[發明專利]一種高比能量高比功率組合電源發電系統

在審

• 申請號: 201611033746.8
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108091493A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 耿江濤;周利;邵志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01G11/08
• 分類號: H01G11/08;H01M8/04298
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種高比能量高比功率組合電源發電系統，特別涉及一種以氫氣為燃料的質子交換膜燃料電池和超級電容器的組合電源發電系統，包括質子交換膜燃料電池、燃料供給模塊、氧化劑供給模塊、水熱管理模塊、DC/DC變換器、超級電容器。本發明特點是發電系統中氫燃料通過液氫或高壓氫氣方式儲存，使系統具有高能量密度，有利于延長燃料電池的工作時間，使之產生更大的電能儲存在超級電容器中；同時采用高比功率的超級電容器，與質子交換膜燃料電池高能量密度的特點相互補充，使系統兼具高比能量、高比功率特性，能夠根據載荷需求快速釋放大量電能。

技術領域

本發明涉及一種高比能量高比功率組合電源發電系統，特別涉及質子交換膜燃料電池和超級電容器的組合電源發電系統，使燃料電池產生大量電能儲存在超級電容器中，根據載荷需求，由超級電容器快速釋放大量電能。

背景技術

燃料電池是一種能夠將燃料中的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置，其特點是能量轉化效率高、環境友好。質子交換膜燃料電池是燃料電池的一種，采用氫氣為燃料，氧氣或空氣為氧化劑，能量密度高、工作噪音小、可在低溫快速啟動，不僅可用于建設分散電站，也特別適宜用作電動車、飛機等移動動力源，是軍、民通用的一種新型動力源。

超級電容器是一種介于傳統電容器和化學電源之間的無污染新型儲能元件，比傳統電容器容量大100倍左右，與二次電池相比，具有比功率高、大電流快速充放電、使用溫度范圍寬、循環使用壽命長、真正免維護等特點。

在通訊、醫療、國防等領域中一些設備可能會在短時間內(短至秒級、甚至毫秒級)消耗大量電能，這時就需要既具有高能量密度、又同時具有高功率密度的特種電源，目前應用較多的是鋰離子電池。盡管鋰離子電池具有能量密度高和功率密度高的特點，但鋰離子電池在高功率運行時存在循環壽命低、可靠性和安全性差的問題；而相對于鋰離子電池，燃料電池能量密度更高，超級電容器則功率密度更高。因此將燃料電池與超級電容器進行組合，能夠實現優勢互補，使系統兼具高能量密度、高功率密度的特點，可有效解決載荷設備超大電能獲取問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠在短時間內輸出超大電能的高比能量、高比功率組合電源發電系統。

本發明的技術方案是：一種組合電源發電系統，包括質子交換膜燃料電池、DC/DC變換器、超級電容器；質子交換膜燃料電池通過DC/DC變換器與超級電容器串聯，質子交換膜燃料電池產生的電能儲存在超級電容器中，超級電容器負責對外輸出電能。

所述質子交換膜燃料電池為單電池或電堆，所述組合電源發電系統系統還包括燃料供給模塊、氧化劑供給模塊、水熱管理模塊。

所述燃料供給模塊包括燃料供給裝置及相應管路，燃料供給裝置通過管路與質子交換膜燃料電池的燃料入口和燃料出口相連；所述氧化劑供給模塊包括氧化劑供給裝置及相應管路，氧化劑供給裝置通過管路與質子交換膜燃料電池的氧化劑入口和氧化劑出口相連。

所述水熱管理模塊包括水箱、散熱器、水泵及相應管路；超級電容器上設有冷卻水通道；水箱中水由水泵通過管路經質子交換膜燃料電池的冷卻水通道、超級電容器冷卻水通道后再經散熱器返回水箱。

所述DC/DC變換器上也可設有冷卻水通道，水箱中水由水泵通過管路經質子交換膜燃料電池的冷卻水通道、超級電容器冷卻水通道、DC/DC變換器冷卻水通道，然后進入散熱器，最后返回水箱。

所述燃料供給模塊和/或氧化劑供給模塊上也可設有冷卻水通道，水箱中水流經質子交換膜燃料電池的冷卻水通道、超級電容器冷卻水通道、DC/DC變換器冷卻水通道中的一個或二個以上后，再流經燃料供給模塊和/或氧化劑供給模塊的冷卻水通道，然后進入散熱器，最后返回水箱。

所述燃料供給模塊，其燃料供給裝置中裝載有液氫或高壓氫氣，優選液氫；所述氧化劑供給模塊，其氧化劑供給裝置為儲氧裝置或空氣供給裝置，儲氧裝置中裝載有液氧或高壓氧氣，空氣供給裝置為氣泵、風機或空壓機。