CN109713345B - 集散耦合式应急电源系统及集散耦合式应急电源站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集散耦合式应急电源系统及集散耦合式应急电源站，集散耦合式应急电源系统包括甲醇溶液储罐、具有多个电池卡槽的电池槽架、多个燃料电池装置、电流处理及输出装置；甲醇溶液储罐与燃料电池装置连接，为燃料电池装置提供甲醇溶液；燃料电池装置可拆卸安装在电池卡槽内；电流处理及输出装置与燃料电池装置连接，对燃料电池装置输出的直流进行逆变处理并输出。本发明使用甲醇溶液作为燃料，燃料电池装置作为发电模块；通过多个燃料电池装置组合起来实现集中发电，可作为社区供电、应急救灾的发电站；可以实现无污染、无噪音、低排放、高效率发电，且容量具有可模块化、高冗余度、设置灵活，适用于贴近用户或者有静默发电需求的场所。

Description

集散耦合式应急电源系统及集散耦合式应急电源站

技术领域

本发明涉及发电设备技术领域，尤其涉及一种集散耦合式应急电源系统及集散耦合式应急电源站。

背景技术

现有的一些发电设备，如发电机运行需要充足氧气，燃油产生的烟气严重污染空气。在建筑中设置发电机，需要考虑进风、排风、排烟通道和除烟设备，在环保意识较强地区还要求排烟出口必须在建筑群下风向的最高处，这给建筑设计增加了一定的难度。

此外，发电机运行时产生的噪声和振动污染环境，发电机房周围房间使用受到限制。发电机组启动时间较长，不能满足部分设备的电源转换时间的需要等。

蓄电池作为应急电源，由于其电能容量受限制、充电时间长、不能长时间使用等缺点依然限制其大规模应用。而燃料电池单堆功率较小，单独使用尚且不能达到作为应急电源使用的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种高效率发电、设置灵活的集散耦合式应急电源系统及集散耦合式应急电源站。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种集散耦合式应急电源系统，包括甲醇溶液储罐、具有多个电池卡槽的电池槽架、多个燃料电池装置、电流处理及输出装置；

所述甲醇溶液储罐与所述燃料电池装置连接，为所述燃料电池装置提供甲醇溶液；所述燃料电池装置可拆卸安装在所述电池卡槽内；所述电流处理及输出装置与所述燃料电池装置连接，对所述燃料电池装置输出的直流进行逆变处理并输出。

优选地，多个所述燃料电池装置并联连接所述电流处理及输出装置。

优选地，每一所述电池卡槽上均设有用于所述燃料电池装置插接的电池接口，所述电池接口通过直流母线连接所述电流处理及输出装置。

优选地，所述燃料电池装置上设有甲醇溶液接口以及用于排出电池阴极水的排水口；所述甲醇溶液接口通过输送管线连接所述甲醇溶液储罐。

优选地，所述燃料电池装置和甲醇溶液储罐之间设置有加注控制组件；

所述加注控制组件包括连接在输送管线和甲醇溶液接口之间的液位供应阀门、连接在燃料电池装置和供应阀门之间的液位控制器；所述供应阀门根据所述液位控制器检测到的所述燃料电池装置内的甲醇溶液量进行启闭、开度调节。

优选地，所述集散耦合式应急电源系统还包括燃料加注及排水装置；所述燃料加注及排水装置包括用于连接所述甲醇溶液储罐和甲醇溶液来源的加注单元、与每一所述燃料电池装置的排水口连接以收集电池阴极水的排水管线。

优选地，所述燃料电池装置包括电池外壳、设置在所述电池外壳内的电池组件、用于容置甲醇溶液的甲醇容器以及控制单元；所述甲醇容器在所述控制单元控制下为电池组件输送甲醇溶液；

所述甲醇溶液接口和排水口设置在所述电池外壳上并分别与所述甲醇容器和电池组件连通。

优选地，所述电池槽架设置在所述甲醇溶液储罐的至少一侧。

优选地，所述电池槽架和甲醇溶液储罐之间设有隔板。

优选地，所述集散耦合式应急电源系统还包括控制装置；

所述控制装置分别与所述甲醇溶液储罐、燃料电池装置和电流处理及输出装置连接。

本发明还提供一种集散耦合式应急电源站，包括可移动的集装箱体以及以上任一项所述的集散耦合式应急电源系统；所述集散耦合式应急电源系统装配在所述集装箱体内。

优选地，所述集装箱体的上部和下部分别设有排气口和进气口；所述排气口处设有排气扇，所述进气口处设有进气扇。

优选地，所述集装箱体内安装有甲醇浓度检测探头，所述排气扇和进气扇与所述甲醇浓度检测探头连接。

本发明的有益效果：使用甲醇溶液作为燃料，燃料电池装置作为发电模块；通过多个燃料电池装置组合起来实现集中发电，可作为社区供电、应急救灾的发电站；可以实现无污染、无噪音、低排放、高效率发电，且容量具有可模块化、高冗余度、设置灵活，适用于贴近用户或者有静默发电需求的场所。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的集散耦合式应急电源站的结构示意图；

图2是图1中甲醇溶液储罐与燃料电池装置的连接结构示意图；

图3是图1中燃料电池装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，本发明一实施例的集散耦合式应急电源站，包括集装箱体1以及装配在集装箱体1内的集散耦合式应急电源系统。集装箱体1具有可移动特点，从而可根据需要将应急电源站运输到各场所，作为固定式发电站或者备用电源、应急电源等。

其中，集散耦合式应急电源系统可包括甲醇溶液储罐10、电池槽架20、多个燃料电池装置30以及电流处理及输出装置40。甲醇溶液储罐10与每一个燃料电池装置30连接，为燃料电池装置30提供甲醇溶液。电池槽架20具有多个电池卡槽21，燃料电池装置30一一可拆卸安装在电池卡槽21内；多个燃料电池装置30相连通形成集中的发电站，燃料电池装置30的数量可根据需要增减；燃料电池装置30还可从电池卡槽21内取出作为单独的便携发电装置。电流处理及输出装置40与燃料电池装置30连接，对燃料电池装置30输出的直流进行逆变处理并输出，实现供电。

该集散耦合式应急电源系统以甲醇溶液为电池燃料，成本降低，安全性及燃料便携性大大提升；相比于柴油发电机，可以实现无污染、无噪音、低排放以及高效率发电；相比于锂电储能电池，可以通过燃料加注实现供电时间的延长，且与在网设备兼容性好，同时，通过扩大甲醇溶液储罐10即可低成本实现供电容量的放大。该应急电源系统容量具有可模块化、高冗余度、设置灵活，适用于贴近用户或者有静默发电需求的场所。

具体地，在集装箱体1中，电池槽架20可设有多个，可形成两排设置在甲醇溶液储罐10的上下两侧(如图1中所示)，或者左右两侧。电池槽架20和甲醇溶液储罐10之间可设置隔板50进行隔离并固定。电池槽架20朝向集装箱体1的一侧还通过连接板51与集装箱体1连接固定在一起。

甲醇溶液储罐10的罐体可采用轻质、耐碰撞的聚乙烯材料制成，容积可根据实际情况所需设置，如1000L等。甲醇溶液为体积比6:4的甲醇和水配制形成。

多个燃料电池装置30以并联方式连接电流处理及输出装置40，多个燃料电池装置30输出的电流均通过电流处理及输出装置40逆变处理后进行输出。

电流处理及输出装置40包括DC-AC变换器41和连交流负载输出端42，燃料电池装置30通过直流母线43连接DC-AC变换器，燃料电池装置30输出的直流通过DC-AC变换器41转变为交流后通过连交流负载输出端42输出。

每一个电池卡槽21上均设有电池接口(未图示)，电池接口通过直流母线43以并联方式连接电流处理及输出装置40。燃料电池装置30安装时，可便捷与电池接口插接，从而通过电池接口连接电流处理及输出装置40。

燃料电池装置30为直接甲醇燃料电池，其上设有甲醇溶液接口300、用于排出电池阴极水的排水口(未图示)。如图1、3所示，甲醇溶液接口300通过输送管线63与甲醇溶液储罐10连接，从而甲醇溶液储罐10的甲醇溶液通过输送管线63和甲醇溶液接口注入燃料电池装置30内。燃料电池装置30工作后阴极产生的水通过排水口排出。此外，还可以对电池阴极水收集进行再利用。

如图1、2所示，为控制甲醇溶液储罐10对燃料电池装置30输送甲醇溶液的量，每一燃料电池装置30和甲醇溶液储罐10之间设置有加注控制组件60。作为选择，加注控制组件60可包括连接在输送管线63和甲醇溶液接口之间的液位供应阀门61、连接在燃料电池装置30和供应阀门61之间的液位控制器62；液位控制器62用于检测燃料电池装置30内甲醇溶液量，供应阀门61根据液位控制器62检测到的信息进行启闭、开度调节，从而调节进入燃料电池装置30内的甲醇溶液量。

如图3所示，燃料电池装置30可包括电池外壳31、设置在电池外壳31内的电池组件32、用于容置甲醇溶液的甲醇容器33以及控制单元34；控制单元34通过直流母线43与电流处理及输出装置40电性连接。甲醇容器33在控制单元34控制下为电池组件32输送甲醇溶液。甲醇溶液接口300设置在电池外壳31上并连通甲醇容器33，排水口设置在电池外壳31上并与电池组件32连通。控制单元34包括有DC-DC变换器341，用于进行电压调整，实现燃料电池装置30的单独运行。控制单元34还包括连接甲醇容器33和电池组件32的燃料量指示模块342，控制单元34根据燃料量指示模块342检测到的电池组件32内甲醇溶液余量控制甲醇容器33向电池组件32输送甲醇溶液。

甲醇容器33的容器体采用聚乙烯材料制成，轻质且耐碰撞。

电池外壳31内还设有检测其中甲醇浓度的监测探头35。对应地，控制单元34还包括与监测探头35连接的甲醇浓度指示模块343，从而接收监测探头35检测到的信息并作出相应的处理。

进一步地，如图1-3所示，集散耦合式应急电源系统还可包括燃料加注及排水装置70。燃料加注及排水装置70包括用于连接甲醇溶液储罐10和甲醇溶液来源的加注单元(未图示)、与每一燃料电池装置30的排水口连接以收集电池阴极水的排水管线71。

其中，加注单元可包括用于连接甲醇溶液来源的加注端、连接在加注端和甲醇溶液储罐10之间的控制阀门；甲醇溶液来源通过加注端和控制阀门输送甲醇溶液至甲醇溶液储罐10。甲醇溶液储罐10上还设有液位计11，用于检测并显示甲醇溶液储罐10内的甲醇溶液量。

燃料加注及排水装置70中加注单元和排水管线71的出口端可集成为一个模块，与电流处理及输出装置40分别以模块方式安装在集装箱体1内并处于甲醇溶液储罐10侧面。

又如图1所示，集散耦合式应急电源系统还包括控制装置80。控制装置80分别与甲醇溶液储罐10、燃料电池装置30和电流处理及输出装置40连接，对甲醇溶液储罐10进行监测并控制其对燃料电池装置30的甲醇溶液加注，还控制燃料电池装置30的电流输出等。

具体地，控制装置80与甲醇溶液储罐10上的液位计11连接，还与燃料加注及排水装置70连接，通过液位计11获得甲醇溶液储罐10内甲醇溶液的余量，并根据余量控制加注单元为甲醇溶液储罐10加注甲醇溶液。控制装置80还与燃料电池装置30和甲醇溶液储罐10之间的加注控制组件60连接，根据获得的燃料电池装置30内甲醇溶液余量控制加注控制组件动作，使甲醇溶液储罐10为燃料电池装置30加注甲醇溶液。

集散耦合式应急电源系统中，通过合理的控制以及对燃料电池装置30的组合优化，可以实现平稳输出以及整体的高效运行。将燃料电池装置30从电池卡槽21内取出，切断其在电池卡槽21上时与排水管线71、输送管线63、直流母线43等的水、燃料和电连接，即可脱离电池卡槽21，作为独立的发电电池使用。

燃料电池装置30单堆功率可达5kW，甲醇溶液消耗量为0.8-0.9L/kWh。

进一步地，本发明的集散耦合式应急电源站中，为了实现换气和散热功能，集装箱体1的上部和下部分别设有排气口(未图示)和进气口(未图示)；排气口处设有排气扇，进气口处设有进气扇。排气扇和进气扇运行，实现空气在集装箱体1内外流通，从而将集装箱体1内产生的热量和一氧化碳等不利气体排出集装箱体1外部。

另外，集装箱体1内还安装有甲醇浓度检测探头90，用于检测集装箱体1内的甲醇浓度。排气扇和进气扇可通过控制装置80与甲醇浓度检测探头90连接，从而控制装置80可根据甲醇浓度检测探头90检测到的甲醇浓度信号控制排气扇和进气扇启闭，以进行散热和换气。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种集散耦合式应急电源系统，其特征在于，包括甲醇溶液储罐、具有多个电池卡槽的电池槽架、多个燃料电池装置、电流处理及输出装置；所述燃料电池装置为直接甲醇燃料电池；

所述甲醇溶液储罐与所述燃料电池装置连接，为所述燃料电池装置提供甲醇溶液；所述燃料电池装置可拆卸安装在所述电池卡槽内；所述电流处理及输出装置与所述燃料电池装置连接，对所述燃料电池装置输出的直流进行逆变处理并输出；

所述燃料电池装置上设有甲醇溶液接口以及用于排出电池阴极水的排水口；所述甲醇溶液接口通过输送管线连接所述甲醇溶液储罐；

所述燃料电池装置和甲醇溶液储罐之间设置有加注控制组件；

所述加注控制组件包括连接在所述输送管线和所述甲醇溶液接口之间的供应阀门、连接在所述燃料电池装置和所述供应阀门之间的液位控制器；所述供应阀门根据所述液位控制器检测到的所述燃料电池装置内的甲醇溶液量进行启闭、开度调节，从而调节进入所述燃料电池装置内的甲醇溶液量。

2.根据权利要求1所述的集散耦合式应急电源系统，其特征在于，多个所述燃料电池装置并联连接所述电流处理及输出装置。

3.根据权利要求2所述的集散耦合式应急电源系统，其特征在于，每一所述电池卡槽上均设有用于所述燃料电池装置插接的电池接口，所述电池接口通过直流母线连接所述电流处理及输出装置。

4.根据权利要求1所述的集散耦合式应急电源系统，其特征在于，所述集散耦合式应急电源系统还包括燃料加注及排水装置；所述燃料加注及排水装置包括用于连接所述甲醇溶液储罐和甲醇溶液来源的加注单元、与每一所述燃料电池装置的排水口连接以收集电池阴极水的排水管线。

5.根据权利要求1所述的集散耦合式应急电源系统，其特征在于，所述燃料电池装置包括电池外壳、设置在所述电池外壳内的电池组件、用于容置甲醇溶液的甲醇容器以及控制单元；所述甲醇容器在所述控制单元控制下为电池组件输送甲醇溶液；

所述甲醇溶液接口和排水口设置在所述电池外壳上并分别与所述甲醇容器和电池组件连通。

6.根据权利要求1所述的集散耦合式应急电源系统，其特征在于，所述电池槽架设置在所述甲醇溶液储罐的至少一侧。

7.根据权利要求6所述的集散耦合式应急电源系统，其特征在于，所述电池槽架和甲醇溶液储罐之间设有隔板。

8.根据权利要求1-7任一项所述的集散耦合式应急电源系统，其特征在于，所述集散耦合式应急电源系统还包括控制装置；

所述控制装置分别与所述甲醇溶液储罐、燃料电池装置和电流处理及输出装置连接。

9.一种集散耦合式应急电源站，其特征在于，包括可移动的集装箱体以及权利要求1-8任一项所述的集散耦合式应急电源系统；所述集散耦合式应急电源系统装配在所述集装箱体内。

10.根据权利要求9所述的集散耦合式应急电源站，其特征在于，所述集装箱体的上部和下部分别设有排气口和进气口；所述排气口处设有排气扇，所述进气口处设有进气扇。

11.根据权利要求10所述的集散耦合式应急电源站，其特征在于，所述集装箱体内安装有甲醇浓度检测探头，所述排气扇和进气扇与所述甲醇浓度检测探头连接。

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