本发明专利技术涉及一种基于可再生燃料电池的野外应急可再生能源管理系统及其实施方法，由太阳能电池、燃料电池、蓄电池、储氢瓶、水罐、逆变器、负载、可编程逻辑能源控制单元和无线收发模块等单元互相连接组成。通过可编程逻辑能源控制中心的智能化管理，实现太阳能的有效利用，系统电力不足时通过ＧＰＲＳ向指挥中心发送信号；该系统具有智能化、长时间供电、无人值守等特点，使管理系统的总体能量转换效率高于１０％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于先进 能源
技术介绍
常规煤电给人类带来了巨大的环境污染，直接威胁人类的生存和发展空 间。采用太阳能等可再生能源，有望减少大气污染排放，但是，由于太阳能 供电受到昼夜、地区差异的影响，不能保证持续供电，因此需要一种高效清 洁的能源载体，在太阳能与负载用户之间提供储能和放的过渡，氢能提供了 很好的媒介。在各种制氢技术中，太阳能水解制氢被认为是可再生、环保型、 也是最有潜力的技术之一。野外应急能源智能管理系统，为野外应急供电提 供了较好的技术手段，在野外应急通信基站、移动手术台、野外单兵、无人 机等方面有巨大的应用潜力。与采用内燃发动机或涡轮发动机相比，野外能源可再生能源系统有诸多 优点1、电推进的声辐射和热辐射都较低，因而在野外不易被红外探测；2、 与携带大量电池相比，采用燃料电池可以大大降低负重，氢燃料电池的重量 要比等功率的常规电池轻50%以上；3、燃料(如氢)的化学能转化为电能的过 程中只产生热和水，而不会释放出有毒气体，不会对环境产生不良影响，是 种安全的发电手段；4、与传统的发电设备相比，燃料电池安全，燃烧效率高; 5、跟常规电池不同，燃料电池只要有燃料盒就可以持续使用，无需充电，不 存在可充电能力衰减。氢燃料电池技术的主要应用对象将是采用电推进的小 型供电系统。目前已有部分国家开始研发燃料电池系统，如德国的智能燃料电池(SFC) 公司设计出了一种"士兵燃料电池动力系统"(FCPS)，目前正在进行实际应 用实验。采用"直接甲醇燃料电池"(DMFC)技术，用重0.47千克，体积18X8厘米的M500充电燃料盒进行热交换。该系统最高电量达40瓦，额定电 压144伏，重量为1千克(仅为单兵原来携带电池重量的20%)。该系统采用 DMFC技术，当甲醇耗尽时，系统将停止工作，系统不可再生，如图l。传 统应急能源系统也包括储氢瓶+燃料电池供电系统，该系统尽管无需使用太 阳能电池板，减小了重量，供电时间有限，当氢气压力小于设定压力时，将 停止供电，再次恢复需要人员亲临现场更换氢气瓶，如图2。采用太阳能和氢能相结合，再结合能源管理单元，实现对能量的可再生 高效转化。由于可再生燃料电池，既可以作为制氢单元，又可以作为放电单 元，大大减轻了常规能源系统的重量。该系统只包含单个蓄电池以满足燃料 电池启动耗电之用，无需繁重的蓄电池组，从而大大减轻了传统能源系统(蓄 电池组)的重量。本专利技术正是基于这样的想法而产生的。本专利技术集成了太阳能电池、可再 生燃料电池、蓄电池及储氢瓶和无线收发模块，实现能源有效转换控制，为 系统中能量的有效储存、传递和利用提供手段。国内夕卜专禾ll检索方面，查阅至U Regenerative energy storage and conversion system (US 6748737)， Regenerative energy system (US7514808)。主要是针 对船上可再生大型发电系统，采用储氢罐+燃料电池的发电模式，需要不断 更换氢气瓶。在国家知识产权网上，搜索"应急电源"关键词，发现有26项专利技术专利， 其中大部分为铅酸电池用作应急电源的方法和系统，2项是关于燃料电池集 成的，未见太阳能制氢的可再生应急电源系统的专利。如"质子交换膜燃料 电池作为变电站应急电源系统及方法"(200710074501.4)，"使用燃料电 池的应急电源系统和配电盘"(200780013672.4)，便携式太阳能发电装置 (200820114458.X)。搜索"可再生应急电源"，未见相关专利。能源系统方面的专利，主要侧重燃料电池的结构和发电方法。如，"燃料 电池系统和利用一种燃料电池系统发电的方法"(99806402.5)， 2003年松下 电器产业株式会社申请的"氢生成设备和燃料电池系统"(02158983.6)，主 要侧重系统，包括重整器； 一氧化碳除去装置；以及原料加湿装置。2000年 美国H *格泽尔-阿亚格;八'J利奥申请的"高效燃料电池系统"(00816543.2)一种混合燃料电池系统。查询到最新类似专利"太阳一氢能系统"(申请号200810228596.5)虽然采用了太阳能和燃料电池，但主要是采用太阳辅助电解 水制氢，解决电解水耗电大的瓶颈问题，降低制氢成本，需要与220V电网 供电，不能应用于具备野外无人值守使用环境。未查询到关于太阳能、制氢、 储氢、燃料电池一体化的野外应急能源系统专利。
技术实现思路
本专利技术涉及。所述的管 理系统包括太阳能电池、燃料电池、储氢瓶、逆变器、负载、蓄电池、能源 控制单元和无线收发模块；所述的系统采用智能化能源控制单元，在阳光充裕时，采用太阳能电池 白天供电，并储存能量，当光能不足时，利用氢能供电，实现18小时以上长 时间供电。可以解决常规应急电源供电时间短的问题；所述的系统采用无线收发模块，在蓄电池功率下降到一定值时，通过 GPRS系统，给指挥中心发出提示信号，实现能源系统的野外远程信息收集 和控制。由此可见，所述的系统具有可再生功能，连续6小时太阳能电池充电， 可以满足无光照条件下(或夜晚)20W供电18小时需求。本专利技术所述的野外应急可再生能源管理系统工作时各单元逻辑关系(图3):1、 如果太阳能电池功率大于或等于负载功率(Psc^Pr)，那么进行下一 步，如果Psc—Pr》Pq，那么太阳能电池接燃料电池，否则，太阳能电池 直接通过逆变器接负载。2、 如果太阳能电池功率小于负载功率(Psc<Pr)，则启动放氢过程启动 燃料电池，启动放氢阀。3、 如果燃料电池输出功率大于负载功率(Pf》Pr)，则燃料电池对负载 供电，否则蓄电池对负载供电。4、 如果ps〈psmin，则GPRS发送信号到控制中心，否则蓄电池对负载充 电。5、 如果pH》pHset，关闭储氢瓶阀门、开启太阳电池输出对蓄电池充电。 否则继续对储氢瓶充氢。本专利技术采用选择GalnP/GaAs双结高效化合物太阳能电池作为光电转 换工具，其特征在于，在AMO(—种测试条件，外太空光照，光照强度为 140mW/cm、条件下，电池效率高于24%，电池总功率达到400瓦，开路电 压48V，短路电流8.1A效率高于24X，与燃料电池和能源控制单元相连；本专利技术采用市场上可以购买到的H100型可再生燃料电池为制氢和发电 载体，其特征在于用在同一燃料电池中实现制氢和发电功能，减轻了系统总 重量，燃料电池效率高，制氢时能量转换效率大于50%，过程无污染，无噪 音。燃料电池的发电输出功率达到20W。可再生燃料电池分别与太阳能电池、 电控单元、储氢瓶、水罐和蓄电池相连。燃料电池借助太阳能电池输出能量， 吸入水罐中的水，电解水，生成氢气和氧气，将氢气存入储氢瓶，如图3。本专利技术采用市场可以购买到的LP083048A锂电池储存多余电量,作为蓄电 池用，其特征在于额定电压3.7V ，额定容量1000mAH ，体积 7.9X29.8X47.5mm3，质量23g。所述的蓄电池与太阳能电池、燃料电池和能 源控制单元相连。在能源控制单元的控制下，将负载和制氢过程使用剩余的 太阳能储存与蓄电池中，在需要时为燃料电池供能；本专利技术采用Mn—Cr—V—Co四元合金储氢材料，置于带有开关阀门的 2个3本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种野外应急可再生能源管理系统，其特征在于所述的管理系统包括太阳能电池、可再生染料电池、水罐、储氢瓶、逆变器、负载、蓄电池、可编程能源控制单元和天线收发模块； 其中，①太阳能电池，与逆变器互联；②可再生燃料电池分别与能源控制单元、储氢 瓶、负载相连；③水罐，分别与能源控制单元、储氢瓶、负载相连；④储氢瓶，分别与能源控制单元、可再生燃料电池，水罐相连；⑤逆变器，分别与能源控制单元、太阳能电池、蓄电池、负载相连；⑥负载，分别与可再生燃料电池、逆变器、蓄电池相连；⑦蓄电池，分别与能源控制单元、逆变器、负载相连；⑧无线收发模块，与能源控制单元相连；⑨可编程能源控制单元，与可再生燃料电池、水罐、储氢瓶、逆变器、蓄电池、无线收发模块相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周健，孙晓玮，王伟，谈惠祖，周舟，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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