CN207098745U - 一种自供给燃料电池基站备用电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自供给燃料电池基站备用电源系统，包括蓄水池、电解水装置、储氢瓶、燃料电池、DC/DC控制器、控制单元和输出单元；所述控制单元包括ECU控制系统和远程监控系统；所述输出单元包括AC/DC控制柜、蓄电池和负载；所述ECU控制系统可以实时监测储氢瓶的储氢量、蓄水池水量、蓄电池电压等，并灵活控制燃料电池基站备用电源系统内各装置启动或停止工作，既能保证通信基站的正常供电，又可以智能调节，避免资源浪费。该燃料电池基站备用电源系统的燃料由系统自供给，可以减少或减免人员上山送燃料的次数，节约人工维护成本。

Description

一种自供给燃料电池基站备用电源系统

技术领域

本实用新型涉及供电装置技术领域，尤其涉及一种自供给燃料电池基站备用电源系统。

背景技术

目前国内的通信基站等领域大多采用柴油发电机组作为备用供电系统，当外网三相电源稳定时，柴油机组不工作，三相电源经AC/DC控制柜整流后，给蓄电池供电，由蓄电池给负载供电；当外网三相电源断电时，柴油发电机组启动工作，柴油机组发出的三相电源经AC/DC控制柜整流后，给蓄电池供电，由蓄电池给负载供电。现有的备用供电系统至少存在如下缺陷：

1、只要外网三相电源断电，无论蓄电池电源是否足够，柴油机都处于工作状态，造成燃料浪费；

2、当蓄电池电源足够时，柴油机长时间处于空载或轻载状态运行，造成柴油机润滑不好、磨损加剧；

3、柴油燃烧后产生氮氧化物、一氧化碳和醛类，不完全燃烧时产生大量黑烟和致癌物质，污染空气；

4、工作人员需要经常上山添加柴油、维修动力，耗费大量人力、物力，维护费用高。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种自供给燃料电池基站备用电源系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种自供给燃料电池基站备用电源系统，包括蓄水池、电解水装置、储氢瓶、燃料电池、DC/DC控制器、控制单元和输出单元；所述控制单元包括ECU控制系统和远程监控系统；所述输出单元包括AC/DC控制柜、蓄电池和负载；

所述蓄水池与所述电解水装置连接，所述电解水装置与所述储氢瓶连接，所述储氢瓶与所述燃料电池连接，所述燃料电池与所述DC/DC控制器连接，所述DC/DC控制器与所述蓄电池连接，所述蓄电池与所述负载连接；

所述AC/DC控制柜的一端与所述蓄电池连接，所述AC/DC控制柜的另一端与外网三相电源连接；所述电解水装置与外网三相电源连接；

所述蓄水池、电解水装置、储氢瓶、燃料电池、DC/DC控制器均与所述ECU控制系统连接；所述ECU控制系统与远程监控系统连接。

其中，所述ECU控制系统包括第一三路继电器开关；

所述第一三路继电器开关的线圈连接在外网三相电源的中性线和一个相线之间；所述第一三路继电器开关的触点开关分别连接在所述AC/DC控制柜和外网三相电源的三个相线之间。

其中，所述ECU控制系统还包括ECU控制器、电压变送器、燃料电池控制器和用于控制燃料电池控制器工作的第二继电器开关；所述ECU控制器上设有用于检测外网三相电压的第一检测端口；

所述电压变送器连接在所述蓄电池的两端，所述电压变送器的输入端连接到所述ECU控制器上；

所述第二继电器开关的线圈连接到所述ECU控制器上，所述第二继电器开关的触点开关连接所述燃料电池控制器的一端，所述燃料电池控制器的另一端连接所述燃料电池。

其中，所述ECU控制系统还包括第三三路继电器开关、用于控制电解水装置制氢的第四继电器开关和氢瓶压力传感器；

所述第三三路继电器开关的线圈的一端连接外网三相电源的中性线，所述第三三路继电器开关的线圈的另一端连接所述第四继电器开关的触点开关的一端，所述第四继电器开关的触点开关的另一端连接外网三相电源的一个相线；

所述第三三路继电器开关的触点开关分别连接在外网三相电源的三个相线和所述电解水装置之间；

所述第四继电器开关的线圈连接到所述ECU控制器上；

所述氢瓶压力传感器设在所述储氢瓶上，所述氢瓶压力传感器连接到所述ECU控制器上。

其中，所述ECU控制系统还包括用于控制蓄水池水量的第五继电器开关、水量传感器和电控水阀；

所述水量传感器和电控水阀设在所述蓄水池内，所述水量传感器连接到所述ECU控制器上；所述电控水阀与所述第五继电器开关的触点开关连接；所述第五继电器开关的线圈连接到所述ECU控制器上。

其中，所述控制系统还包括用于控制报警的第六继电器开关和电流互感器；

所述第六继电器开关的线圈连接到所述ECU控制器上；所述第六继电器开关的触点开关连接在所述第四继电器开关的触点开关和外网三相电源的所述一个相线之间；

所述电流互感器设在所述电解水装置的三相输入电源上，所述电流互感器与所述ECU控制器连接；

所述ECU控制器上还设有用于检测电解水装置的三相输入电源电压的第二检测端口。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型采用燃料电池作为备用供电系统，采用清洁能源氢气作为燃料，与氧气(空气)反应生成电的过程中，排放产物为水，没有其他污染气体或污染物产生，减少了对环境的污染。

2、本实用新型的燃料电池备用电源系统中的燃料(氢气)由系统中的电解水装置在有外网三相电源的时候电解水产生，无需外部提供，燃料由系统自供给，减少或减免人员上山送燃料的次数，降低人工维护成本。

3、本实用新型的燃料电池备用电源系统，在外网三相电源断电时，并非一直处于工作状态，只有当蓄电池两端电压小于第一阈值时，燃料电池才启动工作，给蓄电池供电，由蓄电池给负载供电，而当蓄电池两端电压大于高于第一阈值的第二阈值时，燃料电池停止工作，由蓄电池给负载供电，避免了能源的浪费。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种自供给燃料电池基站备用电源系统的原理框图；

图2为本实用新型实施例的一种自供给燃料电池基站备用电源系统的接线示意图。

标号说明：

1、蓄水池；2、电解水装置；3、储氢瓶；4、燃料电池；5、DC/DC控制器；6、ECU控制系统；61、ECU控制器；611、第一检测端口；612、第二检测端口；62、电压变送器；63、燃料电池控制器；64、电控水阀；7、AC/DC控制柜；8、蓄电池；9、负载；10、远程监控系统；

KM1、第一三路继电器开关；K2、第二继电器开关；KM3、第三三路继电器开关；K4、第四继电器开关；OPS、氢瓶压力传感器；K5、第五继电器开关；FLS、水量传感器；K6、第六继电器开关；T1、T2、T3、电流互感器。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本实用新型最关键的构思在于:采用能自供给燃料(氢气)的燃料电池系统作为备用供电系统，并且通过控制系统实时监测储氢瓶的储氢量、蓄水池水量、蓄电池电压等，灵活控制系统内各装置启动或停止工作，既能保证通信基站的正常供电，又可以智能调节，避免资源浪费。

请参照图1以及图2，本实用新型提供一种自供给燃料电池基站备用电源系统，包括蓄水池1、电解水装置2、储氢瓶3、燃料电池4、DC/DC控制器5、控制单元和输出单元；所述控制单元包括ECU控制系统6和远程监控系统10；所述输出单元包括AC/DC控制柜7、蓄电池8和负载9；

所述蓄水池1与所述电解水装置2连接，所述电解水装置2与所述储氢瓶3连接，所述储氢瓶3与所述燃料电池4连接，所述燃料电池4与所述DC/DC控制器5连接，所述DC/DC控制器5与所述蓄电池8连接，所述蓄电池8与所述负载9连接；

所述AC/DC控制柜7的一端与所述蓄电池8连接，所述AC/DC控制柜7的另一端与外网三相电源连接；所述电解水装置2与外网三相电源连接；

所述蓄水池1、电解水装置2、储氢瓶3、燃料电池4、DC/DC控制器5均与所述ECU控制系统6连接；所述ECU控制系统6与远程监控系统10连接。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：

蓄水池可以为电解水装置提供充足的水源，电解水装置在有外网三相电压时，电解水产生氢气，储存在储氢瓶中，当外网三相电源断电时，燃料电池利用储氢瓶中的氢气与氧气(空气)反应产生电能，并通过DC/DC控制器输出稳定的电压给蓄电池供电，再由蓄电池给负载供电；此外，ECU控制系统可以灵活控制备用电源系统内各装置启动或停止工作。

进一步的，所述ECU控制系统6包括第一三路继电器开关KM1；

所述第一三路继电器开关KM1的线圈连接在外网三相电源的中性线和一个相线之间；所述第一三路继电器开关KM1的触点开关分别连接在所述AC/DC控制柜7和外网三相电源的三个相线之间。

由上述描述可知，当外网三相电源稳定时，第一三路继电器开关的线圈得电，第一三路继电器开关的触点开关闭合，外网三相电源通过AC/DC控制柜整流后给蓄电池充电，再由蓄电池给负载供电。

进一步的，所述ECU控制系统6还包括ECU控制器61、电压变送器62、燃料电池控制器63和用于控制燃料电池控制器63工作的第二继电器开关K2；所述ECU控制器61上设有用于检测外网三相电压的第一检测端口611；

所述电压变送器62连接在所述蓄电池8的两端，所述电压变送器62的输入端V1连接到所述ECU控制器61上；

所述第二继电器开关K2的线圈连接到所述ECU控制器61上，所述第二继电器开关K2的触点开关连接所述燃料电池控制器63的一端，所述燃料电池控制器63的另一端连接所述燃料电池4。

由上述描述可知，ECU控制器上的第一检测端口可以实时监测外网三相电源电压，电压变送器可以实时监测蓄电池电压，并将蓄电池电压值通过输入端V1反馈给ECU控制器，当ECU控制器监测到外网三相电源断电时，根据输入端V1反馈的蓄电池电压值决定是否接通第二继电器开关的线圈；当蓄电池两端电压小于第一阈值时，第二继电器开关的线圈得电，第二继电器开关的触点开关即会闭合，燃料电池控制器得电并启动燃料电池开始工作，而当蓄电池两端电压大于高于第一阈值的第二阈值时，第二继电器开关的线圈断电，电燃料电池停止工作。

进一步的，所述ECU控制系统6还包括第三三路继电器开关KM3、用于控制电解水装置2制氢的第四继电器开关K4和氢瓶压力传感器OPS；

所述第三三路继电器开关KM3的线圈的一端连接外网三相电源的中性线，所述第三三路继电器开关KM3的线圈的另一端连接所述第四继电器开关K4的触点开关的一端，所述第四继电器开关K4的触点开关的另一端连接外网三相电源的一个相线；

所述第三三路继电器开关KM3的触点开关分别连接在外网三相电源的三个相线和所述电解水装置2之间；

所述第四继电器开关K4的线圈连接到所述ECU控制器61上；

所述氢瓶压力传感器OPS设在所述储氢瓶3上，所述氢瓶压力传感器OPS连接到所述ECU控制器61上。

由上述描述可知，氢瓶压力传感器可以实时检测储氢瓶的储氢量，并将检测结果反馈给ECU控制器，ECU控制器根据储氢瓶的储氢量值决定是否接通第四继电器开关的线圈；当第四继电器开关的线圈得电，第四继电器开关的触点开关即会闭合，第三三路继电器开关的线圈即可得电，第三三路继电器开关的触点开关即会闭合，电解水装置得电并开启工作，否则电解水装置不启动工作。

进一步的，所述ECU控制系统6还包括用于控制蓄水池1水量的第五继电器开关K5、水量传感器FLS和电控水阀64；

所述水量传感器FLS和电控水阀64设在所述蓄水池1内，所述水量传感器FLS连接到所述ECU控制器61上；所述电控水阀64与所述第五继电器开关K5的触点开关连接；所述第五继电器开关K5的线圈连接到所述ECU控制器61上。

由上述描述可知，水量传感器可以实时检测蓄水池水量，并将检测结果反馈给ECU控制器，ECU控制器根据蓄水池水量值决定是否接通第五继电器开关的线圈；当第五继电器开关的线圈得电，第五继电器开关的触点开关即会闭合，电控水阀即得电并开启水阀，往蓄水池注水，否则电控水阀关闭，不往蓄水池注水。

进一步的，所述控制系统6还包括用于控制报警的第六继电器开关K6和电流互感器T1、T2、T3；

所述第六继电器开关K6的线圈连接到所述ECU控制器61上；所述第六继电器开关K6的触点开关连接在所述第四继电器开关K4的触点开关和外网三相电源的所述一个相线之间；

所述电流互感器T1、T2、T3设在所述电解水装置2的三相输入电源上，所述电流互感器T1、T2、T3与所述ECU控制器61连接；

所述ECU控制器61上还设有用于检测电解水装置2的三相输入电源电压的第二检测端口612。

由上述描述可知，电流互感器可以实时监测电解水装置的三相输入电源的电流，并将检测结果反馈给ECU控制器，当出现过流或三相电流不平衡严重时，ECU控制器断开第六继电器开关的触点开关，电解水装置断电停止工作，同时ECU控制器给远程监控系统发出报警信息；ECU控制器上的第二检测端口可以实时监测电解水装置的三相输入电源电压，当电解水装置的三相输入电源电压偏离设定值或者出现三相电压缺相时，ECU控制器断开第六继电器开关的触点开关，电解水装置断电停止工作，同时ECU控制器给远程监控系统发出报警信息。

本实用新型的实施例一为：

一种自供给燃料电池基站备用电源系统，包括蓄水池1、电解水装置2、储氢瓶3、燃料电池4、DC/DC控制器5、控制单元和输出单元；所述控制单元包括ECU控制系统6和远程监控系统10；所述输出单元包括AC/DC控制柜7、蓄电池8和负载9；

所述蓄水池1与所述电解水装置2连接，所述电解水装置2与所述储氢瓶3连接，所述储氢瓶3与所述燃料电池4连接，所述燃料电池4与所述DC/DC控制器5连接，所述DC/DC控制器5与所述蓄电池8连接，所述蓄电池8与所述负载9连接；

所述AC/DC控制柜7的一端与所述蓄电池8连接，所述AC/DC控制柜7的另一端与外网三相电源连接；所述电解水装置2与外网三相电源连接；

所述蓄水池1、电解水装置2、储氢瓶3、燃料电池4、DC/DC控制器5均与所述ECU控制系统6连接；所述ECU控制系统6与远程监控系统10连接。

所述ECU控制系统6包括第一三路继电器开关KM1；

所述第一三路继电器开关KM1的线圈连接在外网三相电源的中性线和一个相线之间；所述第一三路继电器开关KM1的触点开关分别连接在所述AC/DC控制柜7和外网三相电源的三个相线之间。

所述ECU控制系统6还包括ECU控制器61、电压变送器62、燃料电池控制器63和用于控制燃料电池控制器63工作的第二继电器开关K2；所述ECU控制器61上设有用于检测外网三相电压的第一检测端口611；

所述电压变送器62连接在所述蓄电池8的两端，所述电压变送器62的输入端V1连接到所述ECU控制器61上；

所述第二继电器开关K2的线圈连接到所述ECU控制器61上，所述第二继电器开关K2的触点开关连接所述燃料电池控制器63的一端，所述燃料电池控制器63的另一端连接所述燃料电池4。

所述ECU控制系统6还包括第三三路继电器开关KM3、用于控制电解水装置2制氢的第四继电器开关K4和氢瓶压力传感器OPS；

所述第三三路继电器开关KM3的线圈的一端连接外网三相电源的中性线，所述第三三路继电器开关KM3的线圈的另一端连接所述第四继电器开关K4的触点开关的一端，所述第四继电器开关K4的触点开关的另一端连接外网三相电源的一个相线；

所述第三三路继电器开关KM3的触点开关分别连接在外网三相电源的三个相线和所述电解水装置2之间；

所述第四继电器开关K4的线圈连接到所述ECU控制器61上；

所述氢瓶压力传感器OPS设在所述储氢瓶3上，所述氢瓶压力传感器OPS连接到所述ECU控制器61上。

所述ECU控制系统6还包括用于控制蓄水池1水量的第五继电器开关K5、水量传感器FLS和电控水阀64；

所述水量传感器FLS和电控水阀64设在所述蓄水池1内，所述水量传感器FLS连接到所述ECU控制器61上；所述电控水阀64与所述第五继电器开关K5的触点开关连接；所述第五继电器开关K5的线圈连接到所述ECU控制器61上。

所述控制系统6还包括用于控制报警的第六继电器开关K6和电流互感器T1、T2、T3；

所述第六继电器开关K6的线圈连接到所述ECU控制器61上；所述第六继电器开关K6的触点开关连接在所述第四继电器开关K4的触点开关和外网三相电源的所述一个相线之间；

所述电流互感器T1、T2、T3设在所述电解水装置2的三相输入电源上，所述电流互感器T1、T2、T3与所述ECU控制器61连接；

所述ECU控制器61上还设有用于检测电解水装置2的三相输入电源电压的第二检测端口612。

综上所述，本实用新型提供的自供给燃料电池基站备用电源系统，采用清洁能源氢气作为燃料，减少了对环境的污染，而且，燃料由系统自供给，减少或减免人员上山送燃料的次数，降低人工维护成本；此外，通过ECU控制系统灵活控制备用电源系统内各装置启动或停止工作，既能保证通信基站的正常供电，又可以智能调节，避免资源浪费。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种自供给燃料电池基站备用电源系统，其特征在于，包括蓄水池、电解水装置、储氢瓶、燃料电池、DC/DC控制器、控制单元和输出单元；所述控制单元包括ECU控制系统和远程监控系统；所述输出单元包括AC/DC控制柜、蓄电池和负载；

所述蓄水池与所述电解水装置连接，所述电解水装置与所述储氢瓶连接，所述储氢瓶与所述燃料电池连接，所述燃料电池与所述DC/DC控制器连接，所述DC/DC控制器与所述蓄电池连接，所述蓄电池与所述负载连接；

所述AC/DC控制柜的一端与所述蓄电池连接，所述AC/DC控制柜的另一端与外网三相电源连接；所述电解水装置与外网三相电源连接；

所述蓄水池、电解水装置、储氢瓶、燃料电池、DC/DC控制器均与所述ECU控制系统连接；所述ECU控制系统与远程监控系统连接。

2.根据权利要求1所述的自供给燃料电池基站备用电源系统，其特征在于，所述ECU控制系统包括第一三路继电器开关；

所述第一三路继电器开关的线圈连接在外网三相电源的中性线和一个相线之间；所述第一三路继电器开关的触点开关分别连接在所述AC/DC控制柜和外网三相电源的三个相线之间。

3.根据权利要求1或2所述的自供给燃料电池基站备用电源系统，其特征在于，所述ECU控制系统还包括ECU控制器、电压变送器、燃料电池控制器和用于控制燃料电池控制器工作的第二继电器开关；所述ECU控制器上设有用于检测外网三相电压的第一检测端口；

所述电压变送器连接在所述蓄电池的两端，所述电压变送器的输入端连接到所述ECU控制器上；

所述第二继电器开关的线圈连接到所述ECU控制器上，所述第二继电器开关的触点开关连接所述燃料电池控制器的一端，所述燃料电池控制器的另一端连接所述燃料电池。

4.根据权利要求3所述的自供给燃料电池基站备用电源系统，其特征在于，所述ECU控制系统还包括第三三路继电器开关、用于控制电解水装置制氢的第四继电器开关和氢瓶压力传感器；

所述第三三路继电器开关的线圈的一端连接外网三相电源的中性线，所述第三三路继电器开关的线圈的另一端连接所述第四继电器开关的触点开关的一端，所述第四继电器开关的触点开关的另一端连接外网三相电源的一个相线；

所述第三三路继电器开关的触点开关分别连接在外网三相电源的三个相线和所述电解水装置之间；

所述第四继电器开关的线圈连接到所述ECU控制器上；

所述氢瓶压力传感器设在所述储氢瓶上，所述氢瓶压力传感器连接到所述ECU控制器上。

5.根据权利要求4所述的自供给燃料电池基站备用电源系统，其特征在于，所述ECU控制系统还包括用于控制蓄水池水量的第五继电器开关、水量传感器和电控水阀；

所述水量传感器和电控水阀设在所述蓄水池内，所述水量传感器连接到所述ECU控制器上；所述电控水阀与所述第五继电器开关的触点开关连接；所述第五继电器开关的线圈连接到所述ECU控制器上。

6.根据权利要求4所述的自供给燃料电池基站备用电源系统，其特征在于，所述ECU控制系统还包括用于控制报警的第六继电器开关和电流互感器；

所述第六继电器开关的线圈连接到所述ECU控制器上；所述第六继电器开关的触点开关连接在所述第四继电器开关的触点开关和外网三相电源的所述一个相线之间；

所述电流互感器设在所述电解水装置的三相输入电源上，所述电流互感器与所述ECU控制器连接；

所述ECU控制器上还设有用于检测电解水装置的三相输入电源电压的第二检测端口。