CN204668402U - 一种微型氢燃料电池发电装置 - Google Patents

Abstract

一种微型氢燃料电池发电装置，涉及一种小型直流电池发电装置，所述制氢系统（10）的制氢剂为发电量固定的标准单元能量体（14），制氢系统（10）包括各自独立的制氢舱（17）和能量仓（13），能量体（14）填装在能量仓（13）内；制氢舱（17）氢气导出管（15）气体入口端位置在制氢舱（17）的几何中心，反应液体水位线位置在几何中心以下；管理系统在装置输出端设置USB充电口；外壳（1）的正面上部制有上盖（2），外壳（1）下部制有散热孔（3），外壳（1）一侧设有充电键（4），该装置可以根据充电量确定制氢剂的添加量，充电过程中发电装置可以任意方向便携移动，而且发电充电可以随身启动停止，同时为两部设备充电，更加方便实用。

Description

一种微型氢燃料电池发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种小型直流发电装置，特别是涉及一种微型氢燃料电池发电装置。

背景技术

随着科技发展和人们生活水平的提高，手机、笔记本电脑、相机等各类微型电子电器设备得到了广泛普及。各种终端应用大量出现，移动微型电子设备的使用时长大大增加，这就对电池续航能力提出越来越高的要求。现有的微型电子设备的电池续航能力有限，往往在使用一段时间后电池耗尽而关机，给使用者带来很多不便，尤其是商旅人士和野外一族。为解决这一问题人们设计了备用电源解决方案，其中微型燃料电池发电装置因具有比锂电池能量密度大，节能环保等优点得到持续开发应用。

现有燃料电池发电装置有两种技术路线：

一种是直接甲醇燃料电池（DMFC）发电装置。例如日本东芝的Dynario充电产品，这种技术以甲醇溶液为燃料，对电解质膜和催化剂要求高，一般寿命较短，而且甲醇具有毒性，个人和家庭使用存在安全隐患。日常生活中，携带随身携带液态甲醇也不方便。另外，该产品零部件过多，达到30多件，装置的整体性能和稳定性，易用性、易维护性都不理想。

另一种是氢燃料电池（PEMFC）发电装置，以氢气为燃料。这里的氢气来源又细分分两种路线：一是将高纯度氢气罐装在高压容器内直接供燃料电池使用，例如英国Intelligent Energy公司的UPP燃料电池充电产品。该产品整体集成了一个压力容器用来存储氢气，燃料电池利用压力罐中的氢气发电。这种技术存在的问题是易燃易爆的氢气高压罐装存在安全隐患，燃料罐内燃料用尽后需要更换整个燃料罐，使用成本高，燃料罐代售点少不宜购买，应用不便利。二是使用制氢剂与水反应缓慢制氢提供燃料电池发电（例如，专利文献1：专利号2011203056918），这种方法制氢剂与水反应不剧烈，产氢速度稳定持续，产生的氢气直接提供给燃料电池发电，将制氢剂和水分离后即可停止制氢反应，相比前两种方法更加安全可靠。但现有产品存在的问题是：制氢剂加入量和充电量之间没有直接对比关系供使用者参考，使用过程中，充电不能做到精确的随时启动和停止；最重要的缺欠是，充电过程中充电装置也不能任意移动翻转，只能水平放置使用，以免堵塞制氢舱顶部出口导致气体不能输出，发电停止。这样就达不到日常便携应用，不具备大规模推广的性能和价值。另外就是产品的体积重量过大，同样达不到便携应用的要求。

总体上，现有产品普遍存在着三个方面问题：

1氢气的高压存储安全问题。

2装置使用过程的任意方向性存在不足。

3 发电过程的随时供氢，随意控制问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种微型氢燃料电池发电装置，该装置可以根据充电量确定制氢剂的添加量，充电过程中发电装置可以任意方向便携移动，而且发电充电可以随身启动停止，同时为两部设备充电，更加方便实用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微型氢燃料电池发电装置，包括制氢系统、燃料电池系统、管理系统和锂电池，其中管理系统由切换单元、括制氢系统、燃料电池系统、管理系统和锂电池，其中管理系统由切换单元、充电单元和升压单元组成，其特征在于，所述装置包括外壳、上盖、散热孔、充电键、充电指示灯、USB上充电口、USB下充电口、燃料电池系统、管道、制氢系统、锂电池、管理系统、能量仓、能量体、导出管、水位线、制氢舱、密封圈、卡扣；所述制氢系统包括各自独立的制氢舱和能量仓，能量体填装在能量仓内；制氢舱氢气导出管气体入口端位置在制氢舱的几何中心，反应液体水位线位置在几何中心以下；管理系统在装置输出端设置USB充电口； 外壳的正面上部制有上盖，外壳下部制有散热孔，外壳一侧设有充电键，外壳内一侧装设有制氢系统，另一侧从下至上分别装设有燃料电池系统、管理系统、锂电池,制氢系统与燃料电池系统经管道相连通，能量仓的上部空间装设有多个能量体,能量仓的外部两侧制有卡扣，制氢舱经能量仓和密封圈密封，制氢舱引出有导出管,导出管的下方标志有水位线。

所述管理系统分别与外壳的侧部充电键、充电指示灯、USB上充电口、USB下充电口相连接。

所述管理系统与燃料电池系统相连，管理系统与锂电池相连。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型可以根据充电量确定制氢剂的添加量，充电过程中发电装置可以任意方向便携移动，而且发电充电可以随身启动停止，同时为两部设备充电，更加方便实用。

   2.微型氢燃料电池发电装置将为人们解决微型电器设备电池续航能力不足问题，为商旅人士、野外一族带来工作和生活便利。同时氢燃料电池清洁能源产品的大量推广也利于改善环境质量。

附图说明

    图1为本实用新型微型氢燃料电池发电装置的原理框图；

图2为本实用新型微型氢燃料电池发电装置的主视图；

图3为本实用新型微型氢燃料电池发电装置的左视图；

图4为本实用新型微型氢燃料电池发电装置的俯视图；

图5为本实用新型微型氢燃料电池发电装置的组合结构示意图；

    图6为本实用新型制氢系统的构成图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种微型氢燃料电池发电装置，包括外壳1、上盖2、散热孔3、充电键4、充电指示灯5、USB 上充电口6、USB下充电口7、燃料电池系统8、管道9、制氢系统10、锂电池11、管理系统12、能量仓13、能量体14、导出管15、水位线16、制氢舱17、密封圈18、卡扣19、支撑圈20、能量仓上盖21；制氢系统10的制氢剂为发电量固定的标准单元能量体14，制氢系统10包括各自独立的制氢舱17和能量仓13，能量体14填装在能量仓13内；制氢舱17氢气导出管15气体入口端位置在制氢舱17的几何中心，反应液体水位线位置在几何中心以下；管理系统在装置输出端设置USB充电口； 外壳1的正面上部制有上盖2，外壳1下部制有散热孔3，外壳1一侧设有充电键4，外壳1内一侧装设有制氢系统10，另一侧从下至上分别装设有燃料电池系统8，管理系统12，锂电池11,制氢系统10与燃料电池系统8经管道9相连通，能量仓13内装设有多个能量体14,能量仓13的外部两侧制有卡扣19，能量仓上盖21满足能量体14的装入及封装，制氢舱17经和能量仓13密封圈18密封，制氢舱17引出有导出管15,导出管15的下方标志有水位线16。管理系统12分别与外壳1的侧部充电键4、充电指示灯5、USB 上充电口6、USB下充电口7相连接。管理系统12与燃料电池系统8相连，管理系统12与锂电池11相连。

下面对本实用新型作进一步详细表述：

如图1所示，本实用新型以制氢剂与水反应制氢供给氢燃料电池发电。发电装置的组成包括制氢系统、燃料电池系统、管理系统和锂电池组成。其中管理系统由切换单元、充电单元和升压单元组成。

制氢系统产生的氢气通过管道输送到燃料电池系统，燃料电池以氢气和空气为原料发电，产生的电力经切换单元切换通过充电单元控制对负载充电。

制氢剂与水反应产生氢气输送到燃料电池发电需要一定时间，系统设计有锂电池作为应急充电。按下充电键电路接通，锂电池电力通过升压单元升压，经切换单元切换通过充电单元控制向负载充电。待燃料电池产生电力稳定后，切换单元自动切换由燃料电池系统对负载充电。负载充电结束后，燃料电池通过充电单元控制继续对锂电池充电，使锂电池处于满电备用状态。

为了解决制氢剂添加量和发电量缺乏对应关系及发电过程中发电装置不能随意移动倾斜或翻转问题，本实用新型对制氢系统进行了原创性设计。制氢系统设计成制氢舱和能量仓两部分，能量仓和制氢舱独立。将制氢剂制成规格统一的标准单元——能量体，每枚能量体的产氢量都相同，能量体填装在能量仓内以备使用。充电时根据充电量添加所需能量体数量。

对于制氢舱，本实用新型将气体导出结构设计成导出管，气体导出管入口端位于制氢舱的几何中心，水位线位于导出管以下。制氢充电时，无论发电装置发生移动倾斜或翻转，导出管入口端对于制氢舱相对位置都不变，因此不会被制氢液淹没影响气体输出。同时由于导出管内有微压的氢气，可以阻挡水滴进入，保护核心发电部件。

 本实用新型具体解决方案包括三个核心部分：

1 能量供给部件为能量仓。根据精确计算和实际校验，将制氢剂制成发电量固定的标准单元的能量体，充电时使用者可以根据充电量确定所需添加的能量数量。

2 制氢部件为制氢舱。该部件主要解决整体微型发电装置的任意方向使用的问题。将氢气导管气体入口端位置设计在制氢舱的几何中心，反应液体水位线位置设计在几何中心以下，只要反应液体量不超过水位线，充电装置任意翻转液体水位都不会超过几何中心的气体入口，保证气体无阻碍导出。

3管理系统将电路部分进行优化，发电可以随时启动、止停。并在装置输出端增加设置USB充电口，可以同时对多部设备充电。

 本实用新型燃料电池的发电充电包括以下形式：

1.燃料电池对外充电

制氢系统产生的氢气通过管道输送到燃料电池系统，燃料电池以氢气和空气为原料发电，产生的电力经切换单元自动切换后通过充电单元控制对负载充电，充电指示灯亮，充电过程中有过压、过流、过温等保护，负载充满电后充电自动停止，充电指示灯灭。

2锂电池紧急充电

 制氢体与水反应产生氢气输送到燃料电池产生电力需要一定时间，系统中设计有锂电池用于应急充电。按充电键（4），电路接通，锂电池电力通过升压单元升压后，经切换单元切换通过充电单元控制向负载充电，充电指示灯亮。待燃料电池产生稳定电力后，切换单元自动切换到燃料电池系统对负载充电。

3.燃料电池对锂电池充电

负载充满电后，停止对负载充电。燃料电池产生的电力由充电单元控制继续对锂电池充电，充电指示灯亮，充满电后自动停止，充电指示灯灭，使锂电池处于满电备用状态。

微型燃料电池便携电源设计了两个对外的USB充电口，可以同时为两个负载充电。充电电压均为5V，适合当下大部分微型电器设备充电。

微型氢燃料电池发电装置的主要参数见下表：

Claims (3)

1.一种微型氢燃料电池发电装置，包括制氢系统、燃料电池系统、管理系统和锂电池，其中管理系统由切换单元、充电单元和升压单元组成，其特征在于，所述装置包括外壳（1）、上盖（2）、散热孔（3）、充电键（4）、充电指示灯（5）、USB上充电口（6）、USB下充电口（7）、燃料电池系统（8）、管道（9）、制氢系统（10）、锂电池（11）、管理系统（12）、能量仓（13）、能量体（14）、导出管（15）、水位线（16）、制氢舱（17）、密封圈（18）、卡扣（19）；所述制氢系统（10）包括各自独立的制氢舱（17）和能量仓（13），能量体（14）填装在能量仓（13）内；制氢舱（17）氢气导出管（15）气体入口端位置在制氢舱（17）的几何中心，反应液体水位线（16）位置在几何中心以下；管理系统（12）在装置输出端设置USB充电口； 外壳（1）的正面上部制有上盖（2），外壳（1）下部制有散热孔（3），外壳（1）一侧设有充电键（4），外壳（1）内一侧装设有制氢系统（10），另一侧从下至上分别装设有燃料电池系统（8）、管理系统（12）、锂电池（11）,制氢系统（10）与燃料电池系统（8）经管道（9）相连通，能量仓（13）的上部空间装设有多个能量体（14）,能量仓（13）的外部两侧制有卡扣（19），制氢舱（17）经能量仓（13）和密封圈（18）密封，制氢舱（17）引出有导出管（15）,导出管（15）的下方标志有水位线（16）。

2.根据权利要求1所述的一种微型氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述管理系统（12）分别与外壳（1）的侧部充电键（4）、充电指示灯（5）、USB上充电口（6）、USB下充电口（7）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种微型氢燃料电池发电装置，其特征在于，所述管理系统（12）与燃料电池系统（8）相连，管理系统（12）与锂电池（11）相连。