專利名稱：組合電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合電源裝置。
背景技術(shù)：
在我國(guó)遼闊疆域能夠得到市電覆蓋的范圍非常有限，大部分"無電"區(qū)域由于無法利用市電而不得不放棄許多技術(shù)應(yīng)用，而這些技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域大都涉及國(guó)家戰(zhàn)略利益。如，防災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)布置、遠(yuǎn)距離高壓輸電線路的動(dòng)態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)距離通信接力站、萬里邊防線的無縫監(jiān)控(即數(shù)字化國(guó)防執(zhí)勤)等，其技術(shù)瓶頸就是無人值守電源。依目前的電源技術(shù)尚無法滿足盡管功率要求不大但必須長(zhǎng)久持續(xù)用電的需求，其根本原因是電源能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的使用壽命太短，如目前小型汽油機(jī)發(fā)電機(jī)用汽油機(jī)的累計(jì)使用壽命不過l，OOO 2， 000小時(shí)；最近成為開發(fā)熱點(diǎn)的直接醇燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命不過500 1， 000小時(shí)等。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種組合電源，所述組合電源主要由發(fā)電裝置、可反復(fù)充/放電的蓄電裝置、控制器及充電管理器組成，其中所述發(fā)電裝置的額定輸出功率與需電系統(tǒng)額定消耗功率的比值以盡可能取大為特征，至少應(yīng)大于1 ;所述蓄電裝置單次被發(fā)電裝置充電時(shí)間與蓄電裝置單次單獨(dú)工作放電時(shí)間的比值以盡可能取小為特征，至少應(yīng)小于10。
根據(jù)本發(fā)明所述的組合電源一優(yōu)選技術(shù)方案所述發(fā)電裝置以液態(tài)燃料作為能源。 根據(jù)本發(fā)明所述的組合電源一優(yōu)選技術(shù)方案所述發(fā)電裝置包括基于電化學(xué)原理發(fā)電的化學(xué)電池；包括基于電磁感應(yīng)原理并具有直流整流功能的發(fā)電機(jī)裝置和電磁直流發(fā)電機(jī)；包括上述發(fā)電裝置以任意形式組合而成的復(fù)合發(fā)電裝置。 根據(jù)本發(fā)明所述的組合電源一優(yōu)選技術(shù)方案所述蓄電裝置包括二次電池及超級(jí)電容器。 根據(jù)本發(fā)明所述的組合電源一優(yōu)選技術(shù)方案所述充電管理器是能夠自動(dòng)適應(yīng)所述發(fā)電裝置輸出電壓的高低變化、并能自動(dòng)將自身的輸出電壓根據(jù)所述蓄電裝置規(guī)定的技術(shù)要求調(diào)整到合適值的裝置。 根據(jù)本發(fā)明所述的組合電源一優(yōu)選技術(shù)方案所述組合電源在組合形式上包括所述的發(fā)電裝置、可反復(fù)充/放電的蓄電裝置、控制器及充電管理器各自形成的獨(dú)立單元形態(tài)及相互間合并組成的任何組合形態(tài)的新的功能體。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理 參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的主要組成部分為發(fā)電裝置(1)、可反復(fù)充/放電的蓄電裝置(2)、控制器(3)及充電管理器(4)。本發(fā)明組合電源的發(fā)電裝置(1)特別定義采用能以液態(tài)燃料作為能源的、能夠輸出直流電的電源裝置，這是因?yàn)橐簯B(tài)燃料具有能量密度高、便于儲(chǔ)存、可有效地實(shí)施在使用過程中的微量控制等特性。能滿足這種要求的電源裝置包括有以汽油、柴油、煤油、醇類或其他液態(tài)烴類物質(zhì)為燃料、以內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或外燃發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源發(fā)電并經(jīng)過整流或其他調(diào)制手段能夠輸出直流電的發(fā)電裝置；以甲醇、乙醇為首的醇類、汽油或其他液態(tài)烴類物質(zhì)作為燃料、先通過重整裝置制取氫氣，再通過高分子質(zhì)子交換膜燃料電池以電化學(xué)反應(yīng)方式進(jìn)行發(fā)電的氫氧燃料電池(英文全稱ProtonExchangeMembrane Fuel Cell,簡(jiǎn)稱PEMFC的)發(fā)電系統(tǒng)；以醇類為原料、直接通過高分子質(zhì)子交換膜燃料電池、以電化學(xué)反應(yīng)方式進(jìn)行發(fā)電的直接醇類燃料電池(英文全稱Direct AlcoholFuel Cell，簡(jiǎn)稱DAFC的)發(fā)電系統(tǒng)，尤其是以甲醇為原料、以電化學(xué)反應(yīng)方式進(jìn)行發(fā)電的直接甲醇燃料電池(英文全稱Direct Methanol Fuel Cell簡(jiǎn)稱DMFC的)發(fā)電系統(tǒng)等。本發(fā)明組合電源的蓄電裝置(2)可以是任何種類的可反復(fù)充/放電的蓄電池(也叫二次電池)，也可以是超級(jí)電容器。本發(fā)明組合電源的控制器(3)為自動(dòng)控制本組合電源系統(tǒng)的電子控制硬件及軟件。本發(fā)明組合電源的充電管理器(4)是能夠自適應(yīng)發(fā)電裝置(1)的電壓變動(dòng)并按控制器(3)的指令或根據(jù)內(nèi)置軟件調(diào)節(jié)給蓄電池(2)充電電流或電壓的電子器件。 進(jìn)一步參照?qǐng)Dl，所述以液態(tài)燃料作為能源的發(fā)電裝置(1)、可反復(fù)充/放電的蓄電裝置(2)、控制器(3)及充電管理器(4)可以是各自獨(dú)立的單元，也可以是相互間合并組合而成任意形式的新的功能體單元，但所述各單元的依然存在。如，充電管理器(4)可以與以液態(tài)燃料作為能源的發(fā)電裝置(1)合并為一體，即合并以后的以液態(tài)燃料作為能源的發(fā)電裝置(1)不僅具有以液態(tài)燃料作為能源進(jìn)行發(fā)電的功能，而且還具有自動(dòng)適應(yīng)蓄電池的狀態(tài)，并以最佳或受控的形式進(jìn)行對(duì)其充電的功能。但無論如何合并、組合、變化，所述功能仍然存在。 進(jìn)一步參照?qǐng)Dl，所述本發(fā)明的主要連接流程為在電路連接上發(fā)電裝置(1)與蓄電裝置(2)隔著充電管理器(4)實(shí)施并聯(lián)連接；充電管理器(4)夾在發(fā)電裝置(1)與蓄電裝置(2)之間；進(jìn)一步參照?qǐng)D(l)，蓄電裝置(2)通過由細(xì)實(shí)線描述的輸電線(6)向發(fā)電裝置(1)、控制器(3)及充電管理器(4)供應(yīng)管理工作用電；由粗點(diǎn)線描述的由發(fā)電裝置(1)發(fā)出的電，經(jīng)過充電管理器(4)調(diào)節(jié)后連接到蓄電裝置(2);蓄電裝置(2)發(fā)出的電流通過由粗實(shí)線描述的輸電線(8)向用電負(fù)載供電；進(jìn)一步參照?qǐng)Dl，控制器(3)通過由細(xì)點(diǎn)線描述的通信線(7)分別與電源裝置(1)、蓄電裝置(2)及充電管理器(4)連接。
進(jìn)一步參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的主要操作要點(diǎn)為在正常運(yùn)行狀態(tài)下，蓄電裝置(2)分別設(shè)置"充滿電"狀態(tài)與"放盡電"的狀態(tài)，其充滿電狀態(tài)的標(biāo)志是電壓達(dá)到上限電壓Vmax，而其放盡電狀態(tài)的標(biāo)志是電壓達(dá)到下限電壓Vmin，且Vmax〉Vmin ;控制器(3)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電裝置(2)的電壓狀態(tài)，當(dāng)蓄電裝置(2)的電壓小于等于Vmin時(shí)，控制器(3)向發(fā)電裝置(1)發(fā)出啟動(dòng)指令，發(fā)電裝置(1)通過充電管理器(4)向蓄電池(2)輸送電流(S卩、充電)，隨著發(fā)電裝置(1)通過充電管理器(4)向蓄電池(2)輸送電流過程(S卩、充電)的持續(xù)，蓄電裝置(2)的電壓將會(huì)跟著持續(xù)上升，當(dāng)這一過程持續(xù)時(shí)長(zhǎng)Hchag并蓄電裝置(2)的電壓上升到大于等于Vmax時(shí)，控制器(3)向發(fā)電裝置(1)發(fā)出停機(jī)指令，發(fā)電裝置(1)停止發(fā)電動(dòng)作轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)，而后由蓄電裝置(2)單獨(dú)通過輸電線(8)向用電負(fù)載供電。隨著蓄電裝置(2)單獨(dú)通過輸電線(8)向用電負(fù)載供電過程的持續(xù)，蓄電池(2)的電壓將持續(xù)下降，當(dāng)這一過程持續(xù)時(shí)長(zhǎng)Hres、且蓄電裝置(2)的電壓下降到小于等于Vmin時(shí)，控制器(3)再次進(jìn)入到在上已述過的向發(fā)電裝置(1)發(fā)出啟動(dòng)指令前的狀態(tài)，以此形成一個(gè)基本運(yùn)行周期(即一個(gè)運(yùn)行周期Hsys0 = Hchag+Hres)。全組合電源系統(tǒng)運(yùn)行邏輯如圖2所示框圖。
本發(fā)明的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn) 參照?qǐng)Dl，在實(shí)際設(shè)計(jì)與操作中最好使發(fā)電裝置(1)能夠在盡可能短的有限時(shí)間Hchag內(nèi)給蓄電裝置(2)進(jìn)行充電至"充滿電"狀態(tài)，被充滿電的蓄電裝置(2)在沒有發(fā)電裝置(1)的幫助下最好能夠獨(dú)立為全系統(tǒng)供電盡可能長(zhǎng)的時(shí)間Hres形成一個(gè)具有理想運(yùn)行周期的運(yùn)行模式，而其中這個(gè)時(shí)間Hchag的長(zhǎng)短在蓄電裝置(2)的額定蓄電容量(即安時(shí)數(shù)[Ahr])相同的情況下取決于發(fā)電裝置(1)的發(fā)電功率Wl(即瓦數(shù))、這個(gè)時(shí)間Hres的長(zhǎng)短取決于蓄電裝置(2)的額定蓄電容量。在蓄電裝置(2)單獨(dú)供電工作期間，發(fā)電裝置(1)轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)，這不僅利于延長(zhǎng)發(fā)電裝置(1)的使用壽命Hend(即發(fā)電時(shí)間的累計(jì)值或叫積分值)，而且還利于節(jié)省燃料，可利用有限的燃料盡可能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。從另一角度解釋，為了有效地延長(zhǎng)需電系統(tǒng)總運(yùn)行時(shí)間Hsys，本發(fā)明實(shí)際上采取的是"拿功率換時(shí)間"的做法，即有意偏大設(shè)計(jì)發(fā)電裝置(1)的額定輸出功率Wl[單位瓦]，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，發(fā)電裝置
(1) 就可以利用相對(duì)短的充電時(shí)間Hchag為蓄電裝置(2)充滿電，其效果是在保障需電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間Hsys的前提下，可以獲得相對(duì)長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間Hres (這里Hres的含義對(duì)發(fā)電裝置(1)來說是休息時(shí)間、而對(duì)蓄電裝置(2)來說是單獨(dú)工作時(shí)間)，即Hchag/HsysO的值就能夠變得盡可能小，而這值變小意味著本發(fā)明組合電源工作單位時(shí)間所需充電裝置(1)的工作時(shí)間變短。這個(gè)關(guān)系可以用式(1)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明在上已述的一個(gè)基本運(yùn)行周期內(nèi)，蓄電裝置分別上演一次"充滿電"與"放盡電"的角色，蓄電裝置(2)"充滿電"與"放盡電"的標(biāo)志是如上所述的蓄電裝置(2)正常工作的額定上限電壓Vmax和額定下限電壓Vmin，而蓄電裝置(2)由額定下限電壓Vmin(S卩"放盡電"狀態(tài))經(jīng)發(fā)電裝置(1)充電升壓至額定上限電壓Vmax(即"充滿電"狀態(tài))時(shí)，無論快慢與否，發(fā)電裝置(1)對(duì)蓄電裝置
(2) 所做的電功P1是相對(duì)恒定的，這個(gè)事情從另一個(gè)角度也可以形象地理解發(fā)電裝置(1)在一個(gè)基本運(yùn)行周期內(nèi)每次給蓄電裝置(2)注入的電荷數(shù)是一定的，而P1可以由式(1)進(jìn)行計(jì)算， PI = W1XHchag = ViXI丄XHchag (單位焦耳) (1)
(式中Vp^分別是充電電壓和充電電流) 由式(1)可以看出，在獲得相同的P1的前提下，只要提高Wl就可以減小Hchag。而整個(gè)需電系統(tǒng)總的工作時(shí)間Hsys又是發(fā)電裝置(1)對(duì)蓄電裝置(2)充電時(shí)間Hchag和發(fā)電裝置(1)待機(jī)(即休息)時(shí)間Hres之和的積分，即 H sys = S H sys# = S (Hch昭+ Hits 〉 ( 2)
S=i !=， 式(2)中，i為充電順次號(hào)，n為充電總次數(shù)。由式(2)可以看出，在獲得相同的Hsys的前提下，只要能減少Hchag就可以使Hres變大。接著，對(duì)于發(fā)電裝置(1)來講，其使用壽命Hend是充電時(shí)間Hchag的累加值，即 Hend =:￡ Hchag (3)
i=l e 式(3)中，i為充電操作順次，n為充電次數(shù)累計(jì)總數(shù)。由式(3)可以看出，從理論上講在相同的Hend(此為與發(fā)電裝置的固有性能相關(guān)的使用壽命指標(biāo))下，如果能夠足夠有效地減小Hchag就可以有效地獲得足夠大的n值，繼而結(jié)合式(2)，就可以獲得足夠大的Hsys，即可達(dá)到獲得整個(gè)需電系統(tǒng)足夠長(zhǎng)的使用時(shí)間的效果。 本發(fā)明有益的技術(shù)效果是對(duì)于發(fā)電裝置使用壽命相對(duì)短、需電系統(tǒng)耗電功率(與發(fā)電裝置的額定輸出功率比較)相對(duì)小的場(chǎng)合，本發(fā)明組合電源在有效延長(zhǎng)需電系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)間方面具有特別重要的意義。


圖1是本發(fā)明組合電源的結(jié)構(gòu) 圖2是本發(fā)明組合電源的運(yùn)行邏輯 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1組合電源的結(jié)構(gòu) 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2組合電源的結(jié)構(gòu) 圖5是本發(fā)明實(shí)施例3組合電源的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做更為詳細(xì)的說明。
具體實(shí)施例1 : 參照?qǐng)D3，本實(shí)施例中的組合電源，主要是由汽油發(fā)電機(jī)(11)、免維護(hù)型鉛酸蓄電池(12)、控制器(13)及充電管理器(14)組成； 進(jìn)一步參照?qǐng)D3，所述汽油發(fā)電機(jī)組合電源，汽油發(fā)電機(jī)(11)的額定功率設(shè)定原則是汽油發(fā)電機(jī)的額定功率Wll與需電系統(tǒng)(19)的額定消耗功率W19的比是1 500，本實(shí)施例選用的范圍是5 50。 進(jìn)一步參照?qǐng)D3，所述汽油發(fā)電機(jī)組合電源中免維護(hù)型鉛酸蓄電池(12)容量的設(shè)定原則是單次充電時(shí)間Hchagl2與單獨(dú)工作放電時(shí)間Hresl2的比，即Hchagl2/Hres12是10/1 1/500，本實(shí)施例選用的范圍是1/5 1/50。
工作原理如下 進(jìn)一步參照?qǐng)D3，所述汽油發(fā)電機(jī)組合電源，運(yùn)行時(shí)，汽油發(fā)電機(jī)(11)采取間歇運(yùn)行模式，即在一段時(shí)間內(nèi)一邊通過充電管理器(14)給需系統(tǒng)供電一邊給作為蓄電裝置的免維護(hù)型鉛酸蓄電池(12)充電，而后由免維護(hù)型鉛酸蓄電池(12)自己?jiǎn)为?dú)為整個(gè)需電系統(tǒng)供電，而汽油發(fā)電機(jī)(11)則轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)。
本實(shí)施例進(jìn)一步通過計(jì)算具體論證發(fā)明效果 進(jìn)一步參照?qǐng)D3，本實(shí)施例中的組合電源，主要是由汽油發(fā)電機(jī)(11)和免維護(hù)型鉛酸蓄電池(12)組成，作為負(fù)載的需電系統(tǒng)(19)是光學(xué)影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其滿負(fù)荷工作時(shí)的額定功耗是20W。設(shè)定汽油發(fā)電機(jī)(11)的額定功率W11與光學(xué)影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)的額定消耗功率W19的比是約25，即約500W，其使用壽命是1， 000小時(shí)；免維護(hù)型鉛酸蓄電池(12)的額定容量設(shè)定為60Ah(即與轎車用蓄電池的容量相當(dāng)，在60A下可以工作1小時(shí))，全系統(tǒng)額定電壓為12V。那么，不嚴(yán)格地說一次充滿電后所能做的功可以用式(1)計(jì)算，即、
P12 = W12XHchag12 繼續(xù)根據(jù)基本電工公式W = IXV = 60[安]X12[伏]=720[瓦]代入上式，
P12 = 720 [瓦]X 1 [小時(shí)]=720 [瓦時(shí)]
6
如果忽略電池內(nèi)耗等因素，這個(gè)值即是免維護(hù)型鉛酸蓄電池(12)的單次放電能力，當(dāng)然也是在接下來再次充電時(shí)發(fā)電裝置(11)為其所需要做的電功。因?yàn)?，光學(xué)影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)的額定消耗功率是20W，故免維護(hù)型鉛酸蓄電池(12) —次充滿電后能夠持續(xù)為光學(xué)影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)供電的時(shí)間Hresl2應(yīng)該是
Hresl2 = 720[瓦時(shí)]/20[瓦]=36[小時(shí)]
接著計(jì)算充電時(shí)間 由于單次充電需要720[瓦時(shí)]的電功，故發(fā)電能力為500瓦的汽油發(fā)電機(jī)(11)
單次充電工作所需時(shí)間為，根據(jù)式(1): Hchagll = 720 [瓦時(shí)]/500[瓦]=1. 44[小時(shí)] 以上粗略計(jì)算(為了敘述簡(jiǎn)便，暫忽略發(fā)電機(jī)(11)對(duì)蓄電池(12)充電時(shí)對(duì)負(fù)載(19)的供電事實(shí))表明，汽油發(fā)電機(jī)(11)充電工作1.44小時(shí)，就可以為負(fù)載光學(xué)影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)供電36小時(shí)，亦即汽油發(fā)電機(jī)(11)的使用壽命實(shí)際上被延長(zhǎng)36/1.44 = 25倍。那么，使用汽油發(fā)電機(jī)(11)為光學(xué)影像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)供電，可以保障1,000X25 = 25， 000小時(shí)=1041. 7天，即2. 85年的監(jiān)測(cè)使命。
具體實(shí)施例2 : 參照?qǐng)D4，本實(shí)施例中的組合電源，主要是由燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)、免維護(hù)型鉛酸蓄電池(22)、控制器(23)組成; 進(jìn)一步參照?qǐng)D4，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)可以是任何形式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。 進(jìn)一步參照?qǐng)D4，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)的內(nèi)置電控單元的功能包含了在圖1中所述的充電管理器(4)的功能，即燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)的內(nèi)置電控單元即能管理燃料電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行、又能夠管理對(duì)蓄電裝置(22)的充電。 進(jìn)一步參照?qǐng)D4，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)的額定功率設(shè)定原則是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)的額定功率W21與需電系統(tǒng)(29)的額定消耗功率W29的比是1 500，本實(shí)施例選用的范圍是3 20。 進(jìn)一步參照?qǐng)D4，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源中免維護(hù)型鉛酸蓄電池(22)容量的設(shè)定原則是單次充電時(shí)間Hchag22與單獨(dú)工作放電時(shí)間Hres22的比，即Hchag22/Hres22是10/1 1/500，本實(shí)施例選用的范圍是1/3 1/20。
工作原理如下 進(jìn)一步參照?qǐng)D4，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源，運(yùn)行時(shí)，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)采取間歇運(yùn)行模式，即在一段時(shí)間內(nèi)一邊給需系統(tǒng)(29)供電一邊給作為蓄電裝置的免維護(hù)型鉛酸蓄電池(22)充電，而后由免維護(hù)型鉛酸蓄電池(22)自己?jiǎn)为?dú)為整個(gè)需電系統(tǒng)供電，而燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)則轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)。
本實(shí)施例進(jìn)一步通過計(jì)算具體論證發(fā)明效果 進(jìn)一步參照?qǐng)D4，本實(shí)施例中的組合電源，主要是由甲醇重整制氫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)和免維護(hù)型鉛酸蓄電池(22)組成，作為負(fù)載的需電系統(tǒng)(29)是洪水預(yù)警液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其滿負(fù)荷工作時(shí)的額定功耗是10W。設(shè)定甲醇重整制氫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)的額定功率W21與洪水預(yù)警液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(29)的額定消耗功率W29的比
7約為10，即約100W，其使用壽命是l，OOO小時(shí)；免維護(hù)型鉛酸蓄電池(22)的額定容量設(shè)定 為40Ah(即與計(jì)算機(jī)用普通UPS蓄電池的容量相當(dāng)，在1A下可以工作40小時(shí))，全系統(tǒng)額 定電壓為12V。那么，不嚴(yán)格地說一次充滿電后所能做的功可以用式(1)計(jì)算，即、
P22 = W22XHchag22 繼續(xù)根據(jù)基本電工公式W = IXV = 40[安]X12[伏]=480[瓦]代入上式，
P22 = 480 [瓦]X 1 [小時(shí)]=480 [瓦時(shí)] 如果忽略蓄電池內(nèi)耗等因素，這個(gè)值即是免維護(hù)型鉛酸蓄電池(22)的單次放電 能力，當(dāng)然也是在接下來再次充電時(shí)甲醇重整制氫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)為 其所需要做的電功。因?yàn)?，洪水預(yù)警液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(29)的額定消耗功率是10W，故免維護(hù)型 鉛酸蓄電池(22) —次充滿電后能夠持續(xù)為洪水預(yù)警液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(29)供電的時(shí)間Hres22
應(yīng)該是 Hres22 = 480[瓦時(shí)]/10[瓦]=48[小時(shí)]
接著計(jì)算充電時(shí)間 由于單次充電需要480[瓦時(shí)]的電功，故發(fā)電能力為IOO瓦的甲醇重整制氫質(zhì)子 交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)單次充電工作所需時(shí)間為，根據(jù)式(1):
Hchag21 = 480 [瓦時(shí)]/100[瓦]=4. 8[小時(shí)] 以上粗略計(jì)算(為了敘述簡(jiǎn)便，暫忽略甲醇重整制氫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系 統(tǒng)(21)對(duì)蓄電池(22)充電時(shí)對(duì)負(fù)載(29)的供電事實(shí))表明，甲醇重整制氫質(zhì)子交換膜燃 料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)充電工作4.8小時(shí)，就可以為負(fù)載洪水預(yù)警液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(29)供電 48小時(shí)，亦即甲醇重整制氫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)的使用壽命被延長(zhǎng)48/4.8 =10倍。那么，使用甲醇重整制氫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(21)為洪水預(yù)警液位監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)(29)供電，可以保障1， 000X10 = 10，000小時(shí)=416天，即超過一整年的監(jiān)測(cè)使命。
具體實(shí)施例3 : 參照?qǐng)D5，本實(shí)施例中的組合電源，主要是由燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)、免維護(hù)型鉛 酸蓄電池(32)組成； 進(jìn)一步參照?qǐng)D5，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)可以 是任意形式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。 進(jìn)一步參照?qǐng)D5，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)的內(nèi) 置電控單元(包括硬件及軟件)的功能包含了圖1中所述的控制器(3)及充電管理器(4) 的功能。 進(jìn)一步參照?qǐng)D5，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)的額 定發(fā)電功率設(shè)定原則是燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)的額定發(fā)電功率W31與需電系統(tǒng)(39)的 額定消耗功率W39的比是1 500，本實(shí)施例選用的范圍是3 10。 進(jìn)一步參照?qǐng)D5，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源中免維護(hù)型鉛酸蓄電池(32)容 量的設(shè)定原則是單次充電時(shí)間Hchag32與單獨(dú)工作放電時(shí)間Hres32的比，即Hchag32/ Hres32是10/1 1/500，本實(shí)施例選用的范圍是1/3 1/10。
工作原理如下 進(jìn)一步參照?qǐng)D5，所述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合電源，運(yùn)行時(shí)，燃料電池發(fā)電系統(tǒng) (31)采取間歇運(yùn)行模式，即在一段時(shí)間內(nèi)一邊給需系統(tǒng)(39)供電一邊給作為蓄電裝置的免維護(hù)型鉛酸蓄電池(32)充電，而后由免維護(hù)型鉛酸蓄電池(32)自己?jiǎn)为?dú)為整個(gè)需電系 統(tǒng)供電，而燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)則轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)。
本實(shí)施例進(jìn)一步通過計(jì)算具體論證發(fā)明效果 進(jìn)一步參照?qǐng)D5，本實(shí)施例中的組合電源，主要是由直接甲醇燃料電池發(fā)電系統(tǒng)
(31) 和免維護(hù)型鉛酸蓄電池(32)組成，作為負(fù)載的需電系統(tǒng)(39)是滑坡預(yù)警位移監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)，其滿負(fù)荷工作時(shí)的額定功耗是10W。設(shè)定直接甲醇燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)的額定功率 W31與滑坡預(yù)警位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(39)的額定消耗功率W39的比約為5，即約50W，其使用壽命 是1，000小時(shí)；免維護(hù)型鉛酸蓄電池(32)的額定容量設(shè)定為20Ah(即與計(jì)算機(jī)用普通UPS 蓄電池的容量相當(dāng)，在1A下可以工作20小時(shí))，全系統(tǒng)額定電壓為12V。那么，不嚴(yán)格地說
一次充滿所需功可以用式(1)計(jì)算，即、
P32 = W32XHchag32 繼續(xù)根據(jù)基本電工公式W二 IXV二20[安]X12[伏]=240[瓦]代入上式，
P22 = 240 [瓦]X 1 [小時(shí)]=240 [瓦時(shí)] 如果忽略電池內(nèi)耗等因素，這個(gè)值即是免維護(hù)型鉛酸蓄電池(32)的單次放電能 力，當(dāng)然也是在接下來再次充電時(shí)直接甲醇燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)為其所需要做的電功。 因?yàn)椋骂A(yù)警位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(39)的額定消耗功率是10W，故蓄電池一次充滿電后能夠持 續(xù)為洪水預(yù)警液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(39)供電的時(shí)間Hres32應(yīng)該是
Hres22 = 240[瓦時(shí)]/10[瓦]=24[小時(shí)]
接著計(jì)算充電時(shí)間 由于單次充電需要240[瓦時(shí)]的電功，故發(fā)電能力為50瓦的直接甲醇燃料電池 發(fā)電系統(tǒng)(31)單次充電工作所需時(shí)間為，根據(jù)式(1):
Hchag21 = 240[瓦時(shí)]/50[瓦]=4. 8[小時(shí)] 以上粗略計(jì)算(為了敘述簡(jiǎn)便，暫忽略直接甲醇燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)對(duì)蓄電池
(32) 充電時(shí)對(duì)負(fù)載(39)的供電事實(shí))表明，直接甲醇燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31)充電工作4. 8 小時(shí)，就可以為負(fù)載滑坡預(yù)警位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(39)供電24小時(shí)，亦即直接甲醇燃料電池發(fā)電 系統(tǒng)(31)的使用壽命被延長(zhǎng)24/4.8 = 5倍。那么，使用直接甲醇燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(31) 為滑坡預(yù)警位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(39)供電，可以保障1，000乂5 = 5，000小時(shí)=208天，8卩能夠富 富有余地滿足覆蓋全梅雨季節(jié)滑坡危險(xiǎn)期的危情監(jiān)測(cè)預(yù)警使命。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種組合電源，其特征在于所述組合電源主要由發(fā)電裝置、可反復(fù)充/放電的蓄電裝置、控制器及充電管理器組成，其中所述發(fā)電裝置的額定輸出功率與需電系統(tǒng)額定消耗功率的比值以盡可能取大為特征，至少應(yīng)大于1；所述蓄電裝置單次被發(fā)電裝置充電時(shí)間與蓄電裝置單次單獨(dú)工作放電時(shí)間的比值以盡可能取小為特征，至少應(yīng)小于10。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的組合電源，其特征在于所述發(fā)電裝置以液態(tài)燃料作為能源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合電源，其特征在于所述發(fā)電裝置包括基于電化學(xué)原理發(fā)電的化學(xué)電池；包括基于電磁感應(yīng)原理并具有直流整流功能的發(fā)電機(jī)裝置和電磁直流發(fā)電機(jī)；包括上述發(fā)電裝置以任意形式組合而成的復(fù)合發(fā)電裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合電源，其特征在于所述蓄電裝置包括二次電池及超級(jí)電容器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合電源，其特征在于所述充電管理器是能夠自動(dòng)適應(yīng)所述發(fā)電裝置輸出電壓的高低變化、并能自動(dòng)將自身的輸出電壓根據(jù)所述蓄電裝置規(guī)定的技術(shù)要求調(diào)整到合適值的裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合電源，其特征在于所述組合電源在組合形式上包括所述的發(fā)電裝置、可反復(fù)充/放電的蓄電裝置、控制器及充電管理器各自形成的獨(dú)立單元形態(tài)及相互間合并組成的任何組合形態(tài)的新的功能體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組合電源。所述組合電源主要由發(fā)電裝置、可反復(fù)充/放電的蓄電裝置、控制器及充電管理器組成。所述發(fā)電裝置的額定功率與整個(gè)需電系統(tǒng)額定消耗功率的比值以盡可能取大為特征；所述蓄電裝置單次被發(fā)電裝置充電時(shí)間與蓄電裝置單次單獨(dú)工作放電時(shí)間的比值以盡可能取小為特征。對(duì)于發(fā)電裝置使用壽命相對(duì)短、需電系統(tǒng)耗電功率相對(duì)小的場(chǎng)合，本發(fā)明組合電源在有效延長(zhǎng)需電系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)間方面具有特別重要的意義。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101728860SQ20101010303
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者鄭恩花 申請(qǐng)人:鄭恩花