[發(fā)明專利]一種通信用燃料電池備用電源系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910061032.1
• 申請日: 2009-03-09
• 公開（公告）號: CN101505092A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 全書海;全睿;黃亮;謝長君;陳啟宏;張立炎;石英;鄧堅
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00;H02J7/00;H01M8/06
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 潘 杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種燃料電池電源裝置，具體而言，是一種通信用燃 料電池備用電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著人們生活水平的普遍提高和通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信電源 得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的通信電源主要通過市電進(jìn)行相關(guān)轉(zhuǎn)換后輸出 適合通信設(shè)備使用的直流電源，其備用電源通常是體積龐大且笨重的 蓄電池組，由于蓄電池效率低、使用壽命短、不可進(jìn)行二次回收再利 用、廢棄后嚴(yán)重污染環(huán)境等一系列弊端，其使用和推廣受到了很大的 限制。此外，一旦市電供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障其維修時間較長，尤其是當(dāng) 市電供電系統(tǒng)遭受自然災(zāi)害(如2008年的雪災(zāi)和汶川大地震等)嚴(yán) 重破壞時，短期內(nèi)無法得到快速維修實現(xiàn)正常供電，而蓄電池組持續(xù) 工作的時間非常有限(一般為幾個小時)，因此各種通信設(shè)備不間斷 工作很難得到保證，這樣帶來的通信中斷給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們的日常 生活甚至是抗災(zāi)救援等帶來極大的不便，嚴(yán)重影響社會和諧與穩(wěn)定。

美國的《時代》周刊把燃料電池列為改變?nèi)祟愇磥砩畹氖蟾? 科技之首，目前世界各國都花巨大的人力、物力和財力對燃料電池進(jìn) 行重點(diǎn)研究渴望獲得其技術(shù)制高點(diǎn)以便搶占產(chǎn)業(yè)化的先機(jī)，由于以上 海神力科技有限公司、中科院大連化學(xué)物理研究所和武漢理工大學(xué)材 料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室為代表的國內(nèi)機(jī)構(gòu)已經(jīng)具備燃料電池 大批量生產(chǎn)的能力，燃料電池通信備用電源有著廣闊的應(yīng)用市場，因 此研發(fā)通信用燃料電池備用電源對突破國外同類產(chǎn)品的市場壟斷和 技術(shù)封鎖、實現(xiàn)自主創(chuàng)新有著重大的戰(zhàn)略意義。

目前國內(nèi)尚未有商品化的通信用燃料電池備用電源的相關(guān)報道 和專利授權(quán)，大多樣機(jī)處于實驗室研究階段，且都是以單模塊方式實 現(xiàn)輸出功率1～2KW，不支持多模塊備用和熱插拔等通信電源的特殊 使用要求，長期低溫儲存和無間斷工作得不到保障，故商品化還有一 定的難度；國外已有的通信基站用燃料電池備用電源其氫氣來源于已 加工好的現(xiàn)存氫氣，以高壓氣瓶方式加注和運(yùn)輸，工作時間受氣瓶的 容量限制，因此其可持續(xù)工作時間非常有限；此外，氫氣和氧氣電化 學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量直接讓其散失掉而未充分利用，因而氫氣利用率和 能量轉(zhuǎn)換效率明顯偏低；同時燃料電池模塊數(shù)量偏多、體積龐大且笨 重、低溫儲存能力較差、冷啟動時間太長、缺乏良好的保濕能力；其 監(jiān)控功能簡單，不利于系統(tǒng)整體的觀測與維護(hù)，因而燃料電池的使用 壽命不高；除此之外，系統(tǒng)不具備遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，需要派遣工作人 員經(jīng)常不定期進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)，因此其維護(hù)成本過高，加之本身的高成 本，不利于系統(tǒng)的推廣和產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用大自然取之不盡用之不絕的太 陽能和風(fēng)能制氫，燃料供給不受市電影響，只要給燃料電池提供其反 應(yīng)所需的氫和氧，它就可以提供源源不斷的電能，具有高效節(jié)能、清 潔環(huán)保、安全性高、可靠性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力好，實現(xiàn)燃料電池堆模 塊和DC/DC模塊“3+1”方式備份且支持熱插拔的通信用燃料電池備 用電源系統(tǒng)，以克服上述的不足。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明由制氫儲氫單元、燃料電池單元、DC/DC 單元、輸出單元、電控單元、巡檢單元、監(jiān)控單元以及通信單元構(gòu)成， 其特點(diǎn)是：

制氫儲氫單元：包含制氫裝置和固態(tài)儲氫裝置，制氫裝置利用太 陽能或風(fēng)能制氫，以固態(tài)形式儲存在固態(tài)儲氫裝置中；使用時通過吸 收熱量釋放高壓氫氣，氫氣經(jīng)過高壓閥和減壓閥后進(jìn)入燃料電池單 元；

燃料電池單元：產(chǎn)生的直流電能由輸出端提供給DC/DC單元，產(chǎn) 生的熱量由空氣冷熱交換裝置的出口供固態(tài)儲氫裝置吸收；

DC/DC單元：將直流電能調(diào)節(jié)升壓后連接至輸出單元為負(fù)載提供 電能；

輸出單元：將電能分別供給負(fù)載、燃料電池單元、DC/DC單元、 電控單元、巡檢單元、監(jiān)控單元以及通信單元等；

電控單元：與各個傳感器的數(shù)據(jù)線相連，采集氫源氫氣壓力、高 壓氫氣壓力、進(jìn)堆氫氣壓力、出堆氫氣壓力、空氣流量、出堆空氣溫 度、空氣冷熱交換裝置出口1的空氣溫度、固態(tài)儲氫裝置的空氣出口 溫度、輸出總電壓與總電流、輔助啟動電池的充放電電流、市電電壓、 燃料電池單元中各個燃料電池堆的輸出電壓、電流和溫度等數(shù)據(jù)；通 過PWM輸出模塊、D/A輸出模塊、I/O控制模塊控制各個單元中的執(zhí) 行器；通過CAN1與巡檢單元、監(jiān)控單元、通信單元進(jìn)行通信；