CN211957801U - 一种可选择输出电压的燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种可选择输出电压的燃料电池，包括氢燃料电池组本体、电磁阀、稳压模块、电源开关；还具有控制电路和指示电路；氢燃料电池组本体多只单电池分为相同只数的多组，多组单电池并联的氢气进气通道和多只电磁阀的排气端分别连接，多只电磁阀进气端和总进气管一侧端分别连接，氢气罐的排气管和总进气管另一侧端连接；所述稳压模块、电源开关、控制电路、指示电路安装在元件盒内并和氢燃料电池组本体连接。本新型能监测氢燃料电池组本体性能，在性能下降时能给予使用者提示，保证若干单电池工作输出电压平衡，提高了工作效率、且减少了损坏几率还能根据不同工作电压用电设备的用电电压需要，分别控制不同组数单片池工作，减少了能耗和成本。

Description

一种可选择输出电压的燃料电池

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池领域，特别是一种可选择输出电压的燃料电池。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，其具有电能转化效率高(理论上的发电效率可达到85％～90％)以及环保等优点，因此在国防、交通、工业中均具有较为广泛的应用。燃料电池由于单只电池电压低，主要结构是由多只单电池串联而成，构成燃料电池电池组，电压越高串联的单只单电池只数越多。采用氢气作为燃料的燃料电池。相较于其他燃料电池，具有较高的功率密度，以及排出的副产物为水或者水蒸气，对环境没有任何污染，因此在燃料电池中应用很多。氢燃料电池电池组在应用中，需要将氢气和空气等分别输入至每只单电池的进氢气通道及进空气通道内，在氢燃料电池组本体其他辅助设备共同作用下，直接将氢燃料中的化学能转换成电能，未反应完的氢气以及反应生成的水经排气通道排出。

现有的氢燃料电池组的若干只单电池其进氢气通道管和空气通道管，一般分别采用一根管道的方式，也就是说，若干只单电池的两只进气通道管分别处于并联状态。此种方式能满足空气量的需要，但是上述结构存在局限，就是氢气进气通道越靠近进氢气通道管的单只燃料电池(氢气从进氢气通道管上端流入，分别由上至下或由前至后进入若干只单电池的进氢气通道内)，由于氢气流量及密度大越容易分得较多量的氢气，而越是远离进氢气通道管的单只燃料电池分得的氢气量越少，这样由于若干单只电池的氢气供给量不一，会导致每单只电池之间产生的电压大小不同，单只电池电压不平衡容易造成燃料电池组的损坏，且存在供给氢气量过大的单只电池反应不充分造成能源浪费、燃料电池组效率降低的问题。上述结构还存在一只问题就是，在氢燃料电池实际使用中，只能实现为一种工作电压的用电设备供电，举例来说，有可能用电设备工作电压是24V，也有可能工作电压是72V等不一而论，这样，当其他不同工作电压的用电设备用电时将无法得到满足。虽然可以采用降压或升压设备等为不同用电电压的设备供电，但是电源转换中不可避免存在能源损耗，因此此种方式存在较大缺点。

实用新型内容

为了克服现有氢燃料电池组工作中，由于无法使每单只单电池供给的氢气量接近一致，以及不能方便为不同工作电压用电设备供电的弊端，本实用新型提供了能实时监测氢燃料电池组本体的性能，在性能下降时能给予使用者及时提示，将多只单电池分为多组，每组多只单电池的进氢气通道和多只电磁阀的排气端分别并联连接，多只电磁阀的进气端和一根总进气管连接，氢气罐的排气管和总进气管的中间连接，这样氢气能分别从多只电磁阀同时进入，尽可能保证了进入多只单电池的进氢气通道内氢气量接近平衡，若干单电池工作输出的电压平衡，提高了工作效率、且减少了损坏几率，使用者还能根据不同用电电压的设备用电需要，分别控制不同组数的单电池工作，不需要采用电源降压或升压设备配套工作，直接为不同工作电压的用电设备供电，减少了能耗和使用成本的一种可选择输出电压的燃料电池。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可选择输出电压的燃料电池，包括氢燃料电池组本体、多只电磁阀、稳压模块、电源开关；其特征在于还具有控制电路和指示电路；所述氢燃料电池组本体的多只单电池分为多组，每组串联的单电池只数不一致且电压不一致，每组单电池并联的进氢气通道经进氢气通道管和每只电磁阀的排气端分别连接，多只电磁阀的进气端和一根总进气管一侧端分别连接，氢气罐的排气管和总进气管另一侧端连接；所述稳压模块、电源开关、控制电路、指示电路安装在元件盒内；所述氢燃料电池组本体的电源输出两端和稳压模块、指示电路的电源输入两端分别电性连接；所述稳压模块的电源输出两端和控制电路的电源输入两端分别电性连接；所述多组多只串联状态的单电池正极、负极和控制电路的多路控制电源输入端分别电性连接，控制电路的多路控制电源输出端和氢燃料电池组本体的电源输出两端分别电性连接；所述电磁阀的只数和多组单电池的组数一致，每组单电池配套一只电磁阀；所述控制电路的多路信号输出端、氢燃料电池组本体的电源输出端负极和多只电磁阀的电源输入两端分别电性连接；所述控制电路信号输出端路数、控制电源输入端及控制电源输出端路数和电磁阀只数及单电池的组数一致。

进一步地，所述电磁阀内部阀芯为常闭式结构。

进一步地，所述稳压模块是直流转直流电源模块。

进一步地，所述控制电路包括多只电源开关、多只继电器，多只电源开关一端和多只继电器的正极电源输入端分别连接，多只继电器的负极电源输入端连接。

进一步地，所述指示电路包括可调电阻、电阻、NPN三极管和发光二极管，其间经电路板布线连接，可调电阻一端和第一只电阻一端、发光二极管正极连接，可调电阻另一端和第一只NPN三极管基极连接，第一只NPN三极管集电极和第一只电阻另一端、第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和第二只NPN三极管基极连接，第二只NPN三极管集电极和第三只电阻一端连接，第三只电阻另一端和发光二极管负极连接，两只NPN三极管发射极连接。

本实用新型有益效果是：本新型在氢燃料电池组本体使用中，能实时监测氢燃料电池组本体的性能，在氢燃料电池组本体性能下降时能给予使用者提示，这样使用者能第一时间、及时对性能下降的氢燃料电池组本体进行针对性维护，保证了正常使用。本新型中，氢气罐输入的氢气分别经总进气管、多只阀芯打开的电磁阀同时进入氢燃料电池组本体的多只单电池的进氢气通道内，这样由于氢气能分别从多只电磁阀同时进入氢燃料电池组本体的多只单电池的进氢气通道内，尽可能保证了进入多只单电池的进氢气通道内氢气量接近平衡，提高了工作效率、且减少了损坏几率，使用者还能根据不同工作电压用电设备的用电电压需要，分别操作控制电路的多只电源开关，进而分别控制不同组数的单电池工作，不需要采用电源降压或升压设备配套工作，直接为不同工作电压的用电设备供电，减少了能耗和使用成本。基于上述，本新型具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型电路图。

具体实施方式

图1中所示，一种可选择输出电压的燃料电池，包括氢燃料电池组本体1、三只电磁阀2、稳压模块3、电源开关4；还具有控制电路5和指示电路6；所述氢燃料电池组本体多只单电池分为相同只数的三组，三组单电池并联的进氢气通道经进氢气通道管和三只电磁阀2的排气端分别经螺纹连接，三只电磁阀2的进气端和一根总进气管7一侧端三只分管8经螺纹分别连接，氢气罐的排气管9和总进气管7另一侧端中间的主管10经螺纹连接；所述稳压模块3、电源开关4、控制电路5、指示电路6安装在元件盒11内电路板上，元件盒11位于电气控制箱内。每组单电池配套一只电磁阀、且单电池的组数和电磁阀只数一致。

图2所示，电磁阀DC1、DC2、DC3是内部阀芯为常闭式结构的12V电磁阀成品(品牌正科)。稳压模块U1是型号F90J12V*A5L的直流转直流电源模块成品、功率50W，电源开关SK是拨动电源开关(操作手柄位于元件盒前端开孔外)。控制电路包括三只电源开关S、S1、S2和三只继电器K1、K、K2，三只电源开关S、S1、S2一端(操作手柄位于元件盒前端开孔外)和三只继电器K1、K、K2的正极电源输入端分别连接，三只继电器K1、K、K2的负极电源输入端连接。指示电路包括可调电阻RP1，电阻R1及R2、R3，NPN三极管Q1及Q2和发光二极管VL(发光面位于元件盒开孔外)，其间经电路板布线连接，可调电阻RP1一端和第一只电阻R1一端、发光二极管VL正极连接，可调电阻RP1另一端和第一只NPN三极管Q1基极连接，第一只NPN三极管Q1集电极和第一只电阻R1另一端、第二只电阻R2一端连接，第二只电阻R2另一端和第二只NPN三极管Q2基极连接，第二只NPN三极管Q2集电极和第三只电阻R3一端连接，第三只电阻R3另一端和发光二极管VL负极连接，两只NPN三极管Q1及Q2发射极连接。

图2所示，电源开关SK和氢燃料电池组本体的电源输出端G正极经导线连接，电源开关SK另一端、氢燃料电池组本体的电源输出端G负极和稳压模块U1电源输入两端1及2脚、指示电路电源输入两端电阻R1一端及NPN三极管Q1发射极分别经导线连接；所述稳压模块U1的电源输出两端3及4脚和控制电路的电源输入两端三只电源开关S、S1、S2另一端及继电器K1负极电源输入端分别经导线连接；所述氢燃料电池组本体的单电池分为三组G1、G2、G3，每组串联的只数不一致、且电压不一致(本实施例为了叙述需要，三组单电池G1、G2、G3串联后分别具有20只、40只、60只)；所述三组串联状态的单电池G1、G2、G3的正极及负极分别和控制电路的三路控制电源输入端继电器K1两个控制电源输入端、继电器K两个控制电源输入端、继电器K2两个控制电源输入端分别经导线连接，控制电源的三路电源输出端继电器K1两个常开触点端、继电器K两个常开触点端、继电器K2两个常开触点端和氢燃料电池组本体的电源输出两端G分别经导线连接；所述控制电路的三组信号输出端电源开关S、S1、S2一端及氢燃料电池组本体的电源输出端G负极和三只组电磁阀DC1、DC2、DC3的电源输入两端分别经导线连接；控制电路信号输出端路数、控制电源输入端及控制电源输出端路数和电磁阀只数及单电池的组数一致。

图2中所示，氢燃料电池组本体的电源输出两端G输出的电源进入稳压模块U1的电源输入两端后，稳压模块U1在其内部电路作用下其3及4脚会输出稳定的12V电源进入控制电路的电源开关S、S1、S2另一端及继电器K1、K、K2负极电源输入端。指示电路中，指示电路得电工作后，当氢燃料电池组本体的电源输出两端G(72V输出前提下，其他低电压下，发光二极管VL发光忽视)输出的电压正常在72V左右时，电源经可调电阻RP1降压限流后进入NPN三极管Q1的基极电压高于0.7V，于是，NPN三极管Q1导通其集电极输出低电平进入NPN三极管Q2的基极，NPN三极管Q2基极无合适偏压处于截止状态，那么，发光二极管VL也就不会得电发光；当氢燃料电池组本体的电源输出两端G(72V输出前提下)输出的电源低于72V左右时，电源经可调电阻RP1降压限流后进入NPN三极管Q1的基极电压低于0.7V，于是，NPN三极管Q1截止其集电极不再输出任何电平进入NPN三极管Q2的基极，NPN三极管Q2的基极此刻经电阻R2、R1降压限流从72V电源正极处获得合适正向偏压导通、其集电极输出低电平经电阻R3降压限流进入发光二极管VL正极，于是，发光二极管VL得电发光给予使用者明确提示，氢燃料电池组本体总电源输出端G输出的电压不足，也就是氢燃料电池组本体的性能下降，这样使用者能第一时间得到提示，及时对性能下降的氢燃料电池组本体进行针对性维护。

图2中所示，本新型中，氢气罐输入的氢气分别经总进气管7、主管10、三只分管8、三只阀芯打开的电磁阀2、氢气通道管同时进入氢燃料电池组本体1的多只单电池的氢气通道内，这样由于氢气能分别同时经从三只电磁阀2、进入氢燃料电池组本体1的多只单电池的氢气通道管，尽可能保证了进入多只单电池的氢气通道内氢气量接近平衡，若干单电池工作输出的电压平衡，提高了氢燃料电池组本体的工作效率、且减少了损坏几率。

图2中所示，本新型使用时，使用者如果需要氢燃料电池组本体的电源输出两端G、输出电压是24V时，使用者打开第一只电源开关S，于是电源开关S输出电源进入继电器K1正极电源输入端，同时输出电源进入电磁阀DC1正极电源输入端，继电器K1得电吸合其两个常开触点端和两个控制电源输入端分别闭合，这样，由于电磁阀DC1得电工作其内部阀芯会打开，保证了氢气进入第一组20只单电池的氢气通道内，电磁阀DC2、DC3失电此刻阀芯关闭，也就是说只有第一组20只单电池处于工作状态，其余40只单电池只有空气输入也就不会工作，防止了同时所有单电池工作造成输出电压过高，需要采用外接电源稳压设备才能为低电压设备供电导致的电能浪费；继电器K1得电吸合后，由于第一组串联状态的20只单电池G1正极及负极分别和继电器K1两个控制电源输入端连接，继电器K1两个常开触点端和氢燃料电池组本体的电源输出两端G分别经导线连接，所以此刻只有第一组20只串联状态的单电池G1输出的电源会经氢燃料电池组本体的电源输出两端G输出电源，保证了外部24V用电设备的用电电压需要。本新型使用时，使用者如果需要氢燃料电池组本体的电源输出两端G输出电压是48V时，使用者打开第一只及第二只电源开关S、S1，于是电源开关S、S1输出电源分别进入继电器K1、K正极电源输入端，同时输出电源进入电磁阀DC1、DC2正极电源输入端，继电器K1、K得电吸合其两个常开触点端和两个控制电源输入端分别闭合，这样，由于电磁阀DC1、DC2得电工作其内部阀芯会打开，保证了氢气进入第一组及第二组一共40只单电池的氢气通道内，电磁阀DC3失电此刻阀芯关闭，也就是说只有第一组及第二组一共40只单电池处于工作状态，其余20只单电池只有空气输入也就不会工作，防止了同时所有单电池工作造成输出电压过高，需要采用外接稳压设备才能为低电压设备供电导致的电能浪费；继电器K1、K得电吸合后，由于第二组40只串联状态的单电池G2正极及负极分别和继电器K两个控制电源输入端连接，继电器K两个常开触点端和氢燃料电池组本体的电源输出两端G分别经导线连接，所以此刻第二组40只串联状态的单电池G2输出的电源会经氢燃料电池组本体的电源输出两端G输出，保证了外部48V用电设备的用电电压需要(第一组串联状态的单电池输出的电源电压低于48V)。本新型使用时，使用者如果需要氢燃料电池组本体的电源输出两端G输出电压是72V时，使用者打开第一只及第二只、第三只电源开关S、S1、S2，于是电源开关S、S1、S2输出电源分别进入继电器K1、K、K2正极电源输入端，同时输出电源进入电磁阀DC1、DC2、DC3正极电源输入端，继电器K1、K、K2得电吸合其两个常开触点端和两个控制电源输入端分别闭合，这样，由于电磁阀DC1、DC2、DC3得电工作其内部阀芯会打开，保证了氢气进入第一组及第二组、第三组一共60只单电池的氢气通道内，也就是说第一组及第二组、第三组一共60只单电池全部处于工作状态；继电器K1、K、K2得电吸合后，由于第三组60只串联状态的单电池G3正极及负极分别和继电器K2两个控制电源输入端连接，继电器K2两个常开触点端和氢燃料电池组本体的电源输出两端G分别经导线连接，所以此刻第三组60只串联状态的单电池G3输出的电源会经氢燃料电池组本体的电源输出两端G输出，保证了外部72V用电设备的用电电压需要((第一组、第二组串联状态的单电池输出的电源电压低于72V)。电阻R1、R2、R3阻值分别是240K、47K、13.8K；NPN三极管Q1、Q2型号分别是9014、9013；继电器K、K1、K2是DC4123型12V继电器；可调电阻RP规格是10M(调节到7.13M左右)；发光二极管VL是红色发光二极管。本新型生产中根据需要，采用更多数量一致的多只电磁阀、控制电路的多只电源开关及继电器，能把氢燃料电池组本体分为更多组数、输出更多的不同电压电源。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一只独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一只整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种可选择输出电压的燃料电池，包括氢燃料电池组本体、多只电磁阀、稳压模块、电源开关；其特征在于还具有控制电路和指示电路；所述氢燃料电池组本体的多只单电池分为多组，每组串联的单电池只数不一致且电压不一致，每组单电池并联的进氢气通道经进氢气通道管和每只电磁阀的排气端分别连接，多只电磁阀的进气端和一根总进气管一侧端分别连接，氢气罐的排气管和总进气管另一侧端连接；所述稳压模块、电源开关、控制电路、指示电路安装在元件盒内；所述氢燃料电池组本体的电源输出两端和稳压模块、指示电路的电源输入两端分别电性连接；所述稳压模块的电源输出两端和控制电路的电源输入两端分别电性连接；所述多组多只串联状态的单电池正极、负极和控制电路的多路控制电源输入端分别电性连接，控制电路的多路控制电源输出端和氢燃料电池组本体的电源输出两端分别电性连接；所述电磁阀的只数和多组单电池的组数一致，每组单电池配套一只电磁阀；所述控制电路的多路信号输出端、氢燃料电池组本体的电源输出端负极和多只电磁阀的电源输入两端分别电性连接；所述控制电路信号输出端路数、控制电源输入端及控制电源输出端路数和电磁阀只数及单电池的组数一致。

2.根据权利要求1所述的一种可选择输出电压的燃料电池，其特征在于，所述电磁阀内部阀芯为常闭式结构。

3.根据权利要求1所述的一种可选择输出电压的燃料电池，其特征在于，所述稳压模块是直流转直流电源模块。

4.根据权利要求1所述的一种可选择输出电压的燃料电池，其特征在于，所述控制电路包括多只电源开关、多只继电器，多只电源开关一端和多只继电器的正极电源输入端分别连接，多只继电器的负极电源输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种可选择输出电压的燃料电池，其特征在于，所述指示电路包括可调电阻、电阻、NPN三极管和发光二极管，其间经电路板布线连接，可调电阻一端和第一只电阻一端、发光二极管正极连接，可调电阻另一端和第一只NPN三极管基极连接，第一只NPN三极管集电极和第一只电阻另一端、第二只电阻一端连接，第二只电阻另一端和第二只NPN三极管基极连接，第二只NPN三极管集电极和第三只电阻一端连接，第三只电阻另一端和发光二极管负极连接，两只NPN三极管发射极连接。

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