[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)及其燃料補(bǔ)充方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910160322.1
• 申請(qǐng)日: 2009-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101989659A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林志彥;葉劍平;童柏少;陳薪州;柯友俊;賴將文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南亞電路板股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/00
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/00;H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;陳晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及一種可精準(zhǔn)補(bǔ)充燃料的燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池(Fuel?Cell)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，例如家庭備用電力、車(chē)船的電力系統(tǒng)、低功率的便攜式電子產(chǎn)品等，皆可使用燃料電池。每一燃料電池具有膜電極組(MEA)。在膜電極組的陽(yáng)極端供給一定濃度的燃料，在陰極端給適量的氧氣后，在陰極與陽(yáng)極間因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生一電位差，故可提供電流予一外部負(fù)載。由于燃料電池的反應(yīng)生成物為二氧化碳與水，故不會(huì)產(chǎn)生任何化學(xué)有機(jī)物質(zhì)。因此，燃料電池可稱為環(huán)保能源。常見(jiàn)的燃料電池包括直接甲醇燃料電池(Direct?Methanol?Fuel?Cell，DMFC)，其利用甲醇水溶液作為發(fā)電用燃料。

于傳統(tǒng)直接甲醇燃料電池之中，需控制所使用的甲醇水溶液濃度使其不高于一特定濃度，以避免甲醇滲透(cross?over)情形發(fā)生而降低其膜電極組(MEA)的發(fā)電效率。上述特定值則視所使用的膜電極組的性質(zhì)而定，通常不高于10vol％。另外，直接甲醇燃料電池亦容易受到其操作溫度及其環(huán)境溫度所影響，當(dāng)其操作溫度或環(huán)境溫度過(guò)低及過(guò)高時(shí)，直接甲醇燃料電池的發(fā)電效率便會(huì)下降。

直接甲醇燃料電池的陽(yáng)極化學(xué)反應(yīng)式如下：

CH₃OH+H₂O→6H⁺+6e^-+CO₂

陰極化學(xué)反應(yīng)式如下：

1.5O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

直接甲醇燃料電池的總反應(yīng)式如下：

CH₃OH+H₂O+1.5O₂→3H₂O+CO₂

由上述總反應(yīng)式可知，理論上直接甲醇燃料電池反應(yīng)時(shí)會(huì)生成水，但是實(shí)際中由于環(huán)境溫度與工作溫度等因素，于反應(yīng)過(guò)程中水會(huì)蒸發(fā)且其蒸發(fā)量恐大于其生成量。另外，燃料電池中甲醇水溶液中的甲醇則隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而減少，故所使用的甲醇水溶液濃度會(huì)隨反應(yīng)時(shí)間增加而減少，當(dāng)甲醇水溶液濃度過(guò)低時(shí)，于陽(yáng)極處反應(yīng)生成的氫離子就會(huì)大幅減少。因此，要讓直接甲醇電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)持續(xù)下去的話，就得增加甲醇含量，并設(shè)法減少蒸發(fā)量，維持水量，以維持直接甲醇燃料電池的持續(xù)運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明即為了要解決公知技術(shù)的問(wèn)題而提供一種燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)包括一燃料槽、一燃料補(bǔ)給單元、一電池模塊、一冷凝回收單元、一液位調(diào)整單元、一檢測(cè)單元以及一控制單元。燃料補(bǔ)給單元連接該燃料槽，以對(duì)該燃料槽補(bǔ)充一第一燃料。電池模塊連接該燃料槽，該燃料槽對(duì)該電池模塊提供一第二燃料，該電池模塊產(chǎn)生一第一氣體。冷凝回收單元連接該電池模塊，以將該第一氣體冷凝為一回收液體。液位調(diào)整單元連接該燃料槽以及該冷凝回收單元，該液位調(diào)整單元將該回收液體導(dǎo)入該燃料槽，以控制該燃料槽中的該第二燃料的液位固定。檢測(cè)單元電性連接該電池模塊，該檢測(cè)單元檢測(cè)該電池模塊所提供的一電流信號(hào)。控制單元電性連接該檢測(cè)單元以及該燃料補(bǔ)給單元，該控制單元根據(jù)該電流信號(hào)計(jì)算該電池模塊所提供的一電流量，當(dāng)該電流量達(dá)到一預(yù)設(shè)值時(shí)，該控制單元驅(qū)動(dòng)該第一燃料從該燃料補(bǔ)給單元被補(bǔ)充至該燃料槽。

本發(fā)明的特點(diǎn)在于，利用冷凝回收單元產(chǎn)生的回收液體(例如，水)以及液位調(diào)整單元控制該燃料槽中的該第二燃料(例如，甲醇水溶液)的液位固定。借此，當(dāng)該電流量達(dá)到該預(yù)設(shè)值時(shí)，在特定的溫度以及電壓條件下，該控制單元驅(qū)動(dòng)該燃料補(bǔ)給單元對(duì)該燃料槽定量補(bǔ)充該第一燃料，因此可避免該第一燃料補(bǔ)充過(guò)量或是補(bǔ)充不足的情形。

該燃料電池系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地補(bǔ)充燃料。

附圖說(shuō)明

圖1示出本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)；

圖2示出本發(fā)明實(shí)施例的冷凝回收單元；

圖2a和圖2b示出適用于本發(fā)明實(shí)施例的冷凝器；

圖3a示出第二燃料的液位低于排氣管的出口端的情況；

圖3b示出第二燃料的液位位于排氣管的出口端的情況；

圖4示出本發(fā)明實(shí)施例的燃料補(bǔ)充方法；

圖5a-5e示出在一變形例中，液位調(diào)整單元與燃料槽的細(xì)部結(jié)構(gòu)以及使用狀態(tài)；以及

圖6示出本發(fā)明的另一變形例。

其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：

100燃料電池系統(tǒng)????????????110燃料槽

111循環(huán)反應(yīng)液體入口????????112循環(huán)反應(yīng)液體出口