一种5G基站甲醇燃料电池恒压备电系统的制作方法

本实用新型涉及甲醇燃料技术领域，特别是涉及一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统。

背景技术：

目前，由于原来4g基站所采用的铅酸电池或锂电池备电方案总存在着一些潜在的问题，例如铅酸电池中存在铅污染，电池(包括铅酸电池和锂电池)功率不稳定且充电时间长及使用时间短(最长1-2天)等问题，且随着5g时代的到来，5g基站对电源的要求越来越高，而原4g基站采用的铅酸电池或锂电池备电方案所存在的弊端会大大影响网络信号的稳定，也满足不了客户的使用状况及体验，因此纯电池备电将逐步被淘汰。

而在现有技术中，市面上大多主要以铅酸电池、锂电池、内燃机或一般甲醇燃料电池作为基站备电。但在实践中发现，(1)由于铅酸电池主要为铅酸蓄电池组，占一定的空间体积，需要基站分配一间独立的铅酸蓄电池组室，且维护成本较高、工作温度范围在15℃-35℃，所以需要空调为电池组作恒温处理，同时随着电池的使用，也存在电压波动的问题，因而以铅酸电池作为基站备电已逐步被淘汰；(2)由于目前的以锂电池作为基站备电大多还是存在电压跟随电池使用时间的波动，因而会大大影响网络信号的稳定，也将会被逐步被淘汰；(3)由于内燃机存在对燃料要求较高，排气污染和噪声引起公害，结构复杂，零部件加工精度要求高等缺点，因而存在环境污染的问题，不适用于作为5g基站备电；(4)由于甲醇燃料电池发电的电化学反应需要一个过程，所以在甲醇燃料电池提供基站负载最大功率的这段时间，基站负载的电压也会出现跟随辅助锂电池的电压现象，尽管时间只有十几分钟，甚至半小时，因而存在基站配电时长的问题，容易影响网络信号的稳定。

因此，需要提供一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统，解决了现有基站配电存在电压波动、维护成本高、造成一定环境污染以及配电时长的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是提供一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统，包括市电供电系统1、甲醇燃料电池供电系统2、中央处理器3、辅助锂电池供电系统4以及基站负载5；其中，所述市电供电系统1与所述甲醇燃料电池供电系统2连接所述辅助锂电池供电系统4，所述中央处理器3与所述基站负载5连接，所述市电供电系统1、所述甲醇燃料电池供电系统2以及所述辅助锂电池供电系统4均连接所述中央处理器3与基站负载5。

优选，所述市电供电系统1进一步包括用于检测市电通断的市电检测11、用于为基站提供交流电源的市电输入12与用于为所述基站负载5提供所需电源的基站配电13；其中，所述市电检测11、所述市电输入12与所述基站配电13之间依次连接，所述市电检测11连接所述中央处理器3，所述基站配电13连接所述基站负载5于所述辅助锂电池供电系统4。

优选，所述甲醇燃料电池供电系统2进一步包括甲醇燃料电池装置21、dc-dc第一能源转换装置23与用于接通或阻断所述甲醇燃料电池装置21与所述dc-dc第一能源转换装置23之间输出连接的直流接触器22；其中，所述甲醇燃料电池装置21、所述直流接触器22与所述dc-dc第一能源转换装置23连接所述中央处理器3，所述直流接触器22连接于所述甲醇燃料电池装置21与所述dc-dc第一能源转换装置23之间，所述甲醇燃料电池装置21与所述dc-dc第一能源转换装置23分别连接所述辅助锂电池供电系统4与所述基站负载5。

优选，所述辅助锂电池供电系统4进一步包括辅助锂电池41、电池管理42、dc-dc第二能源转换装置43与dc-dc第三能源转换装置44；其中，所述辅助锂电池41、所述电池管理42与所述dc-dc第二能源转换装置43之间依次连接，所述电池管理42与所述dc-dc第二能源转换装置43连接所述中央处理器3，所述电池管理42通过所述dc-dc第三能源转换装置44连接所述甲醇燃料电池装置21与所述基站配电13，所述dc-dc第二能源转换装置43连接所述基站负载5。

优选，所述甲醇燃料电池装置21内至少包括制氢与发电一体式设备。

优选，所述dc-dc第一能源转换装置23与所述dc-dc第二能源转换装置43内至少包括恒压输出的dc-dc变压器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统，解决了现有基站配电存在电压波动、维护成本高、造成一定环境污染以及配电时长的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例公开的一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统的结构示意图。

市电供电系统1；甲醇燃料电池供电系统2；中央处理器3；辅助锂电池供电系统4；基站负载5；市电检测11；市电输入12；基站配电13；甲醇燃料电池装置21；直流接触器22；dc-dc第一能源转换装置23；辅助锂电池41；电池管理42；dc-dc第二能源转换装置43；dc-dc第三能源转换装置44。

具体实施方式

下面结合图示对本实用新型的技术方案进行详述。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例公开的一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统，包括市电供电系统1、甲醇燃料电池供电系统2、中央处理器3、辅助锂电池供电系统4以及基站负载5；其中，市电供电系统1与甲醇燃料电池供电系统2连接辅助锂电池供电系统4，中央处理器3与基站负载5连接，市电供电系统1、甲醇燃料电池供电系统2以及辅助锂电池供电系统4均连接中央处理器3与基站负载5；

以及，市电供电系统1进一步包括用于检测市电通断的市电检测11、用于为基站提供交流电源的市电输入12与用于为基站负载5提供所需电源的基站配电13；其中，市电检测11、市电输入12与基站配电13之间依次连接，市电检测11连接中央处理器3，基站配电13连接基站负载5于辅助锂电池供电系统4；

以及，甲醇燃料电池供电系统2进一步包括甲醇燃料电池装置21、dc-dc第一能源转换装置23与用于接通或阻断甲醇燃料电池装置21与dc-dc第一能源转换装置23之间输出连接的直流接触器22；其中，甲醇燃料电池装置21、直流接触器22与dc-dc第一能源转换装置23连接中央处理器3，直流接触器22连接于甲醇燃料电池装置21与dc-dc第一能源转换装置23之间，甲醇燃料电池装置21与dc-dc第一能源转换装置23分别连接辅助锂电池供电系统4与基站负载5；

以及，辅助锂电池供电系统4进一步包括辅助锂电池41、电池管理42、dc-dc第二能源转换装置43与dc-dc第三能源转换装置44；其中，辅助锂电池41、电池管理42与dc-dc第二能源转换装置43之间依次连接，电池管理42与dc-dc第二能源转换装置43连接中央处理器3，电池管理42通过dc-dc第三能源转换装置44连接甲醇燃料电池装置21与基站配电13，dc-dc第二能源转换装置43连接基站负载5；

以及，甲醇燃料电池装置21内至少包括制氢与发电一体式设备；

以及，dc-dc第一能源转换装置23与dc-dc第二能源转换装置43内至少包括恒压输出的dc-dc变压器。

在本实施例中，一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统的应用方法，包括下述步骤：

s1、当中央处理器3通过市电检测11检测到市电断开时，电池管理42开启辅助锂电池41与dc-dc第二能源转换装置43的最大备电输出；

s2、甲醇燃料电池装置21进行制氢发电后的电能通过dc-dc第一能源转换装置23提供至基站负载5；

s3、当甲醇燃料电池装置21可独立为基站负载5通过所需电能时，辅助锂电池41停止备电输出，同时电池管理42将甲醇燃料电池装置21内多余的电能通过dc-dc第三能源转换装置44对辅助锂电池41进行充电；

s4、当中央处理器3通过市电检测11检测到市电闭合通电时，甲醇燃料电池装置21停止制氢发电。

在本实施例中，一种5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统中各组件的作用：

市电输入12，属于原有ac220v市电输入，为基站交流电源；

甲醇燃料电池装置21，为制氢、发电一体设备，消耗的燃料为配比的甲醇水，通过电化学反应后产生电能及少量的水，为配电设备的发电机；

直流接触器22，接通或阻断甲醇燃料电池装置21与dc-dc第一能源转换装置23的输出连接，此直流接触器22为常开，在甲醇燃料电池装置21不发电的情况下，连接是断开的，主要是保护燃料电池，以免燃料电池片被来自dc-dc第一能源转换装置23损坏时反灌回来的电所电解，在甲醇燃料电池装置21发电过程中，直流接触器22则闭合，把甲醇燃料电池装置21所发直流电输送给dc-dc第一能源转换装置23；

基站配电13，为原有基站配电dc，是主要的基站供电来源；

dc-dc第一能源转换装置23，dc输入电压可以根据甲醇燃料电池装置21的输出范围而定，不同功率输出的燃料电池可能因不同商家、不同连接并联\串联有所不一样，输出符合基站标准；dc可通信配置输出电压、输出电流，功率需大于基站负载最大功率，为主要的备电输出dc；

基站负载5，为实际的基站用电设备；

dc-dc第二能源转换装置43，dc输入电压可根据辅助锂电池41输出范围而定；dc可通信配置输出电压、输出电流，为辅助锂电池41输出dc；

dc-dc第三能源转换装置44，dc功率不需要很大，主要是为辅助锂电池41充电，充电电流可10-20a；

电池管理42，主要是管理辅助锂电池41的充电/放电，及对锂电池过压、过载等的保护；

辅助锂电池41，为备电方案的辅助电池组，容量可根据基站负载的大小而定，一般独立输出时至少可维持基站负载恒定输出30分钟；

中央处理器3，主要是管理备电的信号采集、控制输出、通信设置，监控电池电压、负载电流、电压等，为备电控制的核心处理、控制器；

市电检测11，检测市电的通断，把采集的信号反馈给中央处理器，以便在市电掉电时及时对甲醇燃料电池发电的有效发电控制。

在本实施例中，工作原理分为制氢过程、发电过程与能源回收过程：

1市电接通时，基站负载5的供电来源为：市电ac220v交流电从市电输入12通过基站配电dc4转化为负载所需的电源；同时中央处理器3通过市电检测11检测到市电信号，系统不执行发电过程，同时dc-dc第二能源转换装置43关闭输出；由于辅助锂电池41有内耗的存在，电池管理42在中央处理器3传达可充电的指令时，通过dc-dc第三能源转换装置44对辅助锂电池41充电，直至充满，停止充电；

2市电掉电时，中央处理器3通过市电检测11毫秒级检测到市电断开，电池管理42立马对dc-dc第二能源转换装置43开启最大备电输出，以便通过辅助锂电池41进行备电输出；同时甲醇燃料电池装置21进行制氢发电，发电过程中，闭合直流接触器22，甲醇燃料电池装置21所发的电能经过dc-dc第一能源转换装置23转换为稳定的dc电源提供给基站负载5；由于制氢发电是一个电化学过程，最大的输出功率存在着滞后性，输出功率与产氢速率有关，在制氢发电前期，基站负载5的供电大部分由辅助锂电池41提供，随着制氢效率的提高，当甲醇燃料电池装置21可以提供负载的功率时，辅助锂电池41就会停止备电输出，同时甲醇甲醇燃料电池装置21多余的电能，可通过dc-dc第三能源转换装置44的电池管理42进行对辅助锂电池41充电，直至充满，停止充电；

3当甲醇燃料电池装置21在发电过程中，恢复市电时，中央处理器3通过市电检测11毫秒级检测到市电闭合，延时2秒或指定时间，以便市电平稳，恢复正常市电供电，然后设置甲醇燃料电池装置21停止制氢发电，断开直流接触器22，同时设置dc-dc第二能源转换装置43等待最大输出，接着系统执行1的步骤。

优选，假设：基站负载5的功率为p1，甲醇燃料电池装置21最大功率为p2，甲醇燃料电池装置21当前发电总功率为p3，dc-dc第一能源转换装置23内耗为p4，甲醇燃料电池装置21当前纯输出功率为p5，辅助锂电池41输出功为p6(忽略内耗)，甲醇燃料电池装置21产氢速率为v(范围0～1)，则：p3＝p4+p5；p3＝p2*v；

发电前期：p1＝p5+p6，注：p5前10秒输出功率为0，主要是做制氢发电自检，10s后可发电，功率根据产氢速率自动调整。

发电过程中，p5和p6的关系为p5上升的同时，p6下降，但两者关系遵循：

p5+p6>＝p1，同时，随着制氢发电时间的增长，p3＝p2*v可以看出：

p3＝p2，那么也将会p5>＝p1，此刻，p6＝0，甲醇燃料电池装置2多余的电就会给辅助锂电池10充电。

由于负载功率p1＝ui，u为负载电压，i为负载电流，dc-dc第一能源转换装置23和dc-dc第二能源转换装置43输出都是恒压输出，而基站负载5的使用电流基本也是固定的，所以输出功率是不变的。

优选，由于第二能源转换43是设计在辅助锂电池41输出后端，再经过恒压输出，保证了输出电压的恒定，解决了电压跟随电池下降得波动问题。

优选，由于甲醇燃料电池装置21制氢发电得到的电能是分两路且独立控制输出，甲醇燃料电池装置21后端通过dc-dc第一能源转换装置23的为主输出，辅助锂电池后端通过dc-dc第二能源转换装置43的为辅助输出，进而有效的保证了输出的可靠性。

优选，由于辅助锂电池41的容量小，且充电是系统内部提供的，基本不需要对电池的充放电维护，减少了维护成本。

优选，由于系统采用了甲醇燃料电池装置21作为发电装置，输入的是甲醇水和氧气、输出的是电能、热和少量的水，无任何的污染，同时整过工作的过程也是比较安静的。

优选，由于系统辅助锂电池41指示作为辅助备电，主备电是甲醇燃料电池装置21，在保证甲醇水燃料充足的前提下，备电时间可以长达几个月或更久，解决了现在纯电池备电时间短的问题。

优选，本实施例中整个制氢过程、发电过程与能源回收过程的反应过程都是比较安静的，无任何的噪音；且整个反应排除的只有水和热，不存在任何的环境污染。

可见，实施上图所描述的5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统及方法，解决了现有基站配电存在电压波动、维护成本高、造成一定环境污染以及配电时长的问题。

此外，实施上图所描述的5g基站甲醇燃料电池恒压备电系统及方法，具有保护环境、减少噪音污染与提高发电效率的优势。

以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。