一種燃料電池直流電源系統的製作方法
2023-05-07 03:33:01
專利名稱：一種燃料電池直流電源系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種燃料電池直流電源系統。
背景技術：
燃料電池是一個能將化學能直接轉換成電能的發電裝置。燃料電池尤其是質子交換膜燃料電池除了在發電時無汙染、噪音低外，還具有無腐蝕，啟動快，製備容易，功率密度達，發電效率高，使用壽命長等許多優點，因此，在交通工具、發電設備、軍事、航天等領域內均有著廣闊的應用前景。
質子交換膜燃料電池主要由多個單電池組成，單電池是由兩塊氣體流場板和一片膜電極組成。膜電極被夾在兩塊氣體流場板的中間。膜電極兩邊可用導電物體將發生電化學反應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流迴路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，並在催化劑表面上發生電化學反應，失去電子，形成正離子，正離子可以通過遷移穿過質子交換膜，到達膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，並在催化劑表面上發生電化學反應，失去電子，形成負離子，在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發生反應，形成反應產物。
在採用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑的質子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區的催化電化學反應就產生了氫正離子(或叫質子)。質子交換膜幫助氫正離子從陽極區遷移到陰極區。除此之外，質子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使他們不會相互混合而產生爆炸式反應。
在陰極區，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負離子，並與陽極區遷移過來的正離子反應，生成反應產物水。在採用氫氣、空氣的質子交換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應可以用以下方程式表達陽極反應陰極反應燃料電池雖然有發電效率高、噪音低、環保等優點，但也存在響應速度慢的缺點，對於需要快速響應負載要求的應用場合，單純採用燃料電池供電不能很好地滿足要求。為解決這個問題，現有技術多採用將二次電池或超級電容器與燃料電池直接並聯後向負載供電或直接並聯後經過直流變換器再向負載供電的方案。但在該方案裡，燃料電池只能按設定工況工作，而不能按需調節，這樣燃料電池的工作效率就受到很大影響。
發明內容
本實用新型提供一種燃料電池直流電源系統，它可以提高燃料電池的能量利用效率和系統對負載變化的響應速度。
本實用新型的技術方案如下一種燃料電池直流電源系統它包括由多個單體電池組成的燃料電池組、二次電池、直流-直流變換器和控制器，所述燃料電池組通過直流-直流變換器轉換後，與二次電池相併聯，直流-直流變換器通過數據信號線與控制器相連接。
在本實用新型中，所述燃料電池組可以為質子交換膜燃料電池組；所述二次電池可以是金屬氫化物鎳電池。
本實用新型由於採用了以上技術方案，通過控制器對直流/直流變換器進行控制，可實現對燃料電池組的輸出電流和二次電池的電壓、電流進行調節，使燃料電池組的工況可以根據負載需求變化進行實時調整，有利於燃料電池在較高效率點連續工作，同時也能實現對負載需求變化的快速響應。
以下結合附圖及具體實施方式
，對本實用新型作進一步說明。
圖1為現有技術中燃料電池直流電源系統連接有負載的原理框圖圖2為本實用新型連接有負載的原理框圖具體實施方式
在圖2中，一個直流/直流變換器(DC/DC變換器)放置於燃料電池組FC和二次電池之間，燃料電池組FC通過直流/直流變換器與負載R隔斷，而二次電池直接與負載R相併聯。通過控制器對DC/DC變換器進行控制，即可實現對燃料電池組FC的輸出電流和二次電池的電壓、電流進行調節。
在低負載的工況下，調節燃料電池組按平均功率輸出，輸出功率可以滿足負載R需求和二次電池充電需求。在高負載的工況下，燃料電池組FC工作在額定工況條件下，二次電池則處於放電狀態，放電倍率根據負載R的需求功率和燃料電池組FC的輸出功率之差值決定。
在本實用新型中，所述燃料電池組FC可以為質子交換膜燃料電池組；所述二次電池可以是金屬氫化物鎳電池。
實施例燃料電池組FC的額定功率輸出為100W，10隻D型只金屬氫化物鎳電池作為二次電池，容量為4AH，電壓為12V，所用直流/直流變換器為降壓型變換器，負載為一電子負載提供的脈衝負載。按圖2配置電路，接通負載後，系統最高輸出功率為300W，且與負載要求同步，經連續4小時運行，燃料電池組FC性能保持良好狀態。
權利要求1.一種燃料電池直流電源系統，它包括由多個單體電池組成的燃料電池組、二次電池、直流-直流變換器和控制器，其特徵在於所述燃料電池組通過直流-直流變換器轉換後，與二次電池相併聯，直流-直流變換器通過數據信號線與控制器相連接。
2.根據權利要求1所述燃料電池直流電源系統，其特徵在於所述燃料電池組為質子交換膜燃料電池組。
3.根據權利要求1或者2所述燃料電池直流電源系統，其特徵在於所述二次電池為金屬氫化物鎳電池。
專利摘要本實用新型公開了一種燃料電池直流電源系統，它包括由多個單體電池層疊而成的燃料電池組、二次電池、直流－直流變換器和控制器。本實用新型可以提高燃料電池的能量利用效率和系統對負載變化的響應速度。
文檔編號H01M10/30GK2904429SQ200620070708
公開日2007年5月23日 申請日期2006年3月28日 優先權日2006年3月28日
發明者邢志勇, 李相哲, 嶽江寧, 蘇芸 申請人:春蘭(集團)公司