專利名稱：后備電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種后備電源。
技術(shù)背景由于供電電網(wǎng)無(wú)法避免會(huì)出現(xiàn)電力故障，因此在許多重要場(chǎng)所，如通訊 設(shè)備、信息中心機(jī)房等，需要配置備用電源以確保電網(wǎng)在出現(xiàn)電力故障時(shí)用 電設(shè)備仍能正常工作。目前短時(shí)工作備用電源以可充電的二次電池為主，電 網(wǎng)在正常工作時(shí)給二次電池充電；當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，備用二次電池開(kāi)始工 作。結(jié)合成本低、自放電率小等優(yōu)勢(shì)，鉛酸電池成為目前最常用的備用電源 電池。這種電池具有備用和重復(fù)利用的性能，而且具有很強(qiáng)的穩(wěn)壓供電能力。 但是鉛酸電池也有其缺點(diǎn)，如質(zhì)量大，定期需進(jìn)行充放電維護(hù)，制造及回收 不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重環(huán)境污染等，因此很有必要選擇一種高效的，維護(hù)簡(jiǎn)單的和 環(huán)保的電源，燃料電池可以解決污染等問(wèn)題。例如氫氧燃料電池是通過(guò)氫氣 與氧氣之間通過(guò)質(zhì)子交換膜(PEM)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，生成水， 是一種徹底的清潔能源，利用燃料電池替代具有污染型的電池是環(huán)境保護(hù)的 一種趨勢(shì)?，F(xiàn)有采用燃料電池的后備電源，沒(méi)有設(shè)計(jì)補(bǔ)充燃料裝置，這樣的后備電 源只能外接氣源使用，需要人為的補(bǔ)充燃料，這對(duì)于氣源不充足的地區(qū)，或 不便于運(yùn)輸氣源的地區(qū)，這樣的供電設(shè)備、通信基站等的維護(hù)是十分不方便 的。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠在缺少氣源補(bǔ)充的情況下仍能正常工作的后備電源。本實(shí)用新型提供一種后備電源，該后備電源包括主電網(wǎng)接口設(shè)備和燃料 電池設(shè)備，主電網(wǎng)接口設(shè)備包括電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置；燃料電池設(shè)備包括氫氧 燃料電池、分別與氫氧燃料電池連接的氫氣瓶和氧氣瓶，其中，燃料電池設(shè) 備還包括補(bǔ)充燃料裝置，所述補(bǔ)充燃料裝置包括水電解裝置、氫氣充氣裝置 和氧氣充氣裝置，氫氣充氣裝置連接在水電解裝置與氫氣瓶之間，氧氣充氣 裝置連接在水電解裝置與氧氣瓶之間。本實(shí)用新型提供的后備電源中水電解裝置能夠通過(guò)電解水分離出氫氣 和氧氣，產(chǎn)生的氫氣和氧氣分別輸送入到氫氣充氣裝置和氧氣充氣裝置，并 進(jìn)而分別送入氫氣瓶和氧氣瓶。這樣，后備電源就不需要外界的維護(hù)，所謂 外界的維護(hù)是指主電網(wǎng)恢復(fù)正常后人為更換燃料電池或補(bǔ)充燃料電池由于 作為后備電源工作時(shí)損失的燃料，本實(shí)用新型提供的后備電源不需要更換燃 料電池或人為補(bǔ)充燃料，這對(duì)于設(shè)置在缺少反應(yīng)氣氣源或不便于補(bǔ)充氣源的 地區(qū)的供電設(shè)備、通信基站等的維護(hù)是非常有意義的。另外，氫氧型PEM 燃料電池功率密度大，提供同等電力系統(tǒng)構(gòu)造較鉛酸電池質(zhì)量大幅減小，使 得后備電源的質(zhì)量大大減小，便于地形復(fù)雜的區(qū)域的安裝等工作，并消除了 鉛酸電池對(duì)環(huán)境的潛在威脅。


圖1顯示的是本實(shí)用新型的后備電源的結(jié)構(gòu)圖；圖2顯示的是本實(shí)用新型的后備電源的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖3顯示的是本實(shí)用新型的后備電源的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型提供的后備電源包括主電網(wǎng)接口設(shè)備和燃料電池 設(shè)備，主電網(wǎng)接口設(shè)備包括電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置3;燃料電池設(shè)備包括氫氧燃料電池l、分別與氫氧燃料電池1連接的氫氣瓶8和氧氣瓶9，其中燃料電 池設(shè)備還包括補(bǔ)充燃料裝置，所述補(bǔ)充燃料裝置包括水電解裝置7、氫氣充 氣裝置10和氧氣充氣裝置11，氫氣充氣裝置10連接在水電解裝置7與氫氣 瓶8之間，氧氣充氣裝置11連接在水電解裝置7與氧氣瓶9之間。其中，主電網(wǎng)接口設(shè)備與主電力裝置2連接，主電力裝置2是提供主電 力的裝置，在主電力裝置2正常工作時(shí)，后備電源處于維護(hù)狀態(tài)，不對(duì)用電 設(shè)備5輸出電能，在主電力裝置2不正常時(shí)，后備電源啟動(dòng)，對(duì)外輸出電能。主電網(wǎng)接口設(shè)備包括電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置3，電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置3包括可 以監(jiān)測(cè)主電力電氣參數(shù)的控制單元，例如電壓傳感器、電流傳感器等。當(dāng)主 電力不正常時(shí)，主電力電氣參數(shù)如電流、電壓等會(huì)突然減小，電力狀態(tài)監(jiān)測(cè) 裝置3監(jiān)測(cè)到這種變化后打開(kāi)氫氣瓶8和氧氣瓶9，氫氣和氧氣分別送入氫 氧燃料電池1中進(jìn)行反應(yīng)，氫氧燃料電池1開(kāi)始對(duì)外供電。當(dāng)主電力恢復(fù)正 常時(shí)，主電力電氣參數(shù)也恢復(fù)正常，電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置3監(jiān)測(cè)到這種變化后 關(guān)閉氫氣瓶8和氧氣瓶9，氫氧燃料電池l停止對(duì)外供電。此時(shí)，可以利用 主電力對(duì)水電解裝置7供電，從而進(jìn)行氫氣和氧氣的制備。主電網(wǎng)接口設(shè)備還包括備用電源開(kāi)關(guān)4，用于后備電源輸出電能的開(kāi)啟 和關(guān)斷。氫氧燃料電池1是氫氣和氧氣的反應(yīng)單元，氫氣和氧氣作為反應(yīng)氣送入 氫氧燃料電池1在PEM (質(zhì)子交換膜)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，生 成水。所生成的水可以被水電解裝置7回收利用，在下文中描述。氫氧燃料 電池1可以包括為一個(gè)單體燃料電池或多個(gè)單體燃料電池串聯(lián)的燃料電池 堆，優(yōu)選為燃料電池堆。當(dāng)氫氧燃料電池l輸出電能時(shí)，為使電能更符合用電設(shè)備5的需要，可以根據(jù)用電設(shè)備5的要求而輸出穩(wěn)定電壓，這就需要在氫氧燃料電池1的輸 出端連接一個(gè)電力轉(zhuǎn)換裝置。因此，優(yōu)選地，所述燃料電池設(shè)備還包括電力 轉(zhuǎn)換裝置15，該電力轉(zhuǎn)換裝置15的輸入端與氫氧燃料電池1的電力輸出端 連接，輸出端作為燃料電池設(shè)備的電能輸出端與用電設(shè)備5的供電端連接， 將氫氧燃料電池l的電能轉(zhuǎn)換成用電設(shè)備要求的穩(wěn)定電壓，該穩(wěn)定電壓可以 是12V-220V，作為通信后備電源，優(yōu)選為48V。該電力轉(zhuǎn)換裝置15可以是 DC-DC轉(zhuǎn)換器。氫氣瓶8和氧氣瓶9是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的可以儲(chǔ)存氣體的密閉容 器，例如可以采用儲(chǔ)氣合金制成。氫氣瓶8和氧氣瓶9用于將水電解裝置7 電解出來(lái)的氫氣和氧氣進(jìn)行儲(chǔ)備以待燃料電池工作時(shí)使用。氫氣瓶8的入口 連接到氫氣充氣裝置10，出口連接到氫氧燃料電池1的陽(yáng)極氣體入口，氧氣 瓶9的入口連接到氧氣充氣裝置11，出口連接到氫氧燃料電池1的陰極氣體 入口。作為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，所述燃料電池設(shè)備除了上述的氫氧燃 料電池1、氫氣瓶8和氧氣瓶9之外，還包括氫氣閥門12和氧氣閥門13， 氫氣閥門12連接在氫氣瓶8和氫氧燃料電池1之間，氫氣閥門12控制氫氣 送入氫氧燃料電池1的流量、時(shí)間和壓力等參數(shù)，氧氣閥門13連接在氧氣 瓶9和氫氧燃料電池1之間，氧氣閥門13控制氧氣送入氫氧燃料電池1的 流量、時(shí)間和壓力等參數(shù)。為便于氣體的輸送，所述的氫氣閥門12和氧氣閥門13可以是減壓閥、 電磁閥、流量控制閥等，優(yōu)選采用質(zhì)量流量控制閥，具有精確控制氣體流量 及壓力的好處。氫氣閥門12或氧氣閥門13均可以為一個(gè)或多個(gè)，用于總體 控制流入氫氧燃料電池1的氣體流量等參數(shù)，多個(gè)閥門可以分別控制不同的 參數(shù)，如壓力、流量等。當(dāng)后備電源不工作時(shí)，后備電源處于備用狀態(tài)并對(duì)其自身進(jìn)行維護(hù)，例如可以采用下文將描述的定時(shí)活化后備電池的方式，所述氫氣閥門12和氧 氣閥門13可以采用高壓閥門和低壓閥門這樣的兩級(jí)閥門的結(jié)構(gòu)。采用兩級(jí) 閥門的好處是，維護(hù)中所需要的氫氣和氧氣可以從其它氣路通過(guò)低壓閥門直 接進(jìn)入氫氧燃料電池l，而不必頻繁開(kāi)啟氫氣瓶8和氧氣瓶9，在備用狀態(tài) 不必頻繁檢測(cè)氫氣瓶8和氧氣瓶9的狀態(tài)，也不必使氫氣瓶8和氧氣瓶9經(jīng) 常性的充氣和放氣，減少了氫氣瓶8和氧氣瓶9的動(dòng)作步驟，增加了氫氣瓶 8和氧氣瓶9的可靠性。而且，兩級(jí)閥門可以更精確的控制氣體的流量、時(shí) 間和壓力等參數(shù)。因此，如圖2所示，優(yōu)選地，所述氫氣閥門12可以包括高壓氫氣閥門 21和低壓氫氣閥門22，氫氣瓶8、高壓氫氣閥門21、低壓氫氣閥門22和氫 氧燃料電池1的陽(yáng)極氣體入口順序連通；所述氧氣閥門13可以包括高壓氧 氣閥門27和低壓氧氣閥門28，氧氣瓶9、高壓氧氣閥門27、低壓氧氣閥門 28和氫氧燃料電池1的陰極氣體入口順序連通。其中高壓氫氣閥門21、高壓氧氣閥門27可以是減壓閥、電磁閥、流量 控制閥等，優(yōu)選采用電控減壓閥，在實(shí)現(xiàn)降低氣體壓力的功能下，具有方便 控制、成本低的好處。低壓氫氣閥門22、低壓氧氣閥門28可以是減壓閥、 電磁閥、流量控制閥等，優(yōu)選釆用質(zhì)量流量控制閥，具有精確控制氣體流量 及壓力的好處。所述補(bǔ)充燃料裝置包括水電解裝置7、氫氣充氣裝置10和氧氣充氣裝置11。水電解裝置7是可以利用電能將水電解成氫氣和氧氣的裝置，具有氫氣 出口和氧氣出口，具有電解槽和儲(chǔ)水容器，電解槽放置電解液或電解質(zhì)，電 解液或電解質(zhì)可采用氫氧化鈉、質(zhì)子交換膜等，作為本實(shí)用新型的一種實(shí)施 方式，采用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，這樣的好處是反應(yīng)速度快、生成氣體純 凈。水電解裝置7所電解的水可以是來(lái)自后備電源外部的水，也可以是來(lái)自 后備電源內(nèi)部由氫氧燃料電池l燃燒而產(chǎn)生的水。優(yōu)選地，采用氫氧燃料電 池1反應(yīng)而產(chǎn)生的水，這樣能實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用后備電源的功能，還能夠節(jié)省水 資源，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)功能。水電解裝置7包括至少一個(gè)儲(chǔ)水容器。在這種情況下，所述補(bǔ)充燃料裝置還包括水回收裝置16，該水回收裝置 16分別與氫氧燃料電池1的生成水出口和水電解裝置7中的儲(chǔ)水容器連通， 將氫氧燃料電池1反應(yīng)而產(chǎn)生的水輸送到水電解裝置7中。水回收裝置16 可以是具有液體驅(qū)動(dòng)裝置、帶有輸入端和輸出端的任意液體儲(chǔ)存容器，其中 水回收裝置16的輸入端與氫氧燃料電池1的生成水出口相連，以接收氫氧 燃料電池1反應(yīng)而產(chǎn)生的水，水回收裝置16的輸出端與水電解裝置7的儲(chǔ) 水容器相連，為水電解裝置7提供所需要的水。后備電源需要通過(guò)水電解而補(bǔ)充氫氧燃料時(shí)，可以采用各種電能，但電 解水的電能根據(jù)電解質(zhì)的不同需要不同的穩(wěn)定電壓，通常為低壓直流電力， 因此所述補(bǔ)充燃料裝置還包括電解電源裝置6，連接到水電解裝置7的供電 端。該電解電源裝置6可以為外加電源或者來(lái)自主電力裝置2的電能，在主 電力裝置2能夠正常工作時(shí)，作為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，以主電力裝 置2作為水電解裝置7用的電源來(lái)源。因此，該電解電源裝置6實(shí)際上為一 種電力轉(zhuǎn)換裝置，連接到主電力裝置2，使得主電力的電壓等參數(shù)滿足水電 解裝置7的要求輸入，如2V-12V。氫氣充氣裝置IO和氧氣充氣裝置11是可以接收水電解裝置7電解產(chǎn)生 的氫氣和氧氣的單元，所述氫氣和氧氣分別被送入氫氣瓶8和氧氣瓶9兩者 具有相似的結(jié)構(gòu)，氫氣充氣裝置IO和氧氣充氣裝置11兩者具有相似的結(jié)構(gòu)。在上述的氫氣閥門12和氧氣閥門13具有兩級(jí)閥門的結(jié)構(gòu)的情況下，氫 氣充氣裝置10和氧氣充氣裝置11的結(jié)構(gòu)如下所述氫氣充氣裝置10包括 順次連接的第一氣水分離裝置17、第一低壓增壓裝置18、儲(chǔ)氫容器19和第一高壓增壓裝置20，水電解裝置7產(chǎn)生的氫氣輸送到第一氣水分離裝置17， 第一高壓增壓裝置20連接到氫氣瓶8;所述氧氣充氣裝置11包括順次連接 的第二氣水分離裝置23、第二低壓增壓裝置24、儲(chǔ)氧容器25和第二高壓增 壓裝置26，水電解器7產(chǎn)生的氧氣輸送到第二氣水分離裝置23，第二高壓 增壓裝置26連接到氧氣瓶9，該后備電源還包括氫氣供氣支路32和氧氣供 氣支路33，儲(chǔ)氫容器19和儲(chǔ)氧容器25直接將氫氣和氧氣通過(guò)氫氣供氣支路 32、低壓氫氣閥門22和氧氣供氣支路33、低壓氧氣閥門28輸送到氫氧燃料 電池1中。第一氣水分離裝置17、第二氣水分離裝置23可以為水氣分離器、氣體 過(guò)濾器等等，電解水得到的氫氣和氧氣分別通過(guò)第一氣水分離裝置17和第 二氣水分離裝置23后即得到純凈的氫氣和氧氣。上述純凈的氫氣和氧氣分別通過(guò)第一低壓增壓裝置18、第二低壓增壓裝 置24增壓后進(jìn)入儲(chǔ)氫容器19和儲(chǔ)氧容器25。第一低壓增壓裝置18、第二 低壓增壓裝置24可以選用低壓增壓泵，將氣體小幅度增壓到lMPa-5MPa。儲(chǔ)氫容器19和儲(chǔ)氧容器25是可以選用用于儲(chǔ)存低壓氣體的小型儲(chǔ)氣容 器，如鋁合金儲(chǔ)氣瓶，當(dāng)需要對(duì)氫氧燃料電池1進(jìn)行維護(hù)時(shí)由儲(chǔ)氫容器19 和儲(chǔ)氧容器25經(jīng)由氫氣供氣支路32和氧氣供氣支路33直接向氫氧燃料電 池1提供氫氣和氧氣。這樣避免了氫氣瓶8和氧氣瓶9的頻繁幵啟。在后備電源工作后或其它需要對(duì)氫氣瓶8和氧氣瓶9充氣的情況，儲(chǔ)氫 容器19內(nèi)的氫氣以及儲(chǔ)氧容器25內(nèi)的氧氣可以通過(guò)第一高壓增壓裝置20 和第二高壓增壓裝置26分別送入氫氣瓶8和氧氣瓶9，其中第一高壓增壓裝 置20和第二高壓增壓裝置26可以選用高壓增壓泵，將氣體增壓到 15MPa-30MPa。本實(shí)用新型涉及到了復(fù)雜的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中至少有氣路、水路和電路 等部分，因此，為使系統(tǒng)的控制更加有序，所述補(bǔ)充燃料裝置還包括電池管理裝置14，所述電池管理裝置14包括總控制器、氣路管理模塊、水路管理 模塊、電路管理模塊和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器?？偪刂破饔糜诳傮w控制各管理模塊之間的協(xié)調(diào)工作；總控制器連接氣路 管理模塊、水路管理模塊、電路管理模塊和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的數(shù)據(jù)通訊接口， 獲取各種數(shù)據(jù)，如氣體壓力、儲(chǔ)水容量和傳感器測(cè)量值等，并給予相應(yīng)的控 制。氣路管理模塊連接到氫氣瓶8、氧氣瓶9及氫氣閥門12和氧氣閥門13 (或連接到高壓氫氣閥門21、低壓氫氣閥門22和高壓氧氣閥門27和低壓氧 氣閥門28);氣路管理模塊包括測(cè)量氣體壓力的壓力傳感器、測(cè)量氣體流量 的流量傳感器、數(shù)據(jù)通訊接口及微控制器，用于根據(jù)測(cè)量氣體壓力的傳感器 測(cè)得的氫氣瓶8、氧氣瓶9和儲(chǔ)氫容器19、儲(chǔ)氧容器25內(nèi)的氣壓，控制整 個(gè)系統(tǒng)的氣路參數(shù)，如氣體壓力、氣體流量、閥門動(dòng)作時(shí)間等。水路管理模塊連接到水回收裝置16、水電解裝置7;水路管理模塊包括 溫度傳感器、水位傳感器、數(shù)據(jù)通訊接口及微控制器，用于控制整個(gè)系統(tǒng)的 水路參數(shù)，如儲(chǔ)水容量、供水速率、水回收速率、水回收時(shí)間等。電路管理模塊連接到水電解裝置7、電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置3;電路管理模 塊包括電壓傳感器、電流傳感器、數(shù)據(jù)通訊接口及微控制器，用于控制整個(gè) 系統(tǒng)的電氣參數(shù)，如電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間等。電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器連接到氫氧燃料電池1，用于監(jiān)測(cè)氫氧燃料電池1的狀 態(tài)，如輸出電壓、輸出電流、氫氧燃料電池l的電壓、內(nèi)阻等等。電池狀態(tài) 監(jiān)測(cè)器包括電壓傳感器，電流傳感器，巡回測(cè)量單體燃料電池電壓、單體燃 料電池內(nèi)阻、電池輸出電壓、電池輸出電流的測(cè)量電路，數(shù)據(jù)通訊接口及微 控制器。當(dāng)氫氧燃料電池1不工作時(shí)，氫氧燃料電池1處于備用狀態(tài)并需要對(duì)其 進(jìn)行維護(hù)。氫氧燃料電池1的一個(gè)特性是如果長(zhǎng)時(shí)間的處于停止?fàn)顟B(tài)，氫氧燃料電池l的質(zhì)子交換膜就會(huì)變得干燥，當(dāng)需要?dú)溲跞剂想姵?工作時(shí)，啟 動(dòng)氫氧燃料電池1需要一定的時(shí)間，這段啟動(dòng)的時(shí)間內(nèi)氫氧燃料電池1的負(fù) 載能力不能滿足用電設(shè)備的需要，用電設(shè)備5實(shí)質(zhì)處于斷電狀態(tài)，這樣就無(wú) 法實(shí)現(xiàn)后備電源的后備功能。為保持質(zhì)子交換膜的有效潤(rùn)濕，增強(qiáng)氫氧燃料 電池1啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載能力，可以有一些潤(rùn)濕質(zhì)子交換膜的方法。一種方法是采用活化負(fù)載的方式。如圖2所示，所述后備電源還包括活 化負(fù)載裝置29，該活化負(fù)載裝置29包括負(fù)載管理模塊及負(fù)載(未圖示)，負(fù) 載管理模塊接收電池管理裝置14中電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)到的氫氧燃料電池 l的電壓和內(nèi)阻，負(fù)載連接到氫氧燃料電池1的電力輸出端。負(fù)載管理模塊 中包括定時(shí)器和負(fù)載控制器(未圖示)，用于使得燃料電池定時(shí)加載負(fù)載， 這方面的具體實(shí)施可以參見(jiàn)本申請(qǐng)人的在先申請(qǐng)，中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?200610127862.6。活化負(fù)載裝置29還包括負(fù)載開(kāi)關(guān)(未圖示)，所述負(fù)載通過(guò)由負(fù)載控制 器控制的負(fù)載開(kāi)關(guān)與氫氧燃料電池l的陽(yáng)極和陰極輸出端構(gòu)成回路。定時(shí)器 的長(zhǎng)短可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，以活化負(fù)載裝置29空閑和間歇工作的周期 能夠使氫氧燃料電池1的電極膜經(jīng)常保持濕潤(rùn)為準(zhǔn)。 一般來(lái)說(shuō)，活化負(fù)載裝 置29的空閑時(shí)間周期可設(shè)置為1-5小時(shí)，優(yōu)選為1-2小時(shí)，活化時(shí)間周期可 設(shè)置為1-5分鐘，優(yōu)選為1-2分鐘。所述負(fù)載控制器與負(fù)載和電池管理裝置14連接，用于控制負(fù)載的阻值 大??；所述負(fù)載控制器內(nèi)包括控制程序，負(fù)載控制器通過(guò)執(zhí)行該控制程序控 制負(fù)載的阻值逐漸減小或者在較大阻值和較小阻值之間交替變化，所述控制 程序的執(zhí)行時(shí)間等于所述預(yù)定活化負(fù)載裝置29活化時(shí)間周期。這樣，負(fù)載 的阻值大小可以變化，從而可以模擬用電設(shè)備5的用電需求。所述控制負(fù)載的阻值逐漸減小或者在較大阻值和較小阻值之間交替變 化是按氫氧燃料電池1的活化規(guī)律控制的，這樣可以保證氫氧燃料電池1的質(zhì)子交換膜的充分水合，確保放電性能。活化階段結(jié)束后進(jìn)入空閑階段，此時(shí)關(guān)閉低壓氫氣控制閥門22、低壓氧 氣控制閥門28以及負(fù)載36，并開(kāi)啟電解電源裝置6及水電解器7，為儲(chǔ)氫 容器19和儲(chǔ)氧容器25補(bǔ)充氣體。另一種方式是壓力控制方式。如圖3所示，所述后備電源還包括氫氣壓 力控制器30、氫氣壓力控制閥門34以及氧氣壓力控制器31、氧氣壓力控制 閥門35;氫氣壓力控制閥門34及氧氣壓力控制閥門35分別設(shè)置在氫氣供氣 支路32及氧氣供氣支路33中。氫氣供氣支路32建立儲(chǔ)氫容器19至低壓氫 氣閥門22輸入端的連接；氧氣供氣支路33建立儲(chǔ)氧容器25至低壓氧氣閥 門28輸入端的連接。通過(guò)氫氣壓力控制閥門34和氧氣壓力控制閥門35可以分別控制氫氣供 氣支路32及氧氣供氣支路33供氣壓力，氫氣壓力控制閥門34和氧氣壓力 控制閥門35具有控制輸入端，可以為電磁壓力閥。氫氣壓力控制器30和氧氣壓力控制器31分別連接氫氣壓力控制閥門34 和氧氣壓力控制閥門35的控制輸入端，用于控制氫氣壓力控制閥門34和氧 氣壓力控制閥門35的輸出壓力，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣供氣支路32及氧氣供氣支 路33供氣壓力的控制。氫氣壓力控制器30和氧氣壓力控制器31為由微控 制器構(gòu)成的控制單元，可以控制氣體流速、閥門的壓力等參數(shù)，氫氣壓力控 制器30和氧氣壓力控制器31根據(jù)這些參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣供氣支路32及氧氣 供氣支路33供氣壓力的控制。氫氣壓力控制器30和氧氣壓力控制器31的 輸入分別連接到電池管理裝置14，根據(jù)電池管理裝置14測(cè)量的如輸出電壓、 輸出電流、氫氧燃料電池1電壓、氫氧燃料電池1內(nèi)阻等數(shù)據(jù)輸出對(duì)應(yīng)控制 信號(hào)，用以控制氫氣壓力控制閥門34和氧氣壓力控制閥門35的輸出壓力。本實(shí)施方式可以采取實(shí)時(shí)監(jiān)控的方法，通過(guò)由電池狀態(tài)檢測(cè)器40獲取 的電池狀態(tài)，如氫氧燃料電池1開(kāi)路電壓數(shù)據(jù)、氫氧燃料電池1內(nèi)阻數(shù)據(jù)等，制定氫氣供氣支路32及氧氣供氣支路33供氣壓力，即控制氫氣壓力控制器 30和氧氣壓力控制器31的輸出實(shí)現(xiàn)。利用質(zhì)子交換膜緩慢滲透氫氣的特性， 由此在其陰極反應(yīng)而生成水實(shí)現(xiàn)對(duì)膜電極的潤(rùn)濕。調(diào)節(jié)氫氣供氣支路32及 氧氣供氣支路33供氣壓力的差異可實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣滲透速度的調(diào)節(jié)，通常將氫 氣供氣支路32及氧氣供氣支路33供氣壓力調(diào)節(jié)至2MPa附近處，供氣壓力 差異控制在50kPa-500kPa處，優(yōu)選為200kPa，其中氫氣供氣支路32供氣壓 力大于氧氣供氣支路33供氣壓力，增加壓力差異將增加氫氣滲透速度，即 增加潤(rùn)濕程度。
權(quán)利要求1、一種后備電源，該后備電源包括主電網(wǎng)接口設(shè)備和燃料電池設(shè)備，主電網(wǎng)接口設(shè)備包括電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置(3)；燃料電池設(shè)備包括氫氧燃料電池(1)、分別與氫氧燃料電池(1)連接的氫氣瓶(8)和氧氣瓶(9)，其特征在于，燃料電池設(shè)備還包括補(bǔ)充燃料裝置，所述補(bǔ)充燃料裝置包括水電解裝置(7)、氫氣充氣裝置(10)和氧氣充氣裝置(11)，氫氣充氣裝置(10)連接在水電解裝置(7)與氫氣瓶(8)之間，氧氣充氣裝置(11)連接在水電解裝置(7)與氧氣瓶(9)之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的后備電源，其特征在于，所述燃料電池設(shè)備 還包括電力轉(zhuǎn)換裝置(15)，該電力轉(zhuǎn)換裝置(15)的輸入端與氫氧燃料電 池(1)的電能輸出端連接，輸出端作為燃料電池設(shè)備的電能輸出端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的后備電源，其特征在于，所述補(bǔ)充燃料裝置 還包括水回收裝置(16)，該水回收裝置(16)將氫氧燃料電池(1)的生成 水出口和水電解裝置(7)連通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的后備電源，其特征在于，所述補(bǔ)充燃料裝置 還包括電解電源裝置(6)，該電解電源裝置(6)連接到水電解裝置(7)的 供電端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的后備電源，其特征在于，所述燃料電池設(shè)備 還包括氫氣閥門(12)和氧氣閥門(13)，氫氣閥門(12)連接在氫氣瓶(8) 和氫氧燃料電池(1)之間，氧氣閥門(13)連接在氧氣瓶(9)和氫氧燃料 電池(1)之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的后備電源，其特征在于，所述氫氣閥門(12) 包括高壓氫氣閥門(21)和低壓氫氣閥門(22)，氫氣瓶(8)、高壓氫氣閥 門(21)、低壓氫氣閥門(22)和氫氧燃料電池(1)順序連通，所述氧氣閥 門(13)包括高壓氧氣閥門(27)和低壓氧氣閥門(28)，氧氣瓶(9)、高 壓氧氣閥門(27)、低壓氧氣閥門(28)和氫氧燃料電池(1)順序連通。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的后備電源，其特征在于，該后備電源還包括 氫氣供氣支路(32)和氧氣供氣支路(33);氫氣充氣裝置(10)包括順次連接的第一氣水分離裝置(17)、第一低 壓增壓裝置(18)、儲(chǔ)氫容器(19)和第一高壓增壓裝置(20)，水電解裝置 (7)產(chǎn)生的氫氣輸送到第一氣水分離裝置(17)，第一高壓增壓裝置(20) 連接到氫氣瓶(8);氧氣充氣裝置(11)包括順次連接的第二氣水分離裝置(23)、第二低 壓增壓裝置(24)、儲(chǔ)氧容器(25)和第二高壓增壓裝置(26)，水電解器(7) 產(chǎn)生的氧氣輸送到第二氣水分離裝置(23)，第二高壓增壓裝置(26)連接 到氧氣瓶(9);所述儲(chǔ)氫容器(19)和儲(chǔ)氧容器(25)直接將氫氣和氧氣分別通過(guò)氫氣 供氣支路(32)、低壓氫氣閥門(22)和氧氣供氣支路(33)、低壓氧氣閥門 (28)輸送到氫氧燃料電池(1)中。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的后備電源，其特征在于，所述后備 電源還包括活化負(fù)載裝置(29)，該活化負(fù)載裝置(29)包括負(fù)載管理模塊 及負(fù)載，負(fù)載連接到氫氧燃料電池的電力輸出端，負(fù)載管理模塊中包括定時(shí) 器和負(fù)載控制器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的后備電源，其特征在于，所述后備電源還包 括氫氣壓力控制器(30)、氫氣壓力控制閥門(34)以及氧氣壓力控制器(31 )、 氧氣壓力控制閥門(35);氫氣壓力控制閥門(34)及氧氣壓力控制閥門(35) 分別設(shè)置在氫氣供氣支路(32)及氧氣供氣支路(33)中。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的后備電源，其特征在于，所述補(bǔ)充燃料電池 裝置還包括水回收裝置(16)、氫氣閥門(12)、氧氣閥門(13)和電池管理 裝置(14);水回收裝置(16)與氫氧燃料電池(1)的生成水出口和水電解裝置(7) 的儲(chǔ)水容器入口連通；氫氣閥門(12)連接在氫氣瓶(8)和氫氧燃料電池(1)之間，氧氣閥 門(13)連接在氧氣瓶(9)和氫氧燃料電池(1)之間；所述電池管理裝置(14)包括總控制器、氣路管理模塊、水路管理模塊、 電路管理模塊和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器；總控制器連接氣路管理模塊、水路管理模 塊、電路管理模塊和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器；氣路管理模塊連接到氫氣瓶(8)、氧 氣瓶(9)及氫氣閥門(12)和氧氣閥門(13);水路管理模塊連接到水回收 裝置(16)、水電解裝置(7);電路管理模塊連接到水電解裝置(7)、電力 狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置(3);電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器連接到氫氧燃料電池(1)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種后備電源，該后備電源包括主電網(wǎng)接口設(shè)備和燃料電池設(shè)備，主電網(wǎng)接口設(shè)備包括電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置(3)；燃料電池設(shè)備包括氫氧燃料電池(1)、分別與氫氧燃料電池(1)連接的氫氣瓶(8)和氧氣瓶(9)，其中，燃料電池設(shè)備還包括補(bǔ)充燃料裝置，所述補(bǔ)充燃料裝置包括水電解裝置(7)、氫氣充氣裝置(10)和氧氣充氣裝置(11)，氫氣充氣裝置(10)連接在水電解裝置(7)與氫氣瓶(8)之間，氧氣充氣裝置(11)連接在水電解裝置(7)與氧氣瓶(9)之間。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種環(huán)境友好、輕質(zhì)、免維護(hù)的后備電源。
文檔編號(hào)H01M8/00GK201113548SQ20072017599
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者振 張, 董俊卿 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司