[發(fā)明專利]以容器裝氧氣為氧化劑的燃料電池系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010551906.4
• 申請日: 2010-11-16
• 公開（公告）號: CN102035008A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高勇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海恒勁動力科技有限公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/04
• 代理公司: 上海金盛協(xié)力知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31242
• 代理人: 季江勝

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及燃料電池系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池堆通常多個電池單元構(gòu)成，每個電池單元包括兩個電極(雙極板)和隔開該兩個電極的模電極組件(MEA)，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個電極供給適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物，即給一個電極供給燃料而另一個供給氧化劑，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從而在電極之間形成電位差，并且因此產(chǎn)生電能。

典型的以空氣中的氧氣為氧化劑的燃料電池系統(tǒng)中，燃料與空氣分別通過一組通道進(jìn)入燃料電池。空氣進(jìn)入燃料電池之前，需要進(jìn)行如下處理：

1、通過過濾器對空氣進(jìn)行過濾，以避免空氣中混合的其它有害氣體造成燃料電池壽命的縮短；

2、通過增壓循環(huán)泵(空氣壓縮器)進(jìn)行增壓，以保證氧氣的供給量，并促使反應(yīng)生成的水及時排出。

3、根據(jù)需要，增加加濕器，用于對空氣進(jìn)行加濕，以保證燃料電池電化學(xué)反應(yīng)速度；

4、根據(jù)需要，增加加熱器，用于對空氣進(jìn)行加熱，以保證燃料電池的工作溫度。

進(jìn)入燃料電池的空氣中的氧氣部分與燃料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后，空氣中未參與電化學(xué)反應(yīng)的部分與反應(yīng)生成的水、熱一起排出，由于氣體的進(jìn)入與排出相對處于一個開放的環(huán)境中，因此可以稱之為開放型的燃料電池系統(tǒng)。這種燃料電池系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：

1、受限于空氣中氧氣濃度，燃料電池需要較高的工作壓力，增壓循環(huán)泵工作負(fù)荷較大；

2、反應(yīng)生成的水主要隨空氣一起排出，不易控制，未能在燃料電池中得到有效利用，對進(jìn)入的空氣需要額外的加濕器或者需要在燃料電池中需要增加比較好保濕措施；

3、反應(yīng)生成的水需要較大的壓力才能排出，這進(jìn)一步造成增壓循環(huán)泵的工作負(fù)擔(dān)；

4、反應(yīng)產(chǎn)生的熱量隨空氣一起排出，未能在燃料電池得到較好的利用，即使通過熱交換等方式部分地用于燃料電池，但受制于其開放型的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不易控制。

5、過濾器雖然可濾除空氣中的部分雜質(zhì)，但在高污染的環(huán)境中，難以進(jìn)行持續(xù)工作，嚴(yán)重影響燃料電池的性能。

6、雖然可通過增壓循環(huán)泵進(jìn)行增壓，但在高原等氧氣稀薄的環(huán)境中，增壓循環(huán)泵的工作負(fù)荷進(jìn)一步加大，這難以保證燃料電池電化學(xué)反應(yīng)速度，對燃料電池的性能也會產(chǎn)生重大影響。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的之一在于，提供一種以容器裝氧氣為氧化劑的燃料電池系統(tǒng)。

本申請的另一目的在于，提供一種以容器裝氧氣為氧化劑的燃料電池控制系統(tǒng)。

本申請采用如下技術(shù)方案：

一種以容器裝氧氣為氧化劑的燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧氣通道的燃料電池電堆，所述燃料通道上設(shè)有用于裝氧氣的容器，所述容器與燃料電池電堆入口端的氧氣通道上連接有第一混合器，所述燃料電池電堆出口端的氧氣通道上依次設(shè)有第一氣水分離器和第一增壓循環(huán)泵，所述第一增壓循環(huán)泵的輸出端與所述第一混合器管路連接。

一種以容器裝氧氣為氧化劑的燃料電池控制系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧氣通道的燃料電池電堆，所述燃料通道上設(shè)有用于裝氧氣的容器，所述容器與燃料電池電堆入口端的氧氣通道上連接有第一混合器，所述燃料電池電堆出口端的氧氣通道上依次設(shè)有第一氣水分離器和第一增壓循環(huán)泵，所述第一增壓循環(huán)泵的輸出端與所述第一混合器管路連接；

所述容器與第一混合器之間的氧氣通道上依次設(shè)有第一壓力傳感器和第一進(jìn)口電磁閥；

所述燃料電池電堆上還設(shè)有溫度傳感器，所述容器上設(shè)有第一壓力傳感器；

還包括一控制器，所述控制器分別與所述第一壓力傳感器、第一進(jìn)口電磁閥的控制端、第一氣水分離器的控制端、溫度傳感器和第一增壓循環(huán)泵的控制端相連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有以下優(yōu)點(diǎn)中的多個或全部：

1、無需對氧化劑進(jìn)行過濾、加濕或加熱。

2、由于采用容器裝的氧氣作為氧化劑，其氧氣濃度高，在電化學(xué)反應(yīng)時，燃料電池中無需很高的工作壓力，即可保證氧氣的供給量。

3、只需要調(diào)節(jié)第一氣水分離器的排水，即可實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)生成的水的排出和燃料電池反應(yīng)濕度的調(diào)節(jié)，排水簡單、濕度調(diào)節(jié)方便。

3、只需要調(diào)節(jié)第一氣水分離器的制冷，即可有效利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，控制簡單、方便。

4、由于采用相對封閉的循環(huán)結(jié)構(gòu)，在高污染和/或氧氣稀薄的環(huán)境中，可以持續(xù)地工作。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本申請。

附圖說明

圖1為本申請以容器裝氧氣為氧化劑的燃料電池系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本申請以容器裝氧氣為氧化劑的燃料電池系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。

標(biāo)號說明：