[发明专利]基于燃料电池的通信电源系统

说明书

技术领域：

本发明涉及供电电源，尤其是基于氢燃料电池的通信用电源系统制造领域。

背景技术：

近年来，随着全球能源短缺与环保问题的日益突出，新能源的应用研究开发已受到世界各国的大力关注，因此研发清洁、环保的新型能源具有重要意义。燃料电池由于高效、洁净、便捷的优点，近年来得到了世界各国的高度重视和大力资助，基于氢能的燃料电池技术也得到了快速的发展，已有大量的基础研究和应用技术的研发，并在众多领域得到成功应用，为燃料电池的应用开发奠定了良好基础。

随着社会进步、人民生活水平的普遍提高和通信技术的快速发展，通信电源得到了广泛的应用。传统的通信用电源系统一般包含市电电源转换系统和备用电源系统两大部分，其中市电电源转换系统主要通过对市电进行相关的转换后输出适合通信设备使用的直流电源，备用电源系统在市电停电或故障时提供通信设备运行的备用电源，保障通信设备短时间内的正常运行。传统的通信用电源系统中备用电源系统一般采用铅酸蓄电池组，铅酸蓄电池优点是比较安全且采购成本较低，其缺点是体积大、笨重、使用寿命短、不可进行二次回收在利用、废弃后造成一次和二次环境污染、备电时间有限且有不确定性、对环境温度要求苛刻，其使用和推广受到很大的限制。另外传统的通信用电源系统中市电电源转换系统和备用电源系统是两个独立的供电系统，两个系统间无直接通信接口和管理单元，需要在两者之间添加监控设备，协调两者的工作，不便于管理和维护，增加系统的维护成本和难度。

鉴于传统通信用电源系统的种种缺点，加之能源危机和人们环保意识的提高，寻求新的通信用电源系统呼声越来越高。由于燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，清洁、无污染、噪声低，比功率高，逐渐被公认为能够取代蓄电池作为通信电源系统中的备用电源，因此研发基于燃料电池的通信电源系统有着广阔的应用市场。

中国专利200910061032.1中提出了一种通信用燃料电池备用电源系统，其断电判断是通过对外部市电的检测而获取，针对不同的用电设备需要在系统外部增加不同的掉电检测装置，易用性及通用性有一定的不足；当外部市电出现短暂停电或频繁的起停时，系统也会随之进行相应的动作。中国专利201110081524.4中公开了一种基于燃料电池的不间断电源供电系统，该方案仅作为UPS电源系统，未考虑负载突变时如何调整其供电，未对辅助供电装置进行管理，在辅助供电装置无电或故障时，不间断电源供电系统将无法工作。中国专利200820157255.9公开了一种通讯用备用电源系统，该备用电源系统由燃料电池与储能电池通过单向二极管连接后为通讯负载提供备用电源，在该系统中由于燃料电池输出的电压不稳定，具有软电压特性，不能为负载提供稳定的电源，只能作为辅助电源，而储能电池才是主电源，没有实现燃料电池作为备用电源的初衷。中国专利200910187938.8公开了一种燃料电池备用电源，系统主要描述了燃料电池部分的工作原理及系统构成，未详细描述备用电源系统中能量流动的管理，不具备自动判断市电供电情况，也不具备自动切换供电模式。其他一些已公开的专利技术方案，都是将燃料电池作为电源系统的备用电源代替原有的蓄电池，没有从电源系统整体来考虑，需要在备用电源系统和电源系统之间针对不同的用电设备添加相应的检测控制装置，增加了系统的复杂度，也降低了电源系统的稳定性及可靠性。

发明内容

鉴于以上现有技术的以上不足，本发明的目的是研究一种基于燃料电池的通信电源系统，以氢气为燃料，长时间为通信设备提供稳定、大功率的直流供电；系统通过内部状态监测和自动控制，实现不间断供电切换，在切换过程中由蓄电池组为负载提供短时间的电源供电，并为燃料电池系统启动和控制单元提供辅助电源。

本发明是通过如下的手段实现的：

一种基于燃料电池的通信电源系统，包括市电供电回路100、燃料电池供电回路200、蓄电池供电回路300、系统控制单元400、弱电供电单元500和人机接口；其中市电供电回路100、燃料电池供电回路200、蓄电池供电回路300的输出端并联于系统直流母线，为负载提供电力；系统控制单元400为整个系统的智能控制单元，控制系统的全自动运行；弱电供电单元500为整个电源系统提供弱电；人机接口为系统提供显示、外接通信接口等人机交互功能；

系统控制单元400通过CAN总线与AC/DC控制单元130、蓄电池充电管理单元320、燃料电池控制器220及人机接口连接，进行控制命令、参数的传输；系统控制单元400还通过控制信号线分别与DC/DC变换单元230、DC/DC变换单元240、电子开关DK连接；