YDB 051-2010 通信用燃料电池供电系统

YDYDB051—2010通信用氢燃料电池供电系统PowerSupplyofHydrogenFuelCellforTelec中国通信标准化协会I Ⅱ 1 1 1 1 2 6 12 本项技术研究将推进通信用氢燃料电池供电系统的产业化进程，促进企业技术进步、提高产品为适应信息通信业发展对通信标准文件的需要，在工业和信息化部统一安排下，对于技术尚在发展中，又需要有相应的标准性文件引导其发展的领域，由中国通信标准化协会组织制定“通信标准类技术报告”，推荐有关方面参考采用。有关对本技术报告的建议和意见，向中国通信标准化协本技术报告起草单位：工业和信息化部电信研究院、深圳市威安科技有限公司、中讯邮电咨询设计院、武汉银泰科技电源股份有限公司、中国电信集团公司、中国移动通信集团公司、新源动力股份有限公司、上海攀业氢能源科技有限公1GB/T2829-2002周期检验计数GB/T3873通信设备产品GB4943-2001信GB4962-1985氢气GB/T20042.1质子交换膜燃料电池YD/T637通信用YD/T799通信用阀控式YD/T983-1998通信电源设备电磁兼容2）；b)工作环境温度为：室外Ⅰ型-40℃~45℃,室外Ⅱ型-10℃~45℃,室内型0℃~40℃;c)储存温度为-40℃~60℃（当环境温度低于-20℃时，应采用带H标示的钢瓶3d)提供适当的、与残存危险有关的安全标记，例如：机械危险、电气危险、电磁兼容性（EMC）燃料电池、DC-DC变换单元发生故障时，应能发出声或光告警并自动切离供电系统。对于多模块并系统输出电压超过过压保护设定值或者低于欠压保护设定值时，4系统应具有下列告警信息：箱体门打开、燃料电池故障（电堆/模块不在位、输出中断）——遥信：燃料电池（电堆/模块输出过/欠压、过温、输出过流），氢气压力低/高，风扇正常/在环境温度为15℃~35℃,相对湿度为90%，试验电压为直流500V时，系统直流输出端与外壳的绝直流输出对机壳应能承受50Hz、有效值为1000V的正弦交流电压或等效其峰值的1414V直流电压5应不小于10mm2；配电单元外壳、所有可触及的金属零部系统机柜应能保护产品抵御静电的破坏，其保护能力应符合YD/T983-1998中7.3表96——温度：15℃~35℃;统-统-+-+-+7负载调整率×100%……………（1）c）突变负载电流，使负载电流从额定值的25%→50%→25%和50%→75%→50%进b）启动燃料电池供电系统，调节线性负载，使负载电流为110%的额定值，直流输出电压为出厂调节线性负载使负载电流大于110%，检查系统是否自动关机并有声或光告警，试验结果应符合8在系统正常运行状态下，使输出短路，检查系统是否自动关机并有声或光告警，试验结果应符合转换蓄电池的浮充、均充状态，检查系统是否正常工作，检查蓄电池放电记录，应能符合5.2.119采用多模块并联方式的燃料电池供电系统，系统正常工作时，插拔模块，试验结果应符合5.4.1的燃料电池系统输出额定功率时，测量燃料消耗量，计算每千瓦燃料消耗速率，结果应H2×LHVH2)×100%…………(2)ηF——燃料电池效率。LHVH2——氢气低热值，1.2×105J/g。）；mH2——氢气流量，单位为克每秒（g/s）。±3）℃,试验持续时间为16h，在标准大气条件下恢复2h后，被测试设备应能正常工作。按GB/T2423.1-2001中“试验Ad”进行试验。试验温度为（0±3）℃,被测试设备应能正常工作。±2）℃,试验持续时间为16h，在标准大气条件下恢复2h后，被测试设备应能正常工作。50]80]BC1○√√√2○√√√3○√4○√5○√6○√7○√√8○√√9○√√○√○√○√○√√○√√√○√√○√○√○√○√○√○√○√○√○√○√○√√√○√○√○√√○√√○√√○√随着科技、工业与民生的发展，人类对能源的需求越来越多。当前人类消耗的能源主要为有限的、不可再生的矿物能源，如煤炭、石油、天然气、核燃料等，根据目前社会对能源的需求及已探明的地球矿物能源的储藏量，石油、天然气的可用年限不超过一百年，煤炭、核聚变燃料的可用年限不超过三百年，很快会消耗殆尽。各国都在努力寻求可替代能源和可再生能源，并加快产业化进氢是宇宙中最丰富的物质，氢在自然界多以化合物形态出现。在地壳十公里范围内（包括海洋氢燃料电池作为新型节能环保能源之一，它的研制受到欧美及日、韩等国的高度重视并快速发一五重点发展支持项目；氢燃料电池将助力通信运营商的节能减排工作，提高竞争力，还将带动原氢燃料电池将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，氢燃料电池的电极本身不含有化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性的金属板为双极板，目前多以全氟或部分氟化磺酸型固中的氧同电解液中的氢离子吸收电子并结合形成水。依照原电池的定义，燃料电池内部的阴极对于氢氧燃料电池的单电池工作电压在0.6V～0.9V之间高输出电压，输出电压等于单电池的工作电压乘以电池的串联数，其输出电流就等于电流密度与工作面积的乘积。电池堆的组装程序相当严格，密封是组装燃料电池的关键技术之一，其目的是确保氢燃料电池与传统电池同属电化学装置，但也有不同之处——燃料和氧化剂等活性物质都从外部供给。原则上，当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂、反应产物不断排除时，其可以连续发电，相当于一种节能环保的直流发电机。燃料电池使用的燃料和氧化剂均为流体，即气体系统只有单电池或电池堆无法正常工作，必须输送反应物。另外，必须不断排出或回收利用反应过程中生成的水和热，才能保证系统工作温度的稳定及连续可靠地运行，因此，需要一套完善的辅助装置，即水热综合管理单元等。氢燃料电池的内阻较高时具有较好的抗短路能力，但降低了动态响应能力，需要加装直流－直流变换单元才能得到稳定的电压，通过直流配电单元向负载供电。监控单元肩负着综合的控制和管理功能，不仅对各组成部分进行监控，还具有各种保护和告警功能，储氢系统管理单元也承担着重要的氢气泄露保护功能。由于系统启动到稳定运行有一段时间，因此储能单元在这期间既给负载供电，又为系统的开传统的热机发电先将煤、石油、天然气等燃料进行燃烧，使化学能转换成热能，再利用热能制造高温高压的水蒸气来推动涡轮机，使热能转变为机械能，带动转子切割磁力线发电，再将机械能一是受卡诺循环及材料的限制，转换效率只有33不受卡诺循环的限制，能量转换效率高，可达60%当燃料电池以富氢气体为燃料时，由于燃料电池具有高的能量转换效率，其二氧化碳的排放量前必须脱除硫及其化合物，发电过程中没有燃烧，所以它几乎不排放氮的氧轻了对大气的污染。当燃料电池以纯氢为燃料时，它的化学反应产物仅为水，从根本上消除了氮的气和大气中的氧气，气体中的杂质仍能产生少量的污染物排放，但如图所一般情况下，传统的电力电子变换器接近满载时的效率高于轻载时的效率，为了降低能耗，往往采用休眠技术使电源模块的负载率提高，从而增加了电源系统的控制环节，降低了可靠性；而氢燃料电池供电系统在燃料供应充足时，无论轻载还是满载都可以保持高效率，且具有很强的过载能氢燃料电池供电系统的高低温适应性强，比传统电池寿命长、可靠性高,易维护，运行维护费系统可由电池堆任意串并组合以形成各种容量，自由度很大，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，非常灵活；可采用模块化的方式，方便扩容；可根据客户需求，灵活地电解水、生物质气化等制氢方法，现已形成规模。其中低价电电解水制氢方法最为主要，工业），为电解质。有时也按燃料电池工作温度进行分类：低温（工作温度低于100℃)燃料电池,它包括碱物燃料电池。燃料电池具有常规电池（如锌锰干电池）的积木特性，即可由多台电池按串、并联的组合方式向外供电。因此，燃料电池既适宜用于集中发电，也可用作各种规格的分散电源和可移动电源。目前应用于通信基站的氢燃料电池属于质燃料电池作为一种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入目前燃料电池的应用热点，是在汽车上使用氢燃料电池，不少世界知名汽车公司纷纷推出氢燃料动力汽车，期望通过燃料电池在交通领域的大量使用，极大地降低大气污染并降低对石油的依赖近年来，笔记本电脑、手机、数码相机等便携式电子产品风靡全球，其外形日趋短小、功能日渐复杂、能耗日益增加，要求电池能量密度高、使用时间长。目前市场上的主流产品锂离子电池，站所需功率等级落在氢燃料电池供电系统最佳性能价格比的区间内，且较易实现产业化。氢燃料电从上面的原理可以看出，氢燃料电池供电系统是只保留少量的铅酸蓄电池作为系统启动过程中的支撑。这样，就可以大量减少铅酸蓄电池的使用，——市电正常待机状态：整流器正常工作时，氢气阀门关闭，燃料电池停止反应，整流器给通信设备供电，给启动用的蓄电池充电，同时还给燃料电池的控制电路供电，随时保持燃料电池待机工作——市电停电启动状态：燃料电池系统的控制电路检测到停电信号，自动开启氢气阀门，燃料电池开始发电，因为氢气阀门开启到能正常提供足够电力需要一定的启动时间，因此需要一个容量相对较小的蓄电池，以保证燃料电池发电与市电供电转换过程中维持通信设备的不间断供电，并为燃料——市电无电发电状态：燃料电池系统启动后，在保证气源的情况下能不间断提供电力，经DC/DC变换器稳压后给通信设备供电，同时对蓄电池充电。该蓄电池不需要按照系统后备电源的维持时间来计算容量，只需按照转换时间内维持直流输出电压来考虑，因此可以大大减少蓄电池的使用、购理委会、CUSTOMS-海关等重要政府部门。另外，加拿大、新加坡、日本、印度、台湾、英国等均有应用，氢燃料电池供电系统还被应用在严寒地区如苏格兰、高热地区如科威特等极端环境下，充分一旦氢气泄漏到大气中，会很快上升飞逸，不容易与大气混合达到危险浓度。但是，人们对氢气安全的担忧是可以理解的，一方面，通常采用钢瓶盛装氢气，可达几百公斤的压力，因此，必须慎重选用抗压能力、防撞能力和防火能力均达到强制性标准要求的产品，或者采用固态氢化合物储氢，可使压力降至几十公斤；另一方面，氢气也是一种易燃易爆气体，氢气与氧气混合浓度爆炸极限为等于99.95%。考虑到氢气一旦泄露应能及时扩散，一般情系统的维护重点是关注氢气瓶阀门、接头和管道的泄漏。通常，在燃料电池发电和储氢装置内均安装氢气探测器和氢气浓度传感器，一旦发生氢气泄漏，控制电路就会关闭阀门，阻止氢气泄漏检查燃料电池机柜和储氢机柜周围是否有障碍物和杂物需要清理；检查燃料电池机柜和储氢机检查燃料电池机柜和储氢机柜是否与地基固定良好；检查燃料电池机柜和储氢机柜是否接地良好；检查燃料电池机柜和储氢机柜之间的连接是否良好；检查燃料电池与基站之间的电缆连接是否检查部件、管道有无锈蚀；检查部件、管道连接有无松动；检查有无杂物（包括小虫、小动物的尸体）需要清理；检查氢气浓度传感器是否工作正常；检查是否有氢气泄漏；每年校正一次氢气检查部件、管道有无锈蚀；检查部件、管道连接有