便携式电源装置

1.本发明涉及储能技术领域，特别是涉及一种便携式电源装置。


背景技术：

2.便携电源的储能方式主要是锂电池以及太阳能电池。但是锂电池作为储能装置，受到锂电池能量密度的限制，便携和续航相互冲突，想要提高续航必须要大量增加电池的数量。与此同时，锂电池的能量补给速度较慢。太阳能电池环保，没有碳排放，但是太阳能电池由于其发电特性，功率和太阳能板的面积成正比，在便携上也受到制约，同时太阳能电池也受限于天气因素，例如阴天、夜间以及光照强度弱时都无法有效使用。
3.当前市场上还有燃料电池作为储能的另一种方式。燃料电池利用氢气和空气发生反应生成水，有着环保无污染、能量效率高的特点，作为便携电源有着无可比拟的优势。燃料电池作为便携电源供能，除了需要燃料电池本身还需要供氢系统提供氢气。目前燃料电池的供氢系统的主要方式为高压储氢瓶、甲醇重整制氢、有机液态储氢、固态储氢以及水解制氢等。其中甲醇重整、有机液态储氢、固态储氢等方式释放氢气的温度较高，需要增加额外的加热装置和消耗额外电能，变相减低了系统的能量密度。高压储氢瓶的能量密度低，尤其在储氢量较小的便携领域其储氢密度更低。水解制氢材料(例如mgh2，nabh4，铝粉等)的储氢密度高，只需要加水就可以常温释放氢气，是便携电源供氢方式的首选，但是水解制氢材料往往需要过量的水来提高材料的利用率，而携带多余的水会显著降低材料的储氢密度。


技术实现要素：

4.基于此，针对传统技术中水解制氢材料往往需要过量的水来提高材料的利用率，而携带多余的水会显著降低材料的储氢密度的问题，提供一种便携式电源装置。本发明的便携式电源装置能够降低系统中水的携带量，提高水的利用率。
5.一种便携式电源装置，包括燃料电池机构、制氢机构、水循环机构、能源管理机构及控制机构，所述制氢机构的出气端与所述燃料电池机构连接，所述燃料电池机构的出水端与所述水循环机构连接，所述水循环机构还与所述制氢机构、所述燃料电池机构连接，所述水循环机构收集用于将收集的水循环至所述制氢机构，所述能源管理机构与所述燃料电池机构、水循环机构电性连接，所述控制机构电性连接于所述制氢机构、所述燃料电池机构、所述水循环机构以及所述能源管理机构。
6.在其中一些实施例中，所述燃料电池机构包括燃料电池本体、空气泵以及散热部件，所述燃料电池本体与所述制氢机构连接，所述空气泵与所述燃料电池本体的进气口连通，所述散热部件用于调节所述燃料电池本体的电堆温度，所述燃料电池本体与所述能源管理机构电性连接，所述空气泵与所述散热部件与所述控制机构电性连接。
7.在其中一些实施例中，所述燃料电池机构还包括温度传感器，所述温度传感器连接于所述燃料电池本体以用于检测所述燃料电池本体的温度，所述温度传感器与所述控制机构电性连接。
8.在其中一些实施例中，所述燃料电池机构还包括尾排管以及尾排阀，所述尾排管连接于所述燃料电池本体以用于外排所述燃料电池本体的阳极废气，所述尾排阀设置于所述尾排管，所述尾排阀与所述控制机构电性连接。
9.在其中一些实施例中，所述制氢机构包括第一储水件、第一蠕动泵以及制氢设备，所述制氢设备与所述燃料电池机构连接，所述水循环机构与所述所述第一储水件均通过所述第一蠕动泵连接于所述制氢设备，所述第一蠕动泵与所述控制机构电性连接。
10.在其中一些实施例中，所述制氢机构还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述制氢设备与所述燃料电池机构之间的管道上，所述压力传感器用于检测所述制氢设备与所述燃料电池机构之间的管道内的氢气压力，所述压力传感器与所述控制机构电性连接。
11.在其中一些实施例中，所述水循环机构还包括第二储水件以及单向阀，所述第二储水件与所述制氢机构的出气端、所述燃料电池机构的出水端连接，所述第二储水件还与所述制氢机构的进水端连接，所述单向阀设置于所述所述第二储水件还与所述制氢机构的进水端之间的管道上，所述单向阀与所述控制机构电性连接。
12.在其中一些实施例中，所述水循环机构还包括所述第一循环管、第一气水分离器以及第一电磁阀，所述第一气水分离器安装在所述制氢机构的出气端与所述燃料电池机构之间的氢气管道上，所述第一循环管的一端连接所述第一气水分离器且另一端连接所述第二储水件，所述第一电磁阀安装于所述第一循环管上，所述第一电磁阀与所述控制机构电性连接。
13.在其中一些实施例中，所述水循环机构还包括所述第二循环管、第二气水分离器、第二电磁阀以及第二蠕动泵，所述第二气水分离器连接于所述燃料电池机构的出水端，所述第二循环管的一端连接所述第二气水分离器且另一端连接所述第二储水件，所述第二电磁阀与所述第二蠕动泵分别安装于所述第二循环管上，所述第二电磁阀、所述第二蠕动泵分别与所述控制机构电性连接。
14.在其中一些实施例中，所述能源管理机构包括锂电池、稳压器以及，所述锂电池通过所述稳压器与所述燃料电池机构电性连接，所述锂电池还与所述控制机构电性连接。
15.上述便携式电源装置，通过设置水循环机构将整个携式电源装置生成的水回收起来重复利用，可以大大降低便携式电源装置需水携带量。上述的水循环机构能够充分回收燃料电池机构阴极生成的水，再循环至制氢机构，提高水的利用率，减少便携式电源装置的需水量。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.为了更完整地理解本技术及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
18.图1为本发明一实施例所述的便携式电源装置示意图。
19.附图标记说明
20.10、便携式电源装置；100、燃料电池机构；110、燃料电池本体；120、空气泵；130、散热部件；140、温度传感器；150、尾排管；160、尾排阀；200、制氢机构；210、第一储水件；220、第一蠕动泵；230、制氢设备；240、压力传感器；300、水循环机构；310、第二储水件；320、单向阀；330、第一循环管；340、第一气水分离器；350、第一电磁阀；360、第二循环管；370、第二气水分离器；380、第二电磁阀；390、第二蠕动泵；3110、第三气水分离器；3120、第三电磁阀；3130、第三蠕动泵；410、锂电池；420、稳压器；500、控制机构。
具体实施方式
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
27.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的
技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.本技术实施例提供一种便携式电源装置10，以解决传统技术中水解制氢材料往往需要过量的水来提高材料的利用率，而携带多余的水会显著降低材料的储氢密度的问题。以下将结合附图对进行说明。
30.本技术实施例提供的便携式电源装置10，示例性的，请参阅图1所示，图1为本技术实施例提供的便携式电源装置10的结构示意图。本技术的便携式电源装置10能够用于储能。本技术实施例提供的便携式电源装置10可以增加水解制氢材料的可选择范围，为不同使用场景下的使用提供广泛的材料选择。长远来看，本技术实施例提供的便携式电源装置10能够帮助延长特种环境下燃料电池移动装置的续航里程。
31.为了更清楚的说明便携式电源装置10的结构，以下将结合附图对便携式电源装置10进行介绍。
32.示例性的，请参阅图1所示，图1为本技术实施例提供的便携式电源装置10的结构示意图。一种便携式电源装置10包括燃料电池机构100、制氢机构200、水循环机构300、能源管理机构及控制机构500。
33.制氢机构200的出气端与燃料电池机构100连接。燃料电池机构100的出水端与水循环机构300连接。水循环机构300还与制氢机构200、燃料电池机构100连接。水循环机构300收集用于将收集的水循环至制氢机构200。
34.能源管理机构与燃料电池机构100、水循环机构300电性连接。控制机构500电性连接于制氢机构200、燃料电池机构100、水循环机构300以及能源管理机构。
35.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，燃料电池机构100包括燃料电池本体110、空气泵120以及散热部件130。燃料电池本体110与制氢机构200连接。空气泵120与燃料电池本体110的进气口连通。散热部件130用于调节燃料电池本体110的电堆温度。燃料电池本体110与能源管理机构电性连接。空气泵120与散热部件130分别与控制机构500电性连接。上述的燃料电池本体110用于发电。空气泵120用于为燃料电池本体110提供氧气。散热部件130用于对燃料电池本体110散热以调节燃料电池处于在最佳工作温度点。
36.在其中一些实施例中，散热部件130可以是吹风机或者风扇等。
37.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，燃料电池机构100还包括温度传感器140。温度传感器140连接于燃料电池本体110以用于检测燃料电池本体110的温度。温度传感器140与控制机构500电性连接。温度传感器140与散热部件130配合使用，温度传感器140用于探测燃料电池本体110的温度，控制机构500根据温度传感器140检测到的温度，控制散热部件130是否工作、工作时间长度等。
38.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，燃料电池机构100还包括尾排管150以及尾排阀160。尾排管150连接于燃料电池本体110以用于外排燃料电池本体110的阳极废气。尾排阀160设置于尾排管150。尾排阀160与控制机构500电性连接。
39.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，制氢机构200包括第一储水件210、第一蠕
动泵220以及制氢设备230。制氢设备230与燃料电池机构100连接。水循环机构300与第一储水件210均通过第一蠕动泵220连接于制氢设备230。第一蠕动泵220与控制机构500电性连接。第一储水件210可以是水袋、水箱等。第一蠕动泵220用于将第一储水件210内的水泵至制氢设备230内。
40.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，制氢机构200还包括压力传感器240。压力传感器240设置在制氢设备230与燃料电池机构100之间的管道上。压力传感器240用于检测制氢设备230与燃料电池机构100之间的管道内的氢气压力。压力传感器240与控制机构500电性连接。当压力传感器240检测到制氢设备230与燃料电池机构100之间的管道内的氢气压力低于预设值时，控制机构500控制第一蠕动泵220启动，第一蠕动泵220用于将第一储水件210内的水泵至制氢设备230内。
41.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，水循环机构300还包括第二储水件310以及单向阀320。第二储水件310与制氢机构200的出气端、燃料电池机构100的出水端连接。第二储水件310还与制氢机构200的进水端连接。单向阀320设置于第二储水件310还与制氢机构200的进水端之间的管道上，单向阀320与控制机构500电性连接。第二储水件310可以是水袋、水箱或者水桶等。此时，第一蠕动泵220用于将第一储水件210和/或第二储水件310内的水泵至制氢设备230内。当压力传感器240检测到制氢设备230与燃料电池机构100之间的管道内的氢气压力低于预设值时，控制机构500控制第一蠕动泵220启动，且单向阀320开启，第一蠕动泵220用于将第二储水件310内的水泵至制氢设备230内。需要说明的是，第一储水件210与第二储水件310可以是同时开启或者其中一个开启，保证制氢设备230能够正常工作即可。
42.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，水循环机构300还包括第一循环管330、第一气水分离器340以及第一电磁阀350。第一气水分离器340安装在制氢机构200的出气端与燃料电池机构100之间的氢气管道上，第一循环管330的一端连接第一气水分离器340且另一端连接第二储水件310，第一电磁阀350安装于第一循环管330上，第一电磁阀350与控制机构500电性连接。第一气水分离器340用于将制氢机构200的出气端出来的氢气中含有的水进行气水分离，分离后的氢气进入燃料电池机构100内，分离后的水进入第一循环管330并进入第二储水件310内。
43.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，水循环机构300还包括第二循环管360、第二气水分离器370、第二电磁阀380以及第二蠕动泵390。第二气水分离器370连接于燃料电池机构100的出水端，第二循环管360的一端连接第二气水分离器370且另一端连接第二储水件310，第二电磁阀380与第二蠕动泵390分别安装于第二循环管360上，第二电磁阀380、第二蠕动泵390分别与控制机构500电性连接。第二气水分离器370用于将燃料电池机构100的出水端出来的水中含有的气体进行气水分离，分离后的气体可以外排，分离后的水进入第二循环管360并进入第二储水件310内。
44.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，水循环机构300还包括第三循环管、第三气水分离器3110以及第三电磁阀3120。第三气水分离器3110连接于燃料电池机构100以用于收集阳极废气，第三循环管的一端连接第三气水分离器3110且另一端连接第二储水件310，第三电磁阀3120安装于第三循环管上，第三电磁阀3120分别与控制机构500电性连接。第三气水分离器3110用于将燃料电池机构100的阳极废气中含有的水分进行气水分离，分离后
的气体可以外排，分离后的水进入第三循环管并进入第二储水件310内。
45.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，能源管理机构包括锂电池410以及稳压器420。锂电池410通过稳压器420与燃料电池机构100电性连接。锂电池410还与控制机构500电性连接。稳压器420可以是dc/dc开关稳压器420。稳压器420用于对燃料电池机构100进行稳压，锂电池410用于在便携式电源装置10开机和关机时为其启动和对外输出提供电力。
46.上述便携式电源装置10，在使用时，请参阅图1所示，总体工作方式包括如下步骤：
47.便携式电源装置10开启时，由锂电池410为便携式电源装置10提供电力。
48.第一储水件210中的水经过第一蠕动泵220打入制氢设备230中，与制氢设备230中的水解制氢材料发生水解反应生成氢气。
49.制氢设备230生成的氢气经过制氢机构200的出气端与燃料电池机构100之间的氢气管道进入第一气水分离器340中进行气水分离，液态水积攒一定时间后，控制机构500控制第一电磁阀350打开，第一气水分离器340中积攒的水进入到第二储水件310中，第一气水分离器340中分离的氢气继续沿着氢气管道进入燃料电池本体110中进行发电。
50.为了实现燃料电池本体110的稳定输出，可以通过压力控制第一蠕动泵220打水实现氢气的足量供应。当压力传感器240检测到氢气管道内的氢气压力低于某一个设定值时，控制孔控制开启第一蠕动泵220，从第一储水件210和/或第二储水件310内打水制取氢气。当压力传感器240检测到氢气管道内的氢气压力达到设定值时，控制机构500控制开启空气泵120，空气泵120向燃料电池本体110内输入空气(氧气)，燃料电池本体110内进行反应并对外输出电能。燃料电池本体110工作时阴极会不断产生水，并随着空气不断排出燃料电池本体110，燃料电池机构100的出水端出来的水经过第二气水分离器370进行气水分离，第二气水分离器370中液态水积攒一定时间后，控制机构500控制打开第二电磁阀380和第二蠕动泵390，第二蠕动泵390将第二气水分离器370中液态水打入第二储水件310中供制氢设备230使用。
51.其中，第一储水件210和第二储水件310可以采用并联设计，第一蠕动泵220工作时自动抽取第一储水件210和第二储水件310中的水，无需切换。
52.综上，上述便携式电源装置10，通过设置水循环机构300将整个携式电源装置生成的水回收起来重复利用，可以大大降低便携式电源装置10需水携带量，降低了水解储氢材料携带水的量。上述的水循环机构300能够充分回收燃料电池机构100阴极生成的水，再循环至制氢机构200，提高水的利用率，减少便携式电源装置10的需水量。
53.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
54.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
55.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种便携式电源装置，其特征在于，包括燃料电池机构、制氢机构、水循环机构、能源管理机构及控制机构，所述制氢机构的出气端与所述燃料电池机构连接，所述燃料电池机构的出水端与所述水循环机构连接，所述水循环机构还与所述制氢机构、所述燃料电池机构连接，所述水循环机构收集用于将收集的水循环至所述制氢机构，所述能源管理机构与所述燃料电池机构、水循环机构电性连接，所述控制机构电性连接于所述制氢机构、所述燃料电池机构、所述水循环机构以及所述能源管理机构。2.根据权利要求1所述的便携式电源装置，其特征在于，所述燃料电池机构包括燃料电池本体、空气泵以及散热部件，所述燃料电池本体与所述制氢机构连接，所述空气泵与所述燃料电池本体的进气口连通，所述散热部件用于调节所述燃料电池本体的电堆温度，所述燃料电池本体与所述能源管理机构电性连接，所述空气泵与所述散热部件与所述控制机构电性连接。3.根据权利要求2所述的便携式电源装置，其特征在于，所述燃料电池机构还包括温度传感器，所述温度传感器连接于所述燃料电池本体以用于检测所述燃料电池本体的温度，所述温度传感器与所述控制机构电性连接。4.根据权利要求2所述的便携式电源装置，其特征在于，所述燃料电池机构还包括尾排管以及尾排阀，所述尾排管连接于所述燃料电池本体以用于外排所述燃料电池本体的阳极废气，所述尾排阀设置于所述尾排管，所述尾排阀与所述控制机构电性连接。5.根据权利要求1-4任意一项所述的便携式电源装置，其特征在于，所述制氢机构包括第一储水件、第一蠕动泵以及制氢设备，所述制氢设备与所述燃料电池机构连接，所述水循环机构与所述所述第一储水件均通过所述第一蠕动泵连接于所述制氢设备，所述第一蠕动泵与所述控制机构电性连接。6.根据权利要求5所述的便携式电源装置，其特征在于，所述制氢机构还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述制氢设备与所述燃料电池机构之间的管道上，所述压力传感器用于检测所述制氢设备与所述燃料电池机构之间的管道内的氢气压力，所述压力传感器与所述控制机构电性连接。7.根据权利要求1-4、6任意一项所述的便携式电源装置，其特征在于，所述水循环机构还包括第二储水件以及单向阀，所述第二储水件与所述制氢机构的出气端、所述燃料电池机构的出水端连接，所述第二储水件还与所述制氢机构的进水端连接，所述单向阀设置于所述所述第二储水件还与所述制氢机构的进水端之间的管道上，所述单向阀与所述控制机构电性连接。8.根据权利要求7所述的便携式电源装置，其特征在于，所述水循环机构还包括所述第一循环管、第一气水分离器以及第一电磁阀，所述第一气水分离器安装在所述制氢机构的出气端与所述燃料电池机构之间的氢气管道上，所述第一循环管的一端连接所述第一气水分离器且另一端连接所述第二储水件，所述第一电磁阀安装于所述第一循环管上，所述第一电磁阀与所述控制机构电性连接。9.根据权利要求7所述的便携式电源装置，其特征在于，所述水循环机构还包括所述第二循环管、第二气水分离器、第二电磁阀以及第二蠕动泵，所述第二气水分离器连接于所述燃料电池机构的出水端，所述第二循环管的一端连接所述第二气水分离器且另一端连接所述第二储水件，所述第二电磁阀与所述第二蠕动泵分别安装于所述第二循环管上，所述第
二电磁阀、所述第二蠕动泵分别与所述控制机构电性连接。10.根据权利要求1-4、6、8-9任意一项所述的便携式电源装置，其特征在于，所述能源管理机构包括锂电池以及稳压器，所述锂电池通过所述稳压器与所述燃料电池机构电性连接，所述锂电池还与所述控制机构电性连接。

技术总结
本发明公开了一种便携式电源装置。上述便携式电源装置包括燃料电池机构、制氢机构、水循环机构、能源管理机构及控制机构，所述制氢机构的出气端与所述燃料电池机构连接，所述燃料电池机构的出水端与所述水循环机构连接，所述水循环机构还与所述制氢机构、所述燃料电池机构连接，所述水循环机构收集用于将收集的水循环至所述制氢机构，所述能源管理机构与所述燃料电池机构、水循环机构电性连接，所述控制机构电性连接于所述制氢机构、所述燃料电池机构、所述水循环机构以及所述能源管理机构。上述便携式电源装置通过设置水循环机构将整个携式电源装置生成的水回收起来重复利用，可以大大降低便携式电源装置需水携带量。大大降低便携式电源装置需水携带量。大大降低便携式电源装置需水携带量。


技术研发人员：赵阳 孙汉乔 胡尊严 徐梁飞 李建秋
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/24