一种用于氢燃料电池的多级储能系统的制作方法

本技术涉及氢燃料电池的领域，尤其是涉及一种用于氢燃料电池的多级储能系统。

背景技术：

1、目前，氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

2、因此，氢燃料电池的输出为直流电且在升载和降载时均需要一个较长的缓冲时间，导致其升载曲线和降载曲线都比较平缓，若作为民用电源使用，当用户需要用电时，很难做到及时响应，并且当用户关闭电源开关时，氢燃料电池在一段时间内将会持续产生电能而不会迅速关断，产生多余的电能若不加以利用将会造成资源的浪费。

3、针对上述情况，本技术提出了一种用于氢燃料电池的多级储能系统，用以解决氢燃料电池升载与降载的缓冲期间，用户用电响应慢的问题。

技术实现思路

1、为了解决氢燃料电池升载与降载的缓冲期间，用户用电响应慢的问题，本技术提供一种用于氢燃料电池的多级储能系统。

2、本技术提供的一种用于氢燃料电池的多级储能系统，采用如下的技术方案：

3、一种用于氢燃料电池的多级储能系统，包括：

4、储能单元，输入端连于强电电源，用于储存电能并输出强电电压信号；

5、氢燃料电池发电单元，用于向负载供电；

6、交直流变换单元，连于所述氢燃料电池发电单元与负载之间，用于将所述氢燃料电池发电单元产生的直流电变换为负载所需的交流电；

7、负载检测单元，用于向负载获取负载功率信号并基于所述负载功率信号发出补电指令信号；

8、补电单元，输入端连接供电电源，输出端连于所述交直流变换单元的输入端，所述补电单元形成有补电使能端，所述补电使能端用于接收所述强电电压信号，所述强电电压信号用于启动所述补电单元，所述补电单元接收所述补电指令信号并基于所述补电指令信号向所述交直流变换单元输送电压。

9、通过采用上述技术方案，本技术所述的氢燃料电池用于为用户供电，用户能够选择采用电网供电或采用本技术所述的氢燃料电池供电，由于氢燃料电池升载产生电能需要一定的时间，不能做到瞬间响应用户需求。

10、因此，当用户需要用电时，上述的负载检测单元能够基于负载功率的变化向上述的补电单元发出高电平的补电指令信号，随后，补电单元能够基于高电平的补电指令信号向上述的交直流变换单元输出电能，从而与氢燃料电池发电单元共同为负载供给直流电，再通过交直流变换单元将直流电变换为交流电输出给负载供用户使用。对应地，当氢燃料电池升载完成，无需补电单元将电量补足时，补电单元能够受控于定时装置而停止向交直流变换单元输送电能，因此，补电单元能够补足氢燃料电池发电单元升载缓冲时间的电能，使得用户端的用电需求能够得到快速的响应。

11、储能单元能够将由强电电源获取的电能储存起来，并且能够基于强电电源停止供电的情况向其他元件输送电能，由于补电单元的开启需要强电电压信号，因此，在电网停电时，补电单元能够由储能单元储备的强电产生的强电电压信号开启。

12、可选的，所述交直流变换单元包括：

13、交直流变换器，连于所述氢燃料电池发电单元，用于将所述氢燃料电池发电单元产生的直流电变换为交流电；

14、变压器，连于所述交直流变换器与负载之间，用于将所述交直流变换器输出的交流电电压变换为负载供电电压。

15、通过采用上述技术方案，由于氢燃料电池发电单元产生的直流电不能直接利用与用户的日常用电环境中，因此，采用交直流变换器和变压器，能够将氢燃料电池发电单元产生的低压直流电变换为合适用户使用的高压交流电，使得氢燃料电池能够替代电网为用户端负载供电。

16、可选的，所述补电单元包括：

17、双电层电容，连于所述交直流变换单元，用于储存供电电源输出的电能并输出电能于用户负载；

18、补电开关，连于所述双电层电容并形成所述补电使能端，所述补电使能端用于接收所述强电电压信号并基于所述强电电压信号开启所述补电开关，所述补电开关接收所述补电指令信号并基于所述补电指令信号控制所述双电层电容充放电。

19、通过采用上述技术方案，双电层电容是超级电容器的一种，介于电池和电容之间，其极大的容量完全可以作为电池使用，而双电层电容相比采用电化学原理的电池，其充放电过程完全没有涉及到物质的变化，所以其具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。当用户需要用电时，补电开关基于高电平的补电指令信号控制双电层电容放电，对应地，当用户不需要用电时，补电开关基于低电平的补电指令信号控制双基层电容充电。

20、可选的，所述补电单元接收并储存由所述氢燃料电池发电单元产生的电能。

21、通过采用上述技术方案，当用户不需要用电时，负载检测单元能够基于负载功率的变化情况向上述补电单元发出低电平的补电指令信号，随后，补电单元将基于低电平的补电指令信号从上述的氢燃料电池发电单元获取电能，从而将氢燃料电池降载所产生的电能储存起来，用以供下一次的升载补电使用。对应地，当氢燃料电池降载完成，无法向补电单元供电时，补电单元能够受控于定时装置而停止从氢燃料电池获取电能，因此，补电单元能够在氢燃料电池发电单元降载缓冲的时间中将氢燃料电池产生的外电能储存起来，提高了氢燃料电池产生电能的利用率，解决了其降载缓冲期能源浪费问题。

22、可选的，所述储能单元包含若干个储能电池，若干个所述储能电池连于强电电源且用于在氢燃料电池离网状态下输出强电电压信号。

23、通过采用上述技术方案，当氢燃料电池离网时，储能电池能够代替电网强电电源产生强电电压信号，从而启动补电单元，使得用户能够在离网状态下使用氢燃料电池发电单元为负载供电。

24、可选的，所述氢燃料电池发电单元包括：

25、氢燃料电池电堆，连于所述交直流变换单元和所述补电单元，用于发生电化学反应并产生电能；

26、控制单元，所述负载检测单元基于所述负载功率信号产生升载信号和降载信号，所述控制单元用于获取所述负载检测单元发出的升载信号与降载信号，基于所述升载信号控制所述氢燃料电池电堆发生电化学反应，基于所述降载信号控制所述氢燃料电池电堆停止发生电化学反应。

27、可选的，所述控制单元检测所述氢燃料电池电堆反应情况并基于检测结果发出控制信号，所述氢燃料电池发电单元还包括：

28、氢气供应单元，连于所述氢燃料电池电堆，基于所述控制信号向所述氢燃料电池电堆输送氢气；

29、空气供应单元，连于所述氢燃料电池电堆，基于所述控制信号向所述氢燃料电池电堆输送空气。

30、可选的，所述氢燃料电池发电单元还包括dc/dc功率变换单元，所述dc/dc功率变换单元连于所述氢燃料电池电堆，用于稳定所述氢燃料电池电堆的输出电压。

31、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

32、1.补电单元能够补足氢燃料电池发电单元升载缓冲时间的电能，使得用户端的用电需求能够得到快速的响应。

33、 2.采用交直流变换器和变压器，能够将氢燃料电池发电单元产生的低压直流电变换为合适用户使用的高压交流电，使得氢燃料电池能够替代电网为用户端负载供电。

34、 3.双电层电容相比采用电化学原理的电池，其充放电过程完全没有涉及到物质的变化，所以其具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。

35、 4.补电单元能够在氢燃料电池发电单元降载缓冲的时间中将氢燃料电池产生的外电能储存起来，提高了氢燃料电池产生电能的利用率，解决了其降载缓冲期能源浪费问题。

36、 5.当氢燃料电池离网时，储能电池能够代替电网强电电源产生强电压信号。从而启动补电单元，使得用户能够在离网状态下使用氢燃料电池发电单元为负载供电。