在電池堆中的相對濕度的變化示意圖；
[0034]圖4d為圖4a的燃料電池中的陽極反應氣在加濕器中的流量的變化示意圖；
[0035]圖4e為圖4a的燃料電池中的陽極反應氣在電池堆中的流量的變化示意圖；
[0036]圖4f為圖4a的燃料電池中的陰極反應氣在加濕器中的流量的變化示意圖；
[0037]圖4g為圖4a的燃料電池中的陰極反應氣在電池堆中的流量的變化示意圖；
[0038]圖5為本申請一種典型實施方式提出的燃料電池系統(tǒng)的局部剖面結構示意圖；
[0039]圖6為本申請一種優(yōu)選實施例提出的燃料電池系統(tǒng)的局部剖面結構示意圖；
[0040]圖7a為反應氣經(jīng)過圖6所示的空氣加濕器或氫氣加濕器時的相對濕度的變化示意圖；
[0041]圖7b為反應氣經(jīng)過圖6所示的供電電池單元時的相對濕度的變化示意圖；
[0042]圖7c為反應氣經(jīng)過圖6所示的汽水分離單元時的相對濕度的變化示意圖；
[0043]圖7d為反應氣經(jīng)過圖6所示的在輔助電池單元時的相對濕度的變化示意圖；
[0044]圖8a為陽極反應氣在圖6所示的燃料供應單元中的流量的變化示意圖；
[0045]圖8b為陽極反應氣在圖6所示的供電電池單元中的流量的變化示意圖；
[0046]圖Sc為陽極反應氣在圖6所示的汽水分離單元的流量的變化示意圖；
[0047]圖8d為陽極反應氣在圖6所示的輔助電池單元中的流量的變化示意圖；
[0048]圖9a為陰極反應氣在圖6所示的加濕電池單元中的流量的變換示意圖示；
[0049]圖9b為陰極反應氣在圖6所示的供電電池單元中的流量的變化示意圖；
[0050]圖9c為陰極反應氣在圖6所示的汽水分離單元的流量的變化示意圖；以及
[0051]圖9d為陰極反應氣在圖6所示的輔助電池單元中的流量的變化示意圖。
[0052]其中，上述附圖包括以下附圖標記:
[0053]01’、氫氣進口；02’、氫氣出P ;03’、空氣進口 ;04，、空氣出口 ； I’、第一集流板;2’、雙極板;3’、膜電極;4’、第二集流板;21’、陽極反應室;23’、陰極反應室;31’、陽極反應氣擴散層；32 ’、陽極催化劑層；33 ’、質子交換膜;34 ’、陰極催化劑層；35 ’、陰極反應氣擴散層；51’、陰極加濕器;52’、陽極加濕器；10、燃料供應單元;20、供電電池單元;30、汽水分離單元;40、輔助電池單元；11、氫氣流量控制器；12、空氣流量控制器；13、氫氣加濕器；14、空氣加濕器;21、供電陽極;22、供電膜電極;23、供電陰極;31、陽極汽水分離器;32、陰極汽水分離器;41、輔助陽極;42、輔助膜電極;43、輔助陰極;01、氫氣出口；02、空氣出口；03、第一陽極入口 ；04、第一陰極入口 ；05、第一陽極出口 ；06、第一陰極出口 ；07、第二陽極入口 ；08、第二陰極入口。
【具體實施方式】
[0054]應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
[0055]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0056]正如【背景技術】所介紹的，現(xiàn)有技術中的燃料電池系統(tǒng)通過增加反應氣增加供電電池單元的排水能力，但是反應氣的增加使得電池系統(tǒng)的發(fā)電效率下降，為了解決如上的問題，本申請?zhí)岢隽艘环N燃料電池系統(tǒng)與利用其供電的方法。
[0057]本申請一種典型的實施方式中，如圖5所示，提出了一種燃料電池系統(tǒng)，上述燃料電池系統(tǒng)包括燃料供應單元10、供電電池單元20與輔助電池單元40。其中，燃料供應單元10具有氫氣出口 01和空氣出口 02;供電電池單元20包括第一陰極入口 04、第一陽極入口 03、第一陰極出口 06與第一陽極出口 05，上述氫氣出口 01與上述第一陽極入口 03相連，上述空氣出口 02與上述第一陰極入口 04相連；輔助電池單元40包括第二陰極入口與第二陽極入口07，上述第二陰極入口與上述第一陰極出口 06相連，上述第二陽極入口 07與上述第一陽極出口 05相連。
[0058]上述的燃料電池系統(tǒng)，由于隨著反應的進行供電電池單元20中累積形成液態(tài)水，利用燃料供應單元10增加反應氣的供應量，從而提高了供電電池單元20出口的排水能力。且剩余的反應氣進入輔助電池單元40中反應生成電能，避免了多余反應氣直接排出帶來的資源浪費。由此可見，上述燃料電池系統(tǒng)解決了供電電池單元20的排水能力與資源浪費之間的矛盾；另外，由于輔助電池單元40可以消耗反應氣，所以其可以進一步提高供電電池單元20出口的反應氣的流量，進而進一步提高供電電池單元20的排水能力。
[0059]為了進一步提高供電電池單元20入口處的反應氣的相對濕度，以提高質子交換膜的導電率，進而提高供電電池單元20的輸出功率。本申請優(yōu)選上述燃料供應單元10包括氫氣流量控制器11、氫氣加濕器13(陽極加濕器)、空氣流量控制器12與空氣加濕器14(陰極加濕器)。其中，氫氣加濕器13與上述氫氣流量控制器11相連，上述氫氣出口01設置在上述氫氣加濕器13上，氫氣經(jīng)加濕后進入供電電池單元20中；空氣加濕器14與上述空氣流量控制器12相連，上述空氣出口 02設置在上述空氣加濕器14上，空氣經(jīng)加濕后進入供電電池單元20中。
[0060]本申請的另一種實施例中，如圖6所示，上述燃料電池系統(tǒng)還包括汽水分離單元30，上述汽水分離單元30設置在上述供電電池單元20與上述輔助電池單元40之間，且該汽水分離單元30連通第一陰極出口06和第二陰極入口08、以及第一陽極出口05第二陽極入口07 ο由于供電電池單元20出口的反應氣的相對濕度較大，一方面，濕度較大會將一部分液態(tài)水帶入輔助電池單元40中，會降低輔助電池單元40中的反應效率，另一方面，使得輔助電池單元40中的液態(tài)含水量增大，降低了輔助電池單元40的壽命。汽水分離單元30將由供電電池單元20輸出的反應氣進行氣液分離，降低了反應氣的相對濕度，提高了輔助電池單元40中的反應效率，提高了輔助電池單元40的壽命。
[0061]如圖6所示，本申請優(yōu)選上述汽水分離單元30包括陰極汽水分離器32，陰極汽水分離器32連接設置在上述第一陰極出口 06與上述第二陰極入口 08之間，用于降低空氣的相對濕度。
[0062]如圖6所示，汽水分離單元30還包括陽極汽水分離器31，陽極汽水分離器31連接設置在上述第一陽極出口 05與上述第二陽極入口 07之間，用于降低氫氣的相對濕度。
[0063]上述供電電池單元20的額定功率大于上述輔助電池單元40的額定功率。上述輔助電池單元40包括燃料單電池或至少一個燃料電池堆。
[0064]上述燃料電池堆包括多個由輔助陰極43、輔助膜電極42與輔助陽極41構成的結構(圖6中示出了一個該結構)，其中，輔助陽極41包括輔助陽極入口與輔助陽極出口，上述輔助陰極43包括輔助陰極入口與輔助陰極出口，圖6中的第二陰極入口08對應上述輔助陰極入口，第二陽極入口 07對應上述輔助陽極入口。輔助電池單元40還包括第二陰極出口與第二陽極出口，其中，第二陰極出口對應輔助陰極出口，第二陽極出口對應輔助陽極出口。
[0065]本申請的另一種實施例中，上述供電電池單元20包括一個或多個并聯(lián)的燃料電池堆。上述燃料電池堆包括多個由供電陰極23、供電膜電極22與供電陽極21形成的結構(圖6中示出了一個該結構)，上述供電陽極21包括陽極入口與陽極出口，上述供電陰極23包括陰極入口與陰極出口。當供電電池單元20包括一個燃料電池堆時，上述陽極入口對應圖5中的第二陽極入口 07，上述陰極入口對應圖6中的第二陰極入口 08;當供電電池單元20包括多個電池堆時，各上述陽極入口均與上述第二陽極入口 07相連，各上述陰極入口均與上述第二陰極入口 08相連。
[0066]上述供電電池單元20包括一個或多個并聯(lián)的燃料電池堆。
[0067]由于供電電池單元20的入口處的反應氣的相對濕較高，會降低供電電池單元20內部的反應效率，為了進一步降低供電電池單元20內部的相對濕度，提高供電電池單元20的排水能力，優(yōu)選上述供電電池單元20的至少一個燃料電池堆的至少一個膜電極為疏水膜電極。
[0068]本申請的又一種實施方式中，提供了一種利用燃料電池系統(tǒng)供電的方法，該方法利用上述的燃料電池系統(tǒng)供電，該方法包括:采用燃料供應單元增加原料空氣和原料氫氣的流量;利用上述原料空氣和原料氫氣在供電電池單元中發(fā)生反應產生電能，并排出空氣尾氣和氫氣尾氣;使上述空氣尾氣和上述氫氣尾氣在輔助電池單元繼續(xù)反應產生電能。
[0069]該方