燃料電池供電系統（fuel cell power system）是一種潔凈高效的新的發電裝置，正越來越受到重視和廣泛研究與應用。它是通過燃料電池來提供直流能源的；燃料電池是通過外部不斷送入燃料將化學能轉變為電能的。而對于燃料，目前人們研究使用最多的是氫氣、甲醇等化學物質。

一、定義

1、燃料電池

燃料電池（fuel cell），在我國的相關標準中都給出了專門的定義，這些定義出發于不同的角度而表述不盡相同，但可以幫助我們更好的理解其概念。

在GB/T 28816《燃料電池 術語》中的定義是：將一種燃料和一種氧化劑的化學能直接轉化為電能（直流電）、熱和反應物的電化學裝置（注：燃料和氧化劑通常存儲在燃料電池的外部，當他們被消耗時而輸入到燃料電池中）。該定義與IEC 60050-482（2004）是一致的。

在GB/T 20024.1《質子交換膜燃料電池 第1部分：術語》中的定義是指：將外部供應的燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能（直流電）及生成熱和反應產物的電化學裝置。所謂燃料即指能夠在陽極被氧化產生自由電子的物質。

在GB/T 2900.41《電工術語 原電池與蓄電池》中的定義是：通過一個化學過程，將連續供應的反應物的化學能轉變為電能的裝置。

由上述定義可知，燃料電池與我們原來常用的酸性、堿性蓄電池有非常的不同之處，它們雖然都是將化學能轉化為直流電能，它們雖然化學物質的參與，它們都有陽極、陰極和電解質，但燃料電池的主要化學物質在電池之外，一旦源源不斷地供應燃料就持續產生電能，結果是弱化了原來蓄電池的儲能的功能，沒有了原來蓄電池的充電放電的過程。

2、燃料電池發電系統

在GB/T 28816《燃料電池 術語》中對于燃料電池發電系統（fuel cell power system）的定義是：使用燃料電池模塊產生電能和熱的發電系統。燃料電池模塊（fuel cell module）是指一個或多個燃料電池堆和其他主要及適當的附加部件的集成體，目的組裝到一個發電裝置或一個交通工具中。其燃料電池堆（fuel cell stack）的定義是：由單電池、隔離板、冷卻板、歧管和支撐結構組成的設備，通過電化學反應把（通常）富氫氣體和空氣反應物轉化成直流電、熱和其他反應產物。

在GB/T 20024.1《質子交換膜燃料電池 第1部分：術語》中的定義是指：由燃料電池模塊和必要的輔助部件組成的一個完整的可穩定運行的發電系統。

二、分類與組成

1、燃料電池的分類

燃料電池所使用的燃料，目前國際與國內研究和研制的產品主要集中在氫氣體。氫是宇宙中豐富的物質，氫在自然界多以化合物形態出現。有資料顯示，在地殼十公里范圍內（包括海洋和大氣）化合態氫的重量組成約占 1%，原子組成約占 15.4%。化合態氫的常見形式是水和有機物，其中，氫的最大來源是水，而且氫與氧的燃燒或化學反應的產物也是水，因此，氫能是可再生能源， 可以循環利用，有巨大的發展前景，成為繼火力發電、水力發電、核能發電之后的第四代發電方式。為此，氫燃料電池的特點表現為：能量轉換效率高、環境友好、性能優越、靈活性高和燃料來源豐富等，具體詳見下表2-1-1。

表2-1-1：氫燃料電池的特點表現

鑒于此，對于氫燃料電池的分類方法，目前國際上主要是依據所用電解質的不同來分類，基本上可分為五類：AFC、PAFC、MCFC、SOFC、PEMFC，其名稱的中英文對照詳見下表2-1-2；其各種類的主要特點（燃料、電解質、比功率等）匯總在下表2-1-3中。

表2-1-2：氫燃料電池的名稱的中英文對照

表2-1-3：各種類氫燃料電池的主要特點

根據GB/T 28816的指出：一個燃料電池模塊由以下幾個主要部分組成：一個或多個燃料電池堆；輸送燃料、氧化劑和廢氣的管路系統；電池堆輸電的電路連接、檢測和/或控制手段。此外，燃料電池模塊還可以包括：額外流體（如冷卻介質、惰性氣體）的輸送手段；檢測正常或不正常運行條件的手段；外殼或壓力容器；和模塊的通風系統。

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2、燃料電池供電系統的分類與組成

在GB/T 28816《燃料電池 術語》中，給出了燃料電池供電系統的一個基本分類，目前可分為：固定式燃料電池供電系統；便攜式燃料電池供電系統；微型燃料電池供電系統和燃料電池車。其概念詳見下表2-2。

表2-2：四種燃料電池供電系統的定義

在GB/T 28816中，還分別給出了這四種系統的框圖，由框圖可以看出各種燃料電池供電系統的組成，應是一個個功能系統的集合。這部分所能預期的發電系的總體設計有下述所述能實現規定功能的系統的必要組合而成：自動控制系統；燃料電池模塊；燃料電池堆；燃料處理系統；內置式能量存儲系統；氧化劑處理系統；功率調節系統；熱管理系統；通風系統；水處理系統；等。

三、通信用燃料電池供電系統

由于目前的研究和應用進展，通信用燃料電池供電系統還沒有得到很大地普及。目前通信電源系統所應用和使用的是燃料為氫、氧化劑為氧、電解質為質子交換膜的燃料電池（PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell），主要是固定式燃料電池供電系統，為通信設備提供電源。

1、系統組成

目前對于通信用燃料電池供電系統，只是在2010年工信部發布了一個技術報告，即YDB 051《通信用氫燃料電池供電系統》。該技術報告是作為引導和指導研制之用，并非為通信行業正式標準。但從該技術報告可以看到燃料電池系統在通信電源領域的應用方向，其中給出了通信用固定式燃料電池供電系統的功能框圖如下圖3-1-1所示，它主要由儲氫單元、供氫單元、燃料電池單元、DC/DC變換單元（可選）、監控單元、配電單元、水、熱綜合管理單元及其它附件組成。下圖3-1-2給出了一個通信用燃料電池供電系統的實物圖。

圖3-1-1：通信用燃料電池供電系統的功能框圖

圖3-1-2：通信用燃料電池供電系統的實物示例

2、系統的應用場景

通信用燃料電池供電系統，在通信局（站）電源系統中，人們期望有兩大應用場景，一是能夠代替原來大量使用的鉛酸蓄電池；二是能夠代替原有的備用柴油發電機。

在通信基礎電源系統中，配備使用了大量的鉛酸蓄電池，而鉛酸蓄電池是在交流市電停電時才為通信設備供電。當用氫燃料電池代替鉛酸蓄電池后，在市電正常時，供氫閥門關閉，氫燃料電池停止工作，不發電處于備用狀態。一旦氫燃料電池供電系統探測到市電停電，立即自動打開供氫閥門，氫燃料電池供電系統開始發電，立即向通信設備供電。市電來電后，供氫閥門又自動關閉，氫燃料電池供電系統停止發電，處于備用。這樣在一個通信機樓，不用配備大量的鉛酸蓄電池了，尤其是在目前多采用的直流分散供電方式的情形下。為此可以減少鉛酸蓄電池的投資，同時減少了鉛酸蓄電池占用機房的面積。在實際使用中，因為氫氣閥門開啟到能正常提供足夠電力需要一定的啟動時間，因此需要一個容量相對較小的蓄電池，以保證燃料電池發電與市電供電轉換過程中維持通信設備的不間斷供電，并為燃料電池系統啟動提供驅動電流。

同理，在配備了DC/AC逆變器后，可以用燃料電池供電系統代替備用柴油發電機，用氫氣代替了柴油，以減少其排放污染和噪音污染等。當然，燃料電池供電系統在通信局（站）或通信終端還有其它應用場景，還有待于研究、開發和利用。

3、系統的技術性能

通信用燃料電池供電系統的相關技術性能要求，目前還沒有相應的標準規定，但在YDB 051-2010《通信用氫燃料電池供電系統》中，對48V氫燃料電池供電系統給出了一系列的技術性能要求，可供參考。

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