[发明专利]燃料电池型备用电源

说明书

技术领域

本发明涉及备用电源领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池型备用电源。应用在主电力中断的情况下，为通讯、金融、消防等领域提供应急电力。

背景技术

备用电源是在供电电网发生事故的情况下，向必需的负载提供所需的应急电力，从而可有效降低因为断电而造成的损失。传统备用电源一般为柴油发电机和铅酸蓄电池。传统备用电源的不足是：柴油发电机需要一套复杂的发电系统，发电机的排出物对环境会造成污染且噪音很大；铅酸蓄电池能量密度较低，电池容量有限，同时铅酸蓄电池的组成成分对环境会造成污染，对人体会产生危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池型备用电源，以质子交换膜燃料电池作备用电源，在主电力中断的情况下提供应急电力。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种燃料电池型备用电源，包括发电系统、DC/DC变换器、储能单元及控制单元，其特征在于：所述发电系统是质子交换膜燃料电池发电系统，质子交换膜燃料电池发电系统包括：质子交换膜燃料电池模块、氢气储存与供应系统及空气供应系统，所述空气供应系统由供风机械和回流控制器组成；所述储能单元是铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池或电化学电容器；所述控制单元与质子交换膜燃料电池模块、氢气储存与供应系统、空气供应系统以及储能单元用信号线连接，质子交换膜燃料电池模块与氢气储存与供应系统、空气供应系统、控制单元及DC/DC变换器由电路连接，储能单元与氢气储存与供应系统、空气供应系统、控制单元及DC/DC输出端由电路连接，DC/DC变换器的输出端与负载连接。

本发明所述的一种燃料电池型备用电源，其特征在于所述质子交换膜燃料电池模块由多节单电池以压滤机方式组装成燃料电池串联结构；燃料电池模块的冷却剂是空气，燃料电池模块的燃料腔(氢气腔)、氧化剂腔(空气腔)和冷却腔中，氧化剂腔和冷却腔与其外部环境空气连通，为开放式腔，同一供风机械提供的空气由氧化剂腔和冷却腔的下部流入，由上部流出；燃料腔中的氢气由燃料腔的上部流入，由下部流出，形成燃料腔中氢气的流动方向与氧化剂腔中空气的流动方向相反。

本发明所述的一种燃料电池型备用电源，其特征在于所述质子交换膜燃料电池发电系统的空气回流控制器由步进电机与导流板组成，所述步进电机由控制单元根据实时检测燃料电池模块冷却腔出口处冷却空气的温度控制转动，步进电机带动导流板转动，导流板处于不同位置实现空气尾气(即流经燃料电池模块的空气)全部排放、部分回流或全部回流，使燃料电池模块处在一个最佳的工作温度范围。

由于燃料电池系统启动需要一定的时间和能量，因此在燃料电池备用电源中引入一个储能单元。储能单元储存一定电量，在电力中断的瞬间可以无间断地向负载供电，并同时向燃料电池系统和控制单元供电，燃料电池启动后通过DC/DC变换器将燃料电池输出端电压变换为稳定的电压向直流负载供电，同时可以对储能单元进行充电。

本发明具有如下优点：

1、燃料电池系统可由一个或多个质子交换膜燃料电池模块组成，当采用多个模块并联使用时，系统具有较高的可靠性，某一个模块的损坏不会影响系统的工作；

2、质子交换膜燃料电池模块采用空气冷却方式，辅助元件较少，系统可靠性较高，通过回流控制器确保燃料电池模块始终处于最佳工作温度范围。

3、可以实现当主电路中断后，燃料电池备用电源高效、无间断地向负载供电。

4、燃料电池型备用电源具有安全、紧凑、环境友好、维护成本较低、运行时间长等特点，市场前景广阔。

附图说明

本发明共有附图四幅，其中

图1是燃料电池型备用电源结构示意图，该图中，单实线(-)表示控制信号线路，双实线(＝)表示气路，虚线(…)表示电路。

图2是组成质子交换膜燃料电池模块的膜电极组件、阳极极板和阴极极板示意图。

图3是质子交换膜燃料电池模块立体示意图。

图4是空气回流控制器工作原理示意图。

附图中，1、阴极极板，2、阴极极板上的冷却腔，3、氧化剂腔，4、膜电极组件，5、燃料腔，6、阳极极板，7、阳极极板上的冷却腔，8、冷却腔，9、氢气进口，10、氢气出口，11、燃料电池模块，12、供风机械，13、回流控制器，14、空气回流风道，15、空气滤清器，16空气排放口。

具体实施方式