CN215377452U - 一种智能平衡供气量的氢燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种智能平衡供气量的氢燃料电池，包括氢燃料电池本体、稳压电源、气敏探头、总进气管；还具有电动调节阀门、第一控制电路和第二控制电路；进氢气通道管具有多根进气管，多套电动调节阀门的排气管和多根进气管分别连接，多只气敏探头分别安装在进氢气通道管外侧；总进气管一端和多套电动调节阀门的进气管分别连接，总进气管另一端和氢气供气管连接；第一控制电路和第二控制电路各有相同的多套，多套第一控制电路、第二控制电路和稳压电源安装在元件盒内，并和电动调节阀门、气敏器件电性连接。本新型能尽可能保证进入若干个单电池的氢气进气通道管内氢气量达到平衡，提高了发电效率，减少了氢燃料电池组本体损坏几率。本新型具有好的应用前景。

Description

一种智能平衡供气量的氢燃料电池

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池领域，特别是一种智能平衡供气量的氢燃料电池。

背景技术

采用氢气作为燃料的燃料电池，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对的有点，因此应用较为广泛。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个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个单电池其氢气进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，若干个单电池的两个进气通道分别处于并联状态。此种方式能满足空气量的需要，但是上述结构存在一个局限，就是氢气进气通道越靠近氢气管的单个燃料电池，由于氢气流量及密度大越容易分得较多量的氢气，而越是远离氢气管的单个燃料电池分得的氢气量越少，这样由于单个电池的氢气供给量不一，会导致每单个电池之间产生的电压大小不同，单个电池电压不平衡容易造成燃料电池电池组的损坏，且存在供给氢气量过大的单个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。基于上述，提供一种能尽可能保证进入若干单电池氢气进气通道管内的氢气量处于平衡状态的氢燃料电池显得尤为必要。

实用新型内容

为了克服现有氢燃料电池因结构所限，若干个单电池并联的进氢气通道管不能有效保证进入若干单个电池内氢气量均匀的缺点，本实用新型提供了在若干个单电池的氢气进气通道管的侧端不同位置安装了多个探头和电动阀门，应用中，多个探头在多套控制电路共同作用下，能尽可能保证进入若干个单电池的氢气进气通道管内氢气量达到平衡，由此达到有效保证了氢燃料电池组工作在较佳状态下，提高了发电效率，减少了损坏几率的一种智能平衡供气量的氢燃料电池。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智能平衡供气量的氢燃料电池，包括氢燃料电池本体、稳压电源、气敏探头、总进气管；其特征在于还具有电动调节阀门、第一控制电路和第二控制电路；所述氢燃料电池本体的进氢气通道管具有多根进气管，电动调节阀门有相同的多套，多套电动调节阀门的排气管和多根进气管分别连接，气敏探头有多只，多只气敏探头间隔距离分别安装在进氢气通道管外侧、且气敏探头探测面位于进氢气通道管内；所述总进气管一端和多套电动调节阀门的进气管分别连接，总进气管另一端和氢气供气管连接；所述第一控制电路和第二控制电路各有相同的多套，多套第一控制电路、第二控制电路和稳压电源安装在元件盒内；所述稳压电源的电源输出端和多套第一控制电路、第二控制电路及多只气敏探头的电源输入两端分别电性连接，多只气敏探头的信号输出端分别和多套第一控制电路、第二控制电路的信号输入端电性连接；所述多套第一控制电路、第二控制电路的电源输出端和多套电动调节阀门的电源输入端分别电性连接。

进一步地，所述稳压电源是交流转直流开关电源模块。

进一步地，所述每套第一控制电路和第二控制电路的构造一致，均包括三端电压监测器、电阻、NPN 三极管、可调电阻和继电器，三端电压监测器、电阻、NPN三极管、可调电阻和继电器之间电性连接，可调电阻一端和三端电压监测器正极电源输入端连接，三端电压监测器的输出端和电阻一端连接，电阻另一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，继电器正极电源输入端和正极控制电源输入端连接，三端电压监测器的负极电源输入端和NPN三极管发射极、继电器负极控制电源输入端连接。

进一步地，所述每只气敏探头配套有一只电阻，电阻一端和气敏探头的正极电源输入端连接，电阻另一端和气敏探头的第一测量极连接。

本实用新型有益效果是：本实用新型应用中，当并联进氢气通道管上部、下部、中部氢气量过多或过少时，其中一套或三套第一控制电路、第二控制电路会分别控制其中一套或三套电动调节阀门阀芯打开程度缩小或扩大，这样就能分别控制进入并联进氢气通道管上部、中部及下部的氢气处于合适的气量，进而，能尽可能保证进入若干个单电池的氢气进气通道管内氢气量达到平衡，由此达到有效保证了氢燃料电池组工作在较佳状态下，提高了发电效率，减少了氢燃料电池组本体损坏几率。基于上述，本新型具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型平面结构示意及局部放大结构示意图。

图2是本实用新型电路图。

具体实施方式

图1中所示，一种智能平衡供气量的氢燃料电池，包括具有并联进氢气通道管101及并联进空气通道管的氢燃料电池本体1、稳压电源2、气敏探头3、总进气管4；还具有电动调节阀门5、第一控制电路6 和第二控制电路7；所述进氢气通道管101的上部、中部和下部各横向安装有一根和进氢气通道管内相通的进气管102，电动调节阀门5有相同的三套，三套电动调节阀门5的排气管和三根进气管102分别经管道接头连接在一起，进氢气通道管101的上部、中部和下部的左侧分别具有一个开孔，三只气敏探头3分别密封安装在进氢气通道管101的上部、中部和下部的开孔内、且三只气敏探头3的探测端位于进氢气通道管内；所述总进气管4的右侧端上部、中部、下部焊接有三根和总进气管内互通的连接管41，三根连接管41的另一端和三套电动调节阀门5的进气管分别经螺纹连接，总进气管4的左侧端中部焊接有一根和总进气管内互通的氢气管42，氢气管42和氢气供气管经管道接头连接；所述第一控制电路6和第二控制电路7各有相同的三套，三套第一控制电路6、第二控制电路7和稳压电源2安装在元件盒8内电路板上，元件盒8安装在电气控制箱内。

图1、2所示，本新型三套电动调节阀门5，三套第一控制电路6和第二控制电路，三只气敏探头3中，每套电动调节阀门5配套一套第一控制电路6和第二控制电路7、一只气敏探头3；每套电动调节阀门5 配套一套第一控制电路6和第二控制电路7、一只气敏探头3工作原理一致，以下所有内容就以其中一套电动调节阀门5配套一套第一控制电路6和第二控制电路7、一只气敏探头3的工作原理做代表性说明。

图1、2所示，稳压电源A1是型号220V/12V/500W的交流220V转直流12V开关电源模块成品。每套电动调节阀门包括电机减速机构51、手动截止阀52、微动开关54，手动截止阀52的手柄取下不同，电机减速机构51垂直安装截止阀52的上端中部，电机减速机构51的动力输出轴下端和截止阀52的上端中部阀杆经法兰盘连接在一起，电机减速机构51的动力输出轴侧端中部横向焊接有一只连接板53，截止阀52 的右侧端上部垂直焊接有一只支撑板55，微动开关54有两只分别安装在支撑板55前后侧端，电机减速机构51转动到右止点时、连接板53后侧端会压住支撑板后侧端微动开关54(S2)按钮、微动开关内部触点开路，电机减速机构51(M)转动到左止点时、连接板53前侧端会压住支撑板前侧端微动开关54(S1) 按钮、微动开关内部触点开路；第一只微动开关S1一端、第二只微动开关S2一端分别和电机减速机构M 的电源输入两端经导线连接。每套第一控制电路和第二控制电路的构造一致，第一控制电路包括三端电压监测器A2、电阻R2、NPN三极管Q、可调电阻RP和继电器K，其间经电路板布线连接，可调电阻RP 一端和三端电压监测器A2正极电源输入端2脚连接，三端电压监测器A2的输出端1脚和电阻R2一端连接，电阻R2另一端和NPN三极管Q基极连接，NPN三极管Q集电极和继电器K负极电源输入端连接，继电器K正极电源输入端和正极控制电源输入端连接，三端电压监测器A2的负极电源输入端3脚和NPN 三极管Q发射极、继电器K负极控制电源输入端连接。第二控制电路包括三端电压监测器A3、电阻R3、 NPN三极管Q1、可调电阻RP1和继电器K1，其间经电路板布线连接，可调电阻RP1一端和三端电压监测器A3正极电源输入端2脚连接，三端电压监测器A3的输出端1脚和电阻R3一端连接，电阻R3另一端和NPN三极管Q1基极连接，NPN三极管Q1集电极和继电器K1负极电源输入端连接，继电器K1正极电源输入端和正极控制电源输入端连接，三端电压监测器A3的负极电源输入端3脚和NPN三极管Q1 发射极、继电器K1负极控制电源输入端连接。每只气敏探头T配套有一只电阻R1，电阻R1一端和气敏探头T的正极电源输入端1脚连接，电阻R1另一端和气敏探头T的第一测量极3脚连接。

图1、2所示，稳压电源A1的电源输入端1级脚和交流220V电源两极分别经导线连接。稳压电源A1 的电源输出端3及4脚和三套第一控制电路电源输入两端继电器K正极电源输入端及负极控制电源输入端、第二控制电路电源输入两端继电器K1正极电源输入端及负极控制电源输入端、及三只气敏探头T电源输入两端电阻R1另一端及气敏器件T的负极电源输入端2脚分别经导线连接。三只气敏探头T的信号输出端气敏器件T的第二测量极4脚分别和三套第一控制电路信号输入端可调电阻RP另一端、第二控制电路信号输入端可调电阻RP1另一端分别经导线连接。三套第一控制电路电源输出端继电器K两个常开触点端和三套电动调节阀门的电源输入端电源开关S1另一端及电机减速机构M的负极电源输入端分别经导线连接；三套第二控制电路电源输出端继电器K1两个常闭触点端和三套电动调节阀门的电源输入端电源开关S2另一端及电机减速机构M的正极电源输入端分别经导线连接。

图1、2所示，本新型氢燃料电池本体1其他使用方法、过程和现有氢燃料电池组完全一致，氢气和空气等分别输入至每个单电池的进氢气通道及进空气通道内，在氢燃料电池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。本新型由于氢气从三根进气管102进入进氢气通道管101内，因此进入氢燃料电池组1本体若干个单个单电池内的氢气量相较于现有的氢燃料电池的若干单电池，由于只采用一根管道和进氢气通道管连接，能更加均匀(从进氢气通道管101上中下三个方位进入)。

图1、2所示，220V交流电源进入稳压电源A1的电源输入端后，稳压电源A1在其内部电路作用下其 3及4脚会输出稳定的12V电源进入三套第一及第二控制电路、三只气敏器件T的电源输入端，于是，上述电路处于得电工作状态。第一套第一控制电路及第一套第二控制电路、第一只气敏器件T中(或第二套第一控制电路及第二套第二控制电路、第二只气敏器件T，或第三套第一控制电路及第三套第二控制电路、第三只气敏器件T)，当氢气进入进氢气通道管101内后，气敏器件T(电阻R1起到降压限流作用)检测到后其第一测量极3脚及第二测量极4脚的电阻值变小，气密器件T的4脚输出高电平进入可调电阻RP 及RP1另一端。当进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)的氢气量相对不多时，气密器件T的4 脚输出的高电平经可调电阻RP降压限流后进入三端电压监测器A2的电压低于三端电压监测器A2的内部 4.75V阈值电压，那么三端电压监测器A2的1脚无输出，第一套(或第二套、第三套)电动调节阀门的阀芯不动作保持当前氢气流量进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)内。当进入进氢气通道管101 内上端(或中部、下部)的氢气量相对多时(也就是超过了设定进入进氢气通道管101内最大允许量)，气密器件T的4脚输出的高电平经可调电阻RP降压限流后进入三端电压监测器A2的电压高于三端电压监测器A2的内部4.75V阈值电压，于是，三端电压监测器A2的1脚输出高电平经电阻R2降压限流进入NPN 三极管Q的基极，NPN三极管Q导通集电极输出低电平进入继电器K的负极电源输入端，继电器K得电吸合其两个控制电源输入端和两个常开触点端分别闭合。由于，第一套(或第二套、第三套)电动调节阀门的电机减速机构M正负两极电源输入端和继电器K的两个常开触点端分别连接，所以此刻电机减速机构 M会得电工作其动力输出轴带动电动调节阀门的阀芯向左慢慢转动，这样，电动调节阀门内的阀芯打开程度就会慢慢变小，那么，进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)的氢气量也就会慢慢减少。当进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)的氢气量到合适后，气敏器件T由于4脚输出的电平经可调电阻RP降压限流进入三端电压监测器A2的2脚电压再次低于4.75V，那么继电器K也就会失电不再吸合，进而电机减速机构M停止工作。通过上述，本新型第一控制电路就能控制进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)的氢气量不会超过最大值。微动开关S1的作用是极端情况下电机减速机构的动力输出轴带动截止阀的阀芯转动到左止点时，连接板53前侧端压住支撑板前侧端微动开关54(S1)按钮、微动开关S1内部触点开路，进而电机减速机构M停止工作，防止了电机减速机构M带动截止阀阀芯转动角度过大而造成损坏。

图1、2所示，当进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)的氢气量相对少时，气密器件T的4 脚输出的高电平经可调电阻RP1降压限流后进入三端电压监测器A3的电压低于三端电压监测器A3的内部 4.75V阈值电压，那么三端电压监测器A3的1脚无输出，继电器K1处于失电状态其两个控制电源输入端和两个常闭触点端分别闭合。由于，第一套(或第二套、第三套)电动调节阀门的电机减速机构M负正两极电源输入端和继电器K1的两个常闭触点端分别连接，所以此刻电机减速机构M会得电工作其动力输出轴带动电动调节阀门的阀芯向右慢慢转动，这样，电动调节阀门内的阀芯打开程度就会慢慢变大，那么，进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)的氢气量也就会慢慢增加。当进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)的氢气量到合适后，气敏器件T由于4脚输出电平经可调电阻RP1降压限流进入三端电压监测器A3的2脚电压高于4.75V，于是，三端电压监测器A3的1脚输出高电平经电阻R3降压限流进入NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1导通集电极输出低电平进入继电器K的负极电源输入端，继电器 K得电吸合其两个控制电源输入端和两个常闭触点端分别开路，进而电机减速机构M停止工作。通过上述，本新型第二控制电路就能控制进入进氢气通道管101内上端(或中部、下部)的氢气量不会低于最低值。微动开关S2的作用是极端情况下，电机减速机构的动力输出轴带动截止阀的阀芯转动到右止点时，连接板53后侧端压住支撑板后侧端微动开关54(S2)按钮、微动开关S2内部触点开路，进而电机减速机构M 停止工作，防止了电机减速机构M带动截止阀阀芯转动角度过大而造成损坏。

图1、2所示，通过上述机构及电路共同作用，本新型就能在使用中尽可能保持进入进氢气通道管101 内上端(或中部、下部)的氢气量处于技术人员设定的最大和最小限制量之间，实现了分别控制进入并联进氢气通道管上部、中部及下部的氢气量处于合适的气量，进而，能尽可能保证进入若干个单电池的氢气进气通道管内氢气量达到平衡，由此达到有效保证了氢燃料电池组工作在较佳状态下，提高了发电效率，减少了氢燃料电池组本体损坏几率。本新型氢燃料电池本体初次使用时，技术人员需要确定可调电阻RP 及RP1的电阻值，当氢燃料电池本体工作输出的电压达到允许最大值时，技术人员慢慢调节可调电阻RP的电阻值，刚好调节到继电器K得电吸合时，技术人员反向略微把可调电阻再调节大一点，后续实际应用中，当氢气量超过设定最大气量时，继电器K就会得电吸合。然后氢燃料电池本体输出电压略低于允许电压最低值时，技术人员慢慢调节可调电阻RP1的电阻值，刚好调节到继电器K1得电吸合时，技术人员反向略微把可调电阻再调节小一点，后续实际应用中，当氢气量低于设定最小气量时，继电器K1就会得电吸合。通过上述调节保证了本新型的可靠工作。电路中，可调电阻RP、RP1规格是8M；电阻R1阻值是 47Ω、电阻R2、R3阻值是1K；NPN三极管Q及Q1型号是9013；继电器K及K1是型号DC12V的继电器；微动开关S1及S2是常闭触点微动开关；气敏器件T型号QM-25；三端电压监测器A2及A3型号是 AN051A。

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实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用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实用新型。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，本实用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实用新型内。

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个独立的技术方案，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个整体，各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 (4)

1.一种智能平衡供气量的氢燃料电池，包括氢燃料电池本体、稳压电源、气敏探头、总进气管；其特征在于还具有电动调节阀门、第一控制电路和第二控制电路；所述氢燃料电池本体的进氢气通道管具有多根进气管，电动调节阀门有相同的多套，多套电动调节阀门的排气管和多根进气管分别连接，气敏探头有多只，多只气敏探头间隔距离分别安装在进氢气通道管外侧、且气敏探头探测面位于进氢气通道管内；所述总进气管一端和多套电动调节阀门的进气管分别连接，总进气管另一端和氢气供气管连接；所述第一控制电路和第二控制电路各有相同的多套，多套第一控制电路、第二控制电路和稳压电源安装在元件盒内；所述稳压电源的电源输出端和多套第一控制电路、第二控制电路及多只气敏探头的电源输入两端分别电性连接，多只气敏探头的信号输出端分别和多套第一控制电路、第二控制电路的信号输入端电性连接；所述多套第一控制电路、第二控制电路的电源输出端和多套电动调节阀门的电源输入端分别电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能平衡供气量的氢燃料电池，其特征在于，稳压电源是交流转直流开关电源模块。

3.根据权利要求1所述的一种智能平衡供气量的氢燃料电池，其特征在于，每套第一控制电路和第二控制电路的构造一致，均包括三端电压监测器、电阻、NPN三极管、可调电阻和继电器，三端电压监测器、电阻、NPN三极管、可调电阻和继电器之间电性连接，可调电阻一端和三端电压监测器正极电源输入端连接，三端电压监测器的输出端和电阻一端连接，电阻另一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和继电器负极电源输入端连接，继电器正极电源输入端和正极控制电源输入端连接，三端电压监测器的负极电源输入端和NPN三极管发射极、继电器负极控制电源输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能平衡供气量的氢燃料电池，其特征在于，每只气敏探头配套有一只电阻，电阻一端和气敏探头的正极电源输入端连接，电阻另一端和气敏探头的第一测量极连接。

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