CN203734372U - 一种燃料电池备用供电系统 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池备用供电系统，该系统包括主控系统，燃料电池，风冷风扇，以及氢气供应系统，其中各个风冷风扇使对应的燃料电池强制风冷并且同时给对应的燃料电池提供包含氧气的燃料，当主控系统检测到市电处于断电状态时，主控系统使风冷风扇以及氢气供应系统处于工作状态，从而为燃料电池提供氢气和包含氧气的燃料，从而燃料电池给负载提供电能。该系统能够实现冗余备份，模块化设计，并且还提供一种独立于主控系统的燃料电池安全链设计，提高系统的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池备用供电系统。
背景技术
燃料电池是将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。通信用燃料电池备用供电系统是直流发电系统，可替代柴（汽）油发电机和蓄电池组成的备用供电系统，在市电中断、通信电源无直流输出时为负载供电。通信用燃料电池备用供电系统，与内燃机为主体的备用电源相比，具有更高的效率，维护成本低，可靠性高等优点，与蓄电池为主体的备用电源相比，燃料电池的后处理简单，不会破坏我们的地下水和土壤。
发明内容
本实用新型的主要目的在于提供一种燃料电池备用供电系统，其能够实现冗余备份，以在需要时提供电能。
本实用新型的另一目的在于提供一种燃料电池备用供电系统，其能够实现模块化设计，从而电路结构简单，便于操作。
本实用新型的另一目的在于提供一种燃料电池备用供电系统，其提供一种独立于主控系统的燃料电池安全链设计，提高系统的安全性。
为达到以上目的，本实用新型提供一种燃料电池备用供电系统，其包括主控系统，一个或多个燃料电池，一个或多个风冷风扇，以及氢气供应系统，其中各个所述风冷风扇使对应的所述燃料电池强制风冷并且同时给对应的所述燃料电池提供包含氧气的燃料，当所述主控系统检测到市电处于断电状态时，所述主控系统使所述风冷风扇以及所述氢气供应系统处于打开状态，从而为所述燃料电池提供氢气和包含氧气的燃料，从而所述燃料电池给负载提供电能。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统还包括储能单元，用于当市电断电之后以及所述燃料电池启动之前给负载提供电能，当所述主控系统检测到所述储能单元的直流电压低于预设值时，所述主控系统启动所述燃料电池。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统各个所述燃料电池连接于一个直流变直流装置，从而所述燃料电池，所述直流变直流装置以及所述风冷风扇组成燃料电池发电单元。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统还包括交流变直流单元，所述交流变直流单元与所述储能单元连接。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统还包括卸荷单元，以用于给所述燃料电池进行电流放电。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统还包括直流配电单元，其与所述储能单元连接，以将直流电分配给不同的负载。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统还包括辅助电源变换装置，其与所述储能单元连接，以用于给所述主控系统提供稳定的电压供给。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统还包括安全链，当所述氢气供应系统的氢气传感器检测到环境中氢气含量大于预设阀值时，所述安全链启动并停止所述氢气供应系统的氢气供应。
本实用新型还提供一种燃料电池备用供电系统的控制方法，其包括如下步骤：通过主控系统检测市电的运行状态，当检测到市电处于断电状态时，所述主控系统启动风冷风扇以及氢气供应系统，从而为燃料电池提供氢气和包含氧气的燃料，从而所述燃料电池给负载提供电能。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统的控制方法还包括步骤：在当市电断电之后以及所述燃料电池启动之前通过储能单元给负载提供电能，当所述主控系统检测到所述储能单元的直流电压低于预设值时，所述主控系统启动所述燃料电池。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统的控制方法还包括步骤：在运行过程中，选择性地针对所述燃料电池进行电流放电步骤，当电流放电过程结束后，恢复所述燃料电池的发电状态。
根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池备用供电系统的控制方法还包括步骤：检测运行过程中环境中氢气含量，当所述氢气含量大于预设值时，启动安全链，以阻止所述氢气供应系统给所述燃料电池供给氢气。
根据本实用新型的另外一方面，本实用新型还提供一种燃料电池备用供电系统，其包括可操作地连接的主控系统，一个或多个燃料电池发电单元，以及氢气供应系统，各个所述燃料电池发电单元包括燃料电池，直流变直流装置以及风冷风扇，其中各个所述风冷风扇使对应的所述燃料电池强制风冷并且同时给对应的所述燃料电池提供包含氧气的燃料，当所述主控系统检测到市电处于断电状态时，所述主控系统使所述风冷风扇以及所述氢气供应系统处于打开状态，从而为所述燃料电池提供氢气和包含氧气的燃料，从而所述燃料电池给负载提供电能。
进一步地，所述燃料电池备用供电系统还包括可操作地连接的卸荷单元，交流变直流装置，直流配电装置，储能单元，辅助电源变换装置，所述卸荷单元用于给所述燃料电池进行电流放电，所述变流变直流单元与所述储能单元连接，所述直流配电单元与所述储能单元连接，以将直流电分配给不同的负载，所述辅助电源变换装置与所述储能单元连接，以用于给所述主控系统提供稳定的电压供给。
进一步地，所述燃料电池备用供电系统包括第一燃料电池发电单元以及第二燃料电池发电单元，所述第一燃料电池发电单元包括第一燃料电池，第一直流变直流装置以及第一风冷风扇，所述第二燃料电池发电单元包括第二燃料电池，第二直流变直流装置以及第二风冷风扇，所述第一风冷风扇，所述第一燃料电池，与所述第一直流变直流装置组成一个燃料电池发电单元；
所述燃料电池备用供电系统还包括第一、第二、第三和第四直流接触器，以及第一和第二继电器；
所述第一燃料电池正极输出端通过所述第一直流接触器的常开触点与所述第一直流变直流装置的输入正极连接，所述第一燃料电池的负极与所述第一直流变直流装置的输入负极连接，所述第一直流变直流装置的输出正极与所述储能单元的正极连接，输出负极与所述储能单元的负极连接，所述第一风冷风扇电源输入正极通过所述第一继电器的常开触点与所述储能单元的正极连接，输入的负极与所述储能单元的负极连接；
所述第二燃料电池正极输出端通过所述第四直流接触器的常开触点与所述第二直流变直流装置的输入正极连接，所述第二燃料电池的负极与所述第一直流变直流装置的输入负极连接，所述第二直流变直流装置的输出正极与所述储能单元的正极连接，输出负极与储能单元的负极连接，所述第二风冷风扇电源输入正极通过所述第一继电器的常开触点与所述储能单元的正极连接，输入的负极与所述储能单元的负极连接；
所述卸荷单元的负极位于所述第一燃料电池与所述第二燃料电池之间，所述卸荷单元的正极位于所述第三直流接触器的常开触点与所述第二直流接触器的常开触点之间，所述第三直流接触器的常开触点一端位于所述第二燃料电池输出正极与第四直流接触器的常开触点之间，另外一端位于所述卸荷单元的输入正极与所述第二直流接触器的常开触点之间，所述第二直流接触器的常开触点一端位于所述第一燃料电池输出正极与所述第一直流接触器的常开触点之间，另外一端位于所述卸荷单元的输入正极与所述第三直流接触器的常开触点之间；
所述交流变直流装置输出的正极与所述储能单元的正极连接，输出的负极与所述储能单元的负极连接，输入端与电网连接；
所述直流配电单元，输入的正极与储能单元的正极连接，输入的负极与所述储能单元的负极连接；
所述辅助电源变换装置输入的正极与所述储能单元的正极连接，输入的负极与所述储能单元的负极连接；
所述的主控系统输出点通过所述第一、第二、第三和第四直流接触器，以及所述第一和第二继电器的线圈与所述辅助电源变换装置的负极连接。
进一步地，所述燃料电池备用供电系统还包括安全链，所述安全链由所述辅助电源变换装置输出的正极与氢气传感器的常闭触点，急停按钮，继电器线圈和所述辅助电源变换装置输出的负极串联组成，所述氢气传感器检测到环境中氢气的含量大于预设阀值时，其常闭触点将打开，当所述氢气传感器的所述常闭触点或者所述急停按钮按下时，继电器线圈将失电。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个优选例的燃料电池备用供电系统的电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示是根据本实用新型的一个优选例的燃料电池备用供电系统，其包括：风冷风扇10，燃料电池11，直流变直流装置DC/DC12，风冷风扇10’，燃料电池11’，直流变直流装置DC/DC12’,卸荷单元，市电，交流变直流装置AC/DC，直流配电装置，储能单元，辅助电源变换装置，主控系统，安全链，氢气供应系统，直流接触器K1，K2，K3和K4，继电器K5和K6组成。
所述风冷风扇10，燃料电池11，与DC/DC12组成一个燃料电池发电单元，所述风冷风扇10强制燃料电池11风冷，同时为燃料电池11提供燃料氧气；所述燃料电池11正极输出端通过直流接触器K1的常开触点K1.1与DC/DC12的输入正极连接，燃料电池11的负极与DC/DC12的输入负极连接；所述DC/DC12的输出正极与储能单元的正极连接，输出负极与储能单元的负极连接；所述风冷风扇10电源输入正极通过继电器K5的常开触点K5.1与储能单元的正极连接，输入的负极与储能单元的负极连接。
所述风冷风扇10’，燃料电池11’，与DC/DC12’组成一个燃料电池发电单元，所述风冷风扇10’强制燃料电池11’风冷，同时为燃料电池11’提供燃料氧气；所述燃料电池11’正极输出端通过直流接触器K4的常开触点K4.1与DC/DC12’的输入正极连接，燃料电池11’的负极与DC/DC12的输入负极连接；所述DC/DC12’的输出正极与储能单元的正极连接，输出负极与储能单元的负极连接；所述风冷风扇10’电源输入正极通过继电器K5的常开触点K5.1与储能单元的正极连接，输入的负极与储能单元的负极连接。
所述卸荷单元用于给燃料电池进行短时设定电流的放电，卸荷单元的负极位于燃料电池11与燃料电池11’之间，卸荷单元的正极位于直流接触器K3的常开触点K3.1与K2常开触点K2.1之间；所述直流接触器K3的常开触点K3.1，一端位于燃料电池11’输出正极与K4常开触点K4.1之间，另外一端位于卸荷单元的输入正极与K2常开触点K2.1之间；所述K2的常开触点K2.1，一端位于燃料电池11输出正极与K1常开触点K1.1之间，另外一端位于卸荷单元的输入正极与K3常开触点K3.1之间；
所述AC/DC是拥有冗余备份的交流变直流单元，输出的正极与储能单元的正极连接，输出的负极与储能单元的负极连接，输入端与电网连接。
所述直流配电单元用于将出入的直流电分配给不同的通信负载，其输入的正极与储能单元的正极连接，输入的负极与储能单元的负极连接。
所述储能单元用于为通信负载提供市电掉电过后燃料电池启动之前这段时间的电能供给，它可以是小容量的蓄电池或者超级电容一种或它们的组合体
所述辅助电源变换装置用于给主控系统提供24V的稳定电压供给，其输入的正极与储能单元的正极连接，输入的负极与储能单元的负极连接。
所述主控系统为整个系统的控制核心，其输出点out1，out2,out3,out4,out5和out6分别通过继电器K1，K2，K3，K4，K5，K6的线圈与辅助变换的24V负连接，辅助电源的输出24V正极通过继电器K8的常开触点K8.1与主控系统的输入点in1连接。
所述安全链由辅助电源变换装置输出的正极与H2传感器的常闭触点，急停按钮，继电器K7，K8的线圈和辅助电源变换装置输出的负极串联组成；所述H2传感器检测到大气中H2的含量大于设定的阀值，其常闭触点将打开；当H2传感器的常闭触点或者急停按钮按下时，继电器K7，K8的线圈将失电，安全链动作。
所述辅助电源变换装置输出24V的正极通过继电器K6的常开触点K6.1,继电器K7的常开触点K7.1，H2进气电磁阀与辅助电源变换装置输出24V的负极串联。
本实用新型的这个优选实施例的燃料电池备用供电系统，其主要控制步骤如下：
1）当主控系统检测到是市电断电，或者储能单元的直流电压低于某个设定值时，主控系统将启动燃料电池，产生电能。主控系统按照设定时序给输出点out1,out4,out5和out6上电，从而使直流接触器K1和K4的线圈，继电器K5和K6的线圈得电；当继电器K5得电时，其常开触点K5.1闭合，冷却风扇1，冷却风扇2将获得电源，风扇启动；继电器K6得电时，其常闭触点K6.1闭合，H2进气电磁阀打开，燃料电池获得H2，产生电能；直流接触器K1得电时，其常开触点K1.1闭合，DC/DC12工作，将燃料电池11的直流电转换为满足通信要求的电能给直流配电；直流接触器K4得电时，其常开触点K4.1闭合，DC/DC12’工作，将燃料电池11’的直流电转换满足通信要求的电能给直流配电。
2)运行过程中当需要给燃料电池11进行设定电流放电时，主控系统会让输出点out1失电，out2上电，从而使得直流接触器K1的线圈失电，K2的线圈得电；当K1的线圈失电时，其常开触点K1.1断开，DC/DC12停止工作；当K2的线圈得电时，其常开触点K2.1闭合，卸荷单元与燃料电池11连接，并对燃料电池11按照设定的电流放电;放电结束后，主控系统会让输出点out1上电，out2失电，燃料电池11恢复到发电状态。
3)运行过程中需要给燃料电池11’进行设定电流放电时，主控系统会让输出点out4失电，out3上电，从而使得直流接触器K4的线圈失电，K3的线圈得电；当K4的线圈失电时，其常开触点K4.1断开，DC/DC12’停止工作；当K3的线圈得电时，其常开触点K3.1闭合，卸荷单元与燃料电池11’连接，并对燃料电池11’按照设定的电流放电;放电结束后，主控系统会让输出点out4上电，out3失电，燃料电池11’恢复到发电状态。
4）运行过程中，出现H2泄露或者急停按钮动作时，安全链动作，继电器K7，K8的线圈失电；当继电器K7的线圈失电时，其常开触点K7.1断开，H2进气电池阀闭合，停止给燃料电池供给H2；当继电器K8的线圈失电时，其常开触点K8.1断开，主控系统in1检测到断开信号，按照控制系统停机时序对out1,out2,out3,out4,out5输出点进行控制，并让Out6失电,从而使继电器K6的线圈失电，当K6的线圈失电时，其常开触点K6.1断开，给H2进气电磁阀关闭的一个冗余动作。
本实用新型与现有的技术比较，实现了燃料电池单元的模块化，实现了燃料电池发电单元的冗余，提高了系统的可靠性；安全链的设计，独立于主控系统，能够在主控系统失灵的情况下，保证H2的可靠关闭，提高系统的安全性。
作为本实用新型的一种改进，系统可以将多个风冷风扇，燃料电池和DC/DC变换单元组成的燃料电池发电单元与储能单元连接，实现通信用燃料电池备用供电系统容量的扩充。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在不背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (12)
1.一种燃料电池备用供电系统，其特征在于，包括主控系统，一个或多个燃料电池，一个或多个风冷风扇，以及氢气供应系统，其中各个所述风冷风扇使对应的所述燃料电池强制风冷并且同时给对应的所述燃料电池提供包含氧气的燃料，当所述主控系统检测到市电处于断电状态时，所述主控系统使所述风冷风扇以及所述氢气供应系统处于工作状态，从而为所述燃料电池提供氢气和包含氧气的燃料，从而所述燃料电池给负载提供电能。
2.根据权利要求1所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，还包括储能单元，用于当市电断电之后以及所述燃料电池启动之前给负载提供电能，当所述主控系统检测到所述储能单元的直流电压低于预设值时，所述主控系统启动所述燃料电池。
3.根据权利要求2所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，各个所述燃料电池连接于一个直流变直流装置，从而所述燃料电池，所述直流变直流装置以及所述风冷风扇组成燃料电池发电单元。
4.根据权利要求3所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，还包括交流变直流单元，所述交流变直流单元与所述储能单元连接。
5.根据权利要求3所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，还包括卸荷单元，以用于给所述燃料电池按设定电流放电。
6.根据权利要求3所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，还包括直流配电单元，其与所述储能单元连接，以将直流电分配给不同的负载。
7.根据权利要求3所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，还包括辅助电源变换装置，其与所述储能单元连接，以用于给所述主控系统提供稳定的电压供给。
8.根据权利要求3所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，还包括安全链，当所述氢气供应系统的氢气传感器检测到环境中氢气含量大于预设阀值时，所述安全链启动并停止所述氢气供应系统的氢气供应。
9.一种燃料电池备用供电系统，其特征在于，包括可操作地连接的主控系统，一个或多个燃料电池发电单元，以及氢气供应系统，各个所述燃料电池发电单元包括燃料电池，直流变直流装置以及风冷风扇，其中各个所述风冷风扇使对应的所述燃料电池强制风冷并且同时给对应的所述燃料电池提供包含氧气的燃料，当所述主控系统检测到市电处于断电状态时，所述主控系统使所述风冷风扇以及所述氢气供应系统处于打开状态，从而为所述燃料电池提供氢气和包含氧气的燃料，从而所述燃料电池给负载提供电能。
10.根据权利要求9所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，还包括可操作地连接的卸荷单元，交流变直流装置，直流配电装置，储能单元，辅助电源变换装置，所述卸荷单元用于给所述燃料电池进行电流放电，所述交流变直流装置与所述储能单元连接，所述直流配电单元与所述储能单元连接，以将直流电分配给不同的负载，所述辅助电源 变换装置与所述储能单元连接，以用于给所述主控系统提供稳定的电压供给。
11.根据权利要求10所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，
所述燃料电池备用供电系统包括第一燃料电池发电单元以及第二燃料电池发电单元，所述第一燃料电池发电单元包括第一燃料电池，第一直流变直流装置以及第一风冷风扇，所述第二燃料电池发电单元包括第二燃料电池，第二直流变直流装置以及第二风冷风扇，所述第一风冷风扇，所述第一燃料电池，与所述第一直流变直流装置组成一个燃料电池发电单元；
所述燃料电池备用供电系统还包括第一、第二、第三和第四直流接触器，以及第一和第二继电器；
所述第一燃料电池正极输出端通过所述第一直流接触器的常开触点与所述第一直流变直流装置的输入正极连接，所述第一燃料电池的负极与所述第一直流变直流装置的输入负极连接，所述第一直流变直流装置的输出正极与所述储能单元的正极连接，输出负极与所述储能单元的负极连接，所述第一风冷风扇电源输入正极通过所述第一继电器的常开触点与所述储能单元的正极连接，输入的负极与所述储能单元的负极连接；
所述第二燃料电池正极输出端通过所述第四直流接触器的常开触点与所述第二直流变直流装置的输入正极连接，所述第二燃料电池的负极与所述第一直流变直流装置的输入负极连接，所述第二直流变直流装置的输出正极与所述储能单元的正极连接，输出负极与储能单元的负极连接，所述第二风冷风扇电源输入正极通过所述第一继电器的常开触点与所述储能单元的正极连接，输入的负极与所述储能单元的负极连接；
所述卸荷单元的负极位于所述第一燃料电池与所述第二燃料电池之间，所述卸荷单元的正极位于所述第三直流接触器的常开触点与所述第二直流接触器的常开触点之间，所述第三直流接触器的常开触点一端位于所述第二燃料电池输出正极与第四直流接触器的常开触点之间，另外一端位于所述卸荷单元的输入正极与所述第二直流接触器的常开触点之间，所述第二直流接触器的常开触点一端位于所述第一燃料电池输出正极与所述第一直流接触器的常开触点之间，另外一端位于所述卸荷单元的输入正极与所述第三直流接触器的常开触点之间；
所述交流变直流装置输出的正极与所述储能单元的正极连接，输出的负极与所述储能单元的负极连接，输入端与电网连接；
所述直流配电单元，输入的正极与储能单元的正极连接，输入的负极与所述储能单元的负极连接；
所述辅助电源变换装置输入的正极与所述储能单元的正极连接，输入的负极与所述储能单元的负极连接；
所述的主控系统输出点通过所述第一、第二、第三和第四直流接触器，以及所述第一和第二继电器的线圈与所述辅助电源变换装置的负极连接。
12.根据权利要求11所述的燃料电池备用供电系统，其特征在于，还包括安全链，所述安全链由所述辅助电源变换装置输出的正极与氢气传感器的常闭触点，急停按钮，继电器线圈和所述辅助电源变换装置输出的负极串联组成，所述氢气传感器检测到环境中氢气的含量大于预设阀值时，其常闭触点将打开，当所述氢气传感器的所述常闭触点或者所述急停按钮按下时，继电器线圈将失电，安全链动作。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105375587A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-03-02 | 北京华电天仁电力控制技术有限公司 | 一种甲醇燃料电池不间断电源系统 |
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| CN113315215A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-27 | 哈尔滨工业大学 | 基于超级电容储能的主泵应急电源装置 |
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2013
- 2013-12-23 CN CN201320853249.8U patent/CN203734372U/zh not_active Expired - Lifetime
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