓冲罐用于缓存所述氢气制备装置制备的氢气，所述氢气缓冲罐上设有用于监测其内部氢气压力的第三压力传感器，所述第三压力传感器分别与所述第一控制器和第二控制器电连接以向所述第一控制器和第二控制器反馈氢气压力值；

所述第一控制器配置为根据所述氢气压力值控制液态甲醇的供给量；

所述第二控制器同时与所述第一控制模块电连接，所述第二控制器配置为根据所述氢气压力值控制所述第一控制模块，使其调节所述第二电力的输出量。

本发明同时提供一种电力供应的控制方法，其应用在如上所述的供电系统中，且所述方法包括以下步骤：

S1：监测电力线上的实时电压；

S2：当电力线上的电压低于标准电压时，控制氢氧燃料电池进行产电操作；

S3：将所述氢氧燃料电池所生成的第一电力转换为第二电力供应至所述电力线上，以提升所述电力线上的电压。

作为优选，步骤S2进一步配置为：当电力上的电压低于标准电压时，由备用电力部为所述电力线提供电力，并控制氢氧燃料电池进行产电操作；并且，

步骤S3进一步配置为：将所述氢氧燃料电池所生成的第一电力转换为第二电力供应至所述电力线上，并由所述备用电力部为所述电力线提供所述标准电压和第二电力的电压之间的补偿电压。

作为优选，在所述步骤S3进一步包括：

S31：接收一第一驱动信号；

S32：根据所述第一驱动信号的第一占空比控制对应的开关部件的接通或或关断，以根据所述第一占空比控制将所述第一电力转化为第二电力。

本发明的供电系统及其控制方法的有益效果在于：

1、本发明中的氢气制备装置的制备成本低廉，氢气出产效率较高，且有效利用了风能及在制备氢气时发生的化学反应的反应热和产生的废气来为蒸发器及催化床供热，大大降低了能源损耗。

2、燃料电池能够在关机时，利用空气快速对电堆内的电压进行排除，实施方便，且节省了使用成本。

3、电力控制装置通过获取氢氧燃料电池的第一电力来提供电力线上所需的补充电力电压，其具有使用寿命长，且不易损坏的特点，同时还能降低成本，且无污染的特点，另外，本发明中的电力控制装置还通过一实时的占空比来调节燃料电池所产生的电力，以快速有效的为电力线提供所需的电力。

4、氢气缓冲罐与第三压力传感器的设置可提高氢气制备装置、氢氧燃料电池以及第一DC/DC模块间的配合度，使能够根据实际需要合理利用液态甲醇，避免浪费，保证供电系统能量守恒的稳定性。

附图说明

图1为本发明的供电系统的结构示意图。

图2为本发明中的氢气制备装置的工作原理图。

图3为本发明中的氢气制备装置中的燃烧棒的结构示意图。

图4为本发明中的氢气制备装置中的燃烧棒的结构剖视图。

图5为本发明中的氢气制备装置中的加热体的结构示意图。

图6为本发明中的氢气制备装置中的连接部的结构示意图。

图7为本发明中的氢气制备装置中的气体热交换器的结构示意图。

图8为本发明中的氢气制备装置中的换热单体的结构示意图。

图9为本发明中的氢气制备装置中的换热单体的分解结构图。

图10为本发明中的氢气制备装置中的提纯器的结构示意图。

图11为本发明中的氢气制备装置中的提纯单体的分解结构图。

图12为本发明中的氢气制备装置中的第一流道板一侧的结构示意图。

图13为本发明中的氢气制备装置中的第一流道板另一侧的结构示意图。

图14为图13中A点的放大图。

图15为本发明中的氢气制备装置中的第二流道板的结构示意图。

图16为本发明中的氢气制备装置中的压板的剖视图。

图17为本发明中的氢氧燃料电池的系统结构图(其中实线代表水，虚线代表氢气，点画线代表空气)。

图18为本发明实施例的一种电力控制装置的原理框图；

图19为本发明实施例中的升压型DC/DC模块的电路结构图；

图20为本发明另一实施例中的升压型DC/DC模块的电路结构图；

图21为本发明实施例中的升降压型电路结构图；

图22为本发明另一实施例中的升降压型DC/DC模块的电路结构图；

图23为本发明实施例中的具有多个路径的DC/DC模块的原理结构图；

图24为本发明实施例中的备用电力部的电路结构图；

图25为本发明实施例中的供电系统的部分结构示意图。

图26为本发明实施例中的提供电力的控制方法的流程图；

图27为通过本发明实施例中的电力控制装置调整后的实际运行的电压电流曲线图。

附图标记：

100-氢氧燃料电池；200-电力转换部；300-主控制部；400-电力线；500-备用电力部；600-氢气制备装置；1-基壳；2-蒸发器；3-催化床；4-提纯器；5-燃烧棒；6-堇青石燃烧器；7-加热体；8-外壳体；9-连接部；10-进液口；11-出液口；12-进液管；13-储液腔；14-第一换热板；15-第二换热板；16-隔热层；17-第一换热孔；18-第二换热孔；19-通孔；20-第一气孔；21-第二气孔；22-第三气孔；23-第一流道板；24-第二流道板；25-第一流道；26-第二流道；27-滤膜板；28-第一网板；29-第二网板；30-导流板；31-条形挡板；32-第四气孔；33-第五气孔；34-导气槽；35-压板；36-压紧螺栓；37-凸台；38-导气管；39-第六气孔；40-风扇；41-待机加热器；42-甲醇泵；43-甲醇罐；44-尾气散热器；45-单向阀；46-系统泄压阀；47-运行电磁阀；48-升温电磁阀；49-排气泡电磁阀；50-氢气输出电磁阀；51-气体热交换器；52-氢气泄压阀；53-氢气出口；54-导气孔；55-氢气管道；56-第一压力开关；57-空气管道；58-第一电磁阀；59-减压阀；60-第一压力传感器；61-第二压力传感器；62-第一水气分离器；63-第二水气分离器；64-电堆；65-第二电磁阀；66-阀门；67-排污管道；68-循环泵；69-湿热交换器；70-空气泵；71-空气流量计；72-空气过滤器；73-第一温度传感器；74-补水箱；75-去离子器；76-第一水泵；77-第二压力开关；78-换热器；79-注水口；80-排水口；81-散热器；82-第二水泵；83-第二温度传感器；84-溢流阀；85-主管道；86-第一支管道；87-第二支管道；88-排水管道；89-DC/DC模块；90-第一控制模块；91-蓄电模块；92-充供电单元；93-第一控制器；94-氢气缓冲罐；95-第三压力传感器；96-第二控制器；97-GUI模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供一种供电系统,其包括:

氢气制备装置,其利用液态甲醇制备氢气；

氢氧燃料电池，其与氢气制备装置相连用于接收氢气并产生第一电力；以及

电力转换装置，其与燃料电池相连用于接收第一电力并将其转换为第二电力后提供至电力线上,以为电力线上的负载提供正常的工作电压。

如图2所示，氢气制备装置包括：

基壳1，其设有进风口和出风口；

蒸发器2，其设于基壳1内用于将甲醇由液态转换为气态；

催化床3，其设于基壳1内并与蒸发器2相连，用于使气态甲醇发生催化反应生成含有氢气的重整气；也就是液态的甲醇通过蒸发器2转换状态后进入催化床3中发生催化反应生成氢气及废气(如C0、CO₂和水蒸气的混合气)，氢气与废气混合形成重整气；

提纯器4，其设于基壳1内并与催化床3相连，用于自重整气中提纯出氢气；

燃烧组件，其设于基壳1内，该燃烧组件用于使引入基壳1内的冷空气进行升温，以为催化床3及蒸发器2供热进而保证甲醇的催化反应充分。也就是使液态的甲醇能够全部转化为气态的甲醇，同时保证气态的甲醇能够充分反应生成氢气。

进一步地，本实施中液态甲醇存放在设有甲醇泵的甲醇罐中，基壳1为一箱体，进风口与出风口均位于箱体的底部。继续结合图1和2所示，燃烧组件具体包括：

堇青石燃烧器6及燃烧棒5；本实施例中的堇青石燃烧器6为堇青石蜂窝陶瓷，本实施例中将燃烧棒5置于堇青石燃烧器6的上方，液态甲醇(或气态甲醇)自燃烧棒5的多个出液口11进入堇青石燃烧器6的各蜂窝内进行充分燃烧。

具体地，如图3至图6所示，燃烧棒5包括：

加热体7，其呈杆状；

外壳体8，其为一端封闭的管体，并套于加热体7外；及

连接部9，其设于加热体7上并与外壳体8的敞口端相连。

其中，外壳体8通过与连接部9的可拆卸式连接而固定在加热体7外，并同连接部9配合形成封闭的储液腔13。本实施例中的连接部9呈管状，并螺设在外壳体8的一端，连接部9上设有与储液腔13相连通的进液口10，进液口10上还设有用于引入甲醇的进液管12，出液口11设在外壳体8上，本实施例中的燃烧棒5具有多个出液口11，该多个出液口11沿管体的长度方向设置。

进一步地，继续结合图2所示，氢气制备装置还包括至少一个风扇40和气体热交换器，风扇40用于向基壳1内输送冷空气，本实施例中的风扇40设有四个，并均设置在基壳1的进风口处；气体热交换器具有至少两个换热通道，其至少一个换热通道与提纯器4相连以用于接收自提纯器4分离出的高温废气，至少一个换热通道与进风口相连以用于接收冷空气。

如图2中的箭头所示方向，冷空气被风扇40引入基壳1内后依次经过气体热交换器、催化床3、燃烧组件、蒸发器2、提纯器4、气体热交换器51后排出基壳1。即，冷空气先经气体热交换器51将制备氢气而产生的高温废气进行降温，同时获得热量，提高自身温度，接着流向催化床3。由于催化反应为吸热反应，因此催化床3的温度需被提高，升温后的冷空气流向催化床3时将热量提供给催化床3后随着在催化床3处产生的废气一同流向燃烧组件，损失热量的冷空气以及废气经燃烧组件的燃烧后温度被大幅提高，接着其流向蒸发器2，将热量传递给蒸发器2，以满足液态甲醇转换为气态甲醇时的温度需要。而由于此时该冷空气与废气的温度仍较高，直接排放至大气中会对空气及设施等造成损害，同时为了节约能源，最大化利用所产生的热能，该冷空气与废气继续流入气体热交换器51中，将其热量再传递给新引入的冷空气，形成循环。

具体地，如图7所示，气体热交换器51包括：

多个换热单体，各换热单体均具有至少两个允许不同温度的气体通过并使各气体进行热交换的换热部，多个换热单体叠摞设置以使多个换热单体中相对应的换热部形成一条或多条贯穿热交换器的换热通道。

其中，每个换热单体中用于供同一温度的气体通过的换热部均为多个，多个换热部形成多排或多列，位于同一行或同一列的换热部间相连通，以使位于同一排或同一列的换热通道相连通。也就是气体换热器可同时独立的通过多种气体，对多种气体进行换热，各气体在气体热交换器中不接触，保证了各气体的纯度。以下本实施例中以具有两排换热通道的气体热交换器为例进行说明。本实施例中的气体热交换器的其中一排换热通道用于引入高温的废气，另一排换热通道用于引入冷空气，这样，高温的废气便可将其自身热能传递给冷空气，来降低自身温度，进而自基壳1上的废气出口流出。而冷空气接收热能后温度升高，当其流向催化床3时便可提升催化床3的温度，保证甲醇的催化反应顺利进行并能够反应完全。

结合图8和图9所示，每个换热单体均包括相对设置的第一换热板14、第二换热板15和设置于第一换热板14和第二换热板15之间的隔热层16，相邻的两个换热单体的第一换热板14与第二换热板15相贴合设置，且相邻的两个换热单体的第一换热板14和第二换热板15间亦设有隔热层16。第一换热板14上设有两排条形的第一换热孔17，位于同一排的第一换热孔17间隔设置，第二换热板15上对应同一排的两个相邻的第一换热孔17间均设有同样为条形的第二换热孔18，也就是第二换热板15上形成有两排第二换热孔18。隔热层16上开设有用于连通相邻近的第一换热孔17和第二换热孔18的通孔19，该通孔19的设置数量及形状不唯一，只要能够使气体通过即可。隔热层16可由任意隔热材料制成，例如隔热棉、陶瓷纤维等。而为了保证良好的传热效果，本实施例中的第一换热板14和第二换热板15优选由铝板制成。另外，本实施例中叠摞设置的多个第一换热板14、第二换热板15和隔热层16由螺栓固定连接，以方便拆装热交换器，同时能够根据实际需要增减换热单体的数量，使用更为灵活。进一步地，同一换热单体上相邻的第一换热孔17和第二换热孔18形成换热部。例如本实施例中，同一换热单体上的第一换热孔17沿第一换热板14平均排成两排，多个第二换热孔18沿第二换热板15同样平均排成两排，其中位置对应的一排第一换热孔17和第二换热孔18间，相邻的每对第一换热孔17和第二换热孔18均形成一个换热部。

如图10所示，提纯器4包括多个叠摞设置的提纯器单体和用于将多个提纯器单体压紧固定的压紧装置。

如图1和图15所示，提纯器单体包括用于引入重整气的第一流道板23、用于将引入的重整气分离为废气和提纯气的滤膜组件以及用于将提纯气导出的第二流道板24。第一流道板23及第二流道板24朝向滤膜组件的一侧均内凹以分别形成第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽内均设有多个用于使第一流道25和第二流道26呈迂回状的导流板30，以增加重整气与滤膜组件间的接触面积，使提纯效果更佳。滤膜组件包括钯铜膜和用于从钯铜膜两侧夹固钯铜膜并允许气体穿过的第一网板28和第二网板29。该第一网板28和第二网板29的设置能够为钯铜膜增加强度，使钯铜膜不易变形、碎裂，即便是由于外因导致其炸裂时，由于滤膜板27一直受到第一网板28和第二网板29的压制限位，因此其不会产生较大的裂缝或是四分五裂呈碎片，而是基本保持原状，因此可继续进行提纯工作。

进一步地，如图12、图13、图14和图15所示，第一流道板23的同一端设有均与第一凹槽相连通以分别形成重整气进口和废气出口的第一气孔20和第二气孔21，第二流道板24远离重整气进口的一端设有与第二凹槽连通以用于形成提纯气出口的第三气孔22，第一流道板23对应第三气孔22处、第二流道板24对应第一气孔20和第二气孔21处以及滤膜、第一网板28和第二网板29对应所述第一气孔20、第二气孔21和第三气孔22处均开设有导气孔54以在各板体对应贴合时能够与压紧装置配合形成用于容置气体的腔室。也就是形成用于汇流气体的腔室，以方便与外部装置(如催化床3、氢气收集装置等)相连，同时为气体流入或流出对应的流道提供缓冲时间。

第一凹槽朝向第一气孔20的一端设有第四气孔32和第五气孔33，第一流道板23背离滤膜组件的一侧设有两组导气槽34；其中一组导气槽34位于第四气孔32和第一气孔20间并与第四气孔32和第一气孔20相连通，以使重整气能够依次通过第一气孔20、导气槽34和第四气孔32进入第一流道25；另一组导气槽34位于第五气孔33和第二气孔21间并与其连通，以使废气能够依次通过第五气孔33、导气槽34和第二气孔21流出第一流道25。由于第四气孔32与第五气孔33并列设置，当重整气自第四气孔32流入第一流道25后很容易从第五气孔33流出，使得重整气还未得到充分的提纯便流出了第一流道25，使得提纯效率不高。为避免该种情况的发生，第一凹槽内位于第四气孔32和第五气孔33间还设有用于防止二者间产生对流的条形挡板31。第二凹槽对应第二流道26用于和第三气孔22连通的一端处设有第六气孔39，第二流道板24背离滤膜组件的一侧设有两端分别与第三气孔22和第六气孔39相连通的导气槽34，以使提纯气能够依次通过第六气孔39、导气槽34和第三气孔22流出第二流道26。

继续结合图10所示，压紧装置包括相对设置的两块压板35及多根压紧螺栓36，各提纯器单体设有第一气孔20和第二气孔21的一端位于同一侧，设有第三气孔22的一端位于同一侧，多个第一气孔20、第二气孔21及第三气孔22均对应重合，两块压板35的外缘均伸出提纯器单体，多根压紧螺栓36沿压板35的外缘设置一圈。如图15所示，压板35上对应第一气孔20、第二气孔21和第三气孔22处均设有导气管38，以便于与催化床3及用于收集氢气的装置相连。另外，优选地，为了使压板35能够更好的压紧各提纯器单体，本实施例中两块压板35相对的一侧均形成有凸台37。

具体实施时，将催化床3与连通第一气孔20(重整气进口)的导气管38相连，将废气收集装置与连通第二气孔21(废气出口)的导气管38相连，将气体输送设备与连通第三气孔22(提纯气出口)的导气管38相连以用于将收集到的氢气直接投入使用。装置启动后，重整气进入提纯器4内，重整气进入第一流道25内后与钯铜膜接触并产生化学反应形成氢离子，氢离子透过钯铜膜到第二流道26内后自动结合生成氢气分子，随着氢气分子的增多逐渐形成氢气流，并沿着第二流道26流出提纯器4。

进一步地，氢气制备装置还包括控制部和设于基壳1内用于在装置启动时对其进行预热的待机加热器41。本实施例中该待机加热器41的最高温度为80℃，当然也可根据实际需要调节该温度。控制部具体包括：

阀块，其包括用于对氢气制备装置进行泄压的系统泄压阀46、用于调控燃烧组件运行状态的运行电磁阀47、用于控制催化床温度的升温电磁阀48、用于对甲醇罐43内的气泡进行排除的排气泡电磁阀49、用于控制氢气输出的氢气输出电磁阀50以及用于对制备出的氢气进行泄压的氢气泄压阀52；以及

第一控制器93，其用于控制上述各阀门以调节甲醇的流向，同时控制待机加热器41、甲醇泵42、风扇40及燃烧组件的运行。

优选地，为了控制废气流向并避免废气温度过高，使在排放时对环境造成污染和危害，本发明的氢气制备装置于基壳1内还设有尾气散热器44和单向阀45，自提纯器4流出的部分废气经过尾气散热器44及单向阀45流出，由于本实施例中的废气需要循环利用，因此其流出单向阀45后进入燃烧棒5中进行燃烧以用于提高基壳1内部的温度。

具体实施时，例如，氢气制备装置启动时，第一控制器93打开排气泡电磁阀49以排除甲醇罐43内的气泡后关闭，并启动待机加热器41使系统升温至80℃后将其关闭，接着打开运行电磁阀47及甲醇泵42，使甲醇罐43内的液态甲醇流向燃烧组件，液态的甲醇通过燃烧棒5喷淋在堇青石燃烧器6上进行燃烧，从而产生热量。与此同时开启风扇40，使风扇40向基壳1内鼓风，吹入基壳1内的空气同样在堇青石燃烧器6上燃烧以产生更多热量，并在基壳1内流动以加热催化床3和提纯器4，待基壳1内的温度升至氢气制备装置的额定温度时(本实施例中当催化床3的温度为200℃，燃烧组件的温度为500℃，提纯器4的温度为300℃时为氢气制备装置的额定温度)关闭运行电磁阀47，打开升温电磁阀48，此时液态的甲醇源源不断的向蒸发器2涌入并转化为气态的甲醇，接着依次流向催化床3、燃烧组件等。即，此时氢气制备装置开始正常工作，产出氢气，氢气经氢气输出电磁阀50流出氢气出口53进入氢氧燃料电池中。

当需要关闭氢气制备装置时，第一控制器93控制关闭升温电磁阀48，并间歇式打开系统泄压阀46为催化床3、燃烧组件、蒸发器2、提纯器4进行泄压，同时间歇式打开氢气泄压阀52，将制备出的氢气进行泄压，当氢气的压力与上述各部件的内部压力均接近表压0时，氢气制备装置进入待机及关闭状态。

如图17所示,氢氧燃料电池100包括：

电堆64，其具有多个接口，多个接口分别为氢气入口、低温水入口、高温水出口、空气入口、高温废气出口、第一电力出口以及用于排出电堆64内废气及废液的排污口，例如对电堆64泄压时，电堆64内残留的氢气以及反应生成的液态水经废料出口排出；

氢气管道55，其一端与氢气制备装置的氢气出口53相连,另一端与电堆64的氢气入口相连以用于向电堆64内送入氢气；

空气管道57，其与电堆64的空气入口相连，其上设有湿热交换器69，空气被送入湿热交换器69进行加湿升温后进入电堆64参与反应并形成高温废气(即高温的富氮空气，也称空气尾气)，高温废气自电堆64的高温废气出口流出电堆64后再次流入湿热交换器69，以用于将自身热量及水分传递至新引入的空气中，之后排出；

冷却系统，其用于向电堆64提供冷却水；以及

泄压管道，其包括主管道85和第一支管道86，主管道85的一端与第一支管道86的一端通过第一电磁阀58连通，主管道85的另一端与电堆64的氢气入口连通，第一支管道86的另一端与空气管道57连通。

当电堆64关闭时，第一电磁阀584切换至第一支管道8632的一端与主管道85的一端导通的状态，使空气同时自氢气入口和空气入口进入电堆64，用于推动电堆64内的残余氢气及反应生成的液态水从电堆64的废料出口排出，完成对电堆64的泄压工作。该泄压操作简单、快捷，且无需另通入氮气，只需通入空气就可彻底排出电堆64内的残料，节约了成本。

具体地，继续结合图17所示，氢气管道55上设有第二电磁阀65，以便于控制氢气的输送。为了使得送入电堆64内的氢气满足电堆64的使用要求，促进放电反应的进行，本实施例中在氢气管道55与电堆64间还设有用于调控氢气压力及对氢气进行除杂的保护组件。该保护组件包括沿氢气的流动方向依次设置的：

第一压力传感器60，其用于感测自氢气管道55流出的氢气的压力；

压力调节部，其用于对氢气进行压力调节；例如当氢气管道55内的氢气的压力较低时，可将压力调节部设置为氢气泵，用以增加氢气压力；而当氢气管道55内的氢气的压力较高时，可将压力调节部设置为减压阀59，用以降低氢气压力，本实施例中的压力调节部为减压阀59；

第二压力传感器61，其用于感测经压力调节部调节压力后的氢气的压力；若压力过高或过低，即只要不符合电堆64反应所需氢气的压力，便产生警报，以避免不符合要求的氢气进入电堆64；以及

第一水气分离器62，其用于分离出即将进入电堆64内的氢气中含有的水，分离出的水经排污管道67排出，以避免电堆64内积累过多的液态水。其中，第二电磁阀65设于第一压力传感器60与压力调节部之间。

继续结合图17，湿热交换器69与电堆64的空气入口和高温废气出口间均通过排水管道88连通，并同时与排污管道67连通，排污管道67上设有第一压力开关56。第一支管道86的另一端与连通空气入口的连接管道连通。主管道85上设有循环泵68，泄压管道还包括第二支管道87，该第二支管道87的一端通过第一电磁阀58与主管道85的一端连通，另一端与电堆64的废料出口连通。第二支管道87上设有第二水气分离器63，以用于分离自电堆64的废料出口流出的氢气和液态水，第一水气分离器62和第二水气分离器63分别通过排水管道88与排污管道67连通。即，氢气中的液态水和反应生成的液态水均自排水管道88排至排污管道67中进而排出。本实施例中的两条排水管道88上均设有阀门66，具体应用时可将两个阀门66间歇性开启以通过排水管道8834排出积水。

当电堆64运行时，第一电磁阀58切换至第二支管道87的一端和主管道85的一端导通的状态。由于需要定时排出电堆64内由反应生成的液态水，但液态水在排出的过程中会连带部分氢气一同排出，为避免氢气的浪费，经第二水气分离器63分离出的氢气经循环泵68再次进入电堆64参与反应，分离出的液态水通过排水管道88进入排污管道67中。优选地，本实施例中的经第二水气分离器63分离出的氢气再经过第一水气分离器62后进入电堆64，以避免氢气中还夹带液态水。当电堆64关闭时，第一电磁阀58切换至第一支管道86的一端与主管道85的一端导通的状态，以用于为电堆64泄压。

继续结合图17，空气管道57位于其入口与湿热交换器69间的部分沿空气的流动方向依次设有：空气过滤器72、空气流量计71以及空气泵70。其中，空气过滤器72是用于排除空气中的杂质，如PM10等；空气泵70用于向湿热交换器69中泵入空气，并对空气进行增压；空气流量计71是用于探测空气的流量及流速，当空气的流量及流速不符合电堆64内放电反应的需求时，可通过空气泵70实现调节空气流量及流速的效果。

进一步地，本发明的氢氧燃料电池100的冷却系统包括：

第一循环管道，其装设有换热器78，第一循环管道的两端分别与电堆64的低温水入口和高温水出口相连通，以用于接收自电堆64流出的高温的冷却水并在其降温后再次输送至电堆64中；以及

第二循环管道，其与换热器78相连通，以用于为换热器78提供冷媒，也就是用于辅助换热器78对第一循环管道内的高温冷却水进行降温。

具体地，继续结合图17，本实施例中的第一循环管道上设有：

补水箱74，其用于向第一循环管道中补水；

两个第一温度传感器73，其分别用于感测进入电堆64及自电堆64流出的冷却水的温度；该两个第一温度传感器73分别对应装设在管道邻近电堆64的高温水出口和低温水入口处；

去离子器75，其用于滤除自电堆64流出的高温水中的杂质离子；

第一水泵76，其用于将降温后的冷却水泵入电堆64中；

第二压力开关77，其用于检测第一循环管道中的冷却水的压力，例如当第一循环管道被堵住时，第二压力开关77通过检测管道中的压力的异常而发出警报，通知用户关闭氢氧燃料电池，避免发生危险；以及

溢流阀84，其用于对第一循环管道排流泄压。

第二循环管道上还设有：

注水口79，其与外部水源相连用于向第二循环管道内注水，该注水口79上设有开关阀；

排水口80，其用于排出第二循环管道中的冷却水，该排水口80上同样设有开关阀。当氢氧燃料电池正常工作时，该两个开关阀均处于关闭状态；

第二温度传感器83，其用于检测第二循环管道中的水的温度，当该管道内的水的温度过高时，上述两个开关阀均打开，以排出第二循环管道内的部分高温水，同时向管道内注入低温水，以降低管道内的水的温度，满足换热器78中的换热需要；

散热器81，其用于对第二循环管道中的水降温，使管道内的水能够循环使用，节约水源；以及

第二水泵82，其用于将降温后的水泵入换热器78中。

本实施例中，换热器78位于第一循环管道中第二压力开关77与邻近电堆64的低温水入口处的第一温度传感器73之间，同时位于第二循环管道中的第二温度传感器83与第二水泵82之间，注水口79位于换热器78与第二温度传感器83之间，排水口80位于第二水泵82与换热器78间。如图25所示，氢氧燃料电池100还包括第二控制器96，该第二控制器96用于控制电堆64、第一电磁阀58、第二电磁阀65、空气泵70、循环泵68、第一水泵76和第二水泵82的运行。

如图18所示，电力控制装置包括电力转换部200和电力监测部300。电力转换部200连接在电力线400上并同时与氢氧燃料电池100相连，以用于将由氢氧燃料电池100产出的第一电力转换为第二电力，并将该第二电力提供至电力线400上，以补充电力线400上所需的电压；电力监测部300用于实时监测电力线400上的电压值，并基于该电压值控制氢氧燃料电池100进行产电操作。例如当电力线上的电压不能达到一预定标准时，就不能为电力线400上的负载提供正常工作的电压，此时电力监测部300便可控制氢氧燃料电池100的产电操作使其提高第一电力的产出，从而为电力线400上的负载提供正常的用电电压，并使负载正常工作。

具体的，当电力监测部300监测到电力线400上的实时电压值低于一标准电压(如50V)时，会控制氢氧燃料电池100进行产电操作，该操作可以是通过控制氢氧燃料电池100进行运作，以产生电力，也就是说可以是通过控制氢氧燃料电池100的燃料的导入来从燃料的角度进行控制，即可以在氢氧燃料电池100的燃料入口处设置一切换开关，电力监测部300与该切换开关连接，并可以对切换开关的开启或关断进行控制，以控制燃料的进入。也就是说，本实施例中的氢氧燃料电池100可以在电力监测部300的控制下进行产电的操作。而对于电力线400上的电流或电压的监控可以通过在电力线400上设置电压检测装置或电流监测装置，主控制部可以接收来自该电压检测装置和电流监测装置的数据，以实时监测电力线400上的电流或电压数据。

当氢氧燃料电池100进行产电而形成第一电力时，电力转换部200则可以将该第一电力转换成第二电力以补充至电力线400上，以逐渐提高电力线400上的电压，从而达到上述标准电压。

本实施例中，电力转换部200可以包括：DC/DC模块89和第一控制模块90；其中，DC/DC模块89可以将氢氧燃料电池100提供的第一电力转换为第二电力供应至电力线400上，且本实施例中的DC/DC模块89中可以设置至少一个开关部件，该开关部件(如切换开关)可以基于对应的第一驱动信号而接通或关断，通过控制该接通或关断不仅可以逐渐的将第一电力转换为第二电力，还可以通过控制第一驱动信号的第一占空比控制电力转换的电流及电压。其中，第一控制模块90用于控制DC/DC模块89的操作，并根据电力线400的实时电压值和第一电力的电压值之间的比值或者是所述第一电力的电流值调节第一驱动信号的第一占空比，并控制DC/DC模块89按照第一占空比将第一电力转换为第二电力，本实施例中的第一占空比可以作用于切换开关上，以调节其导通和关断的比例。具体的，本实施例中的DC/DC模块89可以包括升压型DC/DC模块、降压型DC/DC模块和升降压型DC/DC模块，其可以根据氢氧燃料电池100的输出的第一电力的电压与电力线400上所需的标准电压之间的关系选择合适的DC/DC模块89。如第一电力工作时的电压最小值大于标准电压，则选择降压型DC/DC模块；如第一电力工作时电压最大值大于标准电压且最小值小于标准电压则选择升降压型DC/DC模块，如第一电力工作时的电压最大值小于标准电压，则可以选择升压型DC/DC模块。如第一控制模块90可以配置为当第一电力的电压值低于电力线上所需的标准电压时，控制DC/DC模块进行升压操作。而当第一电力的电压值高于所述电力线上所需的标准电压时，控制DC/DC模块进行降压操作。

图19为本发明实施例中的升压型DC/DC模块的电路结构图，图20为本发明另一实施例中的升压型DC/DC模块的电路结构图。图21为本发明实施例中的升降压型电路结构原理图，图22为本发明实施例中的降压型DC/DC模块的电路结构图。

其中，如图19所示，Vin可以表示第一电力，Vout可以表示输出的第二电力，其中DC/DC模块89接收来自第一控制模块90的第一驱动信号PWM，其具有第一占空比，根据该第一占空比可以控制其中的切换开关Q的导通和关断的频率，从而控制Vout的输出电流及电压。也就是说，本实施例中的第一占空比为PWM信号，用于控制切换开关Q的导通和关断的比例。如本实施例中，氢氧燃料电池100刚刚开始产生电力的初始阶段，该第一占空比可以是基于电力线400上的实时电压与氢氧燃料电池100输出的第一电力的电压值之间的比值确定，而在补充电力的后续阶段，第一占空比是根据氢氧燃料电池100的输出的第一电力的电流值来确定的，以精确的快速的调节电力转换部200的电力转换速率。另外图19中电容器C1和C2具有滤波的效果，输入第一电力为Vin，输出的第二电力为Vout，当切换开关Q由于第一占空比的控制信号而打开或关断时，实现升压的过程，即实现将第一电力升压为第二电力的过程。通过调节该关断的占空比则可以调节升压的电流及电压，以快速达到电力线上的标准电压。

如图20所示，与图19所示的实施例类似，本实施例中的DC/DC模块89中可以包括多个切换开关，以对电力变换的速率进行调整，如图20中包括切换开关Q1、Q2、Q3和Q4，其中Q1和Q2为一组，Q3和Q4为一组，其分别接收来自第一控制模块90的第一驱动信号，而实现根据相应的占空比调节关断和导通的比例，从而调节电力变换的电流及电压。其中，本实施例中也可以只包括Q1和Q3两个切换开关，通过控制Q1和Q3的导通和关断，来实现第一电力到第二电力的升压过程，如在Q1关断时Q3导通，Q1导通时Q3关断来实现该升压过程。另外，在图20中所示的结构中，可以通过Q1和Q2导通而Q3和Q4关断，或者Q1和Q2关断而Q3和Q4导通来实现升压过程。图20中的电容器C2用于平缓输出的电力的电压，电容器C1用于平缓输入端即氢氧燃料电池100提供的第一电力的电压，电感器L1用于储能。其中，氢氧燃料电池100输出的第一电流通过C1的滤波作用到达DC/DC模块89，以进行电力的转换。

如图21所示，为本发明实施例中的升降压型DC/DC模块的电路结构图,其中，通过分别向切换开关Q1、Q2、Q3、Q4发送控制其打开和关断的时刻和和比例的第一驱动信号，实现第一电力的升压或降压处理。其中，通过使得Q2保持关断、Q1保持导通，而分别交替改变Q3和Q4的接通和关断，即可以实现升压过程。而通过使Q3保持关断、Q4保持导通，而通过改变Q1和Q2的接通和关断状态，而实现降压过程。同时，上述过程可以调节各切换开关的驱动信号的占空比来调节升压的电流及电压或降压的电流及电压。

如图22所示，为本发明实施例中的降压型DC/DC模块的电路结构图。其中，通过分别向切换开关Q1、Q2发送控制其打开和关断的比例的第一驱动信号，实现第一电力的降压处理。其中，通过分别交替改变Q1和Q2的接通和关断，即可以实现降压过程。同时，上述过程可以调节切换开关的驱动信号的占空比来调节输出的电流及电压。

如图23所示，为本发明实施例中具有多个路径的DC/DC模块的原理结构图，其中，可以包括多个DC/DC模块89和多个电力路径，如图23中分别为四个路径，但是本实施例的电力路径的数量和DC/DC模块89的数量也可以是其他的任意值，其中，通过该多个路径可以对所述第一电力的电流进行分流；并且，各路径中都设置于如图19至图23中任意一种类型的DC/DC模块的电路结构，以进行电力的转换。而且在各个电力路径的输入端和输出端都可以布设有电流传感器和电压传感器，以检测各路径下的输入电压、输入电流和输出电压以及输出电流。第一控制模块90可以接收来自各电流传感器、电压传感器所感测到的电流和电压值，并调节各所述电力路径下的输入电流和输入电压，以使各电力路径下的输出电流基本相等，起到均流的作用，同样还可以保证各路径上的占空比的控制信号大体相同。

另外，如图18所示，在本发明的一优选实施例中，电力控制装置还可以包括备用电力部500。该备用电力部可以连接在电力线400上，且主控制部300可以根据电力线上所需的标准电压以及所述第二电力提供的电压，控制备用电力部500输出一补偿电压。该补偿的大小可以是负载所需电力与第二电力之间的差值。

另外，如上所描述的，当氢氧燃料电池100进行产电而形成第一电力时，氢氧燃料电池100会由于燃料(如氢气和空气)的供应速度等因素的影响而造成其提供的第一电力的速度不同，如在初始阶段，供应速度较低，然后逐渐升高以趋近于稳定。也就是说，通过氢氧燃料电池供电的初始速度并不能立即达到电力线400上所需的电力，而备用电力部500恰恰可以快速的补充该部分电力，这样可以保证电力线400上的供电电压。

另外，如图24所示为，本实施例中的备用电力部的电路结构图，其中备用电力部500可以包括：蓄电装置91和充供电单元92或只有蓄电装置91，其中，蓄电装置91用于存储备用电力Vsc，可以为超低级电容或二次电池，当蓄电装置91配置为超级电容时，充供电单元92用于将蓄电装置91中的备用电力Vsc提供至电力线400上或将电力线上电力转换为储备电力储存于蓄电装置91；当蓄电装置91配置为二次电池时，不包含供电单元92，而直接连接于电力线400，并由第一控制模块90监测并控制其充放电电流大小。在一优选实施例中，充供电单元92可以进一步配置为包括第二DC/DC模块和第二控制模块，其中，第二DC/DC模块可以将备用电力转换为第三电力，且第二DC/DC模块包括至少一个第二开关部件，第二开关部件根据一第二驱动信号而接通或关断，以控制备用电力转换为第三电力的电流及电压；第二控制模块则可以根据电力线的实时电压值和备用电力的电压值之间的比值调节第二驱动信号的第二占空比，并控制第二DC/DC模块按照第二占空比将备用电力转换为第三电力。

如图24所示，包括电感L1,两个切换开关Q1和Q2，两个二极管D1和D2。其组成两种工作模式，其中L1、Q1与D2组成升压模式DCDC，用于将蓄电模块中的电力转换为第三电力；L1、Q2与D1组成降压模式DCDC，用于将电力线上的电力转换为蓄电模块中的电力，完成对蓄电模块的充电。升压和降压两种工作模式互斥，及工作于升压模式时不能工作在降压模式，工作在降压模式时不能工作在升压模式。通过第二控制模块调节该切换Q1或Q2的第二驱动信号的第二占空比，可以调节备用电力的升压电流及电压或降压的电流及电压，本实施例中的切换开关Q1和Q2也可组成同步工作模式，也即Q1和Q2交替导通和关断，此时可提高相应工作模式时系统的转换效率。

同样的，该第二占空比可以是基于电力线400上的实时电压值与备用电力的电压值之间的比值的值。本实施例中的充供电单元92是如图24所示的电路结构图，其中，主要可以依据具体应用和场景决定具体工作模式。如图24中，可以通过控制切换开关Q1和Q2的输入端的占空比控制信号即可实现备用电力到第三电力的转换，同时还可以控制转换速度，同时还可以实现升压和降压的过程。

另外，本实施例中的蓄电模块91可以包括风力电力模块、太阳能电力、二次电池模块或者超级电容模块，具体使用时可根据使用优先级限制各模块的输出电压。当采用超级电容模块时可避免二次电池反复充电造成的容量及寿命的减少问题，提高系统的可靠性。也就是说本实施例中的蓄电模块91也可以通过风力发电、水力发电或太阳能发电等产生电力，并将电力存储在其中。这种配置，可以有效的利用自然能源，减少环境污染。

在本实施例中，主控制部300可以实时监测电力线上的电压，并可以和第一控制模块以及充供电单元进行通信连接，可以接收第一电力的电压、电流值，第二电力的电流、电压值，以及备用电力和第三电力的电流、电压值等。而且当第二电力的电压值与电力线上所需的标准电压相同时，则可以利用第二电力对备用电力部500进行充电操作。则进一步的保证了备用电力部500的备用电力的存储，以起到有效的备用效果。

优选地，如图25所示，本发明的供电系统还包括分别与氢气制备装置600及氢氧燃料电池100相连的氢气缓冲罐94，氢氧燃料电池100从氢气缓冲罐94获取氢气制备装置600制备的氢气，也就是氢气制备装置600制备出氢气后存储于氢气缓冲罐94中，氢氧燃料电池100从氢气缓冲罐94获取氢气。氢气缓冲罐94上设有用于监测其内部氢气压力的第三压力传感器95，该第三压力传感器95分别与第一控制器93和第二控制器96电连接以向第一控制器93和第二控制器96反馈氢气压力值。其中，第一控制器93配置为根据氢气压力值控制液态甲醇的供给量。第二控制器96同时与第一控制模块90电连接，第二控制器96配置为根据氢气压力值控制第一控制模块90，使其调节第二电力的输出量。具体使用时，当电力线400上的电压能够稳定满足其上的负载的正常工作时，氢氧燃料电池100不启动，氢气制备装置600空载待机工作，以向氢气缓冲罐94内输入氢气并保持氢气缓冲罐94内部的氢气处于充满状态。当电力线400上的电压降低，需供电系统提供补充电压时，如上描述地，氢氧燃料电池消耗电力线400上的电力完成启动并进行产电操作。在为电力线400提供电力的过程中，若第二电力的输出较快，会导致氢气缓冲罐94内的氢气消耗较快，氢气压力值骤减，当第一控制器93和第二控制器96监测到由第三压力传感器95反馈的氢气压力值低于预设值时，第一控制器93调节甲醇泵的泵速，加大液态甲醇的输出量以制备出更多氢气，同时第二控制器96向第一控制模块90发送信号，使第一控制模块调节DC/DC模块89降低第二电力的输出量，也就是减小氢氧燃料电池100对氢气的消耗量，从而辅助提升氢气缓冲罐94内的氢气量，保证供电系统整体能量的平衡。

另外，为了方便操控人员实时监测供电系统的工作状态，本实施例中的供电系统还包括一用于显示供电系统的各状态数据的GUI模块97。

另外，如图26所示，为本发明实施例中的电力供应的控制方法的原理流程图，其中可以包括以下步骤：

S1：主控部监测电力线上的实时电压。

S2：当电力线上的电压低于标准电压时，主控制部300控制氢氧燃料电池100进行产电操作；步骤S2中，当主控制部300检测到电力线上电压低于一标准阈值时，即控制氢氧燃料电池100进行产电，该操作可以是通过控制氢氧燃料电池100进行运作，以产生电力，也就是说可以是通过控制氢氧燃料电池100的燃料的导入来从燃料的角度进行控制，即可以在氢氧燃料电池100的燃料入口处设置一切换开关，电力监测部300与该切换开关连接，并可以对切换开关的开启或关断进行控制，以控制燃料的进入。也就是说，本实施例中的氢氧燃料电池100可以在电力监测部300的控制下进行产电的操作。

S3：电力转换部200将氢氧燃料电池100所生成的第一电力转换为第二电力供应至电力线上，以提升电力线上的电压。此过程既可以实现升压也可以实现降压，具体可以根据氢氧燃料电池100产生的第一电力和电力线上的实时电压来确定。

其中，步骤S2中可以进一步包括：

S20：接收第二驱动信号；

S21：根据第二驱动信号的第二占空比控制对应的开关部件的接通或或关断，以根据第二占空比控制将备用电力转化为第三电力的电流及电压。

如，充供电单元的第二DC/DC模块可以接收第二驱动信号，以根据该第二驱动信号的第二占空比来调节其内的开关部件的接通和关断频率，从而根据第一占空比控制将第一电力转化为第二电力的速率，从而适应性的将备用电力调整为第三电力。

通过上述配置，即可以实现通过氢氧燃料电池100向电力线上提供补充电力电压的过程，而且由于氢氧燃料电池100的无污染特点，还能起到环保的效果。

在另一实施例中，在所述步骤S3可以进一步包括：

S31：第一电力转换部接收一第一驱动信号；

S32：第一电力转换部根据第一驱动信号的第一占空比控制对应的开关部件的接通或关断，以根据第一占空比控制将第一电力转化为第二电力。

如，电力转换部的DC/DC模块可以接收一第一驱动信号，以根据该第一驱动信号的占空比来调节其内的开关部件的接通和关断比例，从而根据第一占空比控制将所述第一电力转化为第二电力的电流及电压。

优选的，步骤S2中可以进一步配置成：当电力上的电压低于标准电压时，由备用电力部500为电力线提供电力，并控制氢氧燃料电池100进行产电操作；并且，步骤S3可以进一步配置为：将所述氢氧燃料电池100所生成的第一电力转换为第二电力供应至电力线上，并由备用电力部500为电力线提供标准电压和第二电力的电压之间的补偿电压，以保证电力线上的电压达到标准电压。同时，当第二电力的电压值与电力线上所需的标准电压相同时，还可以利用第二电力对蓄电装置进行充电操作。则进一步的保证了备用电力部500的备用电力的存储，以起到有效的备用效果。

本实施例中，在电力线上的系统负载减小或增大时，会使得电力线上的电压发生变化，此时可以重复执行上述操作，从而起到稳定系统电压，保持系统整体运行的平稳。

通过上述电力供应的控制方法，本实施例中，不仅能够通过氢氧燃料电池100对电力线上的电压进行补偿，还能够通过备用电力的辅助，在氢氧燃料电池100初始提供电力阶段，有效的及时补偿电力，具有更加安全有效，保证电力正常供应。

另外，如图27所示，为通过本发明实施例中的供电系统调整后的实际运行的电压电流曲线图，其中展示了本发明的实施效果。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.一种供电系统,其特征在于,包括:

氢气制备装置,其利用液态甲醇制备氢气；

氢氧燃料电池，其与所述氢气制备装置相连用于接收氢气并产生第一电力；以及

电力控制装置，其与所述氢氧燃料电池相连用于将所述第一电力转换为第二电力后提供至电力线上，并同时根据所述电力线上的电压控制所述氢氧燃料电池的产电操作。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述氢气制备装置包括：

基壳；

蒸发器，设于所述基壳内用于将引入所述基壳内的甲醇由液态转换为气态；

催化床，设于所述基壳内并与所述蒸发器相连通，用于使气态甲醇发生催化反应生成重整气；

提纯器，设于所述基壳内并与所述催化床相连通，用于从所述重整气中提纯出氢气；以及

燃烧组件，设于所述基壳内，所述燃烧组件用于使引入基壳内的冷空气进行升温以为所述催化床及蒸发器供热从而保证甲醇的催化反应充分。

3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述燃烧组件包括堇青石燃烧器及燃烧棒；所述燃烧棒位于所述堇青石燃烧器的上方，液态甲醇自所述燃烧棒的出液口进入所述堇青石燃烧器内进行燃烧。

4.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述燃烧棒包括：

加热体，其呈杆状；

外壳体，其为一端封闭的管体并套于所述加热体外；及

连接部，其设于所述加热体上并与所述外壳体的敞口端相连；

其中，所述外壳体通过与所述连接部可拆卸式连接固定在所述加热体外，并同所述连接部配合形成封闭的储液腔，所述连接部上设有与所述储液腔相连通的进液口，沿所述外壳体的长度方向布置多个与所述储液腔连通的通孔，所述通孔形成所述出液口。

5.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述氢气制备装置还包括：

风扇，设于所述基壳的进风口处以用于向基壳内引入冷空气；以及

气体热交换器，所述气体热交换器具有至少两个换热通道，至少一个所述换热通道与所述提纯器相连通以用于接收由所述提纯器分离出的高温废气，至少一个所述换热通道与所述进风口相连通以用于接收冷空气；

所述冷空气进入所述基壳内后依次经过所述气体热交换器、催化床、燃烧组件、蒸发器、提纯器、气体热交换器后排出所述基壳。

6.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述气体热交换器包括多个叠摞设置的换热单体，每个所述换热单体均包括相对设置的第一换热板、第二换热板和设置于所述第一换热板和第二换热板之间的隔热层，相邻的两个所述换热单体的所述第一换热板与所述第二换热板相贴合设置，且相邻的两个所述换热单体的所述第一换热板和第二换热板间设有隔热层；所述第一换热板上间隔设有多排或多列第一换热孔，所述第二换热板上位于同一排或同一列中两个相邻的所述第一换热孔间均设有第二换热孔，所述隔热层上开设有用于连通所述第一换热孔和第二换热孔的导气孔，同一换热单体上相邻的所述第一换热孔和第二换热孔均形成换热部，多个所述换热单体中相邻的所述换热部均相连通以形成多条贯穿所述热交换器且呈迂回状的换热通道。

7.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述提纯器包多个叠摞设置的提纯器单体和用于压紧固定多个所述提纯器单体的压紧装置，所述提纯器单体包括依次叠摞设置的第一流道板、第一网板、钯铜膜、第二网板和第二流道板；所述第一流道板及第二流道板彼此朝向的一侧均内凹以分别形成第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽内均设有多个导流板，以使所述第一凹槽内形成迂回的用于引入重整气并排出由所述钯铜膜分离出的废气的第一流道，所述第二凹槽内形成迂回的用于导出由所述钯铜膜分离出的氢气的第二流道；

多个所述第一流道板的同一端设有均与所述第一凹槽相连通以分别形成重整气进口和废气出口的第一气孔和第二气孔；所述第二流道板远离所述重整气进口的一端设有与所述第二凹槽连通以用于形成氢气出口的第三气孔；所述第一流道板对应所述第三气孔处、第二流道板对应所述第一气孔和第二气孔处以及钯铜膜、第一网板和第二网板对应所述第一气孔、第二气孔和第三气孔处均开设有导气孔以在各板对应贴合时能够形成用于容置气体的腔室；

所述第一凹槽朝向所述第一气孔的一端设有第四气孔和第五气孔，所述第一流道板背离所述滤膜组件的一侧设有两组导气槽；其中一组导气槽位于所述第四气孔和第一气孔间并与所述第四气孔和第一气孔相连通，以使所述重整气能够依次通过所述第一气孔、导气槽和第四气孔进入所述第一流道；另一组导气槽位于所述第五气孔和第二气孔间并与其连通，以使所述废气能够依次通过所述第五气孔、导气槽和第二气孔流出所述第一流道，所述第一凹槽内位于所述第四气孔和第五气孔间还设有用于防止二者间产生对流的条形挡板；

所述第二凹槽对应所述第二流道用于和所述第三气孔连通的一端处设有第六气孔，所述第二流道板背离所述滤膜组件的一侧设有两端分别与所述第三气孔和第六气孔相连通的导气槽，以使所述提纯气能够依次通过所述第六气孔、导气槽和第三气孔流出所述第二流道；

所述压紧装置包括相对设置的两块压板及多根压紧螺栓，两块所述压板的外缘均伸出所述提纯器单体，多根所述压紧螺栓沿所述压板的外缘设置一圈，所述压板上对应所述第一气孔、第二气孔和第三气孔处均设有导气管。

8.根据权利要求3所述的供电系统，其特征在于，所述氢气制备装置还包括控制机构和设于所述基壳内的尾气散热器、单向阀以及用于在所述氢气制备装置启动时对其进行预热的待机加热器，由所述提纯器分离出的废气经过所述尾气散热器及单向阀流入所述燃烧组件中进行燃烧以用于提高所述基壳内的温度；

所述控制机构包括：

阀块，其包括用于对氢气制备装置进行泄压的系统泄压阀、用于调控燃烧组件运行状态的运行电磁阀、用于控制催化床温度的升温泄压阀、用于排除容放液态甲醇的甲醇罐内的气泡的排气泡电磁阀、用于控制氢气输出的氢气输出电磁阀以及用于对制备出的氢气进行泄压的氢气泄压阀；以及

第一控制器，其用于控制各所述阀门以调节所述甲醇的流向，所述控制器同时控制所述待机加热器、设于所述甲醇罐上的甲醇泵、风扇及燃烧组件的运行。

9.根据权利要求8所述的供电系统，其特征在于，所述氢氧燃料电池包括：电堆、分别与所述氢气制备装置和所述电堆的氢气入口相连通的氢气管道、与所述电堆的空气入口连通的空气管道和用于向电堆提供冷却水的冷却系统，还包括：

泄压管道，其包括主管道和第一支管道，所述主管道的一端与第一支管道的一端通过第一电磁阀连通，所述主管道的另一端与所述氢气入口连通，所述第一支管道的另一端与所述空气管道连通；

其中，当所述电堆关闭时，所述第一电磁阀切换至所述第一支管道的一端与主管道的一端导通的状态，使空气同时自所述氢气入口和空气入口进入电堆，以使所述电堆内的残余氢气及反应生成的液态水从所述电堆的废料出口排出。

10.根据权利要求9所述的供电系统，其特征在于，所述氢气管道上设有第二电磁阀和用于调控所述氢气管道内的氢气压力及对氢气进行除杂的保护组件，所述保护组件包括沿所述氢气的流动方向依次设置的用于感测氢气管道中氢气的压力的第一压力传感器、用于调节氢气的压力的压力调节部、用于感测经所述压力调节部调节后的氢气的压力的第二压力传感器以及用于分离出氢气中的水的第一水气分离器，其中，自所述第一水气分离器分离出的水通过排污管道排出；所述第二电磁阀位于所述第一压力传感器与压力调节部之间；

所述空气管道上沿空气的流动方向依次设有：空气过滤器、空气流量计、空气泵以及湿热交换器，所述湿热交换器与所述电堆的空气入口、高温废气出口间均通过连接管道连通，所述湿热交换器上还连接有所述排污管道；所述第一支管道的另一端与连接所述空气入口的连接管道相连。

11.根据权利要求10所述的供电系统，其特征在于，所述泄压管道还包括第二支管道，所述主管道上设有循环泵，所述第二支管道的一端通过所述第一电磁阀与所述主管道的一端连通，所述第二支管道的另一端与所述电堆的废料出口连通；所述第二支管道上设有用于分离自所述废料出口流出的氢气和液态水的第二水气分离器，所述第一水气分离器和第二水气分离器均通过排水管道与所述排污管道连通；

其中，当电堆运行时，所述第一电磁阀切换至所述第二支管道的一端和主管道的一端导通的状态，经所述第二水气分离器分离出的氢气经所述循环泵进入电堆，分离出的液态水通过排水管道进入排污管道中，所述主管道经过所述第一水气分离器与所述氢气入口相连通，以使经所述第二水气分离器分离出的氢气经过所述第一水气分离器的二次过滤后进入所述电堆。

12.根据权利要求9所述的供电系统，其特征在于，所述冷却系统包括：

第一水循环管道，其两端分别与所述电堆的低温水入口和高温水出口相连通，所述第一水循环管道上装设有换热器、第一温度传感器、去离子器、第一水泵、压力开关、溢流阀以及用于向所述第一循环管道中补水的补水箱；以及

第二水循环管道，其与换热器相连通，用于为所述换热器提供冷媒，所述第二循环管道上设有注水口、排水口、第二温度传感器、散热器和第二水泵。

13.根据权利要求12所述的供电系统，其特征在于，所述氢氧燃料电池还包括用于控制所述电堆、第一电磁阀、第二电磁阀、空气泵、循环泵、第一水泵和第二水泵运行的第二控制器。

14.根据权利要求13所述的供电系统，其特征在于，所述电力控制装置包括：

电力转换部，其连接在所述电力线上并与所述电堆的电力出口相连，所述电力转换部配置为将所述第一电力转换为所述第二电力，并将所述第二电力提供至所述电力线上；

电力监测部，其用于监测所述电力线上的实时电压值，并基于该电压值控制所述燃料电池进行产电操作。

15.根据权利要求14所述的供电系统，其特征在于，所述电力转换部包括：

多个第一DC/DC模块，各所述第一DC/DC模块分别对应设置在多个电力路径中，以对所述第一电力的电流进行分流，各所述第一DC/DC模块将分流后的所述第一电力转换为第二电力，且各所述第一DC/DC模块均包括至少一个第一开关部件，所述第一开关部件根据对应的第一驱动信号而接通或关断，以控制将所述第一电力转换为所述第二电力；

第一控制模块，其配置为根据所述电力线的实时电压值和所述第一电力的电压值之间的比值或者根据所述第一电力的电流值实时调节所述第一驱动信号的第一占空比，控制所述第一DC/DC模块按照所述第一占空比将所述第一电力转换为第二电力，同时实时监测各所述电力路径的输入电流和输出电流，并调节各所述电力路径的输入电流，以使各电力路径的输出电流相等。

16.根据权利要求14所述的供电系统，其特征在于，所述电力控制装置还包括备用电力部，其连接在所述电力线上，所述主控制部配置为根据所述电力线上所需的标准电压以及所述第二电力的电压，控制所述备用电力部输出一补偿电压，且在所述第二电力的电压值与所述电力线上所需的标准电压相同时，利用第二电力对所述备用电力部进行充电操作；

其中，所述备用电力部包括：

蓄电装置，其用于存储备用电力，可选用超级电容或二次电池；

充供电单元，其包括第二DC/DC模块和第二控制模块，所述第二DC/DC模块将所述备用电力转换为第三电力以提供所述补偿电压，且所述第二DC/DC模块包括至少一个第二开关部件，所述第二开关部件根据对应的第二驱动信号而接通或关断，以控制将所述备用电力转换为所述第三电力；

所述第二控制模块配置为根据所述电力线的实时电压值和所述备用电力的电压值之间的比值调节所述第二驱动信号的第二占空比，并控制所述第二DC/DC模块按照所述第二占空比将所述备用电力转换为第三电力。

17.根据权利要求16所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括分别与所述氢气制备装置及氢氧燃料电池相连的氢气缓冲罐，所述氢氧燃料电池通过所述氢气缓冲罐用于缓存所述氢气制备装置制备的氢气，所述氢气缓冲罐上设有用于监测其内部氢气压力的第三压力传感器，所述第三压力传感器分别与所述第一控制器和第二控制器电连接以向所述第一控制器和第二控制器反馈氢气压力值；

所述第一控制器配置为根据所述氢气压力值控制液态甲醇的供给量；

所述第二控制器同时与所述第一控制模块电连接，所述第二控制器配置为根据所述氢气压力值控制所述第一控制模块，使其调节所述第二电力的输出量。

18.一种电力供应的控制方法，其应用在如上所述的权利要求1以及权利要求14-16中任意一项所述的供电系统中，且所述方法包括以下步骤：

S1：监测电力线上的实时电压；

S2：当电力线上的电压低于标准电压时，控制氢氧燃料电池进行产电操作；

S3：将所述氢氧燃料电池所生成的第一电力转换为第二电力供应至所述电力线上，以提升所述电力线上的电压。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤S2进一步配置为：当电力上的电压低于标准电压时，由备用电力部为所述电力线提供电力，并控制氢氧燃料电池进行产电操作；并且，

步骤S3进一步配置为：将所述氢氧燃料电池所生成的第一电力转换为第二电力供应至所述电力线上，并由所述备用电力部为所述电力线提供所述标准电压和第二电力的电压之间的补偿电压。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3进一步包括：

S31：接收一第一驱动信号；

S32：根据所述第一驱动信号的第一占空比控制对应的开关部件的接通或或关断，以根据所述第一占空比控制将所述第一电力转化为第二电力。