一种燃料电池备用电源系统及其多级循环利用方法与流程

本发明涉及燃料电池系统，具体涉及一种燃料电池备用电源系统及其多级循环利用方法。

背景技术：

1、燃料电池电源系统具有能量密度高、转换效率高和环境友好等优点，具有非常广阔的应用前景。在户外通信基站等应用场景中，为了防止意外情况发生且要求电能供应持续而稳定，往往需要配套设计一种可紧急情况下使用的备用电源。由于传统通信基站电源在停电时利用柴油发电机发电，需要定期补充柴油燃料，无法实现长期化的无人管理，制氢储氢一体式氢燃料电池可替代它们作为供电电源可以弥补这一不足。为了解决发电机带来的污染、和人力物力成本的上升，实现无人值守能源自给自足的系统，本发明提出一种通信基站用的备用电源燃料电池一体化自给自足系统，实现风力光伏发电、电解水制氢、雨水收集纯化、固态储氢和燃料电池用氢，同时实现了氢气、氧气、水的循环利用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种燃料电池备用电源系统及其多级循环利用方法，旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种燃料电池备用电源系统，包括固态储氢装置、水泵二、散热器、水空换热器、加热器依次连接形成供氢加热回路；以及固态储氢装置、氢气开关阀四、比例阀、引射器、电堆依次连接组成供氢路，电堆、气水分离器三、引射器回流口依次连接形成氢气循环回路；以及风光发电装置、开关、恒流电源、电解槽依次连接形成制氢路；以及去离子水箱、水泵一、去离子器、电解槽、气水分离器一、稳压排气罐、排水阀三依次连接形成制氢供水回路；以及去离子水箱、氧气开关阀一、电堆依次连接组成供氧路；以及气水分离器一、氢气开关阀二、单向阀二、氢气高压缓冲罐、氢气开关阀三、氢气开关阀四依次连接组成辅助供氢路；气水分离器三连接有加热尾排阀一，加热尾排阀一连接稳压排气罐；去离子水箱还连接有补水阀，补水阀连接有雨水收集纯化装置；水空换热器还连接有气水分离器二，气水分离器二连接排水阀一，排水阀一接通去离子水箱。

4、在上述技术方案的基础上，燃料电池备用电源系统还设有空滤装置，空滤装置连接有风扇，风扇将过滤后的空气送入电堆，并在风扇对侧的电堆空气出口端设有集风罩。

5、在上述技术方案的基础上，氢气开关阀四和比例阀之间设有第一压力传感器p1，引射器出口端并联有泄压阀，且引射器出口与电堆之间设有第二压力传感器p2。

6、在上述技术方案的基础上，气水分离器一与稳压排气罐之间还设有排水阀二，去离子水箱设有液位传感器h。

7、在上述技术方案的基础上，氧气开关阀一还并联设有氧气开关阀二，氧气开关阀二一端连接去离子水箱另一端接入大气排空。

8、在上述技术方案的基础上，氢气开关阀二还并联接有氢气开关阀一，氢气开关阀一入口连接气水分离器一，氢气开关阀一出口连接单向阀一，单向阀一出口连接固态储氢装置。

9、在上述技术方案的基础上，加热器出口端设有第二温度传感器t2。

10、在上述技术方案的基础上，一种燃料电池备用电源系统多级循环利用方法，该方法包括供氧控制流程，供氢控制流程包括以下步骤：

11、s1、进入供氢控制流程；

12、s2、氢气开关阀一和氢气开关阀二控制电解槽制氢氢气流分别供给固态储氢和氢气高压缓冲罐；

13、s3、打开氢气开关阀二使电解槽制出的氢气流向氢气高压缓冲罐进行储存，控制固态储氢装置处于放氢状态；

14、s4、电堆达到预定功率后，开启散热器和调节水泵二的转速，降低固态储氢装置的水温使放氢速率降低，同时打开氢气开关阀三使氢气高压缓冲罐的氢气给燃料电池系统供应氢气；

15、s5、燃料电池系统停机，关闭氢气开关阀二，打开氢气开关阀一，固态储氢装置充氢且当充氢至预定值时，关闭氢气开关阀一，打开氢气开关阀二，将氢气存储至氢气高压缓冲罐；

16、s6、结束。

17、在上述技术方案的基础上，一种燃料电池备用电源系统多级循环利用方法，该方法还包括供氧控制流程，供氧控制流程包括以下步骤：

18、101、进入供氧控制流程；

19、102、电解槽制出的氧气通过氧气开关阀一和氧气开关阀二控制氧气的流向；

20、103、打开氧气开关阀一使电解槽制出的氧气被风扇吹进电堆，提升空气中的含氧量；

21、104、控制氧气开关阀一和氧气开关阀二的开启频率从而调控被风扇吹进电堆的空气的氧含量；

22、105、结束。

23、在上述技术方案的基础上，一种燃料电池备用电源系统多级循环利用方法，该方法还包括水循环控制流程，水循环控制流程包括以下步骤：

24、201、进入水循环控制流程；

25、202、根据去离子水箱的液位传感器控制开启补水阀，使雨水收集纯化装置内水进入去离子水箱内，保持去离子水箱的液位在预定范围内；

26、203、控制排水阀二开启，使气水分离器一中的水进入稳压排气罐；根据去离子水箱的液位传感器数据，控制排水阀三使稳压排气罐里的水进入去离子水箱，保持去离子水箱的液位在预定范围内；

27、204、根据去离子水箱的液位传感器数据，控制排水阀一开启，使气水分离器二中的水进入去离子水箱，保持去离子水箱的液位在预定范围内；

28、205、氢气循环子系统中的水经过气水分离器三分离出后，控制加热尾排阀开启使氢气尾排中的水进入稳压排气罐；

29、206、结束。

30、与现有技术相比，本发明的优点在于：

31、（1）本发明中的一种燃料电池备用电源系统与现有技术相比，利用风力光伏发电给电解槽供电制氢，电解槽制氢给固态储氢充氢或直接给燃料电池系统供氢发电，同时制氢过程出来的氧气可以给燃料电池再利用提高电堆发电性能，实现能源的闭环管理和自管理，可以作为备用电源系统稳定地超长时间待机。

32、（2）本发明中的一种燃料电池备用电源系统，雨水收集纯化装置可以在下雨天收集雨水储存，在制氢时可以给电解槽供水，燃料电池氢气尾排水和空气尾排水可以通过气水分离器进行回收再利用给电解槽制氢，实现水循环再利用。

33、（3）本发明中的一种燃料电池备用电源系统及其多级循环利用方法，固态储氢放氢所需的热量一部分来自燃料电池系统的尾排余热，实现燃料电池系统的热量循环再利用，氢气管理控制、氧气管理控制、水管理控制系统，实现了风力光伏制氢、储氢、燃料电池系统用氢以及水氧气循环回收再利用，整个系统能量利用率高，多级循环回收节能环保减少对环境的负外部性。

技术特征：

1.一种燃料电池备用电源系统，其特征在于：包括固态储氢装置、水泵二、散热器、水空换热器、加热器依次连接形成供氢加热回路；以及固态储氢装置、氢气开关阀四、比例阀、引射器、电堆依次连接组成供氢路，电堆、气水分离器三、引射器回流口依次连接形成氢气循环回路；以及风光发电装置、开关、恒流电源、电解槽依次连接形成制氢路；以及去离子水箱、水泵一、去离子器、电解槽、气水分离器一、稳压排气罐、排水阀三依次连接形成制氢供水回路；以及去离子水箱、氧气开关阀一、电堆依次连接组成供氧路；以及气水分离器一、氢气开关阀二、单向阀二、氢气高压缓冲罐、氢气开关阀三、氢气开关阀四依次连接组成辅助供氢路；气水分离器三连接有加热尾排阀一，加热尾排阀一连接稳压排气罐；去离子水箱还连接有补水阀，补水阀连接有雨水收集纯化装置；水空换热器还连接有气水分离器二，气水分离器二连接排水阀一，排水阀一接通去离子水箱。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池备用电源系统，其特征在于：所述燃料电池备用电源系统还设有空滤装置，空滤装置连接有风扇，风扇将过滤后的空气送入电堆，并在风扇对侧的电堆空气出口端设有集风罩。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池备用电源系统，其特征在于：所述氢气开关阀四和比例阀之间设有第一压力传感器p1，引射器出口端并联有泄压阀，且引射器出口与电堆之间设有第二压力传感器p2。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池备用电源系统，其特征在于：所述气水分离器一与稳压排气罐之间还设有排水阀二，去离子水箱设有液位传感器h。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池备用电源系统，其特征在于：所述氧气开关阀一还并联设有氧气开关阀二，氧气开关阀二一端连接去离子水箱另一端接入大气排空。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池备用电源系统，其特征在于：所述氢气开关阀二还并联接有氢气开关阀一，氢气开关阀一入口连接气水分离器一，氢气开关阀一出口连接单向阀一，单向阀一出口连接固态储氢装置。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池备用电源系统，其特征在于：所述加热器出口端设有第二温度传感器t2。

8.基于权利要求1-7任意一项所述的一种燃料电池备用电源系统多级循环利用方法，其特征在于，所述方法包括供氧控制流程，供氢控制流程包括以下步骤：

9.基于权利要求8所述的一种燃料电池备用电源系统多级循环利用方法，其特征在于，所述方法还包括供氧控制流程，所述供氧控制流程包括以下步骤：

10.基于权利要求8所述的一种燃料电池备用电源系统多级循环利用方法，其特征在于，所述方法还包括水循环控制流程，所述水循环控制流程包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种燃料电池备用电源系统及其多级循环利用方法，涉及燃料电池系统技术领域，包括固态储氢装置、水泵二、散热器、水空换热器、加热器依次连接形成供氢加热回路；以及固态储氢装置、氢气开关阀四、比例阀、引射器、电堆依次连接组成供氢路；以及风光发电装置、开关、恒流电源、电解槽依次连接形成制氢路；以及去离子水箱、水泵一、去离子器、电解槽、气水分离器一依次连接形成制氢供水回路；以及去离子水箱、氧气开关阀一、电堆依次连接组成供氧路；本申请中的技术方案利用风力光伏发电给电解槽供电制氢，再经固态储氢充氢或直接给燃料电池系统供氢发电，同时制氢过程产生出来的氧气可以再利用提高电堆发电性能，实现能源的闭环管理。技术研发人员：徐行胜,全琎,熊荧,全书海受保护的技术使用者：武汉海亿新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29