大容量氢基移动电源的制作方法

本发明涉及一种供电设备，具体涉及大容量氢基移动电源，它是一种以氢气为能源、以质子交换膜燃料电池pemfc氢电堆为发电装置的便携式大容量移动电源。该电源的组成部件涉及蓄电池，涉及组合改善蓄电池性能的超级电容器，涉及dc/dc变换器和dc/ac逆变器以及功率型半导体组件和应用电路，还涉及电压、电流、温度、气压等多种传感器、嵌入式自控装置电子线路以及嵌入式软件等
技术领域：
。本发明采用便携可更换式高压储氢罐提供高压氢气储能，故还涉及高压容器及其配套零部件所涉及的一些
技术领域：
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背景技术：
：现实生活中经常会遇到需要用电而又远离市政电网，或偶尔市政电网突发状况而不能供电的尴尬情况。应对这些情况，可以借助柴油发电机，但其噪声扰人、排气污浊，尽管如此，有时还找不到可供发电的设备。很多情况下只能使用储能移动电源，其储能主要依靠蓄电池。早期的铅酸蓄电池重量大容量低，输出功率小、持续供电时间短。近年来，随着锂系列蓄电池产品的快速进步和大规模推广应用，其电能密度成数量级快速提升，使得移动电源的储电容量有了大幅提高，应用领域越来越广。然而和众多应用与日俱增的全新需求相比，锂电芯储能密度仍然偏低，即便是最先进的三元锂聚合物电芯，比早期锂基蓄电池提高近三倍也仅达到0.3kwh/kg上下，做成电池应用产品的整备能量密度还要更低。根据研发进展情况预测，基于锂电芯蓄电池能量密度革命性大幅提高还是遥遥无期。显然要研制大容量便携式移动电源必须另辟蹊径：是否可以在具有高容量密度的燃料电池方面尝试突破。更何况全球大范围大规模使用锂基电池，要想做到理想的全面回收再利用而不造成环境污染，实为天方夜谭根本无法实现，而一旦大面积污染形成，其贻害数百年而不竭，可谓祸患无穷！早些年基于金属燃料如锌、铝、镁及其合金的燃料电池研究，推出了各种商品化锌空、铝空、镁空等金属燃料电池，并研制了大容量金属燃料供电装置mfpsd。由于金属燃料电池酸、碱电解液具有强腐蚀性，用中性电解液则电池功率密度低；更由于输出电能单位成本远高于柴油发电机等其它设备，成本不具备竞争力；另一方面由于金属及合金异于其它燃料，供能消耗后化为气、液排放或废渣很少清理不难，金属极板反应提供电能后，导致其体积和重量反而大幅增加，因为电化学反应生成物即废料是固体渣形金属氧化物或金属盐，总体积和总重量远大于原金属极板本身。这些废渣虽也属于可再重复利用的物质资源，理应回收，但此类移动电源体量小不普及，工作时所处环境千差万别又异常分散，使得收集转运等作业成本远高于回收再利用所产生的最终商业价值，故而绝大多数情况是丢弃，不但浪费，更在一定程度上造成环境污染，尽管废渣可能并无严重毒害。另外还有，金属燃料电池使用操作繁琐、设备维护困难，除非在特殊应用领域，mfpsd产品推广的难度很大。技术实现要素：基于质子交换膜燃料电池的氢电堆，是本大容量氢基移动电源的核心部件。其工作原理：氢气在氢电堆中遇氧进行冷燃烧氧化反应，向外电路输出电能，排放生成的纯水/水汽；电源设备中的“外电路”包括储能蓄电池，是氢电堆发电机组最直接的负载，氢气冷燃烧所发电能经电平匹配存储其中；为降低电源内阻改善输出特性，在蓄电池输出端并联接入匹配的超级电容器；用于发电的氢气预先存储于高压储氢罐中，需要时经减压阀将其压力下降到适合数值时向氢电堆提供；为系统平稳发电须稳定供氢，可在高压储氢罐和氢电堆之间，加装容量适中的密封容器作为缓冲储氢罐，虽增加一些体积，但可存储压力适中的适量氢气供不时之需，有利于更加平稳的电能供应；对外输出电能安排有电源插座，根据提供不同参数电能，选供合适的插座：例如dc5v直流电，配以usb插座若干个，并标以最大输出电流等信息；也可提供工频交流电，安排国标扁三芯标准插座、扁两芯插座及公制三芯插座各若干；插座位可配led作为状态指示和其它标识；设备内部有辅助电路可净化电能杂波。一种大容量氢基移动电源，其特征是：该电源主要组成部件包括质子交换膜氢燃料电池氢电堆、便携式高压储氢罐、高压气减压阀和蓄电池组。一种大容量氢基移动电源，其特征是：该电源组成部件还包括蓄电池组、超级电容器组、输出电源插座。考虑到“便携”“移动”特性，规定：【1】设备一体化，即：一件整装，没有零散部件；【2】体积、重量适中，体积≤0.3m3，重量≤30kg；【3】一个受过训练的成年工作人员可以正常搬移、搬运和熟练操作。根据参数好记、方便使用的总体要求，特设计出两种型号的高压储氢罐作为标准，其外形均为超圆柱形：i型直径38cm，高49cm；ii型直径45cm，高70cm。i型特点是：其氢气储量kg数是当下压力mpa数值20分之一；ii型kg数加倍。下表分列两型高压储氢罐在不同高压下的储氢重量及100w、200w和1000w、2000w功率输出连续/累计工作时间。i型高压储氢罐参数表项目\气压20mpa30mpa50mpa70mpa100mpai型罐储氢重量(kg)0.9991781.4987672.4979453.4971234.99589i型罐储电量80％(kwh)26.138539.2077465.3462491.48473130.6925100w工作时间(小时)261.4392.0653.4914.81306.9200w工作时间(小时)130.7196.0326.7457.4653.41000w工作时间(小时)26.139.265.391.5130.72000w工作时间(小时)13.119.632.645.765.3ii型高压储氢罐参数表项目\气压20mpa30mpa50mpa70mpa100mpaii型罐储氢重量(kg)2.0017173.0025755.0042927.00600910.00858ii型罐储电量80％(kwh)52.3649178.54737130.9123183.2772261.8246100w工作时间(小时)523.6785.51309.11832.32618.2200w工作时间(小时)261.8392.7654.5916.11309.11000w工作时间(小时)52.478.5130.9183.2261.82000w工作时间(小时)26.239.265.491.6130.9基于上述分析，本发明所提供的技术方案要点是，借助氢气的高储能特性，利用氢电堆和蓄电池+超级电容组合，推出比此前移动电源供电容量高两个数量级的大容量氢基移动电源。还设计出参数易于记忆、体积适中、易于推广使用的超圆柱形高压储氢罐标准外形尺寸：i型直径＝38±0.1cm，高＝49±0.1cm或高＝49.1±0.1cm；ii型直径＝45±0.1cm，高＝70±0.1cm。一种大容量氢基移动电源，其特征是：所用便携式高压储氢罐为超圆柱形，其直径38±0.1cm，高49±0.1cm。一种大容量氢基移动电源，其特征是：所用便携式高压储氢罐为超圆柱形，其直径38±0.1cm，高49.1±0.1cm。一种大容量氢基移动电源，其特征是：所用便携式高压储氢罐为超圆柱形，其直径45±0.1cm，高70±0.1cm。大容量氢基移动电源供气管路端部设有进气接口，其旋卡式密封接口上安装有锁紧搭扣，解开搭扣可旋拧取出供气结束的便携式可更换高压储氢罐，也称“旧罐”，按照逆操作可将充满氢气的便携式可更换高压储氢罐也称“新罐”再安全接入移动电源供气管路密封系统。大容量氢基移动电源内建密封缓冲储氢罐，位置介于氢电堆和便携式高压储氢罐之间，属于0.1-0.3mpa的低压密封容器，具有耐冲击性。缓冲储氢罐是氢气流上下游之间的缓冲密封容器，它一端连接氢电堆为其直接输送压力适中的氢气，另一端连接高压储氢罐，经输气管路接收和存储高压储氢罐减压后送来的氢气。一种大容量氢基移动电源，其特征是：该电源组成部件还包括缓冲储氢罐。为便于移动方便实用，本大容量氢基移动电源选配结构合适的便携式行李车等设备。一种大容量氢基移动电源，其特征是：该电源组成部件还包括便携式行李车。考虑到20mpa以上高压氢气，储存有5-6％的机械内能，如果在减压过程中加以回收，可以再提高工作时间大约3％以上。一种大容量氢基移动电源，其特征是：该电源组成部件包括高压氢气内能回收发电功能。本发明的关键点在于：1采用可更换、便携式高压储氢罐为氢电堆提供所需氢气，组成大容量氢基移动电源。2设计了i型和ii型高压储氢罐外形尺寸，其所储氢气重量kg数与高压数值mpa数简单整数相关，易于记忆，便于使用和推广。3高压氢气内能回收功能部件的引入，可以提升有效工作时间3％以上。【附图说明】图1是直流dc5v输出的大容量氢基移动电源组成示意图，其核心是燃料电池氢电堆，在其中发生高压储氢罐送来的氢气与空气中的氧气“冷燃烧”产生纯水并输出电能，电能经充电保护器输往蓄电池组，用户可在与之相连的usb插座上取电。图中没有标出“缓冲储氢罐”，可以将其归于虚线框中。图2是交流ac220v输出的大容量氢基移动电源组成示意图，与图1相比，增加了“高压氢气势能回收”功能的装置和“ac220v交流逆变器”，其余原理和配置与图1相同。图中没有标出“缓冲储氢罐”，可以将其归于虚线框中。【具体实施方式】实施例一、本实施例如图1，使用i型高压储氢罐，压力为30mpa，储氢1.5kg，实储电能49.05kwh，有效储电能39.2kwh，输出功率100w，电压dc5v，可连续或累计供电392小时。设备主要参数及空间分配为：氢电堆500w/1kg*1l，i型高压储氢罐3kg*60l，缓冲储氢罐10l，三元锂电池组200wh/3kg*3l，空气净化器1kg*2l，其它10kg/10l，总体积≤100l＝0.1m3，重量≤20kg。主要指标-供电能力：100w/dc5±0.5v，持续/累计供电时间≥392小时。实施例二、本实施例如图2，使用ii型高压储氢罐，压力为70mpa，储氢7kg，实储电能228.9kwh，有效储电能183.12kwh，输出功率1kw，电压ac220v，可连续或累计供电183小时。设备主要参数及空间分配为：氢电堆2kw/1kg*1l，ii型高压储氢罐9kg*120l，缓冲储氢罐20l，三元锂电1kwh/5kg*10l，空气净化器2kg*5l，其它12kg/12l，总体积≤180l＝0.18m3，重量≤28kg。主要指标-供电能力：1kw/ac220v±8％，持续/累计供电时间≥183小时。当前第1页12