CN116404739A - 一种便携式氢能燃料电池应急系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式氢能燃料电池应急系统及其使用方法，其中应急系统包括氢能燃料电池与蓄电池，氢能燃料电池一侧连接有制氢设备，氢能燃料电池远离制氢设备的一侧连接有储能电池，氢能燃料电池、制氢设备与储能电池的外侧设置有外壳，外壳内部处于氢能燃料电池与储能电池的上方设置有导热铝板。本发明通在负载供电不足的情况下，通过氢能燃料电池发电进行应急供电，可适用于照明、供电、充电与小型车辆等场景应急用；通过设置外壳，可以达到方便应急系统的携带；通过设置导热铝板、散热翅片、排风扇与出风管，可以达到对氢能燃料电池产生的热能进行回收利用。
Description
【技术领域】
本发明属于氢燃料电池技术领域，具体为一种便携式氢能燃料电池应急系统及其使用方法。
【背景技术】
氢燃料电池是一种将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，通过将气瓶中的氢气通入氢燃料电池，氢燃料电池发电从储能电池堆中输出，达到发电的目的，氢燃料电池的使用可减少能源消耗、降低环境污染率，在航天、负载、公交与飞机等领域广泛应用。
而在日常生活中，氢燃料电池在照明、供电、充电与小型车辆等应用场景并不常见，这些电力设备通常采用蓄电池、市电作为单一供电电源，但是在市电断电，蓄电池电量耗尽的情况，电力设备缺乏应急供电系统，影响设备的正常进行。因此，亟需一种氢能燃料电池应急系统，在照明、供电、充电与小型车辆等应用场景进行应急使用。
【发明内容】
针对现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种便携式氢能燃料电池应急系统及其使用方法，在市电断电，蓄电池电量耗尽的情况进行应急使用，保证电力设备的正常使用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一方面，提供了一种便携式氢能燃料电池应急系统，包括氢能燃料电池与蓄电池，所述氢能燃料电池一侧连接有制氢设备，所述氢能燃料电池远离制氢设备的一侧连接有储能电池，所述氢能燃料电池、制氢设备与储能电池的外侧设置有外壳，所述外壳内部处于氢能燃料电池与储能电池的上方设置有导热铝板，所述导热铝板的底部连接有散热翅片；所述储能电池与制氢设备、蓄电池、负载电性连接，所述蓄电池与负载电性连接，所述储能电池与蓄电池之间连接应急电源切换电路。
优选的，所述氢能燃料电池一侧侧壁连接有氢气流通管道，所述氢能燃料电池侧壁处于氢气流通管道的一侧连接有氧气流通管道，所述氢能燃料电池侧壁处于氧气流通管道的一侧连接有电能输出电缆，所述氢能燃料电池通过电能输出电缆与储能电池电性连接。
优选的，所述制氢设备顶部设置有水箱，所述水箱顶部设置有进水口，所述制氢设备的氢气出口、氧气出口对应通过氢气流通管道、氧气流通管道与氢能燃料电池连接。
优选的，所述外壳顶部开设有出风管，所述出风管侧壁连接有热风除雾管道，所述出风管侧壁处于热风除雾管道的一侧连接有热风供暖管道，所述出风管侧壁处于热风除雾管道与热风供暖管道之间连接有散热管道，所述热风除雾管道、热风供暖管道与散热管道靠近出风管的一端上安装有阀门，所述出风管与外壳内腔相通。
优选的，所述热风除雾管道、热风供暖管道与散热管道在出风管侧壁呈周向等距排布。
优选的，所述导热铝板中部贯穿开设有通孔，所述通孔内部安装有排风扇。
优选的，所述导热铝板宽度尺寸与外壳内壁宽度尺寸相适配。
优选的，所述排风扇下方与散热翅片之间间隙相通，所述排风扇上方与出风管相通。
优选的，所述储能电池在蓄电池电量低于百分之十时为制氢设备与负载供电、为蓄电池充电。
另外一方面，提供了一种便携式氢能燃料电池应急系统使用方法，包括以下步骤：
S1：将便携式氢能燃料电池应急系统安装在负载旁指定位置，将储能电池与蓄电池与负载电性连接；
S2：负载正常使用时，蓄电池为负载供电，当蓄电池电量低于百分之十时，应急电源切换电路切换储能电池为负载进行应急供电，同时为制氢设备供电；
S3：制氢设备启动，电解水箱内的水电解生成氢气与氧气，经过氢气流通管道与氧气流通管道向氢能燃料电池输送氢气与氧气，氢能燃料电池将化学能转化为电能传输至储能电池，储能电池在向负载进行应急供电的同时，为蓄电池充电；
S4：当蓄电池电量达到百分之百时，应急电源切换电路切换蓄电池为负载供电，此时储能电池停止电能输出，制氢设备关闭停止电解水。
本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：
1、通过制氢设备电解水生成氢气与氧气，经氢气流通管道与氧气流通管道向氢能燃料电池进行供给，方便氢能燃料电池进行能量转换发电，在负载供电不足的情况下，通过氢能燃料电池发电进行应急供电，可适用于照明、供电、充电与小型车辆等场景应急用。
2、通过外壳将氢能燃料电池、储能电池与制氢设备组成应急系统整体，在应急系统运输过程中可避免氢能燃料电池、储能电池与制氢设备的碰撞、损坏，同时将传统的气瓶替换成制氢设备，一方面减少应急系统整体体积与重量，另一方面可避免气瓶运输存储的威胁，方便应急系统的携带。
3、通过应急电源切换电路切换储能电池与蓄电池切换供电，可根据蓄电池的电量信息即时控制储能电池应急供电，实现应急系统的高效性。
4、应急系统在用于小型车辆时，氢能燃料电池供电发热，通过导热铝板底部的散热翅片将热量导出，同时排风扇驱动空气流通携带热量进入出风管，通过控制阀门启闭，选择热风除雾管道、热风供暖管道与散热管道分别进行车内除雾、车内供暖与外排散热，对氢能燃料电池产生的热能进行回收利用。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
【附图说明】
下面结合附图对发明做进一步的说明：
图1为本发明的使用方法整体流程示意图；
图2为本发明的外壳整体结构示意图；
图3为本发明的外壳内部结构示意图；
图4为本发明的应急系统未启动状态示意图；
图5为本发明的应急系统启动状态示意图；
图6为本发明的应急电源切换电路示意图。
图中：1、氢能燃料电池；11、氢气流通管道；12、氧气流通管道；13、电能输出电缆；2、蓄电池；3、制氢设备；31、水箱；32、进水口；4、储能电池；5、外壳；51、安装座；52、出风管；53、热风除雾管道；54、热风供暖管道；55、散热管道；56、阀门；6、导热铝板；61、散热翅片；62、通孔；63、排风扇。
【具体实施方式】
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
实施例一
参照图1至图6所示，本实施例提供了一种便携式氢能燃料电池应急系统，包括氢能燃料电池1与蓄电池 2，氢能燃料电池1一侧连接有制氢设备 3，制氢设备3在通电之后，借用直流电的作用，将溶解在水中的电解质分解成氢气与氧气，氢能燃料电池1远离制氢设备3的一侧连接有储能电池4，氢能燃料电池1、制氢设备3与储能电池4的外侧设置有外壳5，外壳5将氢能燃料电池1、储能电池4与制氢设备3组成应急系统整体，外壳5内部处于氢能燃料电池1与储能电池4的上方设置有导热铝板6，由于氢能燃料电池1在能量转换发电过程中产生大量热量，通过导热铝板6对氢能燃料电池1发电散热，避免热量堆积。
具体的，氢能燃料电池1一侧侧壁连接有氢气流通管道11，氢能燃料电池1侧壁处于氢气流通管道11的一侧连接有氧气流通管道12，氢能燃料电池1通过氢气流通管道11与氧气流通管道12连接制氢设备3，氢能燃料电池1侧壁处于氧气流通管道12的一侧连接有电能输出电缆13，氢能燃料电池1通过电能输出电缆13与储能电池4电性连接，氢能燃料电池1产生的电能通过储能电池4向负载供电。
进一步的，制氢设备3顶部设置有水箱31，水箱31用于存储水，水中溶解有电解质，水箱31顶部设置有进水口32，进水口32贯穿外壳5顶部连接密封盖，方便通过进水口32向水箱31中补充水，制氢设备3的氢气出口、氧气出口对应通过氢气流通管道11、氧气流通管道12与氢能燃料电池1连接，制氢设备3经氢气流通管道11与氧气流通管道12向氢能燃料电池1进行供给。将传统的气瓶替换成制氢设备3，一方面减少应急系统整体体积与重量，另一方面可避免气瓶运输存储的威胁。
进一步的，外壳5底部四角处连接有安装座51，安装座51与外壳5一体连接，安装座51中部贯穿安装孔，便于通过螺栓贯穿安装座51将外壳5安装固定，外壳5顶部开设有出风管 52，出风管52侧壁连接有热风除雾管道 53，出风管52侧壁处于热风除雾管道53的一侧连接有热风供暖管道54，出风管52侧壁处于热风除雾管道53与热风供暖管道54之间连接有散热管道55，热风除雾管道53、热风供暖管道54与散热管道55靠近出风管52的一端上安装有阀门56，阀门56对热风除雾管道53、热风供暖管道54与散热管道55进行截流，方便热风除雾管道53、热风供暖管道54与散热管道55的交替使用，出风管52呈内部中空且顶部封闭的圆管状，出风管52与外壳5内腔相通，通过出风管52将外壳5内携带热量的空气排出。
进一步的，热风除雾管道53、热风供暖管道54与散热管道55在出风管52侧壁呈周向等距排布，热风除雾管道53、热风供暖管道54与散热管道55均与出风管52内腔相通，应急系统用于小型车辆时，热风除雾管道53、热风供暖管道54与散热管道55用于将氢能燃料电池1产生的热量导出，分别进行车内除雾、车内供暖与外排散热，对氢能燃料电池1产生的热能进行回收利用。
进一步的，导热铝板6底部连接有散热翅片61，散热翅片61与导热铝板6一体连接，导热铝板6中部贯穿开设有通孔62，通孔62内部安装有排风扇63，用于驱动外壳5内空气流通散热，导热铝板6材质为铝金属，导热铝板6宽度尺寸与外壳5内壁宽度尺寸相适配，导热铝板6安装于外壳5内氢能燃料电池1的上方，氢能燃料电池1供电发热时，导热铝板6通过底部的散热翅片61将热量导出。
进一步的，排风扇63安装于通孔62内壁，排风扇63下方与散热翅片61之间间隙相通，排风扇63上方与出风管52相通，排风扇63与储能电池4电性连接，由储能电池4为排风扇63供电，排风扇63启动驱动外壳5内空气流通，使空气携带热量进入出风管52。
进一步的，储能电池4前侧开设有电连接插口，储能电池4通过电连接插口连接负载，储能电池4与蓄电池2之间连接应急电源切换电路，储能电池4与蓄电池2均与负载电性连接，应急电源切换电路包括电源控制器、继电器、储能电池4与蓄电池2，电源控制器接收蓄电池2的电量信号，当蓄电池2电量低于百分之十时，继电器触点闭合连接储能电池4，当蓄电池2电量达到百分之百时，通过继电器触点闭合连接蓄电池2，根据蓄电池2的电量信息及时切换蓄电池2为负载供电，实现应急系统的高效性。
更进一步的，储能电池4与制氢设备3、蓄电池2与负载电性连接，储能电池4为制氢设备3供电，驱动制氢设备3进行电解水产生氢气与氧气，储能电池4在蓄电池2电量低于百分之十时为与制氢设备3与负载供电，为蓄电池2充电，实现应急系统的供电、充电功能。
实施例二
一种便携式氢能燃料电池应急系统使用方法，使用实施例一所述的一种便携式氢能燃料电池应急系统进行应急使用，包括以下步骤：
S1：通过外壳5的安装座51将氢能燃料电池1与制氢设备3安装在负载旁指定位置，将电能输出电缆13连接储能电池4，将储能电池4通过电连接插口连接负载；
S2：负载正常使用时，蓄电池2为负载供电，当蓄电池2电量低于百分之十时，应急电源切换电路切换储能电池4为负载进行应急供电，同时为制氢设备3供电；
S3：制氢设备3启动电解水箱31内的水生成氢气与氧气，经过氢气流通管道11与氧气流通管道12向氢能燃料电池1输送氢气与氧气，氢能燃料电池1将化学能转化为电能传输至储能电池4，储能电池4在向负载进行应急供电的同时，为蓄电池2充电；
S4：当蓄电池2电量达到百分之百时，应急电源切换电路切换蓄电池2为负载供电，此时储能电池4停止电能输出，制氢设备3关闭停止电解水。
使用方法为：使用者首先通过外壳5的安装座51将氢能燃料电池1与制氢设备3安装在负载旁指定位置，将电能输出电缆13连接储能电池4，将储能电池4通过电连接插口连接负载，负载在正常运行过程中，由市电或蓄电池2进行供电，当市电断电或蓄电池2电量低于百分之十时，应急电源切换电路切换储能电池4为负载进行应急供电，同时储能电池4为制氢设备3供电、照明，制氢设备3启动电解水箱31内的水生成氢气与氧气，经过氢气流通管道11与氧气流通管道12向氢能燃料电池1输送氢气与氧气，氢能燃料电池1将化学能转化为电能并经电能输出电缆13传输至储能电池4，补充储能电池4的电量，储能电池4在向负载进行应急供电的同时，为蓄电池2充电，当蓄电池2电量达到百分之百时，应急电源切换电路切换蓄电池2为负载供电，此时储能电池4停止电能输出，制氢设备3关闭停止电解水，当应急系统用于小型车辆使用时，氢能燃料电池1供电发热，通过导热铝板6底部的散热翅片61将热量导出，同时储能电池4为排风扇63供电驱动空气流通携带热量进入出风管52，通过控制阀门56启闭，选择热风除雾管道53、热风供暖管道54与散热管道55分别进行车内除雾、车内供暖与外排散热，对氢能燃料电池1产生的热能进行回收利用。
以上所述，仅为发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (10)
1.一种便携式氢能燃料电池应急系统，包括氢能燃料电池与蓄电池，其特征在于：所述氢能燃料电池一侧连接有制氢设备，所述氢能燃料电池远离制氢设备的一侧连接有储能电池，所述氢能燃料电池、制氢设备与储能电池的外侧设置有外壳，所述外壳内部处于氢能燃料电池与储能电池的上方设置有导热铝板，所述导热铝板的底部连接有散热翅片；所述储能电池与制氢设备、蓄电池、负载电性连接，所述蓄电池与负载电性连接，所述储能电池与蓄电池之间连接应急电源切换电路。
2.根据权利要求1所述的便携式氢能燃料电池应急系统，其特征在于：所述氢能燃料电池一侧侧壁连接有氢气流通管道，所述氢能燃料电池侧壁处于氢气流通管道的一侧连接有氧气流通管道，所述氢能燃料电池侧壁处于氧气流通管道的一侧连接有电能输出电缆，所述氢能燃料电池通过电能输出电缆与储能电池电性连接。
3.根据权利要求2所述的便携式氢能燃料电池应急系统，其特征在于：所述制氢设备顶部设置有水箱，所述水箱顶部设置有进水口，所述制氢设备的氢气出口、氧气出口对应通过氢气流通管道、氧气流通管道与氢能燃料电池连接。
4.根据权利要求1所述的便携式氢能燃料电池应急系统，其特征在于：所述外壳顶部开设有出风管，所述出风管侧壁连接有热风除雾管道，所述出风管侧壁处于热风除雾管道的一侧连接有热风供暖管道，所述出风管侧壁处于热风除雾管道与热风供暖管道之间连接有散热管道，所述热风除雾管道、热风供暖管道与散热管道靠近出风管的一端上安装有阀门，所述出风管与外壳内腔相通。
5.根据权利要求4所述的便携式氢能燃料电池应急系统，其特征在于：所述热风除雾管道、热风供暖管道与散热管道在出风管侧壁呈周向等距排布。
6.根据权利要求4所述的便携式氢能燃料电池应急系统，其特征在于：所述导热铝板中部贯穿开设有通孔，所述通孔内部安装有排风扇。
7.根据权利要求6所述的便携式氢能燃料电池应急系统，其特征在于：所述导热铝板宽度尺寸与外壳内壁宽度尺寸相适配。
8.根据权利要求6所述的便携式氢能燃料电池应急系统，其特征在于：所述排风扇下方与散热翅片之间间隙相通，所述排风扇上方与出风管相通。
9.根据权利要求1所述的便携式氢能燃料电池应急系统，其特征在于：所述储能电池在蓄电池电量低于百分之十时为制氢设备与负载供电、为蓄电池充电。
10.一种便携式氢能燃料电池应急系统使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将便携式氢能燃料电池应急系统安装在负载旁指定位置，将储能电池与蓄电池与负载电性连接；
S2：负载正常使用时，蓄电池为负载供电，当蓄电池电量低于百分之十时，应急电源切换电路切换储能电池为负载进行应急供电，同时为制氢设备供电；
S3：制氢设备启动，电解水箱内的水电解生成氢气与氧气，经过氢气流通管道与氧气流通管道向氢能燃料电池输送氢气与氧气，氢能燃料电池将化学能转化为电能传输至储能电池，储能电池在向负载进行应急供电的同时，为蓄电池充电；
S4：当蓄电池电量达到百分之百时，应急电源切换电路切换蓄电池为负载供电，此时储能电池停止电能输出，制氢设备关闭停止电解水。
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