一种利用间歇性能源电解水的方法及装置

摘要

本发明公开了一种利用间歇性能源电解水的方法及装置。所述方法包括：对间歇性能源所产生的电能进行稳压处理；检测稳压处理后间歇性能源电能的电压，获得稳压电压；将所述稳压电压与当前电解池工作所需的额定电压进行比较，如果所述稳压电压大于所述额定电压，则为所述当前电解池并联额定电压相同的电解池后，进行电解水；如果所述稳压电压小于所述额定电压，则减少所述当前电解池的数量后，进行电解水；如果所述稳压电压在所述额定电压范围内，则利用所述当前电解池进行电解水；所述额定电压为电解池工作在理想工作状态的电压。通过运用本发明所提供的方案，可以实现充分利用间歇性能源，并且同时保证电解池处于理想工作状态的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别是涉及一种利用间歇性能源电解水的 方法及装置。

背景技术

在能源危机严重的当今，太阳能、风能、潮汐能等新能源，由于具有可 再生、清洁、丰富等优点，受到了广泛的研究和开发。由于这些可再生能源 在温度、气候、地域等多方面因素影响时会产生不稳定(即：间歇性)的能 量，所以又被称为间歇性能源。

利用间隙性能源作为电源进行电解水，获得氢气和氧气的方式，被认为 是一条有潜力的利用间歇性能源的途径，但能源的间歇性会降低电解效率， 从而降低间歇性能源的有效利用率。现有技术的一种利用间歇性能源电解水 的方式为：将间歇性能源的电能以恒压或恒流的方式输出，以供给电解池稳 定的电压，从而实现电解水，得到氢气和氧气。这种方式的优点在于将间歇 性能源的不稳定电能以稳定的方式输出，使得电解池在稳定的电压下工作。 但是，这种方式仍然不能充分利用间歇性能源，例如：当间歇性能源产生的 电能较小时，虽然以稳压形式输出的电压可以达到电解池正常工作的电压， 但是因为负载的电解池数量较多，实际上电解池无法启动，这样间歇性能源 未得到充分利用。

同时，虽然电解池的工作电压越高，电解效率越高，但是当电解池的工 作电压过高时，会降低电解池的使用寿命。所以电解池只有在一个电压范围 内工作时才处于最理想状态，此时电解效率较高，并且有利于提高电解池的 寿命。

因此，在电解水的过程中，如何充分利用间歇性能源，同时保证电解池 处于理想工作状态，成为了重要的研究课题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用间歇性能源电解水的方法 及装置，以实现在电解水过程中，充分利用间歇性能源，并且保证电解池处 于理想工作状态的目的，技术方案如下：

一种利用间歇性能源电解水的方法，包括：

对间歇性能源所产生的电能进行稳压处理；

检测稳压处理后间歇性能源电能的电压，获得稳压电压；

将所述稳压电压与当前电解池工作所需的额定电压进行比较，如果所述 稳压电压大于所述额定电压，则为所述当前电解池并联额定电压相同的电解 池后，进行电解水；如果所述稳压电压小于所述额定电压，则减少所述当前 电解池的数量后，进行电解水；如果所述稳压电压在所述额定电压范围内， 则利用所述当前电解池进行电解水；

所述额定电压为电解池工作在理想工作状态的电压。

相应的，本发明还提供一种利用间歇性能源电解水的装置，包括：

稳压模块，用于对间歇性能源所产生的电能进行稳压处理；

电压检测模块，用于检测所述稳压模块处理后的间歇性能源电能的电压， 获得稳压电压；

比较模块，用于将所述稳压电压与当前电解池工作所需的额定电压进行 比较，并在所述稳压电压大于所述额定电压的情况下，触发降压模块；在所 述稳压电压小于所述额定电压的情况下，触发升压模块；在所述稳压电压在 所述额定电压范围内的情况下，触发电解水模块；

所述降压模块，用于为所述当前电解池并联额定电压相同的电解池后， 触发所述电解水模块；

所述升压模块，用于减少所述当前电解池的数量后，触发所述电解水模 块；

所述电解水模块，用于利用所述当前电解池进行电解水。

本发明所提供的方案中，在利用间歇性能源作为电源为电解池供电进行 电解水时，对间歇性能源所产生的电能稳压处理后，检测间歇性能源电能的 电压，确定出稳压电压；然后判断所述稳压电压是否在电解池正常工作时所 需额定电压范围内，根据判断结果，对当前电解池进行调整，然后进行后续 的电解水。本方案中，根据稳压后间歇性能源电能稳压电压的波动大小，确 定适当数量的电解池，使得电解池在额定电压范围内工作，以此充分利用间 歇性能源，并且同时保证电解池处于理想工作状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供一种利用间歇性能源电解水的方法的第一种流程图；

图2为本发明实施例一种利用间歇性能源电解水的方法的电能处理示意 图；

图3为本发明实施例一种利用间歇性能源电解水的方法的第二种流程图；

图4为本发明实施例一种利用间歇性能源电解水的方法的第三种流程图；

图5为本发明实施例一种利用间歇性能源电解水的装置的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中，利用间歇性能源作为供电源电解水制氢/氧时，将不稳定的 电能行稳压后，直接供给电解池进行电解水，电解池的两端会分别产生氢气 和氧气。由于间歇性能源产生的电能具有不稳定性，所以当产生的电能较小 时，可能由于作为负载的电解池数量过多，使得电解池处于很低的电流下工 作产生较少量的氢/氧，虽然间歇性能源得到了充分利用但是电解池未处于理 想工作状态；或者，当间歇性能源产生的电能较多时，已超过固定数量电解 池正常工作所需的电能，那么额外的电能将被浪费，此时间歇性能源未被充 分利用，并且电解池未处于理想工作状态。本发明所提供的一种利用间歇性 能源电解水的方法，以实现在电解水过程中，充分利用间歇性能源，同时保 证电解池处于理想工作状态的目的。

下面首先对本发明所提供的一种利用间歇性能源电解水的方法进行介 绍，该方法包括：

对间歇性能源所产生的电能进行稳压处理；

检测稳压处理后间歇性能源电能的电压，获得稳压电压；

将所述稳压电压与当前电解池工作所需的额定电压进行比较，如果所述 稳压电压大于所述额定电压，则为所述当前电解池并联额定电压相同的电解 池后，进行电解水；如果所述稳压电压小于所述额定电压，则减少所述当前 电解池的数量后，进行电解水；如果所述稳压电压在所述额定电压范围内， 则利用所述当前电解池进行电解水；

所述额定电压为电解池工作在理想工作状态的电压。

本发明所提供的方案中，在利用间歇性能源作为电源为电解池供电进行 电解水时，对间歇性能源所产生的电能稳压处理后，检测间歇性能源电能的 电压，确定出稳压电压；然后判断所述稳压电压是否在电解池正常工作时所 需额定电压范围内，根据判断结果，对当前电解池进行调整，然后进行后续 的电解水。本方案中，根据稳压后间歇性能源电能稳压电压的波动大小，确 定适当数量的电解池，使得电解池在额定电压范围内工作，以此充分利用间 歇性能源，并且同时保证电解池处于理想工作状态。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的一种利用间歇性能源电解水的方法，如图1和图2所示， 包括：

S101，对间歇性能源所产生的电能进行稳压处理；

由于利用太阳能、潮汐能、风能等间歇性能源进行发电时，所产生的电 能具有不稳定性，所以为了保证电解水过程中，电解池在稳定的电压下工作， 所以需要对间歇性能源所产生的电能进行稳压处理。稳压处理的方式可以为： 将间歇性能源所产生的电能通过稳压装置，以进行稳压处理。所述稳压装置 的作用：将间歇性能源所产生的不稳定电压调整为额定输出电压。本领域人 员可以理解的是，所述稳压装置可以采用稳压器，但不局限于稳压器。

S102，检测稳压处理后间歇性能源电能的电压，获得稳压电压；

本实施例中，将连接在当前电路中的电解池称为当前电解池。在电解水 过程中，所述当前电解池处于工作状态。

需要说明的是，当前电解池可以为一个或多个；当前电解池为一个时， 直接并联到用于稳压处理的稳压装置的两端即可；当前电解池为多个时，电 解池之间是并联的，且与用于稳压处理的稳压装置并联。

当对稳压处理后的电能进行电压检测时，由于当前电解池之间是并联， 且并联在用于稳压处理的稳压装置(例如：稳压器)的两端，所以检测稳压 后电能的电压也就是检测当前电解池两端的电压。

S103，将所述稳压电压与当前电解池工作所需的额定电压进行比较，如 果所述稳压电压大于所述额定电压，则执行S104；如果所述稳压电压小于所 述额定电压，则执行S105；如果所述稳压电压值在所述额定电压范围内，执 行S106；

在电解水过程中，电解池在某个电压范围内工作时，不但具有较高的电 解效率同时不会影响电解池的寿命，此时，电解池处于理想工作状态，该电 压范围为电解池的额定电压。当工作电压大于电解池的额定电压时，电解池 会有较高的电解效率，但是会影响电解池的寿命；当工作电压小于电解池的 额定电压时，电解池的电解效率相对较低。

所述额定电压与电解池自身的特性有关。其中，具有不同的电解质，电 极，电解池结构，其他关键材料或工作温度的电解池所对应的额定电压是不 同的。为了达到很好的电解效果，本实施例中，所述当前电解池可以为固体 聚合物电解质电解池。

需要说明的是，当检测得到的稳压电压小于稳压装置的额定输出电压时， 可以表明当前电解池充分利用了间歇性能源。因此，为了确定间歇性能源所 产生的电能被充分利用并且保证当前电解池能够在额定电压范围内工作，所 述稳压装置的额定输出电压应该略大于电解池的额定电压。其中，所述额定 输出电压高出所述额定电压的具体数值，根据实际情况而定。

当间歇性能源所产生的电能经过稳压处理后，检测得到的稳压电压是否 在额定电压范围内是判断是否需要对当前电解池进行调整的一个标准。这是 因为：

当检测得到的稳压电压(即：电解池的工作电压)在额定电压范围内时， 当前电解池充分利用了间歇性能源，并且当前电解池的电解效率较高，产生 较多的氢/氧，处于理想工作状态；

当检测得到的稳压电压(即：电解池两端的工作电压)等于稳压装置的 额定输出电压时，此时间歇性能源未被充分利用，同时电解池未处于理想工 作状态；可以理解的是，当间歇性能源的输出功率与电解池的功率刚好相等 时，也会出现稳压电压等于稳压装置的额定输出电压，此时间歇性能源被充 分利用，但是在实际应用中，出现这种情况的概率极小。

当检测得到的稳压电压(即：电解池的工作电压)大于额定电压而小于 所述额定输出电压时，说明当前电解池充分利用了间歇性能源产生的电能， 但是当前电解池未处于理想工作状态；

当检测得到的稳压电压(即：电解池的工作电压)略小于额定电压时， 当前电解池在很小的电流下工作，虽然此时当前电解池可以充分利用间歇性 能源产生的电能，但是电解池未处于理想工作状态；

当检测得到的稳压电压(即：电解池的工作电压)相对额定电压来说很 小，此时过量的电解池作为负载，使得电压极低，导致当前电解池无法启动， 间歇性能源不能得到充分利用。

例如：

假设电解池工作时所需的额定电压为U1-U2，其对应的额定功率为 W1-W2；同时假设所利用的稳压装置的额定输出电压为略高于U2的U3，在 所述额定输出电压下电解池对应的功率为W3且W3＞W2；设定n个上述电解 池并联：

(1)当检测到间歇性能源稳压后的电压为U3时，当前电解池的工作功 率W等于nW3，此时，间歇性能源未被充分利用，并且当前电解池未处于理 想工作状态；

(2)当检测到间歇性能源稳压后的电压为U2-U3时，当前电解池的工作 功率W为：nW2＜W＜nW3，此时，间歇性能源得到了充分利用，但是当前电 解池未处于理想工作状态；

(3)当检测到间歇性能源稳压后的电压为U1-U2时，当前电解池的工作 功率W为：nW1＜W＜nW2，此时，间歇性能源得到了充分利用，并且当前电 解池处于理想工作状态；

(4)当检测到间歇性能源稳压后的电压略小于U1时，当前电解池在较 小的电流下工作，此时，过多的电解池利用间歇性能源所产生的电能，间歇 性能源得到充分利用，但是电解池未处于理想工作状态；

(5)当检测到间歇性能源稳压后的电压相对于U1很小时，此时由于过 多数量的电解池将无法启动，导致间歇性能源不能被利用。

由上述可知，通过检测稳压电压的波动大小，可以确定出间歇性能源所 产生的电能是否被充分利用以及电解池是否在理想工作状态下。所以，为了 保证间歇性能源充分利用以及电解池处于理想工作状态，当检测得到的稳压 电压大于所述额定电压时，执行S104，对当前电解池进行降压处理；当检测 得到的稳压电压小于所述额定电压时，执行S105，对电解池进行升压处理； 而当检测得到的稳压电压在额定电压范围内时，不必升压或降压，直接执行 S106。

S104，为所述当前电解池并联额定电压相同的电解池后，进行电解水；

当所述稳压电压等于所述稳压装置的额定输出电压时，间隙性能源未得 到充分利用，而且当前电解池未处于理想工作状态；而当所述稳压电压大于 所述额定电压但是小于稳压装置的额定输出电压时，间歇性能源所产生的电 能虽然得到了充分利用，但是当前电解池未处于理想工作状态。

对于上述两种情况，为了保证充分利用间歇性能源的同时使得当前电解 池在理想工作状态，可以通过为当前电解池并联备用电解池的方式来进行降 压，使得当前电解池在额定电压工作，这样不但能够充分利用间歇性能源， 同时保证当前电解池处于理想工作状态。

需要说明的是，在电解水过程中，需要预设多个额定电压与当前电解池 额定电压相同的备用电解池。当需要通过并联电解池的方式进行降压时，则 选择备用电解池中合适的电解池进行并联。

可以理解的是，备用电解池的额定功率与当前电解池的额定功率不同或 者相同。例如：假设当前电解池包含1个电解池WA，1个电解池2WA，1个 电解池5WA，三个电解池的额定电压为U1-U2，电解池WA的额定功率为 W1-W2，电解池2WA的额定功率为2W1-2W2，电解池5WA的额定功率为 5W1-5W2，所预设的备用电解池的额定功率可以为电解池WA的K(K＝1、2、 5、10、20、50、100......)倍。为了保证间歇性能源所产生的电能得到充分 利用，其中K的最大值根据间歇性能源的输出的最大功率大小而设置，使得 所有电解池在额定电压下的最大功率之和大于间歇性能源输出的最大功率。

本实施例中，所述当前电解池并联额定电压相同的电解池，如图3所示， 可以具体为：

S104a，将具有最大额定功率的备用电解池与当前电解池进行并联；

S104b，检测稳压处理后的间歇性能源电能的电压，获得参考电压；

S104c，将所述参考电压与所述额定电压进行比较，如果所述参考电压大 于所述额定电压，则执行S104a；如果所述参考电压小于所述额定电压，则执 行S104d；如果所述参考电压在所述额定电压范围内，则执行S104e；

S104d，断开当前并联的备用电解池，并将小于其额定功率的备用电解池 中的具有最大额定功率的备用电解池与当前电解池进行并联后，执行S104b；

S104e，并联处理结束。

在本实施例中的上述并联方式中，按照备用电解池额定功率从大到小依 次与当前电解池进行并联。当检测得到的参考电压(即：电解池两端的电压) 仍然大于所述额定电压时，则会继续将剩余的最大额定功率的备用电解池与 当前电解池进行并联，然后继续判断此时检测得到的参考电压与所述额定电 压的大小关系，根据大小关系重复进行相应的处理；当检测得到的参考电压 小于所述额定电压，则会断开与当前电解池并联的备用电解池，重新选择其 他备用电解池与当前电解池进行并联，在进行重新选择的时候，依然按照备 用电解池额定功率从大到小的顺序进行选择。

需要说明的是，当某一额定功率的备用电解池与当前电解池并联后，检 测得到的参考电压小于所述额定电压，则在进行重新选择备用电解池的时候， 与所述并联的备用电解池额定功率相同的其他备用电解池不在选择范围内， 而是选择所述多个额定功率相同的备用电解池之外的额定功率最大的电解池 进行并联，然后进行后续的检测、判断。

S105，减少所述当前电解池的数量后，进行电解水；

当所述稳压电压略小于当前电解池的额定电压时，在较小电流下工作， 虽然间歇性能源得到了充分利用，但是当前电解池未处于理想工作状态；而 当所述稳压电压相对于当前电解池的额定电压较小时，过多的电解池使得电 解池两端的电压极低，使得当前电解池无法启动，间歇性能源将无法得到利 用。

对于上述两种情况，为了保证充分利用间歇性能源的同时当前电解池在 理想工作状态，可以通过减少当前电解池的数量的方式进行升压，使得电解 池在额定电压工作，这样不但能够充分利用间歇性能源同时当前电解池处于 理想工作状态。

本实施例中，所述减少所述当前电解池的数量，如图4所示，可以具体 为：

S105a，断开所述当前电解池中具有最大额定功率的电解池；

S105b，检测稳压处理后的间歇性能源电能的电压，获得参考电压；

S105c，将所述参考电压与所述额定电压进行比较，如果所述参考电压小 于所述额定电压，则执行S105a；如果所述参考电压大于所述额定电压，则执 行S105d，如果所述参考电压在所述额定电压范围内，则执行S105e；

S105d，重新并联当前断开的电解池，且断开小于其额定功率的当前电解 池中的具有最大额定功率的电解池，执行S105b；

S105e，断开处理结束。

在减少当前电解池数量的过程中，按照当前电解池中额定功率从大到小 的顺序，断开电解池进行判断处理，直到断开电解池后，检测得到的参考电 压在额定电压范围内为止。

S106，利用所述当前电解池进行电解水。

当所述稳压电压在所述额定电压范围内时，直接利用当前存在的电解池 进行电解水制氢/氧即可。

本发明所提供的方案中，在利用间歇性能源作为电源为电解池供电进行 电解水时，对间歇性能源所产生的电能稳压处理后，检测间歇性能源电能的 电压，确定出稳压电压；然后判断所述稳压电压是否在电解池正常工作时所 需额定电压范围内，根据判断结果，对当前电解池进行调整，然后进行后续 的电解水。本方案中，根据稳压后间歇性能源电能稳压电压的波动大小，确 定适当数量的电解池，使得电解池在额定电压范围内工作，以此充分利用间 歇性能源，并且同时保证电解池处于理想工作状态。

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到 本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬 件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术 方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出 来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台 计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各 个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器 (ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码 的介质。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供一种利用间歇性能源电 解水的装置，如图5所示，可以包括：

稳压模块110，用于对间歇性能源所产生的电能进行稳压处理；

电压检测模块120，用于检测所述稳压模块110处理后的间歇性能源电能 的电压，获得稳压电压；

比较模块130，用于将所述稳压电压与当前电解池工作所需的额定电压进 行比较，并在所述稳压电压大于所述稳定电压的情况下，触发降压模块140； 在所述稳压电压小于所述额定电压的情况下，触发升压模块150；在所述稳压 电压在所述额定电压范围内的情况下，触发电解水模块；

所述降压模块140，用于为所述当前电解池并联额定电压相同的电解池；

所述升压模块150，用于减少所述当前电解池的数量；

所述电解水模块160，用于利用所述当前电解池进行电解水。

其中，所述降压模块140包括：

并联单元，用于将具有最大额定功率的备用电解池与当前电解池进行并 联，并将所述电压检测模块120检测得到的当前稳压电压确定为参考电压；

第一比较单元，用于将所述参考电压与所述额定电压进行比较，并在所 述参考电压大于所述额定电压的情况下，触发所述并联单元；在所述参考电 压小于所述额定电压的情况下，触发第一处理单元；在所述参考电压在所述 额定电压范围内时，触发电解水模块160；

所述第一处理单元，用于断开当前并联的电解池，并将小于其额定功率 的备用电解池中的具有最大额定功率的备用电解池与当前电解池进行并联 后，将所述电压检测模块120检测得到的当前稳压电压确定为参考电压，触 发第一比较单元。

其中，所述升压模块150，包括：

断开单元，用于断开所述当前电解池中具有最大额定功率电解池，并将 所述电压检测模块120检测得到的当前稳压电压确定为参考电压；

第二比较单元，用于将所述参考电压与所述额定电压进行比较，并在所 述参考电压小于所述额定电压的情况下，触发断开单元；在所述参考电压大 于所述额定电压的情况下，触发第二处理单元；在所述参考电压在所述额定 电压范围内时，触发电解水模块160；

所述第二处理单元，用于重新并联当前断开的电解池，且断开小于其额 定功率的当前电解池中的具有最大额定功率的电解池后，将所述电压检测模 块120检测得到的当前稳压电压确定为参考电压，触发第二比较单元。

对于装置或系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关 之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置或系统实施例仅仅 是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理 上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位 于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择 其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员 在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和 方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前 的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应 该限制本申请的目的。例如，所述单元或子单元的划分，仅仅为一种逻辑功 能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个子单元结 合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统， 或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，所描述系统，装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本 申请的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点， 所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接 口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。 以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。