[发明专利]一种基于燃料电池的多能互补冷热电联产系统

说明书

本发明公开了一种基于燃料电池的多能互补冷热电联产系统，属于能源利用领域，包括：PEMFC单元、热管理单元、电力单元和控制单元，PEMFC单元包括质子交换膜燃料电池、氢气源和空气源、第一管路、第二管路；热管理单元包括低温空气热源泵、相变蓄热器、第三管路、第四管路和第五管路；电力单元包括储电模块、DC/DC转换模块和DC/AC转换模块；控制单元分别与PEMFC单元、热管理单元、电力单元电连接。本发明充分利用PEMFC余热的低品位特性，将其与低温空气源热泵、高效储热、高密度储电及高效供能末端有机集成，合理的利用了PEMFC余热热能，实现燃料电池的热电联产，能源综合利用效率可达75～95％。

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，具体涉及种基于燃料电池的多能互补冷热电联产系统。

背景技术

燃料电池将燃料和氧化剂的化学能直接转换为直流电能，是氢能转换为电能的有效装备和能源枢纽，是静止的能量转换装置，其效率不受卡诺循环效率限制，具有能量转换效率高、负荷响应时间快、污染物排放低、环境友好、噪音水平低、可靠性高等显著优势。

燃料电池中燃料化学能转化为电能是放热反应，必须采取有效散热措施，否则电池堆温度将不断升高，电解质膜脱水、收缩甚至破裂，严重影响电池性能和系统安全。现有技术中，PEMFC电堆采用的冷却方式主要是空气冷却和冷却液循环排热，PEMFC余热约占电池输入总能量的40～60％，但是排放预热并没有得到合理的利用。

因此，急需一种能够合理利用PEMFC余热热能的电联产系统。

发明内容

为了提供一种能够合理利用PEMFC余热热能的电联产系统，本发明采取了如下技术方案：

一种基于燃料电池的多能互补冷热电联产系统，包括：PEMFC单元、热管理单元、电力单元和控制单元，所述PEMFC单元包括质子交换膜燃料电池、为所述质子交换膜燃料电池提供燃料的氢气源和提供电化学反应所需空气的空气源、第一管路、第二管路；所述氢气源通过所述第一管路与所述质子交换膜燃料电池的阳极连通；所述空气源通过所述第二管路与所述质子交换膜燃料电池的阴极连通；所述热管理单元包括低温空气热源泵、相变蓄热器、第三管路、第四管路和第五管路，所述相变蓄热器用于提供生活热水和采暖季供暖负荷；所述低温空气热源泵的蒸发端通过所述第三管路与所述质子交换膜燃料电池的排气端连通；所述低温空气热源泵通过所述第四管路与所述相变蓄热器连通；所述质子交换膜燃料电池的冷却装置通过所述第五管路与所述相变蓄热器连通；所述电力单元包括储电模块、DC/DC转换模块和DC/AC转换模块，所述质子交换膜燃料电池通过DC/DC转换模块与所述储电模块电连接，所述储电模块、所述DC/DC转换模块通过所述DC/AC转换模块为用户提供电能；所述控制单元分别与所述PEMFC单元、所述热管理单元、所述电力单元电连接，用于对所述PEMFC单元、所述热管理单元、所述电力单元的实时控制。

进一步地，所述第一管路包括循环管路和供气管路，所述循环管路分别与所述质子交换膜燃料电池的阳极氢气进口端、阳极氢气出口端连通；所述循环管路上设置有氢气循环泵、调节供气压力的第一调压阀和控制回路通断的第一电磁阀，所述第一调压阀设置于所述氢气循环泵与所述第一电磁阀之间，所述第一电磁阀设置于靠近所述阳极氢气出口端；所述供气管路的一端与所述氢气源连通，另一端与位于所述第一调压阀、所述第一电磁阀之间的所述循环管路连通；所述供气管路上设置有控制所述供气管路通断的第二电磁阀。

进一步地，在所述循环管路上，所述第一电磁阀与所述第一调压阀之间设置有第一流量传感器、第一温度传感器，所述第一调压阀与所述氢气循环泵之间设置有第一压力传感器、第二流量传感器，所述氢气循环泵与所述阳极氢气进口端之间设置第二温度传感器；所述第二管路上依次设置有空气过滤器、阴极送风机、增湿器以及控制所述第二管路通断供气的第三电磁阀，其中，所述空气过滤器设置在靠近所述空气源的一端。