CN204886395U - 燃料电池系统用作车库应急电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池系统用作车库应急电源，属于新能源技术领域，其结构由PEM燃料电池系统、氢气瓶、DC/DC电源模块、DC/AC电源模块、切换开关、交流负载、直流负载、控制器；其中氢气瓶通过管道和减压阀与PEM燃料电池系统连接，PEM燃料电池系统的直流输出通过电线分别与DC/DC电源模块、DC/AC电源模块连接，DC/DC电源模块通过导线与切换开关、直流负载连接；DC/AC电源模块通过导线与切换开关、交流负载连接；控制器分别与PEM燃料电池系统、DC/DC电源模块、DC/AC电源模块及切换开关连接。本实用新型能够供电持续时间长；运行时无污染；废旧电池的处理也不产生污染，应用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新能源技术领域中的应急电源，尤其涉及一种燃料电池系统用作车库应急电源。
背景技术
应急电源作为备用电源在许多场合发挥了非常重要的作用，工业控制和数据中心、通讯系统、应急照明、办公设备等，在市电停电的情况下，应急电源能提供可靠的恒压恒频电源。应急电源包括EPS应急电源、UPS不间断电源、自备应急柴油发电机组、有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路、自备应急燃气轮发电机组等等。
专利201010557222公开了一种基于磷酸亚铁锂离子电池组的变电站直流电源应急系统，其特征是电源由若干便携式分体结构单元组成，且便携式分体结构单元之间采用快速插接方式连接，包括铁锂电池组单元；配电控制开关单元；逆变器单元；充电控制单元等等。
专利201310113823报道了一种太阳能充电式应急电源系统，包含有太阳能光伏电池板、蓄电池、充放电控制电路、电气功能构件、电源箱体、AC220V充电器、太阳能充电连接线和LED照明灯等。光伏电池板的采光面积可以按需扩展，有利于电源箱体的小型化及提高应急电源的输出功率，允许远距离充电，使应急电源的应用不受环境制约。
专利CN2190366公开了一种全自动应急电源，由市电-逆变检测及转换控制电路、逆变电路、自动充电电路、自锁保护电路、过载检测及延时电路、过放电检测电路等组成。该应急电源的过载检测及延时电路中采用了光电耦合器将检测电路与延时电路连接起来，自动充电电路中加有用于控制充电时间的延时器，电路简单、体积小、工作稳定，蓄电池在任何情况下都能充足电，可用于临时停电且需应急供电的场合。
专利201210156988是关于一种家用应急电源。该应急电源由6V直流电源、变压器耦合LC振荡电路及其振荡频率调节电路、升压电路和220V电源插座CZ组成。供电线路突然停电，用蓄电池作为电源利用逆变技术制作的家用应急电源。所述的家用应急电源适合配用日光灯、节能灯、笔记本电脑、21时彩电等小功率家用电器，可以满足供电线路短时间停电后的应急照明要求，亦适用于各种小型公共场所的应急照明或消防应急电源，该应急电源满负荷照明时间大于半小时。
CN201210329168.8公开了一种智能节能型消防应急灯具专用应急电源系统，包括供电控制单元和适配器，适配器的输入分别与外部市电和蓄电池组连接，适配器的输出与供电控制单元连接，适配器为供电控制单元提供多种所需工作电压；供电控制单元包括CPU、充电控制模块、蓄电池组、电源转换模块、输入输出检测模块和输出回路；适配器包括滤波整流电路、开关振荡电路、震荡和与脉宽调制控制电路、多路整流滤波电路、DC取样电路、以及DC输出电路组。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种直接利用氢能的发电装置，它把贮存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，能量密度高、连续供电时间长(取决于氢气存储量)，能量转化效率高，环境友好，唯一排放物是水；传统的蓄电池在服役完成后容易形成再次污染，而燃料电池没有这个问题。因此，燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术，作为电源在乘用车、叉车、家用热电联供系统、分布式发电系统、通信基站备用电源获得了越来越广泛的应用。
随着城市扩张和汽车产业的迅速发展，车库特别是地下车库成为现代建筑必不可少的配套建筑之一，在正常供电断电后必须由应急电源供电以保障照明和安全。针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种高效、环保的地下车库应急电源系统。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种燃料电池系统用作车库应急电源；能够供电持续时间长；运行时无污染；废旧电池的处理也不产生污染，应用范围广。
本实用新型是通过以下的技术方案来实现的：
燃料电池系统用作车库应急电源，结构由PEM燃料电池系统、氢气瓶、DC/DC电源模块、DC/AC电源模块、切换开关、交流负载、直流负载、控制器；其中氢气瓶通过管道和减压阀与PEM燃料电池系统连接，PEM燃料电池系统的直流输出通过电线分别与DC/DC电源模块、DC/AC电源模块连接，DC/DC电源模块通过导线与切换开关、直流负载连接；DC/AC电源模块通过导线与切换开关、交流负载连接；控制器分别与PEM燃料电池系统、DC/DC电源模块、DC/AC电源模块及切换开关连接。
所述的PEM燃料电池系统，其内部设置有PEM电池模块、鼓风机、为燃料电池系统启动服务的蓄电池、燃料电池系统控制器、输送氢气管道、输送空气管道等。
所述的鼓风机，其能够为电池模块供应作为氧化剂的空气。
所述的PEM电池模块，包括阴极的集流板、流场板、气体扩散层、催化层，质子交换膜，以及阳极的集流板、流场板、气体扩散层、催化层；且所述的PEM电池模块，由多组电池堆并联构成，电池堆数量根据不同车库、不同负载功率的需求自行调节。
所述的电池堆，其均设置有多个端口，便于冷或热插拔，维护方便同时不影响电池系统向外供电。
所述的DC/DC电源模块，其输出的电压等级为12V、24V、36V等。
所述的DC/AC电源模块，其为交流负载供电。
所述的控制器，其能够监测直流负载、交流负责的供电状态，在正常供电、断电并经过延迟后，可启动PEM燃料电池系统，并向车库应急负载如应急照明、门禁、消防等应急设施供电。
所述的切换开关，其能够满足交流至交流、交流至直流的多级转换，满足常用车库所有的应急直流负载和交流负载的用电需求。
由于采用了以上技术，本实用新型较现有技术或产品相比，具有的有益效果如下：
1)能够供电持续时间长；运行时无污染。
2)废旧电池的处理也不产生污染，应用范围广。
3)本实用新型根据不同用户的用电需求，通过任意组合电池堆的数量，可以获得不同的负载功率，安装方便。
附图说明
图1、为本实用新型的结构框图。
图2、为本实用新型的实验室模拟负载状态下的电池堆电压V-电流I曲线图。
图3、为本实用新型的实验室模拟负载状态下的电池堆功率W-电流I曲线图。
其中图1：1-PEM燃料电池系统；2-氢气瓶；3-DC/DC电源模块；4-DC/AC电源模块；5-切换开关；6-直流负载；7-交流负载；8-控制器；9-减压阀；10-管道。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行，给出了详细的实施方式和过程。尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围中。
燃料电池系统用作车库应急电源，结构由PEM燃料电池系统、氢气瓶、DC/DC电源模块、DC/AC电源模块、切换开关、交流负载、直流负载、控制器；其中氢气瓶通过管道和减压阀与PEM燃料电池系统连接，PEM燃料电池系统的直流输出通过电线分别与DC/DC电源模块、DC/AC电源模块连接，DC/DC电源模块通过导线与切换开关、直流负载连接；DC/AC电源模块通过导线与切换开关、交流负载连接；控制器分别与PEM燃料电池系统、DC/DC电源模块、DC/AC电源模块及切换开关连接。
所述的PEM燃料电池系统，其内部设置有PEM电池模块、鼓风机、为燃料电池系统启动服务的蓄电池、燃料电池系统控制器、输送氢气管道、输送空气管道等。
所述的鼓风机，其能够为电池模块供应作为氧化剂的空气。
所述的PEM电池模块，包括阴极的集流板、流场板、气体扩散层、催化层，质子交换膜，以及阳极的集流板、流场板、气体扩散层、催化层；且所述的PEM电池模块，由多组电池堆并联构成，电池堆数量根据不同车库、不同负载功率的需求自行调节。
所述的电池堆，其均设置有多个端口，便于冷或热插拔，维护方便同时不影响电池系统向外供电。
所述的DC/DC电源模块，其输出的电压等级为12V、24V、36V等。
所述的DC/AC电源模块，其为交流负载供电。
所述的控制器，其能够监测直流负载、交流负责的供电状态，在正常供电、断电并经过延迟后，可启动PEM燃料电池系统，并向车库应急负载如应急照明、门禁、消防等应急设施供电。
所述的切换开关，其能够满足交流至交流、交流至直流的多级转换，满足常用车库所有的应急直流负载和交流负载的用电需求。
本实用新型的工作流程如下：
氢气瓶通过管道和减压阀与燃料电池系统连接起来，燃料电池系统的直流输出通过电线和DC/DC及DC/AC连接，随后通过电线与切换开关、交直流负载和连接；控制器的控制信号分别与燃料电池系统、DC/DC及DC/AC以及切换开关连接，可以监测并控制它们的工作状态；
PEM电池模块工作时，阳极和阴极分别发生着如下的电化学反应：
H2→2H++2e-，因此燃料电池总的反应是：同时向外输出电能和热量，排出的只有水，没有其他有害物质；
控制器可以检测负载的供电状态。正常供电时，市电供给车库所有用电设备，燃料电池系统处于待机状态；正常供电断电并经过延迟后，控制器启动燃料电池系统，并控制DC/DC和DC/AC以及切换开关的工作，其直流输出进行DC/DC和/或DC/AC转换后，经过切换开关向车库应急负载如应急照明、门禁、消防设施等供电，保证车库应急照明和安全设施的正常运行。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。
Claims (5)
1.燃料电池系统用作车库应急电源，结构由PEM燃料电池系统、氢气瓶、DC/DC电源模块、DC/AC电源模块、切换开关、交流负载、直流负载、控制器；其特征在于：其中氢气瓶通过管道和减压阀与PEM燃料电池系统连接，PEM燃料电池系统的直流输出通过电线分别与DC/DC电源模块、DC/AC电源模块连接，DC/DC电源模块通过导线与切换开关、直流负载连接；DC/AC电源模块通过导线与切换开关、交流负载连接；控制器分别与PEM燃料电池系统、DC/DC电源模块、DC/AC电源模块及切换开关连接。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统用作车库应急电源，其特征在于：所述的PEM燃料电池系统，其内部设置有PEM电池模块、鼓风机、为燃料电池系统启动服务的蓄电池、燃料电池系统控制器、输送氢气管道、输送空气管道。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统用作车库应急电源，其特征在于：所述的PEM电池模块，包括阴极的集流板、流场板、气体扩散层、催化层，质子交换膜，以及阳极的集流板、流场板、气体扩散层、催化层；且所述的PEM电池模块，由多组电池堆并联构成。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统用作车库应急电源，其特征在于：所述的电池堆，其均设置有多个端口。
5.如权利要求1所述的燃料电池系统用作车库应急电源，其特征在于：所述的DC/DC电源模块，其输出的电压等级为12V、24V、36V。
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| CN114497623A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-05-13 | 西安北方庆华机电有限公司 | 一种介入式混合空冷燃料电池交流电源 |
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