本技術(shù)屬于新能源，涉及一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、當(dāng)前，全球能源模式正在加速變革，能源安全或?qū)⒚媾R更加復(fù)雜的挑戰(zhàn)。要加快實(shí)現(xiàn)綠色低碳的能源轉(zhuǎn)型、構(gòu)建新型能源體系，保障國(guó)家能源安全，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。其中，儲(chǔ)能技術(shù)是全球科技爭(zhēng)奪的高地，解決儲(chǔ)能問(wèn)題是構(gòu)建新能源體系的關(guān)鍵。推動(dòng)微電網(wǎng)、分布式能源等技術(shù)發(fā)展，可以減少大電網(wǎng)負(fù)荷以及間歇性能源對(duì)大電網(wǎng)的沖擊，提升微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷的供電安全性，實(shí)現(xiàn)能源綠色轉(zhuǎn)型。

2、目前，在便攜式儲(chǔ)能電源以及分布式能源領(lǐng)域，主要還是采用鉛酸電池、鋰電池、柴油發(fā)電機(jī)或者兩兩組合技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中常用的鉛酸電池和鋰電池作為儲(chǔ)能電源，其本身能量密度較小，能夠儲(chǔ)存的電能有限，柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中噪音較大，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和人員造成干擾，尾氣排放污染大，產(chǎn)生的污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅。因此，采用新能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定儲(chǔ)能引起廣泛關(guān)注，例如專利cn215322038u提供了一種用于軌道交通的多能源智能動(dòng)力系統(tǒng)，采用燃料電池和鋰離子電池為負(fù)載系統(tǒng)供電，該系統(tǒng)需要高純氫，且采用高壓儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫，儲(chǔ)氫設(shè)備體積較大，導(dǎo)致成本較高。

3、鈉離子電池作為一種新型電池技術(shù)，具有能量密度高、高低溫性能優(yōu)異、安全性高、低自放電率等優(yōu)點(diǎn)，是一種更加高效，可靠和低成本的儲(chǔ)能技術(shù)。

4、氫能來(lái)源豐富，綠色低碳，應(yīng)用廣泛，對(duì)實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型具有重要意義，燃料電池作為一種清潔且高效的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，在新能源領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。甲醇重整制氫燃料電池可以實(shí)現(xiàn)氫氣“即產(chǎn)即用”，相比于現(xiàn)有技術(shù)中常用的電解水制氫供能的燃料電池技術(shù)，減少了氫氣的運(yùn)輸、存儲(chǔ)、加注及存儲(chǔ)安全的問(wèn)題，有利于降低用氫成本。

5、基于彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)兼具鈉離子電池和甲醇重整制氫燃料電池兩者的優(yōu)勢(shì)，以鈉離子電池作為能量?jī)?chǔ)存器件，在啟動(dòng)階段供電供能，在運(yùn)行階段儲(chǔ)存電能；甲醇重整制氫-燃料電池作為發(fā)電模塊，將液態(tài)甲醇水溶液轉(zhuǎn)化為燃料電池的原料氣，進(jìn)而發(fā)電，實(shí)現(xiàn)不間斷穩(wěn)定供電。整個(gè)能源系統(tǒng)具有安全性高、整體能效高、溫度范圍寬、倍率特性好、成本較低等優(yōu)勢(shì)。鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源可以適應(yīng)各種地理環(huán)境和氣候條件，可廣泛應(yīng)用于單兵作戰(zhàn)電源，通訊設(shè)備電源，戶外作業(yè)電源等便攜式儲(chǔ)能電源以及微電網(wǎng)，分布式能源等領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在用戶端實(shí)現(xiàn)安全、高效、穩(wěn)定的供電，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

2、一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、鈉離子電池、甲醇重整制氫裝置、燃料電池、ac/dc雙向逆變器、dc/dc逆變器、ems能量管理系統(tǒng)、負(fù)載端；電網(wǎng)與ac/dc雙向逆變器相連，ac/dc雙向逆變器與負(fù)載端相連，鈉離子電池分別與ac/dc雙向逆變器、甲醇重整制氫裝置、燃料電池相連，燃料電池電力輸出端與dc/dc逆變器相連，dc/dc逆變器與ac/dc雙向逆變器相連，ems能量管理系統(tǒng)分別與鈉離子電池、甲醇重整制氫裝置、燃料電池、ac/dc雙向逆變器相連，甲醇重整制氫裝置的重整氣輸出端與燃料電池的重整氣輸入端相連。

3、作為一種優(yōu)選方案，

4、所述鈉離子電池包括電池外封裝以及位于電池外封裝內(nèi)部的電芯和電池管理系統(tǒng)。

5、所述甲醇重整制氫裝置包括進(jìn)液系統(tǒng)、預(yù)熱室、重整室、熱交換室；甲醇水溶液通過(guò)進(jìn)液系統(tǒng)分別進(jìn)入預(yù)熱室和熱交換室，然后分別進(jìn)入重整室，重整室的尾氣進(jìn)入熱交換室冷凝去除液相后形成重整氣為燃料電池供能。

6、所述燃料電池包括燃料電池堆、溫度管理系統(tǒng)、燃料電池管理系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)，配氣系統(tǒng)包括重整氣和空氣；燃料電池管理系統(tǒng)分別與燃料電池堆、配氣系統(tǒng)、溫度管理系統(tǒng)相連，燃料電池堆分別與溫度管理系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)相連。

7、所述ac/dc雙向逆變器包括功率模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊。

8、所述dc/dc逆變器包括功率模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊。

9、所述ems能量管理系統(tǒng)包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)，采集系統(tǒng)包括多個(gè)采集模塊，采集系統(tǒng)用于采集鈉離子電池的電量、燃料電池的供電狀態(tài)、負(fù)載端的功率并反饋給管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)用于對(duì)采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值進(jìn)行比較分析，并通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鈉離子電池以及燃料電池工作狀態(tài)的切換。

10、本實(shí)用新型的有益效果：

11、1.使用鈉離子電池替代現(xiàn)有技術(shù)中的鋰離子電池，在低溫和高倍率充放電的場(chǎng)景下更具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；

12、2.不需要使用高純氫給燃料電池供能，只需使用重整氣就可以直接通入燃料電池發(fā)電不需要純化，相比于電解水制氫還需要進(jìn)行氫氣提純處理，省去了氫氣提純?cè)O(shè)備，大大減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積；

13、3.不需要使用固態(tài)儲(chǔ)氫和高壓儲(chǔ)氫裝置，實(shí)現(xiàn)了氫氣的“即產(chǎn)即用”，大大減小了系統(tǒng)體積和成本，發(fā)電成本低于1元/kwh。

技術(shù)特征：

1.一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，其特征在于：包括電網(wǎng)、鈉離子電池、甲醇重整制氫裝置、燃料電池、ac/dc雙向逆變器、dc/dc逆變器、ems能量管理系統(tǒng)、負(fù)載端；電網(wǎng)與ac/dc雙向逆變器相連，ac/dc雙向逆變器與負(fù)載端相連，鈉離子電池分別與ac/dc雙向逆變器、甲醇重整制氫裝置、燃料電池相連，燃料電池電力輸出端與dc/dc逆變器相連，dc/dc逆變器與ac/dc雙向逆變器相連，ems能量管理系統(tǒng)分別與鈉離子電池、甲醇重整制氫裝置、燃料電池、ac/dc雙向逆變器相連，甲醇重整制氫裝置的重整氣輸出端與燃料電池的重整氣輸入端相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，其特征在于：所述鈉離子電池包括電池外封裝以及位于電池外封裝內(nèi)部的電芯和電池管理系統(tǒng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，其特征在于：所述甲醇重整制氫裝置包括進(jìn)液系統(tǒng)、預(yù)熱室、重整室、熱交換室；甲醇水溶液通過(guò)進(jìn)液系統(tǒng)分別進(jìn)入預(yù)熱室和熱交換室，然后分別進(jìn)入重整室，重整室的尾氣進(jìn)入熱交換室冷凝去除液相后形成重整氣為燃料電池供能。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，其特征在于：所述燃料電池包括燃料電池堆、溫度管理系統(tǒng)、燃料電池管理系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)，配氣系統(tǒng)包括重整氣和空氣；燃料電池管理系統(tǒng)分別與燃料電池堆、配氣系統(tǒng)、溫度管理系統(tǒng)相連，燃料電池堆分別與溫度管理系統(tǒng)和配氣系統(tǒng)相連。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，其特征在于：所述ac/dc雙向逆變器包括功率模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，其特征在于：所述dc/dc逆變器包括功率模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈉離子電池-甲醇重整制氫-燃料電池綜合能源系統(tǒng)，其特征在于：所述ems能量管理系統(tǒng)包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)，采集系統(tǒng)包括多個(gè)采集模塊，采集系統(tǒng)用于采集鈉離子電池的電量、燃料電池的供電狀態(tài)、負(fù)載端的功率并反饋給管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)用于對(duì)采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值進(jìn)行比較分析，并通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鈉離子電池以及燃料電池工作狀態(tài)的切換。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開(kāi)了一種鈉離子電池?甲醇重整制氫?燃料電池綜合能源系統(tǒng)，包括電網(wǎng)、鈉離子電池、甲醇重整制氫裝置、燃料電池、AC/DC雙向逆變器、DC/DC逆變器、EMS能量管理系統(tǒng)、負(fù)載端，電網(wǎng)與AC/DC雙向逆變器相連，AC/DC雙向逆變器與負(fù)載端相連，鈉離子電池與AC/DC雙向逆變器、甲醇重整制氫裝置、燃料電池相連，燃料電池電力輸出端與DC/DC逆變器相連，DC/DC逆變器與AC/DC雙向逆變器相連，EMS能量管理系統(tǒng)與鈉離子電池、甲醇重整制氫裝置、燃料電池、AC/DC雙向逆變器相連，甲醇重整制氫裝置重整氣輸出端與燃料電池重整氣輸入端相連，本技術(shù)減小了系統(tǒng)體積，降低了系統(tǒng)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：馬紫峰,車海英,申展
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江鈉創(chuàng)新能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240222
技術(shù)公布日：2024/10/21