專利名稱：基于燃料電池的備用電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電源技術，尤其是一種基于燃料電池的備用電源。
背景技術：
目前，因設備大修或者大面積停電故障導致了系統(tǒng)無法快速恢復的嚴重問題。比如近年來美、加等國發(fā)生的大面積停電后無法恢復，很大原因在于很多電力網絡因備用電源無法供應導致操作設備和自動化系統(tǒng)癱瘓。在現(xiàn)有的電力變電站、通信基站中，當電力中斷或者故障時，需要提供一種仍然能維持運轉的備用電源。為此，通常大量地使用了由蓄電池組組成的備用電源和直流操作電源。一方面蓄電池作為能源的儲備，具有備用和重復利用的性能，另一方面蓄電池的伏安特性決定了其具有很強的穩(wěn)壓供電的能力。但是，使用大量蓄電池組也存在如下的不足1.蓄電池被充電后只能一次使用，如果再使用，必須使用電力對其充電，而且充電時間是比較長的過程。如果所需的備用電源系統(tǒng)比較龐大，要求較高，那么蓄電池就無法提供稍長時間的電源供應。一般蓄電池最多提供幾個小時的備用后電量即消耗殆盡而無法提供更長一些時間的備用。
2.由于蓄電池的壽命有限而采用大量蓄電池組，勢必造成生產和資源上的浪費，同時主流的鉛酸電池會造成嚴重的環(huán)境污染。
因此，可應用于電力場所和基站的高效的、環(huán)保的、可持續(xù)供電的電源系統(tǒng)，是一項亟待創(chuàng)新的技術課題。
實用新型內容(一)要解決的技術問題本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種可以實時在線控制、實現(xiàn)無間斷供電、高效和環(huán)保的基于燃料電池的備用電源。
(二)技術方案為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種基于燃料電池的備用電源，包括蓄電池組及其輸出控制系統(tǒng)，蓄電池組與電網電力輸入相接，還包括若干燃料電池模塊，燃料電池模塊包括燃料電池主體及其輔助系統(tǒng)，燃料電池主體與輸出控制系統(tǒng)相連，輔助系統(tǒng)接于小型蓄電池組與燃料電池模塊之間，輸出控制系統(tǒng)設有電源輸出端口。
本實用新型的基于燃料電池的備用電源，其中所述燃料電池主體包括作為負極的燃料電極和作為正極的氧化劑電極以及位于燃料電極和氧化劑電極之間的電解質；輔助系統(tǒng)包括與燃料電池主體分別相連的反應劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和電性能控制系統(tǒng)。
本實用新型的基于燃料電池的備用電源，所述燃料電池模塊設有N個，分別與所述輸出控制系統(tǒng)的N個并聯(lián)接口相連，其中N≥2。
本實用新型的基于燃料電池的備用電源，其中所述燃料電池主體為氫-氧燃料電池。
本實用新型的基于燃料電池的備用電源，其中所述輔助系統(tǒng)另外還設有用于輸出告警信號的安全裝置。
(三)有益效果本實用新型基于燃料電池的備用電源的優(yōu)點和積極效果是由于以燃料電池為主體，同時結合蓄電池組的優(yōu)點，組合成為可持續(xù)供電的系統(tǒng)，其有三種運行方式電網供電方式運行；蓄電池供電方式運行；燃料電池供電方式運行。燃料電池以一些稀有金屬制作媒質，自身并不消耗，能長期循環(huán)使用，在發(fā)電過程中氫氧結合產生的是清潔的水，沒有任何污染。本實用新型基于燃料電池的備用電源成為一套可應用于電力場所和基站的高效的、環(huán)保的設備。
圖1是本實用新型基于燃料電池的備用電源的方框圖；
圖2是本實用新型中N個燃料電池模塊的并聯(lián)接線圖。
具體實施方式
以下結合附圖，進一步詳細說明本實用新型基于燃料電池的備用電源的具體實施方式
，但不用來限制本實用新型的保護范圍。
本實用新型基于燃料電池的備用電源是針對當前電力系統(tǒng)或各類通信基站中備用電源的缺陷，在電力中斷或者故障時仍然能提供不間斷電源而維持運轉的一項技術。
參見圖1，本實用新型基于燃料電池的備用電源包括(1)電網電力輸入(2)蓄電池組(3)燃料電池模塊(4)輸出控制系統(tǒng)(5)電源輸出端口其中，蓄電池組與電網電力輸入和輸出控制系統(tǒng)分別相接，輸出控制系統(tǒng)設有電源輸出端口。
燃料電池模塊包括燃料電池主體及其輔助系統(tǒng)，燃料電池主體與輸出控制系統(tǒng)相連，輔助系統(tǒng)接于小型蓄電池組與燃料電池模塊之間。這是產生電量的主體部分，只要能源源不斷的輸入各種含氫的清潔燃料，電力就能不斷的產生，提供給輸出控制系統(tǒng)而不用擔心蓄電池一次充電使用時間短的問題。
燃料電池主體包括作為負極的燃料電極和作為正極的氧化劑電極以及位于燃料電極和氧化劑電極之間的電解質。燃料電池主體原理是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。
在本實用新型基于燃料電池的備用電源的實施例中，燃料電池主體采用氫-氧燃料電池。這里以氫-氧燃料電池為例來說明燃料電池的基本工作原理。
負極H2+2OH-→2H2O+2e-正極1/2O2+H2O+2e-→2OH-電池反應H2+1/2O2＝＝H2O燃料電池替換蓄電池組，具有非常高的經濟和環(huán)保價值不管是滿負荷還是部分負荷均能保持高發(fā)電效率；不管裝置規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率；具有很強的過負載能力；采用不同的燃料供給裝置適用的燃料廣泛；發(fā)電出力由電池堆的出力和組數決定，機組的容量的自由度大；電池本體的負荷響應性好，反應速度快；用天然氣和煤氣等為燃料時，NOX及SOX等排出量少，環(huán)境相容性優(yōu)良。
輔助系統(tǒng)包括反應劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置。反應劑供給系統(tǒng)用于通過減壓閥向燃料電池供給天然氣或煤氣等。排熱系統(tǒng)用于在燃料電池反應過程中產生的少量熱量排走，降低系統(tǒng)的溫度。排水系統(tǒng)用于燃料電池在反應過程中產生的水排出。電性能控制系統(tǒng)及安全裝置用于檢測和控制系統(tǒng)的狀態(tài)和在反應過程中各系統(tǒng)工作的順利完成。
在本實用新型基于燃料電池的備用電源的實施例中，參見圖2，燃料電池模塊設有N個，分別與輸出控制系統(tǒng)的N個并聯(lián)接口相連，其中N≥2。這種多模塊組合方式方便燃料電池模塊的標準化、批量化，同時降低生產的成本。
下面說明本實用新型基于燃料電池的備用電源的運行方式。
(1)電網供電方式運行(2)蓄電池供電方式運行(3)燃料電池供電方式運行在三種方式中，第(1)種是在電網正常運行時，通過電網鎮(zhèn)流后，電網電力輸入接至輸出控制系統(tǒng)，輸出穩(wěn)定的、用于控制的直流電或者逆變后輸出交流電。電網電力輸入也可以經蓄電池組接至輸出控制系統(tǒng)，蓄電池組在此相當于一個大型的電容，起到穩(wěn)壓的作用。
第(2)種方式是一個過渡狀態(tài)，當電網剛停止供電時，蓄電池組直接作為備用電源無間斷地提供電力。同時輸出控制系統(tǒng)實時檢測出電網的供電異常，開始啟動燃料電池。這個過程一般在幾秒內即可完成。
蓄電池組的容量大約是原來的幾十分之一，直接供電能力雖然很短，但也足夠燃料電池啟動切換。
第(3)種方式在燃料電池啟動供電后運行。直到輸出控制系統(tǒng)檢測電網供電正常，停止燃料電池的運行，切換回第(1)種方式。上述三種運行方式通過電性能控制系統(tǒng)得以實現(xiàn)。
本實用新型基于燃料電池的備用電源的輔助系統(tǒng)另外還設有用于輸出告警信號的安全裝置。在燃料電池工作期間，如果儲存的燃料不夠，安全裝置輸出告警信號，提示燃料的持續(xù)供應。由于像煤氣、氫等燃料在氣體被壓縮后很容易運輸和儲存，也從應用上保證了燃料電池的可持續(xù)使用，徹底改變了原來使用蓄電池組不能長久的問題。
本實用新型基于燃料電池的備用電源在實施后提供穩(wěn)定可靠的后備電源，在變電站自動化水平越來越高的基礎上顯得尤為重要，這是這些設備正常運行的根本，可以很好地解決了因設備大修或者大面積停電故障所導致的系統(tǒng)無法快速恢復的問題。同時，該方案的主要設備是一些稀有金屬制作的媒質，自身并不消耗，能長期循環(huán)使用，在發(fā)電過程中氫氧結合產生的是清潔的水，沒有任何污染。全世界有上百萬個變電站，如果進行該方案的替換，將每年減少上億的鉛酸蓄電池生產和由此帶來的環(huán)境問題。
以上為本實用新型的最佳實施方式，依據本實用新型公開的內容，本領域的普通技術人員能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代方案，均應落入本實用新型保護的范圍。
權利要求1.一種基于燃料電池的備用電源，包括蓄電池組及其輸出控制系統(tǒng)，所述蓄電池組與電網電力輸入相接，其特征在于還包括若干燃料電池模塊，所述燃料電池模塊包括燃料電池主體及其輔助系統(tǒng)，所述燃料電池主體與所述輸出控制系統(tǒng)相連，所述輔助系統(tǒng)接于所述蓄電池組與所述燃料電池模塊之間，所述輸出控制系統(tǒng)設有電源輸出端口。
2.根據權利要求1所述的基于燃料電池的備用電源，其特征在于其中所述燃料電池主體包括作為負極的燃料電極和作為正極的氧化劑電極，以及位于所述燃料電極和所述氧化劑電極之間的電解質；所述輔助系統(tǒng)至少包括與所述燃料電池主體分別相連的反應劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和電性能控制系統(tǒng)。
3.根據權利要求1或2所述的基于燃料電池的備用電源，其特征在于所述燃料電池模塊設有N個，分別與所述輸出控制系統(tǒng)的N個并聯(lián)接口相連，其中N≥2。
4.根據權利要求3所述的基于燃料電池的備用電源，其特征在于所述燃料電池主體為氫-氧燃料電池。
5.根據權利要求4所述的基于燃料電池的備用電源，其特征在于所述輔助系統(tǒng)還另外設有用于輸出告警信號的安全裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種基于燃料電池的備用電源，包括電網電力輸入、蓄電池組及其輸出控制系統(tǒng)和若干燃料電池模塊。燃料電池模塊包括燃料電池主體及其輔助系統(tǒng)，燃料電池主體包括作為負極的燃料電極和作為正極的氧化劑電極以及位于燃料電極和氧化劑電極之間的電解質，輔助系統(tǒng)包括與燃料電池主體分別相連的反應劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)及安全裝置。本實用新型基于燃料電池的備用電源的優(yōu)點和積極效果是由于以燃料電池為主體，同時結合蓄電池組的優(yōu)點，組合成為可持續(xù)供電的系統(tǒng)，其有電網供電、蓄電池組供電、燃料電池供電三種方式運行，成為高效的、環(huán)保的備用電源設備。
文檔編號H01M8/00GK2914456SQ20062002296
公開日2007年6月20日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權日2006年5月11日
發(fā)明者丁文杰, 吳明玉 申請人:廣東中玉科技有限公司