CN2914456Y - 基于燃料电池的备用电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于燃料电池的备用电源，包括电网电力输入、蓄电池组及其输出控制系统和若干燃料电池模块。燃料电池模块包括燃料电池主体及其辅助系统，燃料电池主体包括作为负极的燃料电极和作为正极的氧化剂电极以及位于燃料电极和氧化剂电极之间的电解质，辅助系统包括与燃料电池主体分别相连的反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置。本实用新型基于燃料电池的备用电源的优点和积极效果是：由于以燃料电池为主体，同时结合蓄电池组的优点，组合成为可持续供电的系统，其有电网供电、蓄电池组供电、燃料电池供电三种方式运行，成为高效的、环保的备用电源设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源技术，尤其是一种基于燃料电池的备用电源。
背景技术
目前，因设备大修或者大面积停电故障导致了系统无法快速恢复的严重问题。比如近年来美、加等国发生的大面积停电后无法恢复，很大原因在于很多电力网络因备用电源无法供应导致操作设备和自动化系统瘫痪。在现有的电力变电站、通信基站中，当电力中断或者故障时，需要提供一种仍然能维持运转的备用电源。为此，通常大量地使用了由蓄电池组组成的备用电源和直流操作电源。一方面蓄电池作为能源的储备，具有备用和重复利用的性能，另一方面蓄电池的伏安特性决定了其具有很强的稳压供电的能力。但是，使用大量蓄电池组也存在如下的不足：
1.蓄电池被充电后只能一次使用，如果再使用，必须使用电力对其充电，而且充电时间是比较长的过程。如果所需的备用电源系统比较庞大，要求较高，那么蓄电池就无法提供稍长时间的电源供应。一般蓄电池最多提供几个小时的备用后电量即消耗殆尽而无法提供更长一些时间的备用。
2.由于蓄电池的寿命有限而采用大量蓄电池组，势必造成生产和资源上的浪费，同时主流的铅酸电池会造成严重的环境污染。
因此，可应用于电力场所和基站的高效的、环保的、可持续供电的电源系统，是一项亟待创新的技术课题。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种可以实时在线控制、实现无间断供电、高效和环保的基于燃料电池的备用电源。
(二)技术方案
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于燃料电池的备用电源，包括蓄电池组及其输出控制系统，蓄电池组与电网电力输入相接，还包括若干燃料电池模块，燃料电池模块包括燃料电池主体及其辅助系统，燃料电池主体与输出控制系统相连，辅助系统接于小型蓄电池组与燃料电池模块之间，输出控制系统设有电源输出端口。
本实用新型的基于燃料电池的备用电源，其中所述燃料电池主体包括作为负极的燃料电极和作为正极的氧化剂电极以及位于燃料电极和氧化剂电极之间的电解质；辅助系统包括与燃料电池主体分别相连的反应剂供给系统、排热系统、排水系统和电性能控制系统。
本实用新型的基于燃料电池的备用电源，所述燃料电池模块设有N个，分别与所述输出控制系统的N个并联接口相连，其中N≥2。
本实用新型的基于燃料电池的备用电源，其中所述燃料电池主体为氢-氧燃料电池。
本实用新型的基于燃料电池的备用电源，其中所述辅助系统另外还设有用于输出告警信号的安全装置。
(三)有益效果
本实用新型基于燃料电池的备用电源的优点和积极效果是：由于以燃料电池为主体，同时结合蓄电池组的优点，组合成为可持续供电的系统，其有三种运行方式：电网供电方式运行；蓄电池供电方式运行；燃料电池供电方式运行。燃料电池以一些稀有金属制作媒质，自身并不消耗，能长期循环使用，在发电过程中氢氧结合产生的是清洁的水，没有任何污染。本实用新型基于燃料电池的备用电源成为一套可应用于电力场所和基站的高效的、环保的设备。
附图说明
图1是本实用新型基于燃料电池的备用电源的方框图；
图2是本实用新型中N个燃料电池模块的并联接线图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步详细说明本实用新型基于燃料电池的备用电源的具体实施方式，但不用来限制本实用新型的保护范围。
本实用新型基于燃料电池的备用电源是针对当前电力系统或各类通信基站中备用电源的缺陷，在电力中断或者故障时仍然能提供不间断电源而维持运转的一项技术。
参见图1，本实用新型基于燃料电池的备用电源包括：
(1)电网电力输入
(2)蓄电池组
(3)燃料电池模块
(4)输出控制系统
(5)电源输出端口
其中，蓄电池组与电网电力输入和输出控制系统分别相接，输出控制系统设有电源输出端口。
燃料电池模块包括燃料电池主体及其辅助系统，燃料电池主体与输出控制系统相连，辅助系统接于小型蓄电池组与燃料电池模块之间。这是产生电量的主体部分，只要能源源不断的输入各种含氢的清洁燃料，电力就能不断的产生，提供给输出控制系统而不用担心蓄电池一次充电使用时间短的问题。
燃料电池主体包括作为负极的燃料电极和作为正极的氧化剂电极以及位于燃料电极和氧化剂电极之间的电解质。燃料电池主体原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。
在本实用新型基于燃料电池的备用电源的实施例中，燃料电池主体采用氢-氧燃料电池。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池的基本工作原理。
负极：H2+2OH-→2H2O+2e-
正极：1/2O2+H2O+2e-→2OH-
电池反应：H2+1/2O2＝＝H2O
燃料电池替换蓄电池组，具有非常高的经济和环保价值：不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率；不管装置规模大小均能保持高发电效率；具有很强的过负载能力；采用不同的燃料供给装置适用的燃料广泛；发电出力由电池堆的出力和组数决定，机组的容量的自由度大；电池本体的负荷响应性好，反应速度快；用天然气和煤气等为燃料时，NOX及SOX等排出量少，环境相容性优良。
辅助系统包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置。反应剂供给系统用于通过减压阀向燃料电池供给天然气或煤气等。排热系统用于在燃料电池反应过程中产生的少量热量排走，降低系统的温度。排水系统用于燃料电池在反应过程中产生的水排出。电性能控制系统及安全装置用于检测和控制系统的状态和在反应过程中各系统工作的顺利完成。
在本实用新型基于燃料电池的备用电源的实施例中，参见图2，燃料电池模块设有N个，分别与输出控制系统的N个并联接口相连，其中N≥2。这种多模块组合方式方便燃料电池模块的标准化、批量化，同时降低生产的成本。
下面说明本实用新型基于燃料电池的备用电源的运行方式。
(1)电网供电方式运行
(2)蓄电池供电方式运行
(3)燃料电池供电方式运行
在三种方式中，第(1)种是在电网正常运行时，通过电网镇流后，电网电力输入接至输出控制系统，输出稳定的、用于控制的直流电或者逆变后输出交流电。电网电力输入也可以经蓄电池组接至输出控制系统，蓄电池组在此相当于一个大型的电容，起到稳压的作用。
第(2)种方式是一个过渡状态，当电网刚停止供电时，蓄电池组直接作为备用电源无间断地提供电力。同时输出控制系统实时检测出电网的供电异常，开始启动燃料电池。这个过程一般在几秒内即可完成。
蓄电池组的容量大约是原来的几十分之一，直接供电能力虽然很短，但也足够燃料电池启动切换。
第(3)种方式在燃料电池启动供电后运行。直到输出控制系统检测电网供电正常，停止燃料电池的运行，切换回第(1)种方式。上述三种运行方式通过电性能控制系统得以实现。
本实用新型基于燃料电池的备用电源的辅助系统另外还设有用于输出告警信号的安全装置。在燃料电池工作期间，如果储存的燃料不够，安全装置输出告警信号，提示燃料的持续供应。由于像煤气、氢等燃料在气体被压缩后很容易运输和储存，也从应用上保证了燃料电池的可持续使用，彻底改变了原来使用蓄电池组不能长久的问题。
本实用新型基于燃料电池的备用电源在实施后提供稳定可靠的后备电源，在变电站自动化水平越来越高的基础上显得尤为重要，这是这些设备正常运行的根本，可以很好地解决了因设备大修或者大面积停电故障所导致的系统无法快速恢复的问题。同时，该方案的主要设备是一些稀有金属制作的媒质，自身并不消耗，能长期循环使用，在发电过程中氢氧结合产生的是清洁的水，没有任何污染。全世界有上百万个变电站，如果进行该方案的替换，将每年减少上亿的铅酸蓄电池生产和由此带来的环境问题。
以上为本实用新型的最佳实施方式，依据本实用新型公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本实用新型保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于燃料电池的备用电源，包括蓄电池组及其输出控制系统，所述蓄电池组与电网电力输入相接，其特征在于：还包括若干燃料电池模块，所述燃料电池模块包括燃料电池主体及其辅助系统，所述燃料电池主体与所述输出控制系统相连，所述辅助系统接于所述蓄电池组与所述燃料电池模块之间，所述输出控制系统设有电源输出端口。
2.根据权利要求1所述的基于燃料电池的备用电源，其特征在于：其中所述燃料电池主体包括作为负极的燃料电极和作为正极的氧化剂电极，以及位于所述燃料电极和所述氧化剂电极之间的电解质；所述辅助系统至少包括与所述燃料电池主体分别相连的反应剂供给系统、排热系统、排水系统和电性能控制系统。
3.根据权利要求1或2所述的基于燃料电池的备用电源，其特征在于：所述燃料电池模块设有N个，分别与所述输出控制系统的N个并联接口相连，其中N≥2。
4.根据权利要求3所述的基于燃料电池的备用电源，其特征在于：所述燃料电池主体为氢-氧燃料电池。
5.根据权利要求4所述的基于燃料电池的备用电源，其特征在于：所述辅助系统还另外设有用于输出告警信号的安全装置。
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2006
- 2006-05-11 CN CNU2006200229666U patent/CN2914456Y/zh not_active Expired - Lifetime
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