法通過(guò)燃料供應(yīng)單元增加反應(yīng)氣的流量，進(jìn)而增加供電電池單元出口的反應(yīng)氣的流量，提高供電電池單元的排水能力，并且，由供電電池單元出口排出的多余的反應(yīng)氣后續(xù)進(jìn)入輔助電池單元中進(jìn)行反應(yīng)，避免了反應(yīng)氣的浪費(fèi)，提高了燃料供電系統(tǒng)的發(fā)電效率。
[0070]為了提高進(jìn)入供電電池單元中的反應(yīng)氣的相對(duì)濕度，以提高質(zhì)子交換膜的導(dǎo)電率，進(jìn)而提高供電電池單元20的輸出功率。本申請(qǐng)優(yōu)選當(dāng)上述燃料供應(yīng)單元包括氫氣加濕器和/或空氣加濕器時(shí)，使上述原料空氣經(jīng)過(guò)上述空氣加濕器加濕后進(jìn)入上述供電電池單元，和/或使上述原料氫氣經(jīng)過(guò)上述氫氣加濕器加濕后進(jìn)入上述供電電池單元。
[0071]為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚地了解本申請(qǐng)的技術(shù)方案，以下將結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0072]如圖6所示，該燃料電池系統(tǒng)包括燃料供應(yīng)單元10、供電電池單元20、汽水分離單元30與輔助電池單元40。其中，燃料供應(yīng)單元10包括氫氣流量控制器11、氫氣加濕器13、空氣流量控制器12與空氣加濕器14;供電電池單元20包括一個(gè)燃料電池堆，燃料電池堆包括多個(gè)由供電陰極23、供電膜電極22與供電陽(yáng)極21形成的結(jié)構(gòu)(圖6中只示出了一個(gè)該結(jié)構(gòu))，該燃料電池堆的供電膜電極22均為疏水膜電極;汽水分離單元30包括陰極汽水分離器32與陽(yáng)極汽水分離器31。輔助電池單元40包括一個(gè)燃料電池堆，該燃料電池堆包括多個(gè)由輔助陰極43、輔助膜電極42與輔助陽(yáng)極41形成的結(jié)構(gòu)(圖中只示出了一個(gè)該結(jié)構(gòu))。并且，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。
[0073]當(dāng)該系統(tǒng)工作時(shí)，反應(yīng)氣的相對(duì)濕度變化如圖7a至圖7d所示。如圖7a所示，相對(duì)濕度為RHi的氫氣經(jīng)氫氣流量控制器11進(jìn)入氫氣加濕器13進(jìn)行加濕，相對(duì)濕度增大到RH2，相對(duì)濕度為RH1的空氣經(jīng)空氣流量控制器12進(jìn)入空氣加濕器14進(jìn)行加濕，相對(duì)濕度增大到RH2,RH2接近或等于飽和程度RH3。如圖7b所示，加濕后的空氣與氫氣進(jìn)入供電電池單元20中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后，反應(yīng)氣的相對(duì)濕度為RH3,保證了最優(yōu)的工作性能；如圖7c所示，經(jīng)過(guò)汽水分離單元30脫水處理后，反應(yīng)氣的相對(duì)濕度下降至RH4;然后進(jìn)入輔助電池單元40反應(yīng)，如圖7d所示，反應(yīng)氣的濕度增加至RH3。
[0074]圖8a至圖8d示出了陽(yáng)極反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)系統(tǒng)各部件時(shí)的流量的變化。其中，如圖8a所示，在氫氣流量控制器11入口處的流量Q1大于常規(guī)設(shè)置的流量Qo，陽(yáng)極反應(yīng)氣進(jìn)入氫氣加濕器13后，流量增大到Q2。如圖8b所示，陽(yáng)極反應(yīng)氣進(jìn)入供電電池單元20反應(yīng)后，供電電池單元20出口處的氣體流量能保持較高的狀態(tài)Q3，進(jìn)而能夠有效地排出供電電池單元20中積累的液態(tài)水;如圖Sc所示，陽(yáng)極反應(yīng)氣在陽(yáng)極汽水分離器31入口處的流量為Q3,在出口處的流量為Q4,以流量Q4進(jìn)入輔助電池單元40，輔助電池單元40將剩余的氫氣再利用發(fā)電，最終排出微量的燃料氣體Q5，如圖Sd所示。
[0075]圖9a至圖9d示出了陰極反應(yīng)氣體空氣經(jīng)過(guò)系統(tǒng)各部件時(shí)的流量的變化。其中，如圖9a所示，在空氣流量控制器12入口處的流量丹大于常規(guī)設(shè)置的流量Po，空氣進(jìn)入空氣加濕器14后，流量增大到P2。如圖9b所示，空氣進(jìn)入供電電池單元20反應(yīng)后，供電電池單元20的第二陰極出口處的氣體流量能保持較高的狀態(tài)P3，能夠有效地排出供電電池單元20中積累的液態(tài)水;如圖9c所示，空氣經(jīng)陰極汽水分離器32后，流量為P4，如圖9d所示，空氣以流量P4進(jìn)入輔助電池單元40，輔助電池單元40將剩余的空氣再利用發(fā)電，最終排出微量的燃料氣體P5。且由于空氣中氮?dú)獾拇嬖?，陰極反應(yīng)氣體的流量一直保持在較高的水平(相比于陽(yáng)極反應(yīng)氣)。
[0076]另外，Q1超出常規(guī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的Qo的部分，P1超出Po的部分，可以與輔助電池單元40的消耗燃料的速率匹配。雖然汽水分離單元30能夠緩解輔助電池單元40的壽命低的問(wèn)題，但是輔助電池單元40的壽命相對(duì)于供電電池單元20的壽命還是較低，在系統(tǒng)運(yùn)行一定階段后，只需通過(guò)更換輔助電池單元40進(jìn)行系統(tǒng)更新維護(hù)；由于輔助電池單元40的功率較小，成本較低，保證了供電電池單元20的使用性能與壽命。
[0077]從以上的描述中，可以看出，本申請(qǐng)上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果:
[0078]1)、本申請(qǐng)的燃料電池系統(tǒng)，供電電池單元中含有液態(tài)水，為了提高供電電池單元出口的排水能力，需要增加反應(yīng)氣，當(dāng)增加反應(yīng)氣時(shí)，反應(yīng)氣在供電電池單元中反應(yīng)后，剩余的部分由出口排出，該部分氣體用來(lái)增強(qiáng)供電電池單元的排水能力，并且后續(xù)在輔助電池單元中反應(yīng)，反應(yīng)生成電能，避免了多余反應(yīng)氣直接排出帶來(lái)的資源浪費(fèi)，解決了供電電池單元的排水能力與資源浪費(fèi)之間的矛盾；另外，輔助電池單元可以進(jìn)一步提高供電電池單元出口的反應(yīng)氣的流量，進(jìn)一步提高供電電池單元的排水能力。
[0079]2)、本申請(qǐng)的該方法通過(guò)燃料供應(yīng)單元增加反應(yīng)氣的流量，進(jìn)而增加供電電池單元出口的反應(yīng)氣的流量，提高供電電池單元的排水能力，并且，由供電電池單元出口排出的多余的反應(yīng)氣后續(xù)進(jìn)入輔助電池單元中進(jìn)行反應(yīng)，避免了反應(yīng)氣的浪費(fèi)，提高了燃料供電系統(tǒng)的發(fā)電效率。
[0080]以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池系統(tǒng)包括: 燃料供應(yīng)單元(10)，具有氫氣出口(01)和空氣出口(02); 供電電池單元(20)，包括第一陽(yáng)極入口(03)、第一陰極入口(04)、第一陽(yáng)極出口(05)與第一陰極出口(06)，所述氫氣出口(01)與所述第一陽(yáng)極入口(03)相連，所述空氣出口(02)與所述第一陰極入口(04)相連；以及 輔助電池單元(40)，包括第二陽(yáng)極入口(07)與第二陰極入口(08)，所述第二陽(yáng)極入口(07)與所述第一陽(yáng)極出口(05)相連，所述第二陰極入口(08)與所述第一陰極出口(06)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料供應(yīng)單元(10)包括: 氫氣流量控制器(11); 氫氣加濕器(13)，與所述氫氣流量控制器(11)相連，所述氫氣出口(01)設(shè)置在所述氫氣加濕器(13)上； 空氣流量控制器(12);以及 空氣加濕器(14)，與所述空氣流量控制器(12)相連，所述空氣出口(02)設(shè)置在所述空氣加濕器(14)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池系統(tǒng)還包括汽水分離單元(30)，所述汽水分離單元(30)包括: 陽(yáng)極汽水分離器(31)，連接設(shè)置在所述第一陽(yáng)極出口(05)與所述第二陽(yáng)極入口(07)之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述汽水分離單元(30)包括: 陰極汽水分離器(32)，連接設(shè)置在所述第一陰極出口(06)與所述第二陰極入口(08)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述供電電池單元(20)的額定功率大于所述輔助電池單元(40)的額定功率。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助電池單元(40)包括燃料單電池或至少一個(gè)燃料電池堆。7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述供電電池單元(20)包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的燃料電池堆。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述供電電池單元(20)的至少一個(gè)所述燃料電池堆的至少一個(gè)供電膜電極(22)為疏水膜電極。9.一種利用燃料電池系統(tǒng)供電的方法，其特征在于，所述方法利用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)供電，所述方法包括: 采用燃料供應(yīng)單元增加原料空氣和原料氫氣的流量;利用所述原料空氣和原料氫氣在供電電池單元中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電能，并排出空氣尾氣和氫氣尾氣;使所述空氣尾氣和所述氫氣尾氣在輔助電池單元繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生電能。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述燃料供應(yīng)單元包括氫氣加濕器和/或空氣加濕器時(shí)，使所述原料空氣經(jīng)過(guò)所述空氣加濕器加濕后進(jìn)入所述供電電池單元，和/或使所述原料氫氣經(jīng)過(guò)所述氫氣加濕器加濕后進(jìn)入所述供電電池單元。
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N燃料電池系統(tǒng)與利用其供電的方法。該燃料電池系統(tǒng)包括：燃料供應(yīng)單元、供電電池單元與輔助電池單元，其中，燃料供應(yīng)單元具有氫氣出口和空氣出口；供電電池單元包括第一陰極入口、第一陽(yáng)極入口、第一陰極出口與第一陽(yáng)極出口，氫氣出口與第一陽(yáng)極入口相連，空氣出口與第一陰極入口相連；輔助電池單元包括第二陰極入口與第二陽(yáng)極入口，第二陰極入口與第一陰極出口相連，第二陽(yáng)極入口與第一陽(yáng)極出口相連。該系統(tǒng)增強(qiáng)了供電電池單元的排水能力，且避免了多余反應(yīng)氣直接排出帶來(lái)的資源浪費(fèi)。
【IPC分類】H01M8/04119
【公開(kāi)號(hào)】CN105552404
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510898519
【發(fā)明人】殷聰, 湯浩, 宋彥彬, 溫序暉
【申請(qǐng)人】中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月7日