[實用新型]一種混合型直接甲醇燃料電池供電裝置

無效

• 申請號: 200820078884.2
• 申請日: 2008-02-01
• 公開（公告）號: CN201163724Y
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 丁青青;王榮蓉;寧劍;李春文
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于清潔能源領域，特別涉及一種提高直接甲醇燃料電池系統穩定性及延長使用壽命的方法及裝置。

背景技術

直接甲醇燃料電池(Direct?Methanol?Fuel?Cell，簡稱DMFC)直接以甲醇為陽極燃料，無需將甲醇重整為富氫氣體的甲醇重整器裝置，它直接用甲醇溶液作為“燃料”發電，反應后的產物只有水，是一種綠色的環保電池。直接甲醇燃料電池具有系統結構簡單、體積能量密度高、燃料補充方便等特點，是最適合用于家庭或辦公用的備用電源、助力車和汽車電源、筆記本和手機等電子產品的小型電源。同時，直接甲醇燃料電池也非常適合作為通信電源。傳統的蓄電池容量、比能量偏小、持續工作時間有限；以氫為動力的燃料電池沒有完全解決氫的存儲和運輸的問題；車載發電機組和背負式的小型汽油機發電機由于其電磁干擾嚴重，會嚴重惡化通信發報的工作環境，同時因為工作溫度高、噪音大等缺點使小型油機發電機的隱蔽性很差。直接甲醇燃料電池技術由于工作溫度低、壽命長、能量密度高，在通訊電源領域也一定會大有作為。直接甲醇燃料電池被廣泛認為是最具產業化前景的一種燃料電池，已經成為了各國競相開發的重點，有著巨大的市場潛力。

然而，直接甲醇燃料電池商業化之前還有許多的問題需要解決。例如傳統的直接甲醇燃料電池系統常用一個蓄電池配合電堆工作(如圖-1)，這種結構中通常是用一個DC/DC變換器對電堆放出的電壓進行穩壓，DC/DC模塊放出的電壓與蓄電池并聯后在負載端給負載供電，這種結構一定程度上起到抗負載擾動的作用，但是在實際運行當中，蓄電池會頻繁的充放電，我們知道任何一種蓄電池的充放電次數都是有一定限制的，所以這種結構會使蓄電池過早老化，導致整個燃料電池系統的壽命受限制。同時這種系統中由于使用了DC/DC變換器對電堆的電壓進行穩壓，由于直接甲醇燃料電池電堆放電電壓較低但是電流較大，所以用DC/DC對其進行穩壓控制會產生的大量損耗并使得系統整體的效率大大降低。

此外電堆內部的甲醇滲透，電池輔助系統耗能大等也是甲醇甲醇燃料電池電源系統的問題。在一定的濃度范圍內甲醇濃度越高電堆的性能越好，但是甲醇滲透也會越嚴重，甲醇滲透是指甲醇直接擴散到電池的陰極與氧氣反應，滲透到陰極的甲醇沒有參與發電過程，反而會釋放出大量的熱系統過熱，同時滲透到陰極的甲醇與氧氣反應還會產生一個反電動勢疊加在電池的輸出端，降低了電池的放電電壓。目前大多數研究者都是將甲醇濃度控制在一個定值(通常是1mol/L)，這種方法可以在電堆以額定功率工作時得到較高的電堆輸出性能并可以在一定程度上抑制甲醇滲透，但是并沒有根據負載大小在線的調節甲醇濃度，例如當負載小時，可以在保證電堆的輸出電能可以滿足負載要求的情況下能適當的降低甲醇濃度，這樣可以減少甲醇滲透。系統內耗大的主要原因是系統中使用了一系列的耗能大的設備，如氣泵、液泵和散熱風扇和等，并且沒有對這些耗能設備進行合理的動態控制。

針對上述問題設計了一種新型的直接甲醇燃料電池系統，該系統可以使(1)電池中的蓄電池的充放電次數大大減少，延長了系統的使用壽命大大。(2)可以在一定程度上減少了DC/DC變換器使用時間和傳輸功率，大大減少了由于使用DC/DC變換器造成的損耗；(3)可以很方便的實現根據負載大小和電堆本身的工作狀態動態調節甲醇濃度、陰陽極進料速度，具有低內耗、高效率的特點，同時也在一定程度上抑制了甲醇滲透。

發明內容

本實用新型的目的是提供可延長直接甲醇燃料電池系統工作壽命和提高系統效率的一種新型的直接甲醇燃料電池電堆-超級電容-蓄電池混合燃料電池裝置。

本實用新型的特征在于，含有：

直接甲醇燃料電池電堆、超級電容、雙向DC/DC變換器、蓄電池，其中：

所述直接甲醇燃料電池與超級電容并聯；

所述超級電容與雙向DC/DC變換器一個輸入/輸出端并聯，蓄電池與雙向DC/DC變換器的另一輸入/輸出端并聯；

當超級電容的電壓高于一設定電壓閥值時所述雙向DC/DC變換器向蓄電池充電，反之，當超級電容的電壓低于一設定電壓閥值時所述雙向DC/DC變換器由蓄電池向超級電容放電。