本發(fā)明涉及電力領域，特別涉及一種供電系統(tǒng)及電力供應的控制方法。

背景技術：

1、氫氣在工業(yè)上的使用頻率很高。現(xiàn)有技術中對于氫氣的工業(yè)制備方法有多種：

①電解法將水電解得到氫氣和氧氣。氯堿工業(yè)電解食鹽溶液制取氯氣、燒堿，同時也生成副產(chǎn)物氫氣。電解法能得到純氫，但耗電量很高,每生產(chǎn)氫氣1m³，耗電量達21.6～25.2MJ。

②烴類裂解法此法得到的裂解氣含大量氫氣，氫氣的含量視原料性質及裂解條件的不同而異。裂解氣深冷分離得到純度90％的氫氣，可作為工業(yè)用氫，如作為石油化工中催化加氫的原料。

③烴類蒸汽轉化法烴類在高溫和催化劑存在下，可與水蒸氣作用制成含氫的合成氣。為了從合成氣中得到純氫，可采用分子篩通過變壓吸附除去其他氣體；也可采用膜分離得到純氫；用金屬鈀吸附氫氣，可分離出氫氣體積達金屬的1000倍。

④煉廠氣石油煉廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種含氫氣體，如催化裂化、催化重整、石油焦化等過程產(chǎn)生的含氫氣體，以及焦爐煤氣(含氫45％～60％)經(jīng)過深冷分離，可得到純度較高的工業(yè)氫氣。

但是上述方法均需要較大的場地空間，設備的體積也較為龐大，應用并不是太方便。而且耗費成本較大，對于一些小型企業(yè)不受用。

2、燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動力電源，一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，作為負極，用空氣中的氧作為正極。其和一般電池的主要區(qū)別在于一般電池的活性物質是預先放在電池內(nèi)部的，因而電池容量取決于貯存的活性物質的量；而燃料電池的活性物質(燃料和氧化劑)是在反應的同時源源不斷地輸入的，因此，這類電池實際上只是一個能量轉換裝置。這類電池具有轉換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點，但由于成本高，系統(tǒng)比較復雜，僅限于一些特殊用途，如飛船、潛艇、軍事、電視中轉站、燈塔和浮標等方面。通常該類電池通過電堆進行放電反應而產(chǎn)生電流，當關閉電池時，也就是將電堆關閉時，由于其內(nèi)部還殘留有氫氣和液態(tài)水，為了避免其繼續(xù)反應產(chǎn)生電能，現(xiàn)有技術中通常通過向電堆內(nèi)通入氮氣以將氫氣及液態(tài)水排出，但是該方法局限性較大，實施較為困難。且現(xiàn)有技術中氫氧燃料電池在氫氣、氧氣(空氣)的引入無較為嚴密的監(jiān)控過程，因此導致電堆內(nèi)放電反應的進行效果欠佳。

3、目前，由于電力線上負載的變化或者用電情況的變化，電力線上的電壓通常會發(fā)生變化，而為了提供電力線上的穩(wěn)定電壓，目前所采取的方式是通過蓄電電池等電力模塊來提供補充的電力電壓，但是由于蓄電電池經(jīng)常的充電放電，造成其容易損壞，使用壽命會受到影響。因此，通常需要定期的更換，不僅帶來了成本上的負擔，還具有操作復雜等特點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是，提供一種低成本并能夠高效制備氫氣以使燃料電池能夠源源不斷提供電力線上所需的補充電力電壓的供電系統(tǒng)及其控制方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種供電系統(tǒng),包括:

氫氣制備裝置,其利用液態(tài)甲醇制備氫氣；

氫氧燃料電池，其與所述氫氣制備裝置相連用于接收氫氣并產(chǎn)生第一電力；以及

電力控制裝置，其與所述氫氧燃料電池相連用于將所述第一電力轉換為第二電力后提供至電力線上，并同時根據(jù)所述電力線上的電壓控制所述氫氧燃料電池的產(chǎn)電操作。

作為優(yōu)選，所述氫氣制備裝置包括：

基殼；

蒸發(fā)器，設于所述基殼內(nèi)用于將引入所述基殼內(nèi)的甲醇由液態(tài)轉換為氣態(tài)；

催化床，設于所述基殼內(nèi)并與所述蒸發(fā)器相連通，用于使氣態(tài)甲醇發(fā)生催化反應生成重整氣；

提純器，設于所述基殼內(nèi)并與所述催化床相連通，用于從所述重整氣中提純出氫氣；以及

燃燒組件，設于所述基殼內(nèi)，所述燃燒組件用于使引入基殼內(nèi)的冷空氣進行升溫以為所述催化床及蒸發(fā)器供熱從而保證甲醇的催化反應充分。

作為優(yōu)選，所述燃燒組件包括堇青石燃燒器及燃燒棒；所述燃燒棒位于所述堇青石燃燒器的上方，液態(tài)甲醇自所述燃燒棒的出液口進入所述堇青石燃燒器內(nèi)進行燃燒。

作為優(yōu)選，所述燃燒棒包括：

加熱體，其呈桿狀；

外殼體，其為一端封閉的管體并套于所述加熱體外；及

連接部，其設于所述加熱體上并與所述外殼體的敞口端相連；

其中，所述外殼體通過與所述連接部可拆卸式連接固定在所述加熱體外，并同所述連接部配合形成封閉的儲液腔，所述連接部上設有與所述儲液腔相連通的進液口，沿所述外殼體的長度方向布置多個與所述儲液腔連通的通孔，所述通孔形成所述出液口。

作為優(yōu)選，所述氫氣制備裝置還包括：

風扇，設于所述基殼的進風口處以用于向基殼內(nèi)引入冷空氣；以及

氣體熱交換器，所述氣體熱交換器具有至少兩個換熱通道，至少一個所述換熱通道與所述提純器相連通以用于接收由所述提純器分離出的高溫廢氣，至少一個所述換熱通道與所述進風口相連通以用于接收冷空氣；

所述冷空氣進入所述基殼內(nèi)后依次經(jīng)過所述氣體熱交換器、催化床、燃燒組件、蒸發(fā)器、提純器、氣體熱交換器后排出所述基殼。

作為優(yōu)選，所述氣體熱交換器包括多個疊摞設置的換熱單體，每個所述換熱單體均包括相對設置的第一換熱板、第二換熱板和設置于所述第一換熱板和第二換熱板之間的隔熱層，相鄰的兩個所述換熱單體的所述第一換熱板與所述第二換熱板相貼合設置，且相鄰的兩個所述換熱單體的所述第一換熱板和第二換熱板間設有隔熱層；所述第一換熱板上間隔設有多排或多列第一換熱孔，所述第二換熱板上位于同一排或同一列中兩個相鄰的所述第一換熱孔間均設有第二換熱孔，所述隔熱層上開設有用于連通所述第一換熱孔和第二換熱孔的導氣孔，同一換熱單體上相鄰的所述第一換熱孔和第二換熱孔均形成換熱部，多個所述換熱單體中相鄰的所述換熱部均相連通以形成多條貫穿所述熱交換器且呈迂回狀的換熱通道。

作為優(yōu)選，所述提純器包多個疊摞設置的提純器單體和用于壓緊固定多個所述提純器單體的壓緊裝置，所述提純器單體包括依次疊摞設置的第一流道板、第一網(wǎng)板、鈀銅膜、第二網(wǎng)板和第二流道板；所述第一流道板及第二流道板彼此朝向的一側均內(nèi)凹以分別形成第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)均設有多個導流板，以使所述第一凹槽內(nèi)形成迂回的用于引入重整氣并排出由所述鈀銅膜分離出的廢氣的第一流道，所述第二凹槽內(nèi)形成迂回的用于導出由所述鈀銅膜分離出的氫氣的第二流道；

多個所述第一流道板的同一端設有均與所述第一凹槽相連通以分別形成重整氣進口和廢氣出口的第一氣孔和第二氣孔；所述第二流道板遠離所述重整氣進口的一端設有與所述第二凹槽連通以用于形成氫氣出口的第三氣孔；所述第一流道板對應所述第三氣孔處、第二流道板對應所述第一氣孔和第二氣孔處以及鈀銅膜、第一網(wǎng)板和第二網(wǎng)板對應所述第一氣孔、第二氣孔和第三氣孔處均開設有導氣孔以在各板對應貼合時能夠形成用于容置氣體的腔室；

所述第一凹槽朝向所述第一氣孔的一端設有第四氣孔和第五氣孔，所述第一流道板背離所述濾膜組件的一側設有兩組導氣槽；其中一組導氣槽位于所述第四氣孔和第一氣孔間并與所述第四氣孔和第一氣孔相連通，以使所述重整氣能夠依次通過所述第一氣孔、導氣槽和第四氣孔進入所述第一流道；另一組導氣槽位于所述第五氣孔和第二氣孔間并與其連通，以使所述廢氣能夠依次通過所述第五氣孔、導氣槽和第二氣孔流出所述第一流道，所述第一凹槽內(nèi)位于所述第四氣孔和第五氣孔間還設有用于防止二者間產(chǎn)生對流的條形擋板；

所述第二凹槽對應所述第二流道用于和所述第三氣孔連通的一端處設有第六氣孔，所述第二流道板背離所述濾膜組件的一側設有兩端分別與所述第三氣孔和第六氣孔相連通的導氣槽，以使所述提純氣能夠依次通過所述第六氣孔、導氣槽和第三氣孔流出所述第二流道；

所述壓緊裝置包括相對設置的兩塊壓板及多根壓緊螺栓，兩塊所述壓板的外緣均伸出所述提純器單體，多根所述壓緊螺栓沿所述壓板的外緣設置一圈，所述壓板上對應所述第一氣孔、第二氣孔和第三氣孔處均設有導氣管。

作為優(yōu)選，所述氫氣制備裝置還包括控制部和設于所述基殼內(nèi)的尾氣散熱器、單向閥以及用于在所述氫氣制備裝置啟動時對其進行預熱的待機加熱器，由所述提純器分離出的廢氣經(jīng)過所述尾氣散熱器及單向閥流入所述燃燒組件中進行燃燒以用于提高所述基殼內(nèi)的溫度；

所述控制機構包括：

閥塊，其包括用于對氫氣制備裝置進行泄壓的系統(tǒng)泄壓閥、用于調(diào)控燃燒組件運行狀態(tài)的運行電磁閥、用于控制催化床溫度的升溫泄壓閥、用于排除容放液態(tài)甲醇的甲醇罐內(nèi)的氣泡的排氣泡電磁閥、用于控制氫氣輸出的氫氣輸出電磁閥以及用于對制備出的氫氣進行泄壓的氫氣泄壓閥；以及

第一控制器，其用于控制各所述閥門以調(diào)節(jié)所述甲醇的流向，所述控制器同時控制所述待機加熱器、設于所述甲醇罐上的甲醇泵、風扇及燃燒組件的運行。

作為優(yōu)選，所述氫氧燃料電池包括：電堆、分別與所述氫氣制備裝置和所述電堆的氫氣入口相連通的氫氣管道、與所述電堆的空氣入口連通的空氣管道和用于向電堆提供冷卻水的冷卻系統(tǒng)，還包括：

泄壓管道，其包括主管道和第一支管道，所述主管道的一端與第一支管道的一端通過第一電磁閥連通，所述主管道的另一端與所述氫氣入口連通，所述第一支管道的另一端與所述空氣管道連通；

其中，當所述電堆關閉時，所述第一電磁閥切換至所述第一支管道的一端與主管道的一端導通的狀態(tài)，使空氣同時自所述氫氣入口和空氣入口進入電堆，以使所述電堆內(nèi)的殘余氫氣及反應生成的液態(tài)水從所述電堆的廢料出口排出。

作為優(yōu)選，所述氫氣管道上設有第二電磁閥和用于調(diào)控所述氫氣管道內(nèi)的氫氣壓力及對氫氣進行除雜的保護組件，所述保護組件包括沿所述氫氣的流動方向依次設置的用于感測氫氣管道中氫氣的壓力的第一壓力傳感器、用于調(diào)節(jié)氫氣的壓力的壓力調(diào)節(jié)部、用于感測經(jīng)所述壓力調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)后的氫氣的壓力的第二壓力傳感器以及用于分離出氫氣中的水的第一水氣分離器，其中，自所述第一水氣分離器分離出的水通過排污管道排出；所述第二電磁閥位于所述第一壓力傳感器與壓力調(diào)節(jié)部之間；

所述空氣管道上沿空氣的流動方向依次設有：空氣過濾器、空氣流量計、空氣泵以及濕熱交換器，所述濕熱交換器與所述電堆的空氣入口、高溫廢氣出口間均通過連接管道連通，所述濕熱交換器上還連接有所述排污管道；所述第一支管道的另一端與連接所述空氣入口的連接管道相連。

作為優(yōu)選，所述泄壓管道還包括第二支管道，所述主管道上設有循環(huán)泵，所述第二支管道的一端通過所述第一電磁閥與所述主管道的一端連通，所述第二支管道的另一端與所述電堆的廢料出口連通；所述第二支管道上設有用于分離自所述廢料出口流出的氫氣和液態(tài)水的第二水氣分離器，所述第一水氣分離器和第二水氣分離器均通過排水管道與所述排污管道連通；

其中，當電堆運行時，所述第一電磁閥切換至所述第二支管道的一端和主管道的一端導通的狀態(tài)，經(jīng)所述第二水氣分離器分離出的氫氣經(jīng)所述循環(huán)泵進入電堆，分離出的液態(tài)水通過排水管道進入排污管道中，所述主管道經(jīng)過所述第一水氣分離器與所述氫氣入口相連通，以使經(jīng)所述第二水氣分離器分離出的氫氣經(jīng)過所述第一水氣分離器的二次過濾后進入所述電堆。

作為優(yōu)選，所述冷卻系統(tǒng)包括：

第一水循環(huán)管道，其兩端分別與所述電堆的低溫水入口和高溫水出口相連通，所述第一水循環(huán)管道上裝設有換熱器、第一溫度傳感器、去離子器、第一水泵、壓力開關、溢流閥以及用于向所述第一循環(huán)管道中補水的補水箱；以及

第二水循環(huán)管道，其與換熱器相連通，用于為所述換熱器提供冷媒，所述第二循環(huán)管道上設有注水口、排水口、第二溫度傳感器、散熱器和第二水泵。

作為優(yōu)選，所述氫氧燃料電池還包括用于控制所述電堆、第一電磁閥、第二電磁閥、空氣泵、循環(huán)泵、第一水泵和第二水泵運行的第二控制器。

作為優(yōu)選，所述電力控制裝置包括：

電力轉換部，其連接在所述電力線上并與所述電堆的電力出口相連，所述電力轉換部配置為將所述第一電力轉換為所述第二電力，并將所述第二電力提供至所述電力線；

電力監(jiān)測部，其用于監(jiān)測所述電力線上的實時電壓值，并基于該電壓值控制所述燃料電池進行產(chǎn)電操作。

作為優(yōu)選，所述電力轉換部包括：

多個第一DC/DC模塊，各所述第一DC/DC模塊分別對應設置在多個電力路徑中，以對所述第一電力的電流進行分流，各所述第一DC/DC模塊將分流后的所述第一電力轉換為第二電力，且各所述第一DC/DC模塊均包括至少一個第一開關部件，所述第一開關部件根據(jù)對應的第一驅動信號而接通或關斷，以控制將所述第一電力轉換為所述第二電力；

第一控制模塊，其配置為根據(jù)所述電力線的實時電壓值和所述第一電力的電壓值之間的比值或者根據(jù)所述第一電力的電流值實時調(diào)節(jié)所述第一驅動信號的第一占空比，控制所述第一DC/DC模塊按照所述第一占空比將所述第一電力轉換為第二電力，同時實時監(jiān)測各所述電力路徑的輸入電流和輸出電流，并調(diào)節(jié)各所述電力路徑的輸入電流，以使各電力路徑的輸出電流相等。

作為優(yōu)選，所述電力控制裝置還包括備用電力部，其連接在所述電力線上，所述主控制部配置為根據(jù)所述電力線上所需的標準電壓以及所述第二電力的電壓，控制所述備用電力部輸出一補償電壓，且在所述第二電力的電壓值與所述電力線上所需的標準電壓相同時，利用第二電力對所述備用電力部進行充電操作；

其中，所述備用電力部包括：

蓄電裝置，其用于存儲備用電力，可選用超級電容或二次電池；

充供電單元，其包括第二DC/DC模塊和第二控制模塊，所述第二DC/DC模塊將所述備用電力轉換為第三電力以提供所述補償電壓，且所述第二DC/DC模塊包括至少一個第二開關部件，所述第二開關部件根據(jù)對應的第二驅動信號而接通或關斷，以控制將所述備用電力轉換為所述第三電力；

所述第二控制模塊配置為根據(jù)所述電力線的實時電壓值和所述備用電力的電壓值之間的比值調(diào)節(jié)所述第二驅動信號的第二占空比，并控制所述第二DC/DC模塊按照所述第二占空比將所述備用電力轉換為第三電力。

作為優(yōu)選，所述供電系統(tǒng)還包括分別與所述氫氣制備裝置及氫氧燃料電池相連的氫氣緩沖罐，所述氫氧燃料電池通過所述氫氣緩沖罐用于緩存所述氫氣制備裝置制備的氫氣，所述氫氣緩沖罐上設有用于監(jiān)測其內(nèi)部氫氣壓力的第三壓力傳感器，所述第三壓力傳感器分別與所述第一控制器和第二控制器電連接以向所述第一控制器和第二控制器反饋氫氣壓力值；

所述第一控制器配置為根據(jù)所述氫氣壓力值控制液態(tài)甲醇的供給量；

所述第二控制器同時與所述第一控制模塊電連接，所述第二控制器配置為根據(jù)所述氫氣壓力值控制所述第一控制模塊，使其調(diào)節(jié)所述第二電力的輸出量。

本發(fā)明同時提供一種電力供應的控制方法，其應用在如上所述的供電系統(tǒng)中，且所述方法包括以下步驟：

S1：監(jiān)測電力線上的實時電壓；

S2：當電力線上的電壓低于標準電壓時，控制氫氧燃料電池進行產(chǎn)電操作；

S3：將所述氫氧燃料電池所生成的第一電力轉換為第二電力供應至所述電力線上，以提升所述電力線上的電壓。

作為優(yōu)選，步驟S2進一步配置為：當電力上的電壓低于標準電壓時，由備用電力部為所述電力線提供電力，并控制氫氧燃料電池進行產(chǎn)電操作；并且，

步驟S3進一步配置為：將所述氫氧燃料電池所生成的第一電力轉換為第二電力供應至所述電力線上，并由所述備用電力部為所述電力線提供所述標準電壓和第二電力的電壓之間的補償電壓。

作為優(yōu)選，在所述步驟S3進一步包括：

S31：接收一第一驅動信號；

S32：根據(jù)所述第一驅動信號的第一占空比控制對應的開關部件的接通或或關斷，以根據(jù)所述第一占空比控制將所述第一電力轉化為第二電力。

本發(fā)明的供電系統(tǒng)及其控制方法的有益效果在于：

1、本發(fā)明中的氫氣制備裝置的制備成本低廉，氫氣出產(chǎn)效率較高，且有效利用了風能及在制備氫氣時發(fā)生的化學反應的反應熱和產(chǎn)生的廢氣來為蒸發(fā)器及催化床供熱，大大降低了能源損耗。

2、燃料電池能夠在關機時，利用空氣快速對電堆內(nèi)的電壓進行排除，實施方便，且節(jié)省了使用成本。

3、電力控制裝置通過獲取氫氧燃料電池的第一電力來提供電力線上所需的補充電力電壓，其具有使用壽命長，且不易損壞的特點，同時還能降低成本，且無污染的特點，另外，本發(fā)明中的電力控制裝置還通過一實時的占空比來調(diào)節(jié)燃料電池所產(chǎn)生的電力，以快速有效的為電力線提供所需的電力。

4、氫氣緩沖罐與第三壓力傳感器的設置可提高氫氣制備裝置、氫氧燃料電池以及第一DC/DC模塊間的配合度，使能夠根據(jù)實際需要合理利用液態(tài)甲醇，避免浪費，保證供電系統(tǒng)能量守恒的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的供電系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明中的氫氣制備裝置的工作原理圖。

圖3為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的燃燒棒的結構示意圖。

圖4為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的燃燒棒的結構剖視圖。

圖5為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的加熱體的結構示意圖。

圖6為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的連接部的結構示意圖。

圖7為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的氣體熱交換器的結構示意圖。

圖8為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的換熱單體的結構示意圖。

圖9為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的換熱單體的分解結構圖。

圖10為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的提純器的結構示意圖。

圖11為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的提純單體的分解結構圖。

圖12為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的第一流道板一側的結構示意圖。

圖13為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的第一流道板另一側的結構示意圖。

圖14為圖13中A點的放大圖。

圖15為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的第二流道板的結構示意圖。

圖16為本發(fā)明中的氫氣制備裝置中的壓板的剖視圖。

圖17為本發(fā)明中的氫氧燃料電池的系統(tǒng)結構圖(其中實線代表水，虛線代表氫氣，點畫線代表空氣)。

圖18為本發(fā)明實施例的一種電力控制裝置的原理框圖；

圖19為本發(fā)明實施例中的升壓型DC/DC模塊的電路結構圖；

圖20為本發(fā)明另一實施例中的升壓型DC/DC模塊的電路結構圖；

圖21為本發(fā)明實施例中的升降壓型電路結構圖；

圖22為本發(fā)明另一實施例中的升降壓型DC/DC模塊的電路結構圖；

圖23為本發(fā)明實施例中的具有多個路徑的DC/DC模塊的原理結構圖；

圖24為本發(fā)明實施例中的備用電力部的電路結構圖；

圖25為本發(fā)明實施例中的供電系統(tǒng)的部分結構示意圖。

圖26為本發(fā)明實施例中的提供電力的控制方法的流程圖；

圖27為通過本發(fā)明實施例中的電力控制裝置調(diào)整后的實際運行的電壓電流曲線圖。

附圖標記：

100-氫氧燃料電池；200-電力轉換部；300-主控制部；400-電力線；500-備用電力部；600-氫氣制備裝置；1-基殼；2-蒸發(fā)器；3-催化床；4-提純器；5-燃燒棒；6-堇青石燃燒器；7-加熱體；8-外殼體；9-連接部；10-進液口；11-出液口；12-進液管；13-儲液腔；14-第一換熱板；15-第二換熱板；16-隔熱層；17-第一換熱孔；18-第二換熱孔；19-通孔；20-第一氣孔；21-第二氣孔；22-第三氣孔；23-第一流道板；24-第二流道板；25-第一流道；26-第二流道；27-濾膜板；28-第一網(wǎng)板；29-第二網(wǎng)板；30-導流板；31-條形擋板；32-第四氣孔；33-第五氣孔；34-導氣槽；35-壓板；36-壓緊螺栓；37-凸臺；38-導氣管；39-第六氣孔；40-風扇；41-待機加熱器；42-甲醇泵；43-甲醇罐；44-尾氣散熱器；45-單向閥；46-系統(tǒng)泄壓閥；47-運行電磁閥；48-升溫電磁閥；49-排氣泡電磁閥；50-氫氣輸出電磁閥；51-氣體熱交換器；52-氫氣泄壓閥；53-氫氣出口；54-導氣孔；55-氫氣管道；56-第一壓力開關；57-空氣管道；58-第一電磁閥；59-減壓閥；60-第一壓力傳感器；61-第二壓力傳感器；62-第一水氣分離器；63-第二水氣分離器；64-電堆；65-第二電磁閥；66-閥門；67-排污管道；68-循環(huán)泵；69-濕熱交換器；70-空氣泵；71-空氣流量計；72-空氣過濾器；73-第一溫度傳感器；74-補水箱；75-去離子器；76-第一水泵；77-第二壓力開關；78-換熱器；79-注水口；80-排水口；81-散熱器；82-第二水泵；83-第二溫度傳感器；84-溢流閥；85-主管道；86-第一支管道；87-第二支管道；88-排水管道；89-DC/DC模塊；90-第一控制模塊；91-蓄電模塊；92-充供電單元；93-第一控制器；94-氫氣緩沖罐；95-第三壓力傳感器；96-第二控制器；97-GUI模塊。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種供電系統(tǒng),其包括:

氫氣制備裝置,其利用液態(tài)甲醇制備氫氣；

氫氧燃料電池，其與氫氣制備裝置相連用于接收氫氣并產(chǎn)生第一電力；以及

電力轉換裝置，其與燃料電池相連用于接收第一電力并將其轉換為第二電力后提供至電力線上,以為電力線上的負載提供正常的工作電壓。

如圖2所示，氫氣制備裝置包括：

基殼1，其設有進風口和出風口；

蒸發(fā)器2，其設于基殼1內(nèi)用于將甲醇由液態(tài)轉換為氣態(tài)；

催化床3，其設于基殼1內(nèi)并與蒸發(fā)器2相連，用于使氣態(tài)甲醇發(fā)生催化反應生成含有氫氣的重整氣；也就是液態(tài)的甲醇通過蒸發(fā)器2轉換狀態(tài)后進入催化床3中發(fā)生催化反應生成氫氣及廢氣(如C0、CO₂和水蒸氣的混合氣)，氫氣與廢氣混合形成重整氣；

提純器4，其設于基殼1內(nèi)并與催化床3相連，用于自重整氣中提純出氫氣；

燃燒組件，其設于基殼1內(nèi)，該燃燒組件用于使引入基殼1內(nèi)的冷空氣進行升溫，以為催化床3及蒸發(fā)器2供熱進而保證甲醇的催化反應充分。也就是使液態(tài)的甲醇能夠全部轉化為氣態(tài)的甲醇，同時保證氣態(tài)的甲醇能夠充分反應生成氫氣。

進一步地，本實施中液態(tài)甲醇存放在設有甲醇泵的甲醇罐中，基殼1為一箱體，進風口與出風口均位于箱體的底部。繼續(xù)結合圖1和2所示，燃燒組件具體包括：

堇青石燃燒器6及燃燒棒5；本實施例中的堇青石燃燒器6為堇青石蜂窩陶瓷，本實施例中將燃燒棒5置于堇青石燃燒器6的上方，液態(tài)甲醇(或氣態(tài)甲醇)自燃燒棒5的多個出液口11進入堇青石燃燒器6的各蜂窩內(nèi)進行充分燃燒。

具體地，如圖3至圖6所示，燃燒棒5包括：

加熱體7，其呈桿狀；

外殼體8，其為一端封閉的管體，并套于加熱體7外；及

連接部9，其設于加熱體7上并與外殼體8的敞口端相連。

其中，外殼體8通過與連接部9的可拆卸式連接而固定在加熱體7外，并同連接部9配合形成封閉的儲液腔13。本實施例中的連接部9呈管狀，并螺設在外殼體8的一端，連接部9上設有與儲液腔13相連通的進液口10，進液口10上還設有用于引入甲醇的進液管12，出液口11設在外殼體8上，本實施例中的燃燒棒5具有多個出液口11，該多個出液口11沿管體的長度方向設置。

進一步地，繼續(xù)結合圖2所示，氫氣制備裝置還包括至少一個風扇40和氣體熱交換器，風扇40用于向基殼1內(nèi)輸送冷空氣，本實施例中的風扇40設有四個，并均設置在基殼1的進風口處；氣體熱交換器具有至少兩個換熱通道，其至少一個換熱通道與提純器4相連以用于接收自提純器4分離出的高溫廢氣，至少一個換熱通道與進風口相連以用于接收冷空氣。

如圖2中的箭頭所示方向，冷空氣被風扇40引入基殼1內(nèi)后依次經(jīng)過氣體熱交換器、催化床3、燃燒組件、蒸發(fā)器2、提純器4、氣體熱交換器51后排出基殼1。即，冷空氣先經(jīng)氣體熱交換器51將制備氫氣而產(chǎn)生的高溫廢氣進行降溫，同時獲得熱量，提高自身溫度，接著流向催化床3。由于催化反應為吸熱反應，因此催化床3的溫度需被提高，升溫后的冷空氣流向催化床3時將熱量提供給催化床3后隨著在催化床3處產(chǎn)生的廢氣一同流向燃燒組件，損失熱量的冷空氣以及廢氣經(jīng)燃燒組件的燃燒后溫度被大幅提高，接著其流向蒸發(fā)器2，將熱量傳遞給蒸發(fā)器2，以滿足液態(tài)甲醇轉換為氣態(tài)甲醇時的溫度需要。而由于此時該冷空氣與廢氣的溫度仍較高，直接排放至大氣中會對空氣及設施等造成損害，同時為了節(jié)約能源，最大化利用所產(chǎn)生的熱能，該冷空氣與廢氣繼續(xù)流入氣體熱交換器51中，將其熱量再傳遞給新引入的冷空氣，形成循環(huán)。

具體地，如圖7所示，氣體熱交換器51包括：

多個換熱單體，各換熱單體均具有至少兩個允許不同溫度的氣體通過并使各氣體進行熱交換的換熱部，多個換熱單體疊摞設置以使多個換熱單體中相對應的換熱部形成一條或多條貫穿熱交換器的換熱通道。

其中，每個換熱單體中用于供同一溫度的氣體通過的換熱部均為多個，多個換熱部形成多排或多列，位于同一行或同一列的換熱部間相連通，以使位于同一排或同一列的換熱通道相連通。也就是氣體換熱器可同時獨立的通過多種氣體，對多種氣體進行換熱，各氣體在氣體熱交換器中不接觸，保證了各氣體的純度。以下本實施例中以具有兩排換熱通道的氣體熱交換器為例進行說明。本實施例中的氣體熱交換器的其中一排換熱通道用于引入高溫的廢氣，另一排換熱通道用于引入冷空氣，這樣，高溫的廢氣便可將其自身熱能傳遞給冷空氣，來降低自身溫度，進而自基殼1上的廢氣出口流出。而冷空氣接收熱能后溫度升高，當其流向催化床3時便可提升催化床3的溫度，保證甲醇的催化反應順利進行并能夠反應完全。

結合圖8和圖9所示，每個換熱單體均包括相對設置的第一換熱板14、第二換熱板15和設置于第一換熱板14和第二換熱板15之間的隔熱層16，相鄰的兩個換熱單體的第一換熱板14與第二換熱板15相貼合設置，且相鄰的兩個換熱單體的第一換熱板14和第二換熱板15間亦設有隔熱層16。第一換熱板14上設有兩排條形的第一換熱孔17，位于同一排的第一換熱孔17間隔設置，第二換熱板15上對應同一排的兩個相鄰的第一換熱孔17間均設有同樣為條形的第二換熱孔18，也就是第二換熱板15上形成有兩排第二換熱孔18。隔熱層16上開設有用于連通相鄰近的第一換熱孔17和第二換熱孔18的通孔19，該通孔19的設置數(shù)量及形狀不唯一，只要能夠使氣體通過即可。隔熱層16可由任意隔熱材料制成，例如隔熱棉、陶瓷纖維等。而為了保證良好的傳熱效果，本實施例中的第一換熱板14和第二換熱板15優(yōu)選由鋁板制成。另外，本實施例中疊摞設置的多個第一換熱板14、第二換熱板15和隔熱層16由螺栓固定連接，以方便拆裝熱交換器，同時能夠根據(jù)實際需要增減換熱單體的數(shù)量，使用更為靈活。進一步地，同一換熱單體上相鄰的第一換熱孔17和第二換熱孔18形成換熱部。例如本實施例中，同一換熱單體上的第一換熱孔17沿第一換熱板14平均排成兩排，多個第二換熱孔18沿第二換熱板15同樣平均排成兩排，其中位置對應的一排第一換熱孔17和第二換熱孔18間，相鄰的每對第一換熱孔17和第二換熱孔18均形成一個換熱部。

如圖10所示，提純器4包括多個疊摞設置的提純器單體和用于將多個提純器單體壓緊固定的壓緊裝置。

如圖1和圖15所示，提純器單體包括用于引入重整氣的第一流道板23、用于將引入的重整氣分離為廢氣和提純氣的濾膜組件以及用于將提純氣導出的第二流道板24。第一流道板23及第二流道板24朝向濾膜組件的一側均內(nèi)凹以分別形成第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽內(nèi)均設有多個用于使第一流道25和第二流道26呈迂回狀的導流板30，以增加重整氣與濾膜組件間的接觸面積，使提純效果更佳。濾膜組件包括鈀銅膜和用于從鈀銅膜兩側夾固鈀銅膜并允許氣體穿過的第一網(wǎng)板28和第二網(wǎng)板29。該第一網(wǎng)板28和第二網(wǎng)板29的設置能夠為鈀銅膜增加強度，使鈀銅膜不易變形、碎裂，即便是由于外因導致其炸裂時，由于濾膜板27一直受到第一網(wǎng)板28和第二網(wǎng)板29的壓制限位，因此其不會產(chǎn)生較大的裂縫或是四分五裂呈碎片，而是基本保持原狀，因此可繼續(xù)進行提純工作。

進一步地，如圖12、圖13、圖14和圖15所示，第一流道板23的同一端設有均與第一凹槽相連通以分別形成重整氣進口和廢氣出口的第一氣孔20和第二氣孔21，第二流道板24遠離重整氣進口的一端設有與第二凹槽連通以用于形成提純氣出口的第三氣孔22，第一流道板23對應第三氣孔22處、第二流道板24對應第一氣孔20和第二氣孔21處以及濾膜、第一網(wǎng)板28和第二網(wǎng)板29對應所述第一氣孔20、第二氣孔21和第三氣孔22處均開設有導氣孔54以在各板體對應貼合時能夠與壓緊裝置配合形成用于容置氣體的腔室。也就是形成用于匯流氣體的腔室，以方便與外部裝置(如催化床3、氫氣收集裝置等)相連，同時為氣體流入或流出對應的流道提供緩沖時間。

第一凹槽朝向第一氣孔20的一端設有第四氣孔32和第五氣孔33，第一流道板23背離濾膜組件的一側設有兩組導氣槽34；其中一組導氣槽34位于第四氣孔32和第一氣孔20間并與第四氣孔32和第一氣孔20相連通，以使重整氣能夠依次通過第一氣孔20、導氣槽34和第四氣孔32進入第一流道25；另一組導氣槽34位于第五氣孔33和第二氣孔21間并與其連通，以使廢氣能夠依次通過第五氣孔33、導氣槽34和第二氣孔21流出第一流道25。由于第四氣孔32與第五氣孔33并列設置，當重整氣自第四氣孔32流入第一流道25后很容易從第五氣孔33流出，使得重整氣還未得到充分的提純便流出了第一流道25，使得提純效率不高。為避免該種情況的發(fā)生，第一凹槽內(nèi)位于第四氣孔32和第五氣孔33間還設有用于防止二者間產(chǎn)生對流的條形擋板31。第二凹槽對應第二流道26用于和第三氣孔22連通的一端處設有第六氣孔39，第二流道板24背離濾膜組件的一側設有兩端分別與第三氣孔22和第六氣孔39相連通的導氣槽34，以使提純氣能夠依次通過第六氣孔39、導氣槽34和第三氣孔22流出第二流道26。

繼續(xù)結合圖10所示，壓緊裝置包括相對設置的兩塊壓板35及多根壓緊螺栓36，各提純器單體設有第一氣孔20和第二氣孔21的一端位于同一側，設有第三氣孔22的一端位于同一側，多個第一氣孔20、第二氣孔21及第三氣孔22均對應重合，兩塊壓板35的外緣均伸出提純器單體，多根壓緊螺栓36沿壓板35的外緣設置一圈。如圖15所示，壓板35上對應第一氣孔20、第二氣孔21和第三氣孔22處均設有導氣管38，以便于與催化床3及用于收集氫氣的裝置相連。另外，優(yōu)選地，為了使壓板35能夠更好的壓緊各提純器單體，本實施例中兩塊壓板35相對的一側均形成有凸臺37。

具體實施時，將催化床3與連通第一氣孔20(重整氣進口)的導氣管38相連，將廢氣收集裝置與連通第二氣孔21(廢氣出口)的導氣管38相連，將氣體輸送設備與連通第三氣孔22(提純氣出口)的導氣管38相連以用于將收集到的氫氣直接投入使用。裝置啟動后，重整氣進入提純器4內(nèi)，重整氣進入第一流道25內(nèi)后與鈀銅膜接觸并產(chǎn)生化學反應形成氫離子，氫離子透過鈀銅膜到第二流道26內(nèi)后自動結合生成氫氣分子，隨著氫氣分子的增多逐漸形成氫氣流，并沿著第二流道26流出提純器4。

進一步地，氫氣制備裝置還包括控制部和設于基殼1內(nèi)用于在裝置啟動時對其進行預熱的待機加熱器41。本實施例中該待機加熱器41的最高溫度為80℃，當然也可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)該溫度?？刂撇烤唧w包括：

閥塊，其包括用于對氫氣制備裝置進行泄壓的系統(tǒng)泄壓閥46、用于調(diào)控燃燒組件運行狀態(tài)的運行電磁閥47、用于控制催化床溫度的升溫電磁閥48、用于對甲醇罐43內(nèi)的氣泡進行排除的排氣泡電磁閥49、用于控制氫氣輸出的氫氣輸出電磁閥50以及用于對制備出的氫氣進行泄壓的氫氣泄壓閥52；以及

第一控制器93，其用于控制上述各閥門以調(diào)節(jié)甲醇的流向，同時控制待機加熱器41、甲醇泵42、風扇40及燃燒組件的運行。

優(yōu)選地，為了控制廢氣流向并避免廢氣溫度過高，使在排放時對環(huán)境造成污染和危害，本發(fā)明的氫氣制備裝置于基殼1內(nèi)還設有尾氣散熱器44和單向閥45，自提純器4流出的部分廢氣經(jīng)過尾氣散熱器44及單向閥45流出，由于本實施例中的廢氣需要循環(huán)利用，因此其流出單向閥45后進入燃燒棒5中進行燃燒以用于提高基殼1內(nèi)部的溫度。

具體實施時，例如，氫氣制備裝置啟動時，第一控制器93打開排氣泡電磁閥49以排除甲醇罐43內(nèi)的氣泡后關閉，并啟動待機加熱器41使系統(tǒng)升溫至80℃后將其關閉，接著打開運行電磁閥47及甲醇泵42，使甲醇罐43內(nèi)的液態(tài)甲醇流向燃燒組件，液態(tài)的甲醇通過燃燒棒5噴淋在堇青石燃燒器6上進行燃燒，從而產(chǎn)生熱量。與此同時開啟風扇40，使風扇40向基殼1內(nèi)鼓風，吹入基殼1內(nèi)的空氣同樣在堇青石燃燒器6上燃燒以產(chǎn)生更多熱量，并在基殼1內(nèi)流動以加熱催化床3和提純器4，待基殼1內(nèi)的溫度升至氫氣制備裝置的額定溫度時(本實施例中當催化床3的溫度為200℃，燃燒組件的溫度為500℃，提純器4的溫度為300℃時為氫氣制備裝置的額定溫度)關閉運行電磁閥47，打開升溫電磁閥48，此時液態(tài)的甲醇源源不斷的向蒸發(fā)器2涌入并轉化為氣態(tài)的甲醇，接著依次流向催化床3、燃燒組件等。即，此時氫氣制備裝置開始正常工作，產(chǎn)出氫氣，氫氣經(jīng)氫氣輸出電磁閥50流出氫氣出口53進入氫氧燃料電池中。

當需要關閉氫氣制備裝置時，第一控制器93控制關閉升溫電磁閥48，并間歇式打開系統(tǒng)泄壓閥46為催化床3、燃燒組件、蒸發(fā)器2、提純器4進行泄壓，同時間歇式打開氫氣泄壓閥52，將制備出的氫氣進行泄壓，當氫氣的壓力與上述各部件的內(nèi)部壓力均接近表壓0時，氫氣制備裝置進入待機及關閉狀態(tài)。

如圖17所示,氫氧燃料電池100包括：

電堆64，其具有多個接口，多個接口分別為氫氣入口、低溫水入口、高溫水出口、空氣入口、高溫廢氣出口、第一電力出口以及用于排出電堆64內(nèi)廢氣及廢液的排污口，例如對電堆64泄壓時，電堆64內(nèi)殘留的氫氣以及反應生成的液態(tài)水經(jīng)廢料出口排出；

氫氣管道55，其一端與氫氣制備裝置的氫氣出口53相連,另一端與電堆64的氫氣入口相連以用于向電堆64內(nèi)送入氫氣；

空氣管道57，其與電堆64的空氣入口相連，其上設有濕熱交換器69，空氣被送入濕熱交換器69進行加濕升溫后進入電堆64參與反應并形成高溫廢氣(即高溫的富氮空氣，也稱空氣尾氣)，高溫廢氣自電堆64的高溫廢氣出口流出電堆64后再次流入濕熱交換器69，以用于將自身熱量及水分傳遞至新引入的空氣中，之后排出；

冷卻系統(tǒng)，其用于向電堆64提供冷卻水；以及

泄壓管道，其包括主管道85和第一支管道86，主管道85的一端與第一支管道86的一端通過第一電磁閥58連通，主管道85的另一端與電堆64的氫氣入口連通，第一支管道86的另一端與空氣管道57連通。

當電堆64關閉時，第一電磁閥584切換至第一支管道8632的一端與主管道85的一端導通的狀態(tài)，使空氣同時自氫氣入口和空氣入口進入電堆64，用于推動電堆64內(nèi)的殘余氫氣及反應生成的液態(tài)水從電堆64的廢料出口排出，完成對電堆64的泄壓工作。該泄壓操作簡單、快捷，且無需另通入氮氣，只需通入空氣就可徹底排出電堆64內(nèi)的殘料，節(jié)約了成本。

具體地，繼續(xù)結合圖17所示，氫氣管道55上設有第二電磁閥65，以便于控制氫氣的輸送。為了使得送入電堆64內(nèi)的氫氣滿足電堆64的使用要求，促進放電反應的進行，本實施例中在氫氣管道55與電堆64間還設有用于調(diào)控氫氣壓力及對氫氣進行除雜的保護組件。該保護組件包括沿氫氣的流動方向依次設置的：

第一壓力傳感器60，其用于感測自氫氣管道55流出的氫氣的壓力；

壓力調(diào)節(jié)部，其用于對氫氣進行壓力調(diào)節(jié)；例如當氫氣管道55內(nèi)的氫氣的壓力較低時，可將壓力調(diào)節(jié)部設置為氫氣泵，用以增加氫氣壓力；而當氫氣管道55內(nèi)的氫氣的壓力較高時，可將壓力調(diào)節(jié)部設置為減壓閥59，用以降低氫氣壓力，本實施例中的壓力調(diào)節(jié)部為減壓閥59；

第二壓力傳感器61，其用于感測經(jīng)壓力調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)壓力后的氫氣的壓力；若壓力過高或過低，即只要不符合電堆64反應所需氫氣的壓力，便產(chǎn)生警報，以避免不符合要求的氫氣進入電堆64；以及

第一水氣分離器62，其用于分離出即將進入電堆64內(nèi)的氫氣中含有的水，分離出的水經(jīng)排污管道67排出，以避免電堆64內(nèi)積累過多的液態(tài)水。其中，第二電磁閥65設于第一壓力傳感器60與壓力調(diào)節(jié)部之間。

繼續(xù)結合圖17，濕熱交換器69與電堆64的空氣入口和高溫廢氣出口間均通過排水管道88連通，并同時與排污管道67連通，排污管道67上設有第一壓力開關56。第一支管道86的另一端與連通空氣入口的連接管道連通。主管道85上設有循環(huán)泵68，泄壓管道還包括第二支管道87，該第二支管道87的一端通過第一電磁閥58與主管道85的一端連通，另一端與電堆64的廢料出口連通。第二支管道87上設有第二水氣分離器63，以用于分離自電堆64的廢料出口流出的氫氣和液態(tài)水，第一水氣分離器62和第二水氣分離器63分別通過排水管道88與排污管道67連通。即，氫氣中的液態(tài)水和反應生成的液態(tài)水均自排水管道88排至排污管道67中進而排出。本實施例中的兩條排水管道88上均設有閥門66，具體應用時可將兩個閥門66間歇性開啟以通過排水管道8834排出積水。

當電堆64運行時，第一電磁閥58切換至第二支管道87的一端和主管道85的一端導通的狀態(tài)。由于需要定時排出電堆64內(nèi)由反應生成的液態(tài)水，但液態(tài)水在排出的過程中會連帶部分氫氣一同排出，為避免氫氣的浪費，經(jīng)第二水氣分離器63分離出的氫氣經(jīng)循環(huán)泵68再次進入電堆64參與反應，分離出的液態(tài)水通過排水管道88進入排污管道67中。優(yōu)選地，本實施例中的經(jīng)第二水氣分離器63分離出的氫氣再經(jīng)過第一水氣分離器62后進入電堆64，以避免氫氣中還夾帶液態(tài)水。當電堆64關閉時，第一電磁閥58切換至第一支管道86的一端與主管道85的一端導通的狀態(tài)，以用于為電堆64泄壓。

繼續(xù)結合圖17，空氣管道57位于其入口與濕熱交換器69間的部分沿空氣的流動方向依次設有：空氣過濾器72、空氣流量計71以及空氣泵70。其中，空氣過濾器72是用于排除空氣中的雜質，如PM10等；空氣泵70用于向濕熱交換器69中泵入空氣，并對空氣進行增壓；空氣流量計71是用于探測空氣的流量及流速，當空氣的流量及流速不符合電堆64內(nèi)放電反應的需求時，可通過空氣泵70實現(xiàn)調(diào)節(jié)空氣流量及流速的效果。

進一步地，本發(fā)明的氫氧燃料電池100的冷卻系統(tǒng)包括：

第一循環(huán)管道，其裝設有換熱器78，第一循環(huán)管道的兩端分別與電堆64的低溫水入口和高溫水出口相連通，以用于接收自電堆64流出的高溫的冷卻水并在其降溫后再次輸送至電堆64中；以及

第二循環(huán)管道，其與換熱器78相連通，以用于為換熱器78提供冷媒，也就是用于輔助換熱器78對第一循環(huán)管道內(nèi)的高溫冷卻水進行降溫。

具體地，繼續(xù)結合圖17，本實施例中的第一循環(huán)管道上設有：

補水箱74，其用于向第一循環(huán)管道中補水；

兩個第一溫度傳感器73，其分別用于感測進入電堆64及自電堆64流出的冷卻水的溫度；該兩個第一溫度傳感器73分別對應裝設在管道鄰近電堆64的高溫水出口和低溫水入口處；

去離子器75，其用于濾除自電堆64流出的高溫水中的雜質離子；

第一水泵76，其用于將降溫后的冷卻水泵入電堆64中；

第二壓力開關77，其用于檢測第一循環(huán)管道中的冷卻水的壓力，例如當?shù)谝谎h(huán)管道被堵住時，第二壓力開關77通過檢測管道中的壓力的異常而發(fā)出警報，通知用戶關閉氫氧燃料電池，避免發(fā)生危險；以及

溢流閥84，其用于對第一循環(huán)管道排流泄壓。

第二循環(huán)管道上還設有：

注水口79，其與外部水源相連用于向第二循環(huán)管道內(nèi)注水，該注水口79上設有開關閥；

排水口80，其用于排出第二循環(huán)管道中的冷卻水，該排水口80上同樣設有開關閥。當氫氧燃料電池正常工作時，該兩個開關閥均處于關閉狀態(tài)；

第二溫度傳感器83，其用于檢測第二循環(huán)管道中的水的溫度，當該管道內(nèi)的水的溫度過高時，上述兩個開關閥均打開，以排出第二循環(huán)管道內(nèi)的部分高溫水，同時向管道內(nèi)注入低溫水，以降低管道內(nèi)的水的溫度，滿足換熱器78中的換熱需要；

散熱器81，其用于對第二循環(huán)管道中的水降溫，使管道內(nèi)的水能夠循環(huán)使用，節(jié)約水源；以及

第二水泵82，其用于將降溫后的水泵入換熱器78中。

本實施例中，換熱器78位于第一循環(huán)管道中第二壓力開關77與鄰近電堆64的低溫水入口處的第一溫度傳感器73之間，同時位于第二循環(huán)管道中的第二溫度傳感器83與第二水泵82之間，注水口79位于換熱器78與第二溫度傳感器83之間，排水口80位于第二水泵82與換熱器78間。如圖25所示，氫氧燃料電池100還包括第二控制器96，該第二控制器96用于控制電堆64、第一電磁閥58、第二電磁閥65、空氣泵70、循環(huán)泵68、第一水泵76和第二水泵82的運行。

如圖18所示，電力控制裝置包括電力轉換部200和電力監(jiān)測部300。電力轉換部200連接在電力線400上并同時與氫氧燃料電池100相連，以用于將由氫氧燃料電池100產(chǎn)出的第一電力轉換為第二電力，并將該第二電力提供至電力線400上，以補充電力線400上所需的電壓；電力監(jiān)測部300用于實時監(jiān)測電力線400上的電壓值，并基于該電壓值控制氫氧燃料電池100進行產(chǎn)電操作。例如當電力線上的電壓不能達到一預定標準時，就不能為電力線400上的負載提供正常工作的電壓，此時電力監(jiān)測部300便可控制氫氧燃料電池100的產(chǎn)電操作使其提高第一電力的產(chǎn)出，從而為電力線400上的負載提供正常的用電電壓，并使負載正常工作。

具體的，當電力監(jiān)測部300監(jiān)測到電力線400上的實時電壓值低于一標準電壓(如50V)時，會控制氫氧燃料電池100進行產(chǎn)電操作，該操作可以是通過控制氫氧燃料電池100進行運作，以產(chǎn)生電力，也就是說可以是通過控制氫氧燃料電池100的燃料的導入來從燃料的角度進行控制，即可以在氫氧燃料電池100的燃料入口處設置一切換開關，電力監(jiān)測部300與該切換開關連接，并可以對切換開關的開啟或關斷進行控制，以控制燃料的進入。也就是說，本實施例中的氫氧燃料電池100可以在電力監(jiān)測部300的控制下進行產(chǎn)電的操作。而對于電力線400上的電流或電壓的監(jiān)控可以通過在電力線400上設置電壓檢測裝置或電流監(jiān)測裝置，主控制部可以接收來自該電壓檢測裝置和電流監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)，以實時監(jiān)測電力線400上的電流或電壓數(shù)據(jù)。

當氫氧燃料電池100進行產(chǎn)電而形成第一電力時，電力轉換部200則可以將該第一電力轉換成第二電力以補充至電力線400上，以逐漸提高電力線400上的電壓，從而達到上述標準電壓。

本實施例中，電力轉換部200可以包括：DC/DC模塊89和第一控制模塊90；其中，DC/DC模塊89可以將氫氧燃料電池100提供的第一電力轉換為第二電力供應至電力線400上，且本實施例中的DC/DC模塊89中可以設置至少一個開關部件，該開關部件(如切換開關)可以基于對應的第一驅動信號而接通或關斷，通過控制該接通或關斷不僅可以逐漸的將第一電力轉換為第二電力，還可以通過控制第一驅動信號的第一占空比控制電力轉換的電流及電壓。其中，第一控制模塊90用于控制DC/DC模塊89的操作，并根據(jù)電力線400的實時電壓值和第一電力的電壓值之間的比值或者是所述第一電力的電流值調(diào)節(jié)第一驅動信號的第一占空比，并控制DC/DC模塊89按照第一占空比將第一電力轉換為第二電力，本實施例中的第一占空比可以作用于切換開關上，以調(diào)節(jié)其導通和關斷的比例。具體的，本實施例中的DC/DC模塊89可以包括升壓型DC/DC模塊、降壓型DC/DC模塊和升降壓型DC/DC模塊，其可以根據(jù)氫氧燃料電池100的輸出的第一電力的電壓與電力線400上所需的標準電壓之間的關系選擇合適的DC/DC模塊89。如第一電力工作時的電壓最小值大于標準電壓，則選擇降壓型DC/DC模塊；如第一電力工作時電壓最大值大于標準電壓且最小值小于標準電壓則選擇升降壓型DC/DC模塊，如第一電力工作時的電壓最大值小于標準電壓，則可以選擇升壓型DC/DC模塊。如第一控制模塊90可以配置為當?shù)谝浑娏Φ碾妷褐档陀陔娏€上所需的標準電壓時，控制DC/DC模塊進行升壓操作。而當?shù)谝浑娏Φ碾妷褐蹈哂谒鲭娏€上所需的標準電壓時，控制DC/DC模塊進行降壓操作。

圖19為本發(fā)明實施例中的升壓型DC/DC模塊的電路結構圖，圖20為本發(fā)明另一實施例中的升壓型DC/DC模塊的電路結構圖。圖21為本發(fā)明實施例中的升降壓型電路結構原理圖，圖22為本發(fā)明實施例中的降壓型DC/DC模塊的電路結構圖。

其中，如圖19所示，Vin可以表示第一電力，Vout可以表示輸出的第二電力，其中DC/DC模塊89接收來自第一控制模塊90的第一驅動信號PWM，其具有第一占空比，根據(jù)該第一占空比可以控制其中的切換開關Q的導通和關斷的頻率，從而控制Vout的輸出電流及電壓。也就是說，本實施例中的第一占空比為PWM信號，用于控制切換開關Q的導通和關斷的比例。如本實施例中，氫氧燃料電池100剛剛開始產(chǎn)生電力的初始階段，該第一占空比可以是基于電力線400上的實時電壓與氫氧燃料電池100輸出的第一電力的電壓值之間的比值確定，而在補充電力的后續(xù)階段，第一占空比是根據(jù)氫氧燃料電池100的輸出的第一電力的電流值來確定的，以精確的快速的調(diào)節(jié)電力轉換部200的電力轉換速率。另外圖19中電容器C1和C2具有濾波的效果，輸入第一電力為Vin，輸出的第二電力為Vout，當切換開關Q由于第一占空比的控制信號而打開或關斷時，實現(xiàn)升壓的過程，即實現(xiàn)將第一電力升壓為第二電力的過程。通過調(diào)節(jié)該關斷的占空比則可以調(diào)節(jié)升壓的電流及電壓，以快速達到電力線上的標準電壓。

如圖20所示，與圖19所示的實施例類似，本實施例中的DC/DC模塊89中可以包括多個切換開關，以對電力變換的速率進行調(diào)整，如圖20中包括切換開關Q1、Q2、Q3和Q4，其中Q1和Q2為一組，Q3和Q4為一組，其分別接收來自第一控制模塊90的第一驅動信號，而實現(xiàn)根據(jù)相應的占空比調(diào)節(jié)關斷和導通的比例，從而調(diào)節(jié)電力變換的電流及電壓。其中，本實施例中也可以只包括Q1和Q3兩個切換開關，通過控制Q1和Q3的導通和關斷，來實現(xiàn)第一電力到第二電力的升壓過程，如在Q1關斷時Q3導通，Q1導通時Q3關斷來實現(xiàn)該升壓過程。另外，在圖20中所示的結構中，可以通過Q1和Q2導通而Q3和Q4關斷，或者Q1和Q2關斷而Q3和Q4導通來實現(xiàn)升壓過程。圖20中的電容器C2用于平緩輸出的電力的電壓，電容器C1用于平緩輸入端即氫氧燃料電池100提供的第一電力的電壓，電感器L1用于儲能。其中，氫氧燃料電池100輸出的第一電流通過C1的濾波作用到達DC/DC模塊89，以進行電力的轉換。

如圖21所示，為本發(fā)明實施例中的升降壓型DC/DC模塊的電路結構圖,其中，通過分別向切換開關Q1、Q2、Q3、Q4發(fā)送控制其打開和關斷的時刻和和比例的第一驅動信號，實現(xiàn)第一電力的升壓或降壓處理。其中，通過使得Q2保持關斷、Q1保持導通，而分別交替改變Q3和Q4的接通和關斷，即可以實現(xiàn)升壓過程。而通過使Q3保持關斷、Q4保持導通，而通過改變Q1和Q2的接通和關斷狀態(tài)，而實現(xiàn)降壓過程。同時，上述過程可以調(diào)節(jié)各切換開關的驅動信號的占空比來調(diào)節(jié)升壓的電流及電壓或降壓的電流及電壓。

如圖22所示，為本發(fā)明實施例中的降壓型DC/DC模塊的電路結構圖。其中，通過分別向切換開關Q1、Q2發(fā)送控制其打開和關斷的比例的第一驅動信號，實現(xiàn)第一電力的降壓處理。其中，通過分別交替改變Q1和Q2的接通和關斷，即可以實現(xiàn)降壓過程。同時，上述過程可以調(diào)節(jié)切換開關的驅動信號的占空比來調(diào)節(jié)輸出的電流及電壓。

如圖23所示，為本發(fā)明實施例中具有多個路徑的DC/DC模塊的原理結構圖，其中，可以包括多個DC/DC模塊89和多個電力路徑，如圖23中分別為四個路徑，但是本實施例的電力路徑的數(shù)量和DC/DC模塊89的數(shù)量也可以是其他的任意值，其中，通過該多個路徑可以對所述第一電力的電流進行分流；并且，各路徑中都設置于如圖19至圖23中任意一種類型的DC/DC模塊的電路結構，以進行電力的轉換。而且在各個電力路徑的輸入端和輸出端都可以布設有電流傳感器和電壓傳感器，以檢測各路徑下的輸入電壓、輸入電流和輸出電壓以及輸出電流。第一控制模塊90可以接收來自各電流傳感器、電壓傳感器所感測到的電流和電壓值，并調(diào)節(jié)各所述電力路徑下的輸入電流和輸入電壓，以使各電力路徑下的輸出電流基本相等，起到均流的作用，同樣還可以保證各路徑上的占空比的控制信號大體相同。

另外，如圖18所示，在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，電力控制裝置還可以包括備用電力部500。該備用電力部可以連接在電力線400上，且主控制部300可以根據(jù)電力線上所需的標準電壓以及所述第二電力提供的電壓，控制備用電力部500輸出一補償電壓。該補償?shù)拇笮】梢允秦撦d所需電力與第二電力之間的差值。

另外，如上所描述的，當氫氧燃料電池100進行產(chǎn)電而形成第一電力時，氫氧燃料電池100會由于燃料(如氫氣和空氣)的供應速度等因素的影響而造成其提供的第一電力的速度不同，如在初始階段，供應速度較低，然后逐漸升高以趨近于穩(wěn)定。也就是說，通過氫氧燃料電池供電的初始速度并不能立即達到電力線400上所需的電力，而備用電力部500恰恰可以快速的補充該部分電力，這樣可以保證電力線400上的供電電壓。

另外，如圖24所示為，本實施例中的備用電力部的電路結構圖，其中備用電力部500可以包括：蓄電裝置91和充供電單元92或只有蓄電裝置91，其中，蓄電裝置91用于存儲備用電力Vsc，可以為超低級電容或二次電池，當蓄電裝置91配置為超級電容時，充供電單元92用于將蓄電裝置91中的備用電力Vsc提供至電力線400上或將電力線上電力轉換為儲備電力儲存于蓄電裝置91；當蓄電裝置91配置為二次電池時，不包含供電單元92，而直接連接于電力線400，并由第一控制模塊90監(jiān)測并控制其充放電電流大小。在一優(yōu)選實施例中，充供電單元92可以進一步配置為包括第二DC/DC模塊和第二控制模塊，其中，第二DC/DC模塊可以將備用電力轉換為第三電力，且第二DC/DC模塊包括至少一個第二開關部件，第二開關部件根據(jù)一第二驅動信號而接通或關斷，以控制備用電力轉換為第三電力的電流及電壓；第二控制模塊則可以根據(jù)電力線的實時電壓值和備用電力的電壓值之間的比值調(diào)節(jié)第二驅動信號的第二占空比，并控制第二DC/DC模塊按照第二占空比將備用電力轉換為第三電力。

如圖24所示，包括電感L1,兩個切換開關Q1和Q2，兩個二極管D1和D2。其組成兩種工作模式，其中L1、Q1與D2組成升壓模式DCDC，用于將蓄電模塊中的電力轉換為第三電力；L1、Q2與D1組成降壓模式DCDC，用于將電力線上的電力轉換為蓄電模塊中的電力，完成對蓄電模塊的充電。升壓和降壓兩種工作模式互斥，及工作于升壓模式時不能工作在降壓模式，工作在降壓模式時不能工作在升壓模式。通過第二控制模塊調(diào)節(jié)該切換Q1或Q2的第二驅動信號的第二占空比，可以調(diào)節(jié)備用電力的升壓電流及電壓或降壓的電流及電壓，本實施例中的切換開關Q1和Q2也可組成同步工作模式，也即Q1和Q2交替導通和關斷，此時可提高相應工作模式時系統(tǒng)的轉換效率。

同樣的，該第二占空比可以是基于電力線400上的實時電壓值與備用電力的電壓值之間的比值的值。本實施例中的充供電單元92是如圖24所示的電路結構圖，其中，主要可以依據(jù)具體應用和場景決定具體工作模式。如圖24中，可以通過控制切換開關Q1和Q2的輸入端的占空比控制信號即可實現(xiàn)備用電力到第三電力的轉換，同時還可以控制轉換速度，同時還可以實現(xiàn)升壓和降壓的過程。

另外，本實施例中的蓄電模塊91可以包括風力電力模塊、太陽能電力、二次電池模塊或者超級電容模塊，具體使用時可根據(jù)使用優(yōu)先級限制各模塊的輸出電壓。當采用超級電容模塊時可避免二次電池反復充電造成的容量及壽命的減少問題，提高系統(tǒng)的可靠性。也就是說本實施例中的蓄電模塊91也可以通過風力發(fā)電、水力發(fā)電或太陽能發(fā)電等產(chǎn)生電力，并將電力存儲在其中。這種配置，可以有效的利用自然能源，減少環(huán)境污染。

在本實施例中，主控制部300可以實時監(jiān)測電力線上的電壓，并可以和第一控制模塊以及充供電單元進行通信連接，可以接收第一電力的電壓、電流值，第二電力的電流、電壓值，以及備用電力和第三電力的電流、電壓值等。而且當?shù)诙娏Φ碾妷褐蹬c電力線上所需的標準電壓相同時，則可以利用第二電力對備用電力部500進行充電操作。則進一步的保證了備用電力部500的備用電力的存儲，以起到有效的備用效果。

優(yōu)選地，如圖25所示，本發(fā)明的供電系統(tǒng)還包括分別與氫氣制備裝置600及氫氧燃料電池100相連的氫氣緩沖罐94，氫氧燃料電池100從氫氣緩沖罐94獲取氫氣制備裝置600制備的氫氣，也就是氫氣制備裝置600制備出氫氣后存儲于氫氣緩沖罐94中，氫氧燃料電池100從氫氣緩沖罐94獲取氫氣。氫氣緩沖罐94上設有用于監(jiān)測其內(nèi)部氫氣壓力的第三壓力傳感器95，該第三壓力傳感器95分別與第一控制器93和第二控制器96電連接以向第一控制器93和第二控制器96反饋氫氣壓力值。其中，第一控制器93配置為根據(jù)氫氣壓力值控制液態(tài)甲醇的供給量。第二控制器96同時與第一控制模塊90電連接，第二控制器96配置為根據(jù)氫氣壓力值控制第一控制模塊90，使其調(diào)節(jié)第二電力的輸出量。具體使用時，當電力線400上的電壓能夠穩(wěn)定滿足其上的負載的正常工作時，氫氧燃料電池100不啟動，氫氣制備裝置600空載待機工作，以向氫氣緩沖罐94內(nèi)輸入氫氣并保持氫氣緩沖罐94內(nèi)部的氫氣處于充滿狀態(tài)。當電力線400上的電壓降低，需供電系統(tǒng)提供補充電壓時，如上描述地，氫氧燃料電池消耗電力線400上的電力完成啟動并進行產(chǎn)電操作。在為電力線400提供電力的過程中，若第二電力的輸出較快，會導致氫氣緩沖罐94內(nèi)的氫氣消耗較快，氫氣壓力值驟減，當?shù)谝豢刂破?3和第二控制器96監(jiān)測到由第三壓力傳感器95反饋的氫氣壓力值低于預設值時，第一控制器93調(diào)節(jié)甲醇泵的泵速，加大液態(tài)甲醇的輸出量以制備出更多氫氣，同時第二控制器96向第一控制模塊90發(fā)送信號，使第一控制模塊調(diào)節(jié)DC/DC模塊89降低第二電力的輸出量，也就是減小氫氧燃料電池100對氫氣的消耗量，從而輔助提升氫氣緩沖罐94內(nèi)的氫氣量，保證供電系統(tǒng)整體能量的平衡。

另外，為了方便操控人員實時監(jiān)測供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，本實施例中的供電系統(tǒng)還包括一用于顯示供電系統(tǒng)的各狀態(tài)數(shù)據(jù)的GUI模塊97。

另外，如圖26所示，為本發(fā)明實施例中的電力供應的控制方法的原理流程圖，其中可以包括以下步驟：

S1：主控部監(jiān)測電力線上的實時電壓。

S2：當電力線上的電壓低于標準電壓時，主控制部300控制氫氧燃料電池100進行產(chǎn)電操作；步驟S2中，當主控制部300檢測到電力線上電壓低于一標準閾值時，即控制氫氧燃料電池100進行產(chǎn)電，該操作可以是通過控制氫氧燃料電池100進行運作，以產(chǎn)生電力，也就是說可以是通過控制氫氧燃料電池100的燃料的導入來從燃料的角度進行控制，即可以在氫氧燃料電池100的燃料入口處設置一切換開關，電力監(jiān)測部300與該切換開關連接，并可以對切換開關的開啟或關斷進行控制，以控制燃料的進入。也就是說，本實施例中的氫氧燃料電池100可以在電力監(jiān)測部300的控制下進行產(chǎn)電的操作。

S3：電力轉換部200將氫氧燃料電池100所生成的第一電力轉換為第二電力供應至電力線上，以提升電力線上的電壓。此過程既可以實現(xiàn)升壓也可以實現(xiàn)降壓，具體可以根據(jù)氫氧燃料電池100產(chǎn)生的第一電力和電力線上的實時電壓來確定。

其中，步驟S2中可以進一步包括：

S20：接收第二驅動信號；

S21：根據(jù)第二驅動信號的第二占空比控制對應的開關部件的接通或或關斷，以根據(jù)第二占空比控制將備用電力轉化為第三電力的電流及電壓。

如，充供電單元的第二DC/DC模塊可以接收第二驅動信號，以根據(jù)該第二驅動信號的第二占空比來調(diào)節(jié)其內(nèi)的開關部件的接通和關斷頻率，從而根據(jù)第一占空比控制將第一電力轉化為第二電力的速率，從而適應性的將備用電力調(diào)整為第三電力。

通過上述配置，即可以實現(xiàn)通過氫氧燃料電池100向電力線上提供補充電力電壓的過程，而且由于氫氧燃料電池100的無污染特點，還能起到環(huán)保的效果。

在另一實施例中，在所述步驟S3可以進一步包括：

S31：第一電力轉換部接收一第一驅動信號；

S32：第一電力轉換部根據(jù)第一驅動信號的第一占空比控制對應的開關部件的接通或關斷，以根據(jù)第一占空比控制將第一電力轉化為第二電力。

如，電力轉換部的DC/DC模塊可以接收一第一驅動信號，以根據(jù)該第一驅動信號的占空比來調(diào)節(jié)其內(nèi)的開關部件的接通和關斷比例，從而根據(jù)第一占空比控制將所述第一電力轉化為第二電力的電流及電壓。

優(yōu)選的，步驟S2中可以進一步配置成：當電力上的電壓低于標準電壓時，由備用電力部500為電力線提供電力，并控制氫氧燃料電池100進行產(chǎn)電操作；并且，步驟S3可以進一步配置為：將所述氫氧燃料電池100所生成的第一電力轉換為第二電力供應至電力線上，并由備用電力部500為電力線提供標準電壓和第二電力的電壓之間的補償電壓，以保證電力線上的電壓達到標準電壓。同時，當?shù)诙娏Φ碾妷褐蹬c電力線上所需的標準電壓相同時，還可以利用第二電力對蓄電裝置進行充電操作。則進一步的保證了備用電力部500的備用電力的存儲，以起到有效的備用效果。

本實施例中，在電力線上的系統(tǒng)負載減小或增大時，會使得電力線上的電壓發(fā)生變化，此時可以重復執(zhí)行上述操作，從而起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，保持系統(tǒng)整體運行的平穩(wěn)。

通過上述電力供應的控制方法，本實施例中，不僅能夠通過氫氧燃料電池100對電力線上的電壓進行補償，還能夠通過備用電力的輔助，在氫氧燃料電池100初始提供電力階段，有效的及時補償電力，具有更加安全有效，保證電力正常供應。

另外，如圖27所示，為通過本發(fā)明實施例中的供電系統(tǒng)調(diào)整后的實際運行的電壓電流曲線圖，其中展示了本發(fā)明的實施效果。

以上實施例僅為本發(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發(fā)明的實質和保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。