[發明專利]便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統

無效

• 申請號: 200910040482.2
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101593991A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 沈培康
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M8/10;H01M8/06;H01M8/04;C01B3/02;C01B3/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，具體涉及便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統。

背景技術

質子交換膜燃料電池作為一種常溫下可以正常運行的燃料電池已經受到廣泛關注。除了作為潛在的車用電源，更可為便攜式電子產品提供電源。實際上，便攜式燃料電池是燃料電池商業化的最近期市場(電池，2002，3，184)。便攜式電子器件銷售量的飛速增長與其對所使用電池連續工作時間的要求的提高，引起了器件制造商關于能量需求的嚴峻思考。而便攜式質子交換膜燃料電池所具有的高能量密度則能滿足這種新一代電子設備的要求。便攜式質子交換膜燃料電池的產品不斷有報道(化學進展，2006，18，30)。

便攜式質子交換膜燃料電池的特點包括：(1)用于電子器件電源的附加值比較高，對成本問題比較不敏感。(2)使用功率(電流)不大，比如手機撥打時的總工作電流僅為300毫安左右。而用于電動車輛或電站，要求達到600mA/cm²以上。相比之下對電池的技術要求不高。(3)便攜式電池的使用管理比較簡單，可以簡化水熱管理的問題，因而電池結構大為簡單，工程復雜性降低，有利于規模化生產，成本大幅降低。(4)市場巨大。便攜式燃料電池可為手機、筆記本電腦、便攜式錄像機、無線設備、火警、救護車、警察、應急燈不間斷電源、備用電源及軍事、休閑、露營設備等提供持久使用電源。

雖然便攜式質子交換膜燃料電池有許多優點，但是，還是存在很多技術難點，使得生產、使用困難，不便于大規模推廣應用。其中包括：(1)燃料電池堆的空氣輸送、水熱管理僅靠一風扇，比較難控制。因此，目前一般的產品利用多個傳感器進行電子控制來調節風速、溫度和排氣等。這樣的設計至少產生兩大問題。一是系統比較復雜，降低了可靠性；二是這些器件本身消耗很大一部分能量，使輸出功率大幅度降低。(2)燃料電池在實際使用中，負載經常改變，影響燃料電池的工作狀態。燃料電池的輸出功率受負載的牽制，不能做到恒功率輸出。這樣對于供氫速度、供氧速度、排水、溫度等的控制都造成困難。(3)氫氧質子交換膜燃料電池的氫燃料可以通過高壓氫瓶、金屬儲氫材料、碳氫化合物重整和化學品分解等方法獲得。以高壓氫瓶、金屬儲氫材料和碳氫化合物重整來產氫，對于便攜式質子交換膜燃料電池來說，在應用上有困難。利用化學品分解制氫是一個簡單的方法。有專利披露以硼氫化鈉分解制氫(中國專利申請200720149696.X，200810219455.7)，然而，在自然條件下硼氫化鈉分解制氫的溫度控制非常困難，以至難于控制制氫速度。上述的第(3)個問題，目前可以解決，已有含氫復合材料產品加水就可比較穩定地產氫。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一種便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統，用于發電和對電子產品充電。本發明能很好地解決上述第(1)和(2)個問題。具體技術方案如下：

便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統，包括空氣自呼吸質子交換膜燃料電池、氫氣發生系統和能量儲存系統，所述氫氣發生系統為空氣自呼吸質子交換膜燃料電池提供氫氣，空氣自呼吸質子交換膜燃料電池的電能輸出端與能量儲存系統連接，空氣自呼吸質子交換膜燃料電池產生的電能由能量儲存系統儲存或直接經所述能量儲存系統進行穩壓后輸出。

本發明的發電和充電以如下所述方式實現。主體發電系統為空氣自呼吸質子交換膜燃料電池，提供給質子交換膜燃料電池所用的氫氣由制氫系統中添加的化學含氫材料實現，燃料電池產生的電能直接經一能量儲存系統進行穩壓輸出。終端輸出亦可經DC/AC轉換成交流電。

上述的便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統，空氣自呼吸質子交換膜燃料電池的空氣供給、水和熱管理由一轉速可控的風扇調節。

上述的便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統，空氣自呼吸質子交換膜燃料電池產生的電能經一能量儲存系統進行穩壓直流輸出。

上述的便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統，所述的能量儲存系統為化學電池、超級電容器。

上述的便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統，空氣自呼吸質子交換膜燃料電池產生的電能經DC/DC轉換裝置變壓后穩壓直流輸出。

上述的便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統，空氣自呼吸質子交換膜燃料電池產生的電能經DC/AC轉換裝置變壓后穩壓交流輸出。

上述的便攜式質子交換膜燃料電池一體化系統，空氣自呼吸質子交換膜燃料電池對能量儲存系統進行直接充電。