[发明专利]一种燃料电池与储能电池组成的备用电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种燃料电池与储能电池组成的备用电源系统。

背景技术

燃料电池作为备用电源可以用在银行，医院，机场，商业楼宇等，替代目前大量应用的铅酸电池和柴油发电机，具有环保无污染，无噪音，轻便，便于维护等许多优点。

备用电源作为随着人们生活品质的不断提高，社会工业化生产的迅猛发展，现代社会和经济对电力的依赖已达到不可或缺的程度，电力已成为社会和经济运行的总开关，没有了电，一切便迅速陷入全面瘫痪。

下面以备用电源在通信方面的应用为例介绍燃料电池在备用电源领域应用情况：

对于通信基站用备用电源，一旦大面积电网停电，这将严重影响人们的正常生活，甚至对社会经济和人类生命安全造成巨大损失。在去年的冰雪灾害和今年的汶川地震中能够足见断电给通信带来的影响。

目前用做应通信基站备用电源的主要采用铅蓄电池和用柴油发电机组相组合的方式进行，这种备用电源的现状同当前备用电源的需求之间的矛盾越来越大，主要表现在：a.铅蓄电池容量有限，备用时间一般不超过为10小时，根本满足不了重大应急险情需求。b.而且铅蓄电池存在重量大，寿命短(一般3-5年左右)，污染大，品质不均一，寿命难保证等缺点.c.为了延长发电备用时间，要配备大量的柴油发电油机车，一般是10-20个左右的基站配备一个发电油机车。大部分时间，油机车封存不用，经常不用对油机车不好，需要经常维护，日常维护比较频繁，工作量大。在遇到大面积停电或重大险情时，油机车根本不够用。

燃料电池作为一种节能环保的发电设备，体积小，重量轻，无噪音，价格便宜，维护低，可连续工作(48小时或更长的备用时间)等特点非常适合用在备用电源领域。

燃料电池在备用电源的应用已经进入市场。美国plugpower在2006年到07年间已经销售1000台5KW燃料电池给电信部门用做电信备用电源。08年5月，BALLARD同印度电信签定了未来三年用22.7MW的燃料电池。2008年2月11日，在西班牙巴塞罗那GSMA世界移动大会上，美国Motorola公司将美国Itatech公司ElectraGen^TM5XTR燃料电池系统为通信设备BTS站提供动力。2008年4月6日，在拉斯维加斯举行的2008美国无线通信展(CTIAWIRELESS2008)展上。康普旗下EcoPower无线通信公司推出专为无线运营商设计体积更小、更强劲的燃料电池备用电源。2008年5月份，印度最大的电信设备供应商ICOMM Tele对全球公开招标，准备采购6000台以燃料电池做备用电源的用于GSM或CDMA的BTS基站。

在我国，电信设备供应商，燃料电池生产商正积极介入通信基站备用电源领域。可以预计在未来5年内，燃料电池将会在备用电源领域得到广泛的应用。

在燃料电池应用领域，众所周知：燃料电池的开关机操作对燃料电池的寿命影响比较大，主要是因为在燃料电池开关机操作时能够产生比较高的局部过电压，这将导致燃料电池催化剂碳载体氧化，使燃料电池性能衰减比较快。我们可以通过改变阳极侧催化剂导电载体的方法，如换用抗腐蚀性金属氧化物导电载体的方法，提高燃料电池的催化剂抗氧化性，降低燃料电池开关机对燃料电池性能的影响，如在专利200610027287.2所介绍的。也可以通过燃料电池带负载启动的方法降低燃料电池的局部过电位，但是在带大的负载是燃料电池在比较低的电压下启动比较危险，往往造成燃料电池的永久性损害。

另外一个方面的问题是：在目前燃料电池备用电源领域，如美国的PLUGPOWER，ECOPOWER，ITATECH公司所采用的燃料电池备用电源技术方案主要是一种替代性的燃料电池独立供电的技术方案。在这些技术方案中，燃料电池作为通信用的备用电源，其输出电压是一种软电压特性，必须经过DC/DC稳压后提供给通信用电设备，通信用电设备对DC/DC的输出电压有有比较严格的要求。此外，因为燃料电池作为一种软电压特性的电池，其在外界负载变化时，燃料电池的电压变化范围比较大，这对DC/DC的制作要求比较高，而且价格比较高。国外这些公司燃料电池系统比较复杂加上比较贵的DC/DC等使整个燃料电池备用电源系统成本很高，在价格上难同传统的铅酸电池竞争，因而也直接影响了燃料电池的推广应用速度。需要注意的是：在新一代燃料电池系统中(空冷自增湿燃料电池系统)，燃料电池系统的成本几乎同DC/DC相当，如果去掉DC/DC的直接连接方式可以将燃料电池供电部分的成本直接降低50％。