一种移动式风冷燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及风冷燃料电池发电技术领域，尤其涉及一种移动式风冷燃料电池系统。


背景技术：

2.在环境与能源备受人们关注的今天，风冷燃料电池日益受到各国政府和科技人员的重视，近年来在突破多项关键技术的基础上风冷燃料电池已逐步得到广泛应用。氢是风冷燃料电池的最佳燃料，在未来的氢经济时代，风冷燃料电池是将氢能转化为电能的最优能量转换装置。
3.现有技术中经常使用便携式电源，但是对于便携式电源，传统的水冷风冷燃料电池系统显得十分臃肿。如何简化传统的风冷燃料电池系统，减小其体积，使其便于携带是本领域急需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种移动式风冷燃料电池系统，用以解决现有技术中便携式电源体积大，不便携带的问题。
5.为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：
6.第一方面，本发明提供了一种移动式风冷燃料电池系统，包括：高压氢气罐组以及供电电路，供电电路包括电源转换模块、逆变模块以及风冷燃料电池模块；
7.其中，高压氢气罐组与风冷燃料电池模块管道连接，用于给风冷燃料电池模块提供燃料，风冷燃料电池模块与电源转换模块以及逆变模块电连接，用于产生电能，电源转换模块与高压氢气罐组以及逆变模块电连接，用于给高压氢气罐组、风冷燃料电池模块以及逆变模块提供电源输入，逆变模块与外接负载电连接，用于将初始电能转换为工频交流电。
8.优选的，供电电路还包括第一电源模块、第二电源模块、锂电池模块以及锂电池充电器；
9.第一电源模块与电源转换模块以及锂电池模块电连接，用于给移动式风冷燃料电池系统供电；
10.第二电源模块与电源转换模块以及风冷燃料电池模块电连接，用于给移动式风冷燃料电池系统供电；
11.锂电池充电器与逆变模块以及锂电池模块电连接，用于给锂电池模块充电；
12.锂电池模块与第一电源模块电连接，用于给第一电源模块供电。
13.优选的，高压氢气罐组，包括：阀组、接头、传感器以及氢控制器；
14.阀组用于控制高压氢气罐组的导通；接头用于连接风冷燃料电池模块；传感器用于测量氢气罐中的压力；氢控制器用于控制阀组的通断。
15.优选的，风冷燃料电池模块，包括：压力传感器、温度传感器、电磁阀、变频散热风扇、加热器以及控制器；
16.压力传感器用于检测氢气的压力；温度传感器用于检测燃烧温度；电磁阀用于进行气体交换；变频散热风扇用于进行散热；加热器用于加热；控制器用于控制风冷燃料电池模块。
17.优选的，电源转换模块，包括：常用电源接口以及备用电源接口；
18.常用电源接口与第二电源接口电连接；备用电源接口与第一电源接口电连接。
19.优选的，锂电池模块为移动式风冷燃料电池系统的启动电源，并具有保护功能。
20.优选的，锂电池充电器为锂电池模块补充电能。
21.优选的，逆变模块将风冷燃料电池模块的输出直流电逆变为工频交流电，对外为负载供电。
22.优选的，第一电源模块的输入为锂电池模块的输出电压。
23.优选的，第二电源模块的输入为风冷燃料电池模块的输出电压。
24.采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的一种移动式风冷燃料电池系统，通过高压氢气罐组给风冷燃料电池模块提供燃料，由风冷燃料电池模块进行燃烧，并产生电能，再输送给逆变模块，由逆变模块将产生的电能逆变成工频交流电，给外接负载提供电能，本发明采用风冷燃料电池模块简化了模块中的冷却系统、空气压缩机或气泵以及加湿系统，简化了传统便携式电源的结构，缩小了系统的体积，减轻了系统的重量。
附图说明
25.图1为本发明提供的一种移动式风冷燃料电池系统的一实施例的系统框架图。
具体实施方式
26.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
27.在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
29.本发明提供了一种移动式风冷燃料电池系统，以下进行具体说明。
30.请参照图1，图1为本发明提供的一种移动式风冷燃料电池系统的一实施例的系统框架图，本发明的一个具体实施例，公开了一种移动式风冷燃料电池系统，包括：高压氢气罐组10以及供电电路20，供电电路20包括电源转换模块201、风冷燃料电池模块202以及逆变模块205；
31.其中，高压氢气罐组10与风冷燃料电池模块202管道连接，用于给风冷燃料电池模块202提供燃料，风冷燃料电池模块202与电源转换模块201以及逆变模块205电连接，用于产生电能，电源转换模块201与高压氢气罐组10以及逆变模块205电连接，用于给高压氢气罐组10、风冷燃料电池模块202以及逆变模块205提供电源输入，逆变模块205与外接负载30电连接，用于将初始电能转换为工频交流电。
32.在上述实施例中，风冷燃料电池模块202简化了系统中的冷却装置、空气压缩机、
加湿装置以及气泵等部件，这使得风冷燃料电池在便携式电源的应用上更加方便。
33.本实施例提供的一种移动式风冷燃料电池系统，通过高压氢气罐组给风冷燃料电池模块提供燃料，由风冷燃料电池模块进行燃烧，并产生电能，再输送给逆变模块，由逆变模块将产生的电能逆变成工频交流电，给外接负载提供电能，本发明采用风冷燃料电池模块简化了模块中的冷却系统、空气压缩机或气泵以及加湿系统，简化了传统便携式电源的结构，缩小了系统的体积，减轻了系统的重量。
34.请参阅图1，在本发明的一些实施例中，供电电路20还包括第一电源模块203、第二电源模块204、锂电池模块206以及锂电池充电器207；
35.第一电源模块203与电源转换模块201以及锂电池模块206电连接，用于给移动式风冷燃料电池系统供电；
36.第二电源模块204与电源转换模块201以及风冷燃料电池模块202电连接，用于给移动式风冷燃料电池系统供电；
37.锂电池充电器207与逆变模块205以及锂电池模块206电连接，用于给锂电池模块206充电；
38.锂电池模块206与第一电源模块203电连接，用于给第一电源模块203供电。
39.在上述实施例中，逆变模块将工频交流电输送给锂电池充电器，锂电池充电器再为锂电池模块充电，锂电池模块再将电能输入给第一电源模块，第一电源模块为该移动式风冷燃料电池系统提供启动电源，风冷燃料电池还将一部分电能输送给第二电源模块，第二电源模块也为该移动式风冷燃料电池系统提供电能。
40.在本发明的一些实施例中，高压氢气罐组，包括：阀组、接头、传感器以及氢控制器；
41.阀组用于控制高压氢气罐组的导通；接头用于连接风冷燃料电池模块；传感器用于测量氢气罐中的压力；氢控制器用于控制阀组的通断。
42.在上述实施例中，氢气罐组由单个或多个高压氢气瓶组成，气瓶的充装压力和容积选择主要由电站单次对外供电时长决定。
43.作用优选的实施例，选用2瓶35mpa，水容积为74l的高压气瓶，只要对其提供dc24v控制用电，通过can通信就可以打开或关闭供气阀门。
44.在本发明的一些实施例中，风冷燃料电池模块，包括：压力传感器、温度传感器、电磁阀、变频散热风扇、加热器以及控制器；
45.压力传感器用于检测氢气的压力；温度传感器用于检测燃烧温度；电磁阀用于进行气体交换；变频散热风扇用于进行散热；加热器用于加热；控制器用于控制风冷燃料电池模块。
46.在上述实施例中，风冷燃料电池模块可由单个风冷堆，也可由多个风冷堆进行串联组合，具体取决于所采用风冷堆的功率大小和系统需求功率。
47.作为优选的实施例，选用8kw的风冷燃料电池模块，该模块由2个4kw的风冷堆串联组成，输出电压dc(90～180)v。控制器对这些部件进行统一测控，保证风冷燃料电池模块的稳定可靠运行。其控制用电为dc24v，由模块外部提供。
48.在本发明的一些实施例中，电源转换模块，包括：常用电源接口以及备用电源接口；
49.常用电源接口与第二电源接口电连接；备用电源接口与第一电源接口电连接。
50.在上述实施例中，电源转换模块为双电源自动转换器，优先供电的电源线接在进线端口的常用电源侧上，备用供电的电源线接在进线端口的备用电源侧上，两路电都接上后并保持同时通电，此种状态下，是处于接在常用电源端口的电源线供电，当接在常用端口的电源断电时，双电源会自动切换到备用电源上供电，继续为各种负载供电，不会导致断电。当常用电源从停电状态又恢复供电时，双电源会自动从备用电源切换回常用电源供电。
51.作为优选的实施例，常用电源侧接dcdc-2型电源，备用电源侧接dcdc-1型电源。双电源自动转换器选用额定功率2000w/24vdc，转换时间低于5ms。
52.在本发明的一些实施例中，锂电池模块为移动式风冷燃料电池系统的启动电源，并具有保护功能。
53.在上述实施例中，锂电池模块作为电站的启动电源，为电站提供初始启动电能。由于风冷燃料电池电堆启动必须运转风扇，风扇功率较大，因此要求锂电池具备一定的电流输出能力。另外，考虑到电站需在低温-20℃能启动工作，风冷燃料电池堆还需要对入口空气、氢气加热，因此锂电池还必须有一定的容量，能够保证完成风冷燃料电池模块的启动。
54.作为优选的实施例，锂电池模块采用48v，40ah的磷酸铁锂电池模组。电芯型号为26650，15串13并，充电电压54.75v，充电电流≤20a，放电电流20a，放电温度-20-55℃，具备短路保护、过充保护、过放保护、过流保护以及均衡等功能。对外留有启动开关、充电接口和放电接口。
55.在本发明的一些实施例中，锂电池充电器为锂电池模块补充电能。
56.在上述实施例中，锂电池充电器用来给锂电池模块补充电能。锂电池模块作为启动电源，风冷燃料电池模块启动过程中消耗了其电能，启动完成对外输出交流电后，由锂电池充电器补充电能。
57.作为优选的实施例，选用充电器为铝壳48v20a输出54.6v充电器，输入电压ac220v，接在电源逆变模块的输出端。该充电器可智能充电，采用五段式充电法，空载模式-恒流模式-恒压模式-涓流模式-断电模式，能够最大程度的保护锂电池模组的安全，提高其使用寿命。
58.在本发明的一些实施例中，逆变模块将风冷燃料电池模块的输出直流电逆变为工频交流电，对外为负载供电。
59.在上述实施例中，电源逆变模块将风冷燃料电池模块的输出直流电逆变为工频交流电，对外提供给用户使用。为避免风冷燃料电池模块输出开关闭合瞬间产生冲击电流损坏风冷燃料电池，电源逆变模块内部设置预充电路。
60.作为优选的实施例，电源逆变模块采用dc(90～180)v转ac220v，50hz逆变器，功率7kw。该逆变器的供电为dc24v。
61.在本发明的一些实施例中，第一电源模块的输入为锂电池模块的输出电压。
62.在上述实施例中，第一电源模块为锂电池模块的输出电压。打开锂电池模组电源开关，锂电池对外提供电能，第一电源模块开始工作，对整个电站的内部控制系统供电。
63.作为优选的实施例，第一电源模块采用dc(19～72)v转dc24v电源，功率2kw。
64.在本发明的一些实施例中，第二电源模块的输入为风冷燃料电池模块的输出电压。
65.在上述实施例中，第二电源模块为风冷燃料电池模块的输出电压。当风冷燃料电池模块启动完成，对外输出开关闭合后，第二电源模块开始工作，对整个电站的内部控制系统供电。
66.作为优选的实施例，第二电源模块采用dc(90～180)v转dc24v电源，功率2kw。
67.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
68.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，包括：高压氢气罐组以及供电电路，所述供电电路包括电源转换模块、逆变模块以及风冷燃料电池模块；其中，所述高压氢气罐组与所述风冷燃料电池模块管道连接，用于给所述风冷燃料电池模块提供燃料，所述风冷燃料电池模块与所述电源转换模块以及所述逆变模块电连接，用于产生电能，所述电源转换模块与所述高压氢气罐组以及所述逆变模块电连接，用于给所述高压氢气罐组、所述风冷燃料电池模块以及所述逆变模块提供电源输入，所述逆变模块与外接负载电连接，用于将所述初始电能转换为工频交流电。2.根据权利要求1所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述供电电路还包括第一电源模块、第二电源模块、锂电池模块以及锂电池充电器；所述第一电源模块与所述电源转换模块以及所述锂电池模块电连接，用于给所述移动式风冷燃料电池系统供电；所述第二电源模块与所述电源转换模块以及所述风冷燃料电池模块电连接，用于给所述移动式风冷燃料电池系统供电；所述锂电池充电器与所述逆变模块以及所述锂电池模块电连接，用于给所述锂电池模块充电；所述锂电池模块与所述第一电源模块电连接，用于给所述第一电源模块供电。3.根据权利要求1所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述高压氢气罐组，包括：阀组、接头、传感器以及氢控制器；所述阀组用于控制所述高压氢气罐组的导通；所述接头用于连接所述风冷燃料电池模块；所述传感器用于测量氢气罐中的压力；所述氢控制器用于控制所述阀组的通断。4.根据权利要求1所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述风冷燃料电池模块，包括：压力传感器、温度传感器、电磁阀、变频散热风扇、加热器以及控制器；所述压力传感器用于检测氢气的压力；所述温度传感器用于检测燃烧温度；所述电磁阀用于进行气体交换；所述变频散热风扇用于进行散热；所述加热器用于加热；所述控制器用于控制所述风冷燃料电池模块。5.根据权利要求1所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述电源转换模块，包括：常用电源接口以及备用电源接口；所述常用电源接口与所述第二电源接口电连接；所述备用电源接口与所述第一电源接口电连接。6.根据权利要求2所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述锂电池模块为所述移动式风冷燃料电池系统的启动电源，并具有保护功能。7.根据权利要求2所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述锂电池充电器为所述锂电池模块补充电能。8.根据权利要求1所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述逆变模块将所述风冷燃料电池模块的输出直流电逆变为工频交流电，对外为负载供电。9.根据权利要求2所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述第一电源模块的输入为所述锂电池模块的输出电压。10.根据权利要求2所述的移动式风冷燃料电池系统，其特征在于，所述第二电源模块的输入为所述风冷燃料电池模块的输出电压。

技术总结
本发明涉及一种移动式风冷燃料电池系统，包括：高压氢气罐组以及供电电路，供电电路包括电源转换模块、逆变模块以及风冷燃料电池模块；其中，高压氢气罐组与风冷燃料电池模块管道连接，用于给风冷燃料电池模块提供燃料，风冷燃料电池模块与电源转换模块以及逆变模块电连接，用于产生电能，电源转换模块与高压氢气罐组以及逆变模块电连接，用于给高压氢气罐组、风冷燃料电池模块以及逆变模块提供电源输入，逆变模块与外接负载电连接，用于将初始电能转换为工频交流电。本发明使用氢气作为燃料，通过燃烧氢气产生电能，减小了系统的体积，减轻了系统的重量。减轻了系统的重量。减轻了系统的重量。


技术研发人员：张聪 吴飞 曾辉 李海港 戴昌闾
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所）
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8