專利名稱：一種給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著常規(guī)能源(如石油、煤炭等)的日益枯竭，各國(guó)都在積極尋找新型能源。燃料電池作為一種新型高效能源，自從問世之初，就備受關(guān)注。
燃料電池是一個(gè)電化學(xué)系統(tǒng)，它將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。如圖1所示，燃料電池由3個(gè)主要部分組成陽極1、電解液2、陰極3和隔膜4。其工作原理是陽極1輸入的氫氣在電解液2中電離，分解成氫離子和電子。電子經(jīng)過外部用電器流入陰極，余下的氫離子通過隔膜4被送到陰極。在陰極，氫離子與由氧氣極3輸入的氧氣發(fā)生反應(yīng)并吸收電子，生成水并釋放出熱量。由于燃料電池能直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，所以它的轉(zhuǎn)化效率非常高，并且噪聲和廢氣排放量都很小?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，燃料電池是一種高效的清潔能源，適于在電力不足的地區(qū)使用。
由于燃料電池問世時(shí)間還比較短，各種相關(guān)的技術(shù)都還處在完善的過程之中。從應(yīng)用角度來說，還存在如下兩個(gè)主要問題1、燃料電池的輸出電流對(duì)輸出電壓的影響非常劇烈，也就是說，燃料電池的輸出電壓隨輸出電流的變化而發(fā)生明顯的變化，不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的電壓源；2、燃料電池的輸出的是直流電，且輸出電壓小，但功率大；同時(shí)，由于燃料電池的特殊結(jié)構(gòu)，輸出的直流電壓一般不是民用的標(biāo)準(zhǔn)直流電壓(如12V，24V，48V)。然而，各國(guó)家用電器的供電電源都是大電壓、小電流的交流電(在中國(guó)，家用電器的供電指標(biāo)一般是電壓為220V、頻率為50Hz的交流電)。因此，為了能使燃料電池給家用電器供電，就必須把它所輸出的小電壓、不穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)變成大電壓的、穩(wěn)定的交流電。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上問題，本發(fā)明提出了一種燃料電池的使用模式，解決了輸出電流對(duì)輸出電壓的影響并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出功率的控制，這使得燃料電池在家用電器領(lǐng)域的大面積推廣成為可能。
本發(fā)明提出了一種給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。如圖2所示。
一種給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)，主要由氫氣罐、氧氣罐、氫氣電空閥、氧氣電空閥、燃料電池、直流電壓變換模塊、電壓傳感器、蓄電池、逆變器、電流傳感器和家用電器構(gòu)成，其特征在于，氫氣罐、氧氣罐、氫氣電空閥、氧氣電空閥、燃料電池、直流電壓變換模塊、逆變器、家用電器依次串聯(lián)連接，蓄電池和電壓傳感器并聯(lián)在直流電壓變換模塊與逆變器之間，電流傳感器接在逆變器輸出并反饋到氫氣電空閥和氧氣電空閥。
所述的給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)，直流電壓變換模塊和電壓傳感器通過控制電路連接成負(fù)反饋閉環(huán)；同時(shí)，直流電壓變換模塊后還可以連接蓄電池。
所述的給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)，電流傳感器和氧氣電空閥通過控制電路連接成負(fù)反饋閉環(huán)。


圖1是燃料電池的主要部分組成示意圖。
圖2是本發(fā)明的家用電器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明的給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)，主要組成部分為氫氣罐1、氧氣罐2、氫氣電空閥3、氧氣電空閥4、燃料電池5、具有控制功能的直流電壓變換模塊6、蓄電池7、電壓傳感器8、逆變器9、電流傳感器10和家用電器11。(注，直流電壓變換模塊和逆變器可以是同一個(gè)物理器件)整個(gè)系統(tǒng)的主要工作流程為氫氣和氧氣分別從氫氣罐1和氧氣罐2中流入氫氣電空閥3和氧氣電空閥4；經(jīng)過這兩個(gè)電空閥的調(diào)節(jié)作用，氫氣和氧氣按設(shè)定的流量分別流入燃料電池5的燃料極12和氧氣極13；氫氣在燃料電池的陽極發(fā)生電離反應(yīng)，生成帶正電荷的氫離子和帶負(fù)電荷的電子；電子從燃料電池的電極14流出，經(jīng)過燃料電池外部的直流電壓變換器6、逆變器7以及家用電器11，最后流入燃料電池的電極15，完成對(duì)外部家用電器11的供電。
在燃料電池5向外部家用電器11供電過程中，燃料電池5的輸出電壓需要經(jīng)過直流電壓變換模塊6變換成標(biāo)準(zhǔn)的民用直流電壓(如12V、24V、48V等)。直流電壓變換模塊6是一種通用的電力電子產(chǎn)品，它由電力電子器件及其輔助電子元器件構(gòu)成。一般來說，該模塊用PWM調(diào)制波來控制輸出電壓，它的主要功能是可以根據(jù)實(shí)際需要來變換輸出電壓的幅度。在本發(fā)明中，直流電壓變換模塊6的輸出端需要安裝一個(gè)電壓傳感器8，用來測(cè)量直流電壓變換模塊6的輸出電壓，電壓傳感器8的測(cè)量信號(hào)經(jīng)過一個(gè)特殊的控制電路，來控制PWM調(diào)制波的占空比。最終，電壓傳感器8和直流電壓變換模塊6形成一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)，使直流電壓變換模塊6的輸出電壓保持穩(wěn)定。為了進(jìn)一步提高直流電壓變換模塊6的輸出電壓的穩(wěn)定性，直流電壓變換模塊6的正輸出極16和負(fù)輸出極17之間可以連接一個(gè)蓄電池7，蓄電池7有兩個(gè)作用一是吸收直流電壓變換模塊6的尖峰電壓，防止后續(xù)的逆變器9由于輸入端加入高壓而被燒壞；二是存儲(chǔ)多余的電能，在燃料供應(yīng)不足時(shí)向家用電器11供電。
目前，各國(guó)的家用電器基本上都是使用交流電(例如，中國(guó)的家用電器使用的是電壓為220V、頻率為50Hz的交流電)。為了滿足實(shí)際需要，直流電壓變換模塊6所輸出的直流電能還需要逆變成交流電能。逆變器9就是能滿足這種需要的一種通用電力電子設(shè)備。
不同的家用電器11的耗電功率不一樣，這就要求燃料電池的5的輸出功率能夠跟蹤家用電器11的耗電功率。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行效率且保證家用電器11能正常工作，就需要根據(jù)用電量來對(duì)燃料電池5的輸出功率進(jìn)行控制。控制燃料電池5輸出功率的最有效的方法是根據(jù)家用電器11的功率來控制輸入氧氣的流量。控制過程如下在逆變器9的輸出端18安裝電流傳感器10，用來實(shí)時(shí)測(cè)量逆變器9的輸出電流，然后用測(cè)量信號(hào)通過一個(gè)特殊的控制電路，來驅(qū)動(dòng)氫氣管道上的氫氣電空閥3和氧氣管道上的氧氣電空閥4，最終對(duì)燃料電池5輸入的氫氣流量和氧氣流量進(jìn)行控制，進(jìn)而完成對(duì)燃料電池5輸出功率的控制。
通過上述方式構(gòu)成的用燃料電池供電的家用電器系統(tǒng)，不僅能向家用電器提供穩(wěn)定的交流電壓，保證用電器能正常高效的工作；而且還能根據(jù)用電器的耗電功率來調(diào)節(jié)氧氣的流量，提高氫氣和氧氣的利用率。
權(quán)利要求
1.一種給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)，主要由氫氣罐、氧氣罐、氫氣電空閥、氧氣電空閥、燃料電池、直流電壓變換模塊、電壓傳感器、蓄電池、逆變器、電流傳感器和家用電器構(gòu)成，其特征在于氫氣罐、氧氣罐、氫氣電空閥、氧氣電空閥、燃料電池、直流電壓變換模塊、逆變器、家用電器依次串聯(lián)連接，蓄電池和電壓傳感器并聯(lián)在直流電壓變換模塊與逆變器之間，電流傳感器接在逆變器輸出并反饋到氫氣電空閥和氧氣電空閥。
2.如權(quán)利要求1所述的給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于直流電壓變換模塊和電壓傳感器通過控制電路連接成負(fù)反饋閉環(huán)；同時(shí)，直流電壓變換模塊后還可以連接蓄電池。
3.如權(quán)利要求1所述的給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于電流傳感器和氧氣電空閥和氫氣電空閥通過控制電路連接成負(fù)反饋閉環(huán)。
全文摘要
一種給家用電器供電的燃料電池系統(tǒng)，主要由氫氣罐1、氧氣罐2、氫氣電空閥3、氧氣電空閥4、燃料電池5、直流電壓變換模塊6、蓄電池7、電壓傳感器8、逆變器9、電流傳感器10和家用電器11構(gòu)成。本發(fā)明提出了一種燃料電池的使用模式，解決了輸出電流對(duì)輸出電壓的影響并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出功率的控制，這使得燃料電池在家用電器領(lǐng)域的大面積推廣成為可能。
文檔編號(hào)H02J7/34GK1983758SQ20051012648
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者柳貴東, 郁文生, 劉國(guó)平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所