CN111431271A - 一种不间断发电的氢燃料电池发电系统 - Google Patents

一种不间断发电的氢燃料电池发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，包括1号燃料电池发电模块、2号燃料电池发电模块和换电模块，换电模块与1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块连接，用于控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出发电，正常工作状态时，由换电模块控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出功率配比同时对负载供电，保证系统的输出功率等于用户负载所需，进入换电状态，可将更换出的1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块补充能源，以此往复可实现不间断发电，充分保护了在断电情况下需电设备的安全，保证用户的工作高效顺利完成，减小由于停电事故造成的损失，提高供电可靠性。

Description

一种不间断发电的氢燃料电池发电系统
技术领域：
本发明涉及一种不间断发电的氢燃料电池发电系统。
背景技术：
现有的生活中部分应急供电的场景中，由于工作性质要求长时间不间断供电，需电设备短暂断电都有可能造成巨大损失，例如大型服务器等，所以需要一个设备能实现这种不间断供电。但目前往往发电装置一般都是需要消耗能源的，能源会在使用一段时间后消耗完，此时为了安全就不得已停机补充能源。此时供电就会中断。所以就需要一种设备来实现这种功能。
要保证电力不中断采取的有效办法是多路电力系统并联，一条中断，另一条则立即启动。实际上因为服务器对电力的持续性要求很高，所以不管是哪一个机房在应对这个问题的时候都是很谨慎的。比如成都的西信中心，其IDC机房大楼采用4路独立不同变电站市电输入，并配备24台2000KW柴油发电机和3台3000KW燃气轮发电机,总输出达5.9万KW。断电后持续1小时以上的UPS系统，电力可用性达到99.99％；年计划维护断电时间累计不超过30分钟，保证每个机柜从不同配电柜引电接入实现双路供电。像夏天，中国超过1/3的地区都处在持续高温天气之下，电力的需求大量提升，市电随时都有可能中断。或者是遇到了洪灾、地震之类的自然灾害，如果机房的电力系统全部来自市电，仍然会存在电力中断的风险。所以一家好的IDC机房会配备自己的发电设备，但是仍无法避免短暂断电的情况。
全国首量氢燃料应急电源车——大黄蜂，一次充氢也只能提供700度电左右。它车长9.3米、高3.8米，车重高达16吨。它的燃料电池系统额定输出功率达到110千瓦。它配置了14只高压储氢罐，储氢压力35MPa，储存的氢气可以满足燃料电池系统满功率输出6小时左右，补氢时也需停机。不能完全做到长时间不间断发电。
发明内容：
本发明的目的是提供一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，解决现有技术中在供电情况中不能完全做到长时间不间断发电，使到工作性质要求长时间不间断供电的不能正常运行，可能造成巨大损失的技术问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
本发明的目的是提供一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于，包括：
一个1号燃料电池发电模块，包括第一燃料电池系统控制器、第一燃料电池电堆模块和第一供氢系统，所述的第一供氢系统包括第一阀门组件和第一氢瓶组；
一个2号燃料电池发电模块，包括第二燃料电池系统控制器、第二燃料电池电堆模块和第二供氢系统，所述的第二供氢系统包括第二阀门组件和第二氢瓶组；
一个换电模块，与1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块连接，用于控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出发电；
正常工作状态时，由换电模块控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出功率配比同时对负载供电，保证系统的输出功率等于用户负载所需；
当1号燃料电池发电模块输出功率逐渐下降为0,换电模块控制2号燃料电池发电模块输出逐渐增加达到负载所需功率，进入换电状态，切断1号燃料电池发电模块的输出开关，更换1号燃料电池发电模块的第一氢瓶组补充能源，然后将1号燃料电池发电模块重新接入到系统中恢复正常工作状态；
当2号燃料电池发电模块输出功率逐渐下降为0,换电模块控制1号燃料电池发电模块输出逐渐增加达到负载所需功率，进入换电状态，切断2号燃料电池发电模块的输出开关，更换2号燃料电池发电模块的第二氢瓶组补充能源，然后将2号燃料电池发电模块重新接入到系统中恢复正常工作状态；
以此往复可实现不间断发电，充分保护了在断电情况下需电设备的安全，保证用户的工作高效顺利完成。
上述所述的1号燃料电池发电模块还包括独立的第一空气进气系统、第一冷却系统；2号燃料电池发电模块还包括独立的第二空气进气系统、第二冷却系统。
上述所述的换电模块包括接口电路、微处理器、第一驱动电路、第一继电器、第二驱动电和第二继电器，第一燃料电池系统控制器和第二燃料电池系统控制器通过接口电路与微处理器连接并相互通信；第一燃料电池电堆模块的供电输出端通过第一开关JK1连接到负载，第二燃料电池电堆模块的供电输出端通过第二开关JK2连接到负载，微处理器通过第一驱动电路驱动第一继电器，第一继电器控制第一开关JK1的断开或者闭合；微处理器通过第二驱动电路驱动第二继电器，第二继电器控制第二开关JK2的断开或者闭合。
上述所述的第一燃料电池系统控制器和第二燃料电池系统控制器与微处理器之间可采用有线连接或者无线连接。
上述所述的所述的有线连接可通过CAN总线连接。
上述所述的微处理器还连接有控制面板，控制面板向微处理器输入数据及发送指令。
上述所述的微处理器还连接有报警器，当进入换电状态时，微处理器利用报警器对外报警通知工作人员及时更换氢瓶组补充能源。
上述所述的报警器包括无线报警通信模块，微处理器通过无线报警通信模块连接到工作人员的手机，当进入换电状态时，工作人员的手机可以收到报警信息以便及时更换第一氢瓶组或第二氢瓶组补充能源。
上述所述的微处理器还连接有显示器，显示器用于显示燃料电池发电系统的工作状态及相关工作数据。
上述所述的微处理器设置有一个控制软件模块，在正常工作状态时，控制软件模块具有估算1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的剩余发电量，以便调整1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块输出配比，保证在换电状态，换电时间不得长于正在供电的氢燃料电池发电模块剩余氢能源可发电的总时间。
上述所述的第一氢瓶组的输出压力通过第一压力传感器检测，并将压力信号传送到第一燃料电池系统控制器，第一燃料电池系统控制器将第一氢瓶组的输出压力数据S1传送到微处理器；第二氢瓶组的输出压力通过第二压力传感器检测，并将压力信号传送到第二燃料电池系统控制器，第二燃料电池系统控制器将第二氢瓶组的输出压力数据S2传送到微处理器，微处理器通过比较压力数据S1和压力数据S2分别判断1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的剩余氢能源可发电的总时间，然后调节输出功率配比。
本发明与现有技术相比，具有如下效果：
1)本发明包括1号燃料电池发电模块、2号燃料电池发电模块和换电模块，换电模块与1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块连接，用于控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出发电，正常工作状态时，由换电模块控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出功率配比同时对负载供电，保证系统的输出功率等于用户负载所需，进入换电状态，可将更换出的1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块补充能源，以此往复可实现不间断发电，充分保护了在断电情况下需电设备的安全，保证用户的工作高效顺利完成，减小由于停电事故造成的损失，提高供电可靠性。
2)本发明的其它优点在实施例部分展开详细描述。
附图说明：
图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明的换电模块工作原理示意图；
图3是本发明的信号传输原理示意图；
图4是本发明的1号燃料电池发电模块原理示意图；
图5是本发明的2号燃料电池发电模块原理示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1至图5所示，本实施例提供的是一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于，包括：
一个1号燃料电池发电模块，包括第一燃料电池系统控制器、第一燃料电池电堆模块和第一供氢系统，所述的第一供氢系统包括第一阀门组件和第一氢瓶组；
一个2号燃料电池发电模块，包括第二燃料电池系统控制器、第二燃料电池电堆模块和第二供氢系统，所述的第二供氢系统包括第二阀门组件和第二氢瓶组；
一个换电模块，与1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块连接，用于控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出发电；
正常工作状态时，由换电模块控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出功率配比同时对负载供电，保证系统的输出功率等于用户负载所需；操作简单高效，输出功率的精准控制。
当1号燃料电池发电模块输出功率逐渐下降为0,换电模块控制2号燃料电池发电模块输出逐渐增加达到负载所需功率，进入换电状态，切断1号燃料电池发电模块的输出开关，更换1号燃料电池发电模块的第一氢瓶组补充能源，然后将1号燃料电池发电模块重新接入到系统中恢复正常工作状态；操作简单高效，输出功率的精准控制，保证在断电情况下需电设备的安全，保证用户的工作高效顺利完成。
当2号燃料电池发电模块输出功率逐渐降为0,换电模块控制1号燃料电池发电模块输出逐渐增加达到负载所需功率，进入换电状态，切断2号燃料电池发电模块的输出开关，更换2号燃料电池发电模块的第二氢瓶组补充能源，然后将2号燃料电池发电模块重新接入到系统中恢复正常工作状态；操作简单高效，输出功率的精准控制，保证在断电情况下需电设备的安全，保证用户的工作高效顺利完成。
以此往复可实现不间断发电，充分保护了在断电情况下需电设备的安全，保证用户的工作高效顺利完成，减小由于停电事故造成的损失，提高供电可靠性。
上述所述的1号燃料电池发电模块还包括独立的第一空气进气系统、第一冷却系统；2号燃料电池发电模块还包括独立的第二空气进气系统、第二冷却系统。
上述所述的换电模块包括接口电路、微处理器、第一驱动电路、第一继电器、第二驱动电和第二继电器，第一燃料电池系统控制器和第二燃料电池系统控制器通过接口电路与微处理器连接并相互通信；第一燃料电池电堆模块的供电输出端通过第一开关JK1连接到负载，第二燃料电池电堆模块的供电输出端通过第二开关JK2连接到负载，微处理器通过第一驱动电路驱动第一继电器，第一继电器控制第一开关JK1的断开或者闭合；微处理器通过第二驱动电路驱动第二继电器，第二继电器控制第二开关JK2的断开或者闭合，布置合理，结构简单，集成度高。
上述所述的第一燃料电池系统控制器和第二燃料电池系统控制器与微处理器之间可采用有线连接或者无线连接。
上述所述的有线连接可通过CAN总线连接。
上述所述的微处理器还连接有控制面板，控制面板向微处理器输入数据及发送指令。
上述所述的微处理器还连接有报警器，当进入换电状态时，微处理器利用报警器对外报警通知工作人员及时更换氢瓶组补充能源，安全性能高，保证在断电情况下需电设备的安全运行。
上述所述的报警器包括无线报警通信模块，微处理器通过无线报警通信模块连接到工作人员的手机，当进入换电状态时，工作人员的手机可以收到报警信息以便及时更换第一氢瓶组或第二氢瓶组补充能源，操作简单，安全性能高。
上述所述的微处理器还连接有显示器，显示器用于显示燃料电池发电系统的工作状态及相关工作数据，便于监控1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的发电余量。
上述所述的微处理器设置有一个控制软件模块，在正常工作状态时，控制软件模块具有估算1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的剩余发电量，以便调整1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块输出配比，保证在换电状态，换电时间不得长于正在供电的氢燃料电池发电模块剩余氢能源可发电的总时间，保证在1号燃料电池发电模块或者2号燃料电池发电模块的输出功率降低至0时更换成装满能源的发电模块。
上述所述的第一氢瓶组的输出压力通过第一压力传感器检测，并将压力信号传送到第一燃料电池系统控制器，第一燃料电池系统控制器将第一氢瓶组的输出压力数据S1传送到微处理器；第二氢瓶组的输出压力通过第二压力传感器检测，并将压力信号传送到第二燃料电池系统控制器，第二燃料电池系统控制器将第二氢瓶组的输出压力数据S2传送到微处理器，微处理器通过比较压力数据S1和压力数据S2分别判断1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的剩余氢能源可发电的总时间，然后调节输出功率配比，通过第一压力传感器检测和第二压力传感器检测的检测，有效保证在1号燃料电池发电模块或者2号燃料电池发电模块的输出功率降低至0时更换成装满能源的发电模块。
所述换电模块是负责与两个氢燃料电池发电模块通讯并控制其输出配比，通过控制策略实现不间断换电的集成控制器。具体控制策略就是当两台氢燃料电池发电模块已经连接到换电模块时，换电模块通过有线或者无线通讯控制能源即将耗尽的1号氢燃料电池发电模块发电功率P1逐渐下降，装满能源的2号氢燃料电池发电模块发电功率P2逐渐上升，P3为氢燃料电池发电系统输出连接的多个负载所需总功率，始终使P1+P2＝P3，直到1号氢燃料电池发电模块功率P1降为0，2号氢燃料电池发电模块功率P2＝P3,此时，切断1号氢燃料电池发电模块的开关。此时完成换电。然后更换1号氢燃料电池发电模块的氢瓶组。以此往复可实现不间断发电。其中换电时间不得长于1号氢燃料电池发电模块剩余氢能源可以发电的总时间。所述的输出配比是系统配置，例如正常工作状态下，当1号氢燃料电池发电模块剩余氢能源大于2号氢燃料电池发电模块剩余氢能源，则可以设置P1：P2＝3:7或者P1：P2＝4:6，即尽量使剩余氢能源的氢燃料电池发电模块的消耗配比大一些，以便使换电时间足够长，当然这种配比是可以改变的，换电模块根据1号氢燃料电池发电模块剩余氢能源和2号氢燃料电池发电模块剩余氢能源作出调节。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.配合两套氢燃料电池发电模块可实现电能的不间断断供应，充分保护了在断电情况下需电设备的安全，保证用户的工作高效顺利完成。
2.该氢燃料电池发电系统可实现有线或无线数据通讯，各模块联通后可实现一键换电的功能，操作简单高效。
3.该氢燃料电池发电系统实现模块化，可以灵活布置甚至安装在车辆上。模块化对检修维护都带来极大的方便。
以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于，包括：
一个1号燃料电池发电模块，包括第一燃料电池系统控制器、第一燃料电池电堆模块和第一供氢系统，所述的第一供氢系统包括第一阀门组件和第一氢瓶组；
一个2号燃料电池发电模块，包括第二燃料电池系统控制器、第二燃料电池电堆模块和第二供氢系统，所述的第二供氢系统包括第二阀门组件和第二氢瓶组；
一个换电模块，与1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块连接，用于控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出发电；
正常工作状态时，由换电模块控制1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的输出功率配比同时对负载供电，保证系统的输出功率等于用户负载所需；
当1号燃料电池发电模块输出功率逐渐下降为0,换电模块控制2号燃料电池发电模块输出逐渐增加达到负载所需功率，进入换电状态，切断1号燃料电池发电模块的输出开关，更换1号燃料电池发电模块的第一氢瓶组补充能源，然后将1号燃料电池发电模块重新接入到系统中恢复正常工作状态；
当2号燃料电池发电模块输出功率逐渐下降为0,换电模块控制1号燃料电池发电模块输出逐渐增加达到负载所需功率，进入换电状态，切断2号燃料电池发电模块的输出开关，更换2号燃料电池发电模块的第二氢瓶组补充能源，然后将2号燃料电池发电模块重新接入到系统中恢复正常工作状态；
以此往复可实现不间断发电，充分保护了在断电情况下需电设备的安全，保证用户的工作高效顺利完成。
2.根据权利要求1所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：1号燃料电池发电模块还包括独立的第一空气进气系统、第一冷却系统；2号燃料电池发电模块还包括独立的第二空气进气系统、第二冷却系统。
3.根据权利要求1所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：换电模块包括接口电路、微处理器、第一驱动电路、第一继电器、第二驱动电和第二继电器，第一燃料电池系统控制器和第二燃料电池系统控制器通过接口电路与微处理器连接并相互通信；第一燃料电池电堆模块的供电输出端通过第一开关JK1连接到负载，第二燃料电池电堆模块的供电输出端通过第二开关JK2连接到负载，微处理器通过第一驱动电路驱动第一继电器，第一继电器控制第一开关JK1的断开或者闭合；微处理器通过第二驱动电路驱动第二继电器，第二继电器控制第二开关JK2的断开或者闭合。
4.根据权利要求3所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：第一燃料电池系统控制器和第二燃料电池系统控制器与微处理器之间可采用有线连接或者无线连接。
5.根据权利要求4所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：所述的有线连接可通过CAN总线连接。
6.根据权利要求3或4或5所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：微处理器还连接有控制面板，控制面板向微处理器输入数据及发送指令。
7.根据权利要求6所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：微处理器还连接有报警器，当进入换电状态时，微处理器利用报警器对外报警通知工作人员及时更换氢瓶组补充能源。
8.根据权利要求7所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：报警器包括无线报警通信模块，微处理器通过无线报警通信模块连接到工作人员的手机，当进入换电状态时，工作人员的手机可以收到报警信息以便及时更换第一氢瓶组或第二氢瓶组补充能源。
9.根据权利要求8所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：微处理器还连接有显示器，显示器用于显示燃料电池发电系统的工作状态及相关工作数据。
10.根据权利要求6所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：微处理器设置有一个控制软件模块，在正常工作状态时，控制软件模块具有估算1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的剩余发电量，以便调整1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块输出配比，保证在换电状态，换电时间不得长于正在供电的氢燃料电池发电模块剩余氢能源可发电的总时间。
11.根据权利要求6所述的一种不间断发电的氢燃料电池发电系统，其特征在于：第一氢瓶组的输出压力通过第一压力传感器检测，并将压力信号传送到第一燃料电池系统控制器，第一燃料电池系统控制器将第一氢瓶组的输出压力数据S1传送到微处理器；第二氢瓶组的输出压力通过第二压力传感器检测，并将压力信号传送到第二燃料电池系统控制器，第二燃料电池系统控制器将第二氢瓶组的输出压力数据S2传送到微处理器，微处理器通过比较压力数据S1和压力数据S2分别判断1号燃料电池发电模块和2号燃料电池发电模块的剩余氢能源可发电的总时间，然后调节输出功率配比。
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