CN112583048A - 一种燃料电池的可移动微网系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池的可移动微网系统，包括：移动平台，底部设置有移动轮；燃料电池模组，设置在移动平台上，用于发电；电网输入模组，设置在移动平台上，用于连接国家电网；储能模组，设置在移动平台上，用于存储电能；输出模组，设置在移动平台上，分别与外部用电器、燃料电池模组、电网输入模组、储能模组连接，用于将燃料电池模组或电网输入模组或储能模组的电能输送到外部用电器使用，用于将燃料电池模组或电网输入模组的电能输送到储能模组中存储。本发明的燃料电池的可移动微网系统，采用燃料电池模组作为电能产生部件，完全规避天气的影响，通过移动平台实现灵活变换位置，方便用户的使用。

Description

一种燃料电池的可移动微网系统

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别涉及一种燃料电池的可移动微网系统。

背景技术

目前，现有的微网发电系统以太阳能发电为主，发电功率受天气影响较大，难以一直以满功率发电，而且单位功率所需太阳能板空间较大，限制了个人用户的功率大小，并且由于结构问题，整个系统为不可移动式。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种燃料电池的可移动微网系统，采用燃料电池模组作为电能产生部件，完全规避天气的影响，并且可以满足用户的所有用电需求，通过移动平台实现灵活变换位置，方便用户的使用。

本发明实施例提供的一种燃料电池的可移动微网系统，包括：

移动平台，底部设置有移动轮；

燃料电池模组，设置在所述移动平台上，用于发电；

电网输入模组，设置在所述移动平台上，用于连接国家电网；

储能模组，设置在所述移动平台上，用于存储电能；

输出模组，设置在所述移动平台上，分别与外部用电器、所述燃料电池模组、所述电网输入模组、所述储能模组连接，用于将所述燃料电池模组或所述电网输入模组或所述储能模组的电能输送到外部用电器使用，用于将所述燃料电池模组或所述电网输入模组的电能输送到所述储能模组中存储；

电源管理模组，设置在所述移动平台上，分别与所述输出模组、所述燃料电池模组、所述电网输入模组、所述储能模组连接，用于对所述输出模组、所述燃料电池模组、所述电网输入模组、所述储能模组进行管理。

可选的，所述储能模组包括：

锂电池组，用于存储电能；

充放电管理模块，与所述锂电池组连接，用于对所述锂电池组的充放电进行管理。

可选的，所述燃料电池模组包括：

甲醇燃料罐，用于存放甲醇；

重整室，与所述甲醇燃料罐连接，用于采用甲醇与水制备富氢混合气；

电堆，与所述重整室连接，用于采用富氢混合气发电。

可选的，电网输入模组包括：

开关控制器，与国家电网连接；

过流保护电路，与所述开关控制器连接，用于过流保护；

电压电流检测电路，与所述过流保护电路连接，用于检测所述电网输入模组的电压、电流。

可选的，输出模组包括：

第一输出模块，其输入端与所述电网输入模组连接，其输出端用于与外部用电器连接；

第二输出模块，其输入端与电堆连接，其输出端用于连接汽车蓄电池或所述储能模组；

第三输出模块，其输入端与所述储能模组连接，其输出端用于连接外部用电器；

第四输出模块，其输入端与所述电网输入模组连接，其输出端与所述储能模组连接；

第五输出模块，其输入端分别与所述第四输出模块、所述储能模组连接，其输出端与所述第一输出模块的输入端连接；

第六输出模块，其输入端与所述电堆连接，其输出端用于连接外部用电器。

可选的，第二输出模块包括：与所述电堆连接的直流电压变换电路、与所述直流变换电路连接的直流稳压电路和与所述直流稳压电路连接的第一直流充电电路；

所述第三输出模块包括：

DC-DC变压电路，与所述储能模块连接，用于将所述储能模组的直流电压的变换；

DC-AC逆变电路，与所述DC-DC变压电路连接，用于将所述储能模组的直流电转变为交流电；

所述第四输出模块包括：

整流电路，与所述国家电网连接，用于将国家电网的交流转换为直流电；

功率因素控制电路，与所述整流电路连接，用于控制所述第四输出模块的输入端的电压电流；

第二直流充电电路，与所述功率因素控制电路连接，用于对所述储能模组充电；

所述第五输出模块包括并网逆变器；

所述第六输出模块包括：

逆变电路，与所述电堆连接，用于将所述电堆的直流电转换为交流电。

可选的，燃料电池的可移动微网系统还包括：

通讯模组，与所述电源管理模组连接，用于接收移动终端的控制命令；所述控制命令包括采用所述储能模组供电、所述燃料电池模组供电、所述国家电网和所述储能模组并网供电、所述国家电网供电。

可选的，所述电源管理模组还执行如下步骤：

将所述燃料电池模组发电后直接经过所述输出模组输出，作为第一电源状态；

将所述燃料电池模组发电输入所述储能模组，作为第二电源状态；

将所述电网输入模组直接经过所述输出模组输出，作为第三电源状态；

将所述电网输入模组向所述储能模组输送电能，作为第四电源状态；

将所述电网输入模组与所述储能模组并网后通过所述输出模组输出，作为第五电源状态；

将所述储能模组通过所述输出模组输出，作为第六电源状态；

在国家电网用电低谷时段内，优先采用第四电源状态，对所述储能模组充电；在国家电网用电高峰时段内，优先采用第六电源状态，采用所述储能模组放电；

当连接到国家电网时，优先采用第三电源状态，当国家电网掉电时，切换为第六电源状态并启动所述燃料电池模组，当燃料电池模组正常工作时，切换为第一电源状态，当拔除外接用电器时，切换为第二电源状态，将所述燃料电池模组剩余电能存储到所述储能模组；

当所述储能模组经过预设时间长度未放电时，优先采用第五电源状态，当所述储能模组放电完时，切换为第三电源状态或第一电源状态；当拔除外接用电器时，切换为第二电源状态或第四电源状态，进行储能；

当未连接到国家电网时，优先采用第一电源状态；当所述燃料电池模组的燃料使用完毕后，切换为第六电源状态。

可选的，所述燃料电池模组还包括：

空气过滤系统，用于对空气进行过滤得到过滤空气并将所述过滤空气输送到所述电堆；

无焰燃烧室，通过管路与所述电堆连接，用于采用所述电堆内未完全反应的重整混合气进行无焰燃烧产生高温气体；

第二风机，通过管路与所述无焰燃烧室连接，用于为所述无焰燃烧室的无焰燃烧提供空气；

热能管路和第一开关阀，所述热能管路通过第一开关阀与所述无焰燃烧室连接，所述热能管路将所述高温气体通入热水器的水箱中，利用高温气体的热能对水箱中水进行加热；

辅助加热系统，分别与所述电堆、所述重整室和所述过滤系统连接，用于在燃料电池模组启动环节对所述电堆、所述重整室、所述空气过滤系统的过滤空气进行加热，用于在燃料电池模组正常工作环节采用所述电堆发电时产生的热量对所述重整室、所述空气过滤系统的过滤空气进行加热；

所述辅助加热系统包括：加热器、辅助加热管路、第一换热器、第二换热器、第二开关阀和加热介质循环泵；

所述辅助加热管路从所述加热器的输出端开始依次贯穿所述重整室和所述电堆，然后接入所述第一换热器的第一输入端；

所述第一换热器的第一输出端通过所述辅助加热管路连接到所述第二换热器的第一输入端，所述第二换热器的第一输出端连接到所述加热介质循环泵的输入端；

所述加热介质循环泵的输出端通过所述辅助加热管路连接到所述加热器的输入端；其中，所述第一换热器的第一输出端与所述第一换热器的第一输入端相连通，所述第二换热器的第一输入端与所述第二换热器的第一输出端连通；

加热介质依次流经所述加热器、所述重整室、所述电堆、所述第一换热器、所述第二换热器、所述加热介质循环泵；

所述第一换热器的第二输入端通过管路与所述空气过滤系统连接，所述第一换热器的第二输出端通过管路与所述电堆连接；所述第一换热器的第二输入端与所述第一换热器的第二输出端连通；所述第一换热器用于所述加热介质和所述过滤空气之间的热交换，热交换后的过滤空气通过管路送到所述电堆中；

所述第二换热器第二输入端通过管路与所述第二开关阀连接，所述第二换热器的第二输出端与热能管路连接；所述第二开关阀通过管路与所述无焰燃烧室连接；所述第二换热器用于利用所述高温气体对所述加热介质进行加热；其中，所述第二换热器的第二输入端与所述第二换热器的第二输出端连通；

所述加热器用于在所述燃料电池模组启动环节对辅助加热管路中的所述加热介质进行加热；所述加热器在所述燃料电池模组正常环节时停止工作；

所述空气过滤系统包括：

空气过滤器，用于对空气进行过滤获得过滤空气；

第一风机，其输入端通过管路与空气过滤器连接，为所述过滤空气送入所述电堆提供动力；

所述燃料电池模组还包括：

按键，用于接收用户的启动命令；

第一温度传感器，设置在所述电堆内，用于检测电堆的温度；

第二温度传感器，设置在所述重整室内，用于检测重整室内的温度；

第三温度传感器，设置在所述第一换热器内，用于检测所述加热介质经过所述第一换热器后的温度；

第四温度传感器，设置在所述第二换热器内，用于检测所述加热介质经过所述第二换热器后的温度；

中央控制器，与所述按键、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器电连接，与所述第一风机、第二风机、重整室、电堆、加热介质循环泵、加热器、第一开关阀、无焰燃烧室和第二开关阀控制连接；

所述中央控制器执行如下操作：

步骤1：通过所述按键接收用户的启动命令后，通过第一温度传感器检测电堆的温度为第一温度，通过第二温度传感器检测重整室内的温度为第二温度，通过第三温度传感器检测所述加热介质经过所述第一换热器后的温度为第三温度，通过第四温度传感器检测所述加热介质经过所述第二换热器后的温度为第四温度；

步骤2：当第一温度达到第一预设值且第二温度达到第二预设值时；依次启动重整室、第一风机、电堆、第二风机、无焰燃烧室和加热介质循环泵，并打开第二开关阀；

步骤3：当第一温度未达到第一预设值或第二温度未达到第二预设值时，根据第三温度和第四温度，计算出开启加热介质循环泵后第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线；

步骤4：根据第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线确定第一温度和第二温度分别上升到第一预设值和第二预设值的周期，该周期即为启动周期；启动加热介质循环泵，在启动周期的起始时间开始时，依次启动重整室、第一风机、电堆、第二风机、无焰燃烧室，并打开第二开关阀；

步骤5：根据第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线确定第一温度和第二温度在某一个预设周期内不能分别达到第一预设值和第二预设值，依次启动加热器、无焰燃烧室、加热介质循环泵。

可选的，所述功率因素控制电路在控制所述第四输出模块的输入端的电压电流时，能智能控制所述第四输出模块的输入端的电压大小和电流大小，其中所述智能智能控制包括如下步骤：

步骤A1、获取所述储能模组所处环境温度以及所述储能模组的基本信息，并确定所述储能模组的电动势调节值；

其中，Ut为所述储能模组的电动势调节值，Umax为所述第四输出模块的最大电动势值，A为预设的标准电动势，A的预设值为1伏特，T为所述储能模组所处环境温度；

步骤A2、确定所述储能模组的有功输出功率；

其中，f(t)为t时刻的所述有功输出功率，即当前时刻的所述有功输出功率，f(t-1)为t-1时刻的所述有功输出功率，即上一次计算得到的有功输出功率，I(t)为t时刻的所述电网输入模组的工作电流，I(t-1)为t-1时刻的所述电网输入模组的工作电流，Qf为所述储能模组的容量，

代表积分函数，其中t为被积上限，t-1为被积下限，x为被积变量，K为预设温度系数；

步骤A3、确定所述储能模组的视在输出功率；

其中，g(t)为所述视在输出功率，Imax为所述第四输出模块的最大电流，Pmax为所述第四输出模块的最大功率；

步骤A4、计算功率因素，并根据所述功率电路控制所述第四输出模块的电压和电流；

I＝Fg*Imax

U＝Fg*Umax

其中，Fg为所述功率因素，I为所述第四输出模块的电流，U为所述第四输出模块的电压。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种燃料电池的可移动微网系统的示意图；

图2为本发明实施例中一种储能模组的示意图；

图3为本发明实施例中一种电网输入模组的示意图；

图4为本发明实施例中一种输出模组的示意图；

图5为本发明实施例中一种燃料电池模组的示意图；

图6为本发明实施例中一种燃料电池模组的辅助加热系统的示意图；

图7为本发明实施例中又一种燃料电池模组的示意图；

图8为本发明实施例中一种中央控制器连接的示意图。

图中：

1、重整室；2、空气过滤系统；3、电堆；4、辅助加热系统；5、无焰燃烧室；6、第二风机；7、第一开关阀；8、第二开关阀；9、按键；10、第一温度传感器；11、第二温度传感器；12、第三温度传感器；13、第四温度传感器；14、中央控制器；21、空气过滤器；22、第一风机；31、加热器；32、辅助加热管路；33、第一换热器；34、加热介质循环泵；35、第二换热器；40、移动平台；41、燃料电池模组；42、电网输入模组；42-1、开关控制器；42-2、过流保护电路；42-3、电压电流检测电路；43、储能模组；43-1、锂电池组；43-2、充放电管理模块；44、输出模组；44-1、第一输出模块；44-2、第二输出模块；44-3、第三输出模块；44-4、第四输出模块；44-5、第五输出模块；44-6、第六输出模块；45、电源管理模组；46、外部用电器；47、甲醇燃料罐。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种燃料电池的可移动微网系统，如图1所示，包括：

移动平台40，底部设置有移动轮；

燃料电池模组41，设置在移动平台40上，用于发电；

电网输入模组42，设置在移动平台40上，用于连接国家电网；

储能模组43，设置在移动平台40上，用于存储电能；

输出模组44，设置在移动平台40上，分别与外部用电器46、燃料电池模组41、电网输入模组42、储能模组43连接，用于将燃料电池模组41或电网输入模组42或储能模组43的电能输送到外部用电器46使用，用于将燃料电池模组41或电网输入模组42的电能输送到储能模组43中存储；

电源管理模组45，设置在移动平台40上，分别与输出模组44、燃料电池模组41、电网输入模组42、储能模组43连接，用于对输出模组44、燃料电池模组41、电网输入模组42、储能模组43进行管理。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过将所有的模组，如燃料电池模组41、电网输入模组42、储能模组43、输出模组44和电源管理模组45设置在移动平台40上，方便用户使用时根据情况移动燃料电池的可移动微网系统。其中，移动平台40底端设置移动轮，最简单的是设置两组轮子，用户推着走即可。此外，相较于太阳能微网系统，本发明的燃料电池的可移动微网系统体积更小，可以设置在小型汽车上，实现长距离运输。存在三级能量输出模式，第一级，国家电网电能输出；第二级，燃料电池电能输出；第三级，储能模组43电能输出；能适应各种意外情况，为用户的用电设备提供稳定的电能输出。

在一个实施例中，如图2所示，储能模组43包括：

锂电池组43-1，用于存储电能；

充放电管理模块43-2，与锂电池组43-1连接，用于对锂电池组43-1的充放电进行管理。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

锂电池组43-1相较于同等体积的其他类型电池组具有更大的电能容量；采用充放电管理模块43-2对锂电池组43-1的充放电进行管理，保证锂电池组43-1的安全，避免过充或过放的发生。

在一个实施例中，燃料电池模组41包括：

甲醇燃料罐47，用于存放甲醇；

重整室1，与甲醇燃料罐连接，用于采用甲醇与水制备富氢混合气；

电堆3，与重整室1连接，用于采用富氢混合气发电。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

重整室1利用甲醇与水在催化剂的作用生成富氢混合气。富氢混合气输送到电堆3，在电堆3中富氢混合气与空气进行反应发电。

在一个实施例中，如图3所示，电网输入模组42包括：

开关控制器42-1，与国家电网连接；

过流保护电路42-2，与开关控制器42-1连接，用于过流保护；

电压电流检测电路42-3，与过流保护电路42-2连接，用于检测电网输入模组42的电压、电流。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

开关控制器42-1控制与国家电网之间连接的通断。过流保护电路42-2保护电路上的元器件在电路电流过大时的安全，常用过流保护电路42-2为保险丝电路。电流电压检测电路检测电路上的电压、电流实现对电路上的电流和电压进行监控。

在一个实施例中，如图4所示，输出模组44包括：

第一输出模块44-1，其输入端与电网输入模组42连接，其输出端用于与外部用电器连接；

第二输出模块44-2，其输入端与电堆3连接，其输出端用于连接汽车蓄电池或储能模组43；

第三输出模块44-3，其输入端与储能模组43连接，其输出端用于连接外部用电器；

第四输出模块44-4，其输入端与电网输入模组42连接，其输出端与储能模组43连接；

第五输出模块44-5，其输入端分别与第四输出模块44-4、储能模组43连接，其输出端与第一输出模块44-1的输入端连接；

第六输出模块44-6，其输入端与电堆3连接，其输出端用于连接外部用电器。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过第一输出模块44-1实现直接采用国家电网的电能供给外部用电器，此处外部用电器主要为家庭用电器；通过第二输出模块44-2实现燃料电池模组41的电堆3产生的电能供给汽车蓄电池或给储能模组43充电；通过第三输出模块44-3实现储能模组43的电能供给外部用电器，此处外部用电器主要为野外生活用电设备；通过第四输出模块44-4实现国家电网对储能模组43的充电；通过第五输出模块44-5实现采用国家电网和储能模组43并网供给第一输出模块44-1，再由第一输出模块44-1供给外部用电器，此处外部用电器主要为家庭用电器；通过第六输出模块44-6实现采用电堆3产生的电能供给外部用电器，此处外部用电器主要为野外生活用电设备；实现多模式输出，满足人们的任何情况下的用电需求。

在一个实施例中，第二输出模块44-2包括：与电堆3连接的直流电压变换电路、与直流变换电路连接的直流稳压电路和与直流稳压电路连接的第一直流充电电路；

第三输出模块44-3包括：

DC-DC变压电路，与储能模块连接，用于将储能模组43的直流电压的变换；

DC-AC逆变电路，与DC-DC变压电路连接，用于将储能模组43的直流电转变为交流电；

第四输出模块44-4包括：

整流电路，与国家电网连接，用于将国家电网的交流转换为直流电；

功率因素控制电路，与整流电路连接，用于控制第四输出模块44-4的输入端的电压电流，降低无功功率，从而提高功率因数；

第二直流充电电路，与功率因素控制电路连接，用于对储能模组充电；

第五输出模块44-5包括并网逆变器；

第六输出模块44-6包括：

逆变电路，与电堆连接，用于将电堆3的直流电转换为交流电。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

第一输出模块44-1包括：带过流保护电路的电源输出插座；

第二输出模块44-2是将电堆3产生的电能供给汽车蓄电池；汽车蓄电池电压在300V左右，燃料电池模组41产生的电压不能直接供给，需要将电压变换为适合汽车蓄电池的电压，故在电堆3后直接连接直流电压变换电路，直流稳压电路起到稳压作用，防止电压波动对汽车蓄电池的伤害。第一直流充电电路包括三段式充电电路，用于对储能模组充电。其中第二输出模块44-2中各电路的连接关系为直流电压变换电路的输出端与直流稳压电路的输入端连接，直流稳压电路的输出端与第一直流充电电路的输入端连接；依次经过直流变压、直流稳压和充电环节。

第三输出模块44-3是将储能模组43的电能供给外部用电器，此处外部用电器主要为野外生活用电设备；野外生活用电设备一般是采用交流220V电压，而储能模组43的电压为直流电压(例如48V、60V)，所以需要进行采用DC-DC变压电路进行升压，采用DC-AC逆变电路进行直流变交流后才符合野外生活用电设备的需求。其中，第三输出模块44-3内部电路的连接为：DC-DC变压电路的输出端与DC-AC逆变电路的输入端连接；最后DC-AC逆变电路输出端接插排；野外生活用电设备接到插排上。

第四输出模块44-4是用国家电网的电能对储能模组43的充电，国家电网(日常用电为220V交流)，储能模组43充电为直流电压，故需要经过整流电流进行整流将国家电网的交流电转换为直流电对储能模组43进行充电；通过功率因素控制电路对第四输出模块44-4的输入端的电压和电流进行控制，降低无功功率，从而提高功率因数，实现功率利用最大化。功率因素控制电路包括：整流电路、储能电感、功率因素矫正控制电路和整流滤波电路。第二直流充电电路包括三段式充电电路和逆变器供电电路；三段式充电电路为储能模组充电使用，逆变器供电电路为第五输出模块中的并网逆变器供电使用。其中，第四输出模块44-4中的电路的连接为：整流电路的输出端与功率因素控制电路的输入端连接；功率因素控制电路的输出端与第二直流充电电路的输入端连接。

第五输出模块44-5是采用国家电网和储能模组43并网供给外部用电器，此处外部用电器主要为家庭用电器，第四输出模块44-4输出为直流电，储能模组43也是直流电，先将第四输出模块44的输出与储能模组43进行并联后进行逆变为220V交流电供给外部用电器使用，此处外部用电器主要为家庭用电器。并网逆变器包括DC-AC逆变电路组成，通过多机并联实现输出功率的扩展。

第六输出模块44-6是采用电堆3产生的电能供给野外生活用电设备；逆变电路的输出端连接插排；野外生活用电设备连接到插排上。电堆产生的电压为直流，野外生活用电设备采用的交流电；所以采用逆变电路将直流变为交流，在逆变电路改变电压性质的同时进行变压使电堆产生的电压符合野外生活用电设备的需求。

在一个实施例中，电源管理模组包括：

电源切换开关电路，分别与电网输入模组的输出端、燃料电池模组的输出端和储能模组的输出端连接，用于在电网输入模组输出模式、燃料电池模组输出模式、储能模组输出模式、电网输入模组输出与储能模组输出并网输出模式之间切换；

输出电源控制电路，分别与第一输出模块、第二输出模块、第三输出模块、第四输出模块和第五输出模块连接，用于控制第一输出模块、第二输出模块、第三输出模块、第四输出模块和第五输出模块的电压电流；

输出电压电流电量检测电路，分别与第一输出模块、第二输出模块、第三输出模块、第四输出模块和第五输出模块连接，用于检测第一输出模块、第二输出模块、第三输出模块、第四输出模块和第五输出模块的电压电流；

电源控制电路，与电网输入模组、电堆和储能模组连接，用于控制电网输入模组、电堆和储能模组的工作；

电源检测电路，与电网输入模组、电堆和储能模组连接，用于检测电网输入模组、电堆和储能模组的电压、电流；

显示电路，与电源检测电路、输出电压电流电量检测电路连接，用于显示电源检测电路检测的电压、电流值，用于显示输出电压电流电量检测电路检测的电压电流值。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

通过电源切换开关电路在国家电网、燃料电池模组、储能模组之间选择能量源；通过电源控制控制燃料电池模组、储能模组的工作及国家电网的接入；通过输出电源控制电路控制各个输出模块的输出电压电流，使输出的电流电压适用于各种用电器；通过输出电压电流电量检测电路检测输出的电压、电流、电量，对输出进行电流、电压、电量的精确把控。通过电源检测电路检测电网输入模组、电堆和储能模组的电压、电流，把握能量源的具体参数；通过显示电路显示电源检测电路检测的电压、电流值，显示输出电压电流电量检测电路检测的电压电流值。

在一个实施例中，燃料电池的可移动微网系统还包括：

通讯模组，与电源管理模组45连接，用于接收移动终端的控制命令；控制命令包括采用储能模组43供电、燃料电池模组41供电、国家电网和储能模组43并网供电、国家电网供电。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

电源管理模组45通过通讯模组接收移动终端的控制命令；具体控制命令有：

采用储能模组43供电，即将储能模组43与第三输出模块44-3的输入端驳接；

采用燃料电池模组41供电，即将燃料电池模组41与第第六输出模块44-6的输入端驳接；

采用国家电网和储能模组43并网供电，即将电网输入模组42和储能模组43与第五输出模块44-5的输入端驳接；

采用国家电网供电，即将电网输入模组42与第一输出模块44-1的输入端驳接；

通讯模组包括：物联网通信电路，用户通过物联网通信电路获取电源管理模组检测的输出电流电压、电堆电流电压、储能模组电流电压，实现了远程数据显示，用户通过物联网通信电路可远程控制电源管理模组的动作，实现输出模式的切换，输出电流电压的改变。

在一个实施例中，电源管理模组45还执行如下步骤：

将燃料电池模组41发电后直接经过输出模组44输出，作为第一电源状态；

将燃料电池模组41发电输入储能模组43，作为第二电源状态；

将电网输入模组42直接经过输出模组44输出，作为第三电源状态；

将电网输入模组42向储能模组43输送电能，作为第四电源状态；

将电网输入模组42与储能模组43并网后通过输出模组44输出，作为第五电源状态；

将储能模组43通过输出模组44输出，作为第六电源状态；

在国家电网用电低谷时段内，优先采用第四电源状态，对储能模组43充电；在国家电网用电高峰时段内，优先采用第六电源状态，采用储能模组43放电；

当连接到国家电网时，优先采用第三电源状态，当国家电网掉电时，切换为第六电源状态并启动燃料电池模组41，当燃料电池模组41正常工作时，切换为第一电源状态，当拔除外接用电器时，切换为第二电源状态，将燃料电池模组41剩余电能存储到储能模组43；

当储能模组43经过预设时间长度未放电时，优先采用第五电源状态，当储能模组43放电完时，切换为第三电源状态或第一电源状态；当拔除外接用电器时，切换为第二电源状态或第四电源状态，进行储能；

当未连接到国家电网时，优先采用第一电源状态；当燃料电池模组41的燃料使用完毕后，切换为第六电源状态。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

在国家电网用电低谷时段内，优先采用第四电源状态，对储能模组43充电；在在国家电网用电高峰时段内，优先采用第六电源状态，采用储能模组43放电。实现“削峰平谷”，在用电高峰时段，电价高；在用电低谷时段，电价低；在用电低谷时段采用国家电网对储能模组43进行充电，然后在用电高峰时再将低谷时段储能模组43存储的电能释放使用；实现高性价比的用电方式。

当连接到国家电网时，优先采用第三电源状态，当国家电网掉电时，切换为第六电源状态并启动燃料电池模组41，当燃料电池模组41正常工作时，切换为第一电源状态，当拔除外接用电器时，切换为第二电源状态，将燃料电池模组41剩余电能存储到储能模组43。以储能模块的电能衔接国家电网和燃料电池模组41电能切换之间的空白实现用电器电能的无缝切换，保证用电器用电的稳定。

当储能模组43经过预设时间长度未放电时，优先采用第五电源状态，当储能模组43放电完时，切换为第三电源状态或第一电源状态；当拔除外接用电器时，切换为第二电源状态或第四电源状态，进行储能；定期对储能模组43进行充放电，保证储能模组43的性能处于最佳状态。

当未连接到国家电网时，优先采用第一电源状态；当燃料电池模组41的燃料使用完毕后，切换为第六电源状态。在燃料电池模组41的燃料使用完毕后直接切换使用储能模组43电能，保证还连接的用电设备的用电。

在一个实施例中，如图5、图6、图7和图8所示，燃料电池模组41还包括：

空气过滤系统2，用于对空气进行过滤得到过滤空气并将过滤空气输送到电堆；

无焰燃烧室5，通过管路与电堆3连接，用于采用电堆3内未完全反应的重整混合气进行无焰燃烧产生高温气体；

第二风机6，通过管路与无焰燃烧室5连接，用于为无焰燃烧室5的无焰燃烧提供空气；

热能管路和第一开关阀7，热能管路通过第一开关阀7与无焰燃烧室5连接，热能管路将高温气体通入热水器的水箱中，利用高温气体的热能对水箱中水进行加热；

辅助加热系统4，分别与重整室1、空气过滤系统2和电堆3连接；用于在甲醇重整燃料电池系统启动环节对电堆3、重整室1和空气过滤系统2的过滤空气进行加热，用于在甲醇重整燃料电池系统正常工作环节利用电堆3发电时产生的热量对重整室1和空气过滤系统2的过滤空气进行加热；

辅助加热系统包括：加热器31、辅助加热管路32、第一换热器33、第二换热器35、第二开关阀8和加热介质循环泵34；

辅助加热管路32从加热器31的输出端出发依次贯穿重整室1和电堆3，然后接入第一换热器33的第一输入端(图6中第一换热器33的左下)；

第一换热器33的第一输出端(图6中第一换热器33的右下)通过辅助加热管路32连接到第二换热器35的第一输入端(图6中第二换热器36的右下)，第二换热器35的第一输出端(图6中第二换热器36的左下)连接到加热介质循环泵34的输入端；

加热介质循环泵34的输出端通过辅助加热管路32连接到加热器31的输入端；其中，第一换热器33的第一输出端与第一换热器33的第一输入端相连通，第二换热器35的第一输入端与第二换热器35的第一输出端连通；

加热介质依次流经加热器31、重整室1、电堆3、第一换热器33、第二换热器35、加热介质循环泵34；

第一换热器33的第二输入端(图6中第一换热器33的右上)通过管路与空气过滤系统2连接，第一换热器33的第二输出端(图6中第一换热器33的左上)通过管路与电堆3连接；第一换热器33的第二输入端与第一换热器33的第二输出端连通；第一换热器33用于加热介质和过滤空气之间的热交换，热交换后的过滤空气通过管路送到电堆3中；

第二换热器35第二输入端(图6中第二换热器35的左上)通过管路与第二开关阀8连接，第二换热器35的第二输出端(图6中第二换热器35的右上)与热能管路连接；第二开关阀8通过管路与无焰燃烧室5连接；第二换热器35用于利用高温气体对加热介质进行加热；其中，第二换热器35的第二输入端与第二换热器35的第二输出端连通；

加热器31用于在甲醇重整燃料电池系统启动环节对辅助加热管路32中的加热介质进行加热；加热器31在甲醇重整燃料电池系统正常环节时停止工作；

空气过滤系统2包括：

空气过滤器21，用于对空气进行过滤获得过滤空气；

第一风机22，其输入端通过管路与空气过滤器21连接，为过滤空气送入电堆3提供动力；

燃料电池模组41还包括：

按键9，用于接收用户的启动命令；

第一温度传感器10，设置在电堆3内，用于检测电堆3的温度；

第二温度传感器11，设置在重整室1内，用于检测重整室1内的温度；

第三温度传感器12，设置在第一换热器33内，用于检测加热介质经过第一换热器33后的温度；

第四温度传感器13，设置在第二换热器35内，用于检测加热介质经过第二换热器35后的温度；

中央控制器14，与按键9、第一温度传感器10、第二温度传感器11、第三温度传感器12、第四温度传感器13电连接，与第一风机22、第二风机6、重整室1、电堆3、加热介质循环泵34、加热器31、第一开关阀7、无焰燃烧室5和第二开关阀8控制连接；

中央控制器14执行如下操作：

步骤1：通过按键9接收用户的启动命令后，通过第一温度传感器10检测电堆3的温度为第一温度，通过第二温度传感器11检测重整室1内的温度为第二温度，通过第三温度传感器12检测加热介质经过第一换热器后的温度为第三温度，通过第四温度传感器13检测加热介质经过第二换热器后的温度为第四温度；

步骤2：当第一温度达到第一预设值且第二温度达到第二预设值时；依次启动重整室1、第一风机22、电堆3、第二风机6、无焰燃烧室5和加热介质循环泵34，并打开第二开关阀8；

步骤3：当第一温度未达到第一预设值或第二温度未达到第二预设值时，根据第三温度和第四温度，计算出开启加热介质循环泵34后第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线；

步骤4：根据第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线确定第一温度和第二温度分别上升到第一预设值和第二预设值的周期(燃料电池一次反应周期，即从重整室反应开始到电堆反应发电的最短时间)，该周期即为启动周期；启动加热介质循环泵34，在启动周期的起始时间开始时，依次启动重整室1、第一风机22、电堆3、第二风机6、无焰燃烧室5，并打开第二开关阀8；

步骤5：根据第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线确定第一温度和第二温度在某一个预设周期内不能分别达到第一预设值和第二预设值，依次启动加热器31、无焰燃烧室5、加热介质循环泵34。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

其中，第一风机22为空气过滤系2提供动力。

本发明的燃料电池模组，在启动环节时辅助加热系统4对电堆3、重整室1和空气过滤系统2的过滤空气进行加热，当电堆3和重整室1都达到反应温度时(燃料电池模组正常工作环节)，重整室1中甲醇、水蒸气在催化剂的作用下生成富氢的混合气，空气过滤系统2过滤空气得到过滤气体，混合气进入电堆3中与过滤空气进行反应发电；在此环节中辅助加热系统4采用电堆3产生的热量对重整室1和空气过滤系统2的过滤空气进行加热。电堆3反应放电的同时产生的尾气经过水汽分离、冷凝、直排处理即可。

本发明的燃料电池模组，通过辅助加热系统4利用电堆3产生的热能对重整室1和过滤空气进行加热，从而有效利用电堆3产生的热能。

辅助加热系统4的加热介质在加热介质循环泵34的作用依次从加热器31出发经过重整室1、电堆3、第一换热器33、第二换热器35、加热介质循环泵34后再回到加热器31。在燃料电池模组启动环节中，加热器31对加热介质进行加热。在加热介质循环过程中加热介质在加热器31处吸热，在电堆3、第一换热器33和重整室1处放热；从而以加热介质对电堆3、第一换热器33中的过滤空气和重整室1进行预热。此外，在燃料电池模组启动环节中，关闭第一开关阀7，打开第二开关阀8，通过无焰燃烧室5燃烧燃料(甲醇)获取热能，通过第二换热器35换热给加热介质；此时，加热介质在加热器31和第二换热器35处吸热，在电堆3、第一换热器33和重整室1处放热；从而以加热介质对电堆3、第一换热器33中的过滤空气和重整室1进行预热。

当电堆3和重整室1都达到反应温度时(燃料电池模组正常工作环节)，关闭加热器31，在加热介质循环过程中加热介质在电堆3、第二换热器35处吸热，在第一换热器33和重整室1处放热；利用电堆3产生的热能及未完全反应的混合气无焰燃烧后的热能对重整室1和过滤空气进行加热，从而有效利用电堆3产生的热能。当电堆3的热能达到对重整室1和过滤空气的预热时，关闭第二开关阀8，打开第一开关阀7，将无焰燃烧室5产生的热量用于客户的日常使用。

通过对燃料电池模组的启动环节内的温度的掌控，使启动时所耗能源更小，起到节约能源的作用。当启动时，确定出开启加热介质循环泵34后，电堆3和重整室1的温度能否在某一个反应周期内达到了各自的反应条件(第一预设值和第二预设值)，当能够达到时，只需开启加热介质循环泵34，而无需开启加热器31。

热水器是根据客户对本发明的燃料电池模组使用时所外接的外挂设备，当第一开关阀7打开时，高温气体输送到热能管路中，第一开关阀7关闭时，高温气体不输送到热能管路。热能管路将无焰燃烧产生的高温气体通入根据客户需求连接相应的挂件以满足客户洗漱热水以及取暖等功能需求；主要可以是通入热水器的水箱中，以水箱中的水吸收高温气体中的热量，热水器中的水在吸收热量后供给客户的洗漱使用。此外，还可通入地暖使用的水箱中，对水箱的水加热，供地暖使用；或者直接以热能管路铺设成地暖。

燃料电池模组的启动除了通过按键，还可以是中央控制器14通过通讯模组接收外界的移动终端的开启命令而启动。

在一个实施例中，功率因素控制电路在控制第四输出模块的输入端的电压电流时，能智能控制输入端的电压大小和电流大小，其中智能智能控制包括如下步骤：

步骤A1、获取储能模组所处环境温度以及储能模组的基本信息，并确定储能模组的电动势调节值；

其中，Ut为储能模组的电动势调节值，Umax为第四输出模块的最大电动势值，A为预设的标准电动势，A的预设值为1伏特，T为储能模组所处环境温度；

步骤A2、确定储能模组的有功输出功率；

其中，f(t)为t时刻的有功输出功率，即当前时刻的有功输出功率，f(t-1)为t-1时刻的有功输出功率，即上一次计算得到的有功输出功率，I(t)为t时刻的电网输入模组的工作电流，I(t-1)为t-1时刻的电网输入模组的工作电流，Qf为储能模组的容量，

代表积分函数，其中t为被积上限，t-1为被积下限，x为被积变量，K为预设温度系数；

且，t时刻为当前时刻，t-1为上一次计算有功输出功率的时刻，开始充电时的有功输出功率为100％；

K的预设值为1.18212。

步骤A3、确定储能模组的视在输出功率；

其中，g(t)为视在输出功率，Imax为第四输出模块的最大电流，Pmax为第四输出模块的最大功率；

步骤A4、计算功率因素，并根据功率电路控制第四输出模块的电压和电流；

I＝Fg*Imax

U＝Fg*Umax

其中，Fg为功率因素，I为第四输出模块的电流，U为第四输出模块的电压。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

利用上述技术，能够根据功率因素智能的控制第四输出模块的电压和电流，从而使得第四输出模块的电压和电流能够最好的符合当前环境下的储能模组，使得第四输出模块的电压电流既能很好的给储能模组进行高效的充电，又不会因为第四输出模块的电压电流过大而对储能模组造成损害，同时在确定功率因素时，通过实时的环境因素，计算环境下所对应的视在输出功率和有功输出功率，从而能得到任意时刻所对应的环境下所对应的功率因素，从而使得控制第四输出模块的电压和电流为一个实时动态调节的过程。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种燃料电池的可移动微网系统，其特征在于，包括：

移动平台，底部设置有移动轮；

燃料电池模组，设置在所述移动平台上，用于发电；

电网输入模组，设置在所述移动平台上，用于连接国家电网；

储能模组，设置在所述移动平台上，用于存储电能；

输出模组，设置在所述移动平台上，分别与外部用电器、所述燃料电池模组、所述电网输入模组、所述储能模组连接，用于将所述燃料电池模组或所述电网输入模组或所述储能模组的电能输送到外部用电器使用，用于将所述燃料电池模组或所述电网输入模组的电能输送到所述储能模组中存储；

电源管理模组，设置在所述移动平台上，分别与所述输出模组、所述燃料电池模组、所述电网输入模组、所述储能模组连接，用于对所述输出模组、所述燃料电池模组、所述电网输入模组、所述储能模组进行管理；

所述输出模组包括：

第一输出模块，其输入端与所述电网输入模组连接，其输出端用于与外部用电器连接；

第二输出模块，其输入端与电堆连接，其输出端用于连接汽车蓄电池或所述储能模组；

第三输出模块，其输入端与所述储能模组连接，其输出端用于连接外部用电器；

第四输出模块，其输入端与所述电网输入模组连接，其输出端与所述储能模组连接；

第五输出模块，其输入端分别与所述第四输出模块、所述储能模组连接，其输出端与所述第一输出模块的输入端连接；

第六输出模块，其输入端与所述电堆连接，其输出端用于连接外部用电器；

所述第二输出模块包括：与所述电堆连接的直流电压变换电路、与所述直流变换电路连接的直流稳压电路和与所述直流稳压电路连接的第一直流充电电路；

所述第三输出模块包括：

DC-DC变压电路，与所述储能模块连接，用于将所述储能模组的直流电压的变换；

DC-AC逆变电路，与所述DC-DC变压电路连接，用于将所述储能模组的直流电转变为交流电；

所述第四输出模块包括：

整流电路，与所述国家电网连接，用于将国家电网的交流转换为直流电；

功率因素控制电路，与所述整流电路连接，用于控制所述第四输出模块的输入端的电压电流；

第二直流充电电路，与所述功率因素控制电路连接，用于对所述储能模组充电；

所述第五输出模块包括并网逆变器；

所述第六输出模块包括：

逆变电路，与所述电堆连接，用于将所述电堆的直流电转换为交流电；

所述功率因素控制电路在控制所述第四输出模块的输入端的电压电流时，能智能控制所述第四输出模块的输入端的电压大小和电流大小，其中所述智能智能控制包括如下步骤：

步骤A1、获取所述储能模组所处环境温度以及所述储能模组的基本信息，并确定所述储能模组的电动势调节值；

其中，Ut为所述储能模组的电动势调节值，U max为所述第四输出模块的最大电动势值，A为预设的标准电动势，A的预设值为1伏特，T为所述储能模组所处环境温度；

步骤A2、确定所述储能模组的有功输出功率；

其中，f(t)为t时刻的所述有功输出功率，即当前时刻的所述有功输出功率，f(t-1)为t-1时刻的所述有功输出功率，即上一次计算得到的有功输出功率，I(t)为t时刻的所述电网输入模组的工作电流，I(t-1)为t-1时刻的所述电网输入模组的工作电流，Qf为所述储能模组的容量，

代表积分函数，其中t为被积上限，t-1为被积下限，x为被积变量，K为预设温度系数；

步骤A3、确定所述储能模组的视在输出功率；

其中，g(t)为所述视在输出功率，I max为所述第四输出模块的最大电流，P max为所述第四输出模块的最大功率；

步骤A4、计算功率因素，并根据所述功率电路控制所述第四输出模块的电压和电流；

I＝Fg*I max

U＝Fg*U max

其中，Fg为所述功率因素，I为所述第四输出模块的电流，U为所述第四输出模块的电压。

2.如权利要求1所述的燃料电池的可移动微网系统，其特征在于，所述电网输入模组包括：

开关控制器，与国家电网连接；

过流保护电路，与所述开关控制器连接，用于过流保护；

电压电流检测电路，与所述过流保护电路连接，用于检测所述电网输入模组的电压、电流。

3.如权利要求1所述的燃料电池的可移动微网系统，其特征在于，所述储能模组包括：

锂电池组，用于存储电能；

充放电管理模块，与所述锂电池组连接，用于对所述锂电池组的充放电进行管理。

4.如权利要求1所述的燃料电池的可移动微网系统，其特征在于，还包括：

通讯模组，与所述电源管理模组连接，用于接收移动终端的控制命令；所述控制命令包括采用所述储能模组供电、所述燃料电池模组供电、所述国家电网和所述储能模组并网供电、所述国家电网供电。

5.如权利要求1所述的燃料电池的可移动微网系统，其特征在于，所述电源管理模组还执行如下步骤：

将所述燃料电池模组发电后直接经过所述输出模组输出，作为第一电源状态；

将所述燃料电池模组发电输入所述储能模组，作为第二电源状态；

将所述电网输入模组直接经过所述输出模组输出，作为第三电源状态；

将所述电网输入模组向所述储能模组输送电能，作为第四电源状态；

将所述电网输入模组与所述储能模组并网后通过所述输出模组输出，作为第五电源状态；

将所述储能模组通过所述输出模组输出，作为第六电源状态；

在国家电网用电低谷时段内，优先采用第四电源状态，对所述储能模组充电；在国家电网用电高峰时段内，优先采用第六电源状态，采用所述储能模组放电；

当连接到国家电网时，优先采用第三电源状态，当国家电网掉电时，切换为第六电源状态并启动所述燃料电池模组，当燃料电池模组正常工作时，切换为第一电源状态，当拔除外接用电器时，切换为第二电源状态，将所述燃料电池模组剩余电能存储到所述储能模组；

当所述储能模组经过预设时间长度未放电时，优先采用第五电源状态，当所述储能模组放电完时，切换为第三电源状态或第一电源状态；当拔除外接用电器时，切换为第二电源状态或第四电源状态，进行储能；

当未连接到国家电网时，优先采用第一电源状态；当所述燃料电池模组的燃料使用完毕后，切换为第六电源状态。

6.如权利要求1所述的燃料电池的可移动微网系统，其特征在于，

所述空气过滤系统包括：

空气过滤器，用于对空气进行过滤获得过滤空气；

第一风机，其输入端通过管路与空气过滤器连接，为所述过滤空气送入所述电堆提供动力；

所述燃料电池模组还包括：

按键，用于接收用户的启动命令；

第一温度传感器，设置在所述电堆内，用于检测电堆的温度；

第二温度传感器，设置在所述重整室内，用于检测重整室内的温度；

第三温度传感器，设置在所述第一换热器内，用于检测所述加热介质经过所述第一换热器后的温度；

第四温度传感器，设置在所述第二换热器内，用于检测所述加热介质经过所述第二换热器后的温度；

中央控制器，与所述按键、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器电连接，与所述第一风机、第二风机、重整室、电堆、加热介质循环泵、加热器、第一开关阀、无焰燃烧室和第二开关阀控制连接；

所述中央控制器执行如下操作：

步骤1：通过所述按键接收用户的启动命令后，通过第一温度传感器检测电堆的温度为第一温度，通过第二温度传感器检测重整室内的温度为第二温度，通过第三温度传感器检测所述加热介质经过所述第一换热器后的温度为第三温度，通过第四温度传感器检测所述加热介质经过所述第二换热器后的温度为第四温度；

步骤2：当第一温度达到第一预设值且第二温度达到第二预设值时；依次启动重整室、第一风机、电堆、第二风机、无焰燃烧室和加热介质循环泵，并打开第二开关阀；

步骤3：当第一温度未达到第一预设值或第二温度未达到第二预设值时，根据第三温度和第四温度，计算出开启加热介质循环泵后第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线；

步骤4：根据第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线确定第一温度和第二温度分别上升到第一预设值和第二预设值的周期，该周期即为启动周期；启动加热介质循环泵，在启动周期的起始时间开始时，依次启动重整室、第一风机、电堆、第二风机、无焰燃烧室，并打开第二开关阀；

步骤5：根据第一温度的上升曲线、第二温度的上升曲线确定第一温度和第二温度在某一个预设周期内不能分别达到第一预设值和第二预设值，依次启动加热器、无焰燃烧室、加热介质循环泵。

Images