專利名稱：一種燃料電池直流電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池直流電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是一個(gè)能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。燃料電池尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池除了在發(fā)電時(shí)無(wú)污染、噪音低外，還具有無(wú)腐蝕，啟動(dòng)快，制備容易，功率密度達(dá)，發(fā)電效率高，使用壽命長(zhǎng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因此，在交通工具、發(fā)電設(shè)備、軍事、航天等領(lǐng)域內(nèi)均有著廣闊的應(yīng)用前景。
質(zhì)子交換膜燃料電池主要由多個(gè)單電池組成，單電池是由兩塊氣體流場(chǎng)板和一片膜電極組成。膜電極被夾在兩塊氣體流場(chǎng)板的中間。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中生成的電子，通過(guò)外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽(yáng)極端，燃料可以通過(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可以通過(guò)遷移穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá)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(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成負(fù)離子，在陰極端形成的陰離子與陽(yáng)極端遷移過(guò)來(lái)的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽(yáng)極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽(yáng)極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開(kāi)來(lái)，使他們不會(huì)相互混合而產(chǎn)生爆炸式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽(yáng)極區(qū)遷移過(guò)來(lái)的正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽(yáng)極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)陽(yáng)極反應(yīng)陰極反應(yīng)燃料電池雖然有發(fā)電效率高、噪音低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但也存在響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，對(duì)于需要快速響應(yīng)負(fù)載要求的應(yīng)用場(chǎng)合，單純采用燃料電池供電不能很好地滿足要求。為解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)多采用將二次電池或超級(jí)電容器與燃料電池直接并聯(lián)后向負(fù)載供電或直接并聯(lián)后經(jīng)過(guò)直流變換器再向負(fù)載供電的方案。但在該方案里，燃料電池只能按設(shè)定工況工作，而不能按需調(diào)節(jié)，這樣燃料電池的工作效率就受到很大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種燃料電池直流電源系統(tǒng)，它可以提高燃料電池的能量利用效率和系統(tǒng)對(duì)負(fù)載變化的響應(yīng)速度。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下它包括由多個(gè)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(guò)直流-直流變換器轉(zhuǎn)換后，與二次電池相并聯(lián)，直流-直流變換器通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線與控制器相連接。
在本發(fā)明中，所述燃料電池組可以為質(zhì)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。
本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，通過(guò)控制器對(duì)直流/直流變換器進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池組的輸出電流和二次電池的電壓、電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使燃料電池組的工況可以根據(jù)負(fù)載需求變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，有利于燃料電池在較高效率點(diǎn)連續(xù)工作，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載需求變化的快速響應(yīng)。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中燃料電池直流電源系統(tǒng)連接有負(fù)載的原理框2為本發(fā)明連接有負(fù)載的原理框圖具體實(shí)施方式
在圖2中，一個(gè)直流/直流變換器(DC/DC變換器)放置于燃料電池組FC和二次電池之間，燃料電池組FC通過(guò)直流/直流變換器與負(fù)載R相接，而二次電池直接與負(fù)載R相并聯(lián)。通過(guò)控制器對(duì)DC/DC變換器進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池組FC的輸出電流和二次電池的電壓、電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在低負(fù)載的工況下，調(diào)節(jié)燃料電池組按平均功率輸出，輸出功率可以滿足負(fù)載R需求和二次電池充電需求。在高負(fù)載的工況下，燃料電池組FC工作在額定工況條件下，二次電池則處于放電狀態(tài)，放電倍率根據(jù)負(fù)載R的需求功率和燃料電池組FC的輸出功率之差值決定。
在本發(fā)明中，所述燃料電池組FC可以為質(zhì)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(shí)施例
燃料電池組FC的額定功率輸出為100W，10只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(fù)載為一電子負(fù)載提供的脈沖負(fù)載。按圖2配置電路，接通負(fù)載后，系統(tǒng)最高輸出功率為300W，且與負(fù)載要求同步，經(jīng)連續(xù)4小時(shí)運(yùn)行，燃料電池組FC性能保持良好狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池直流電源系統(tǒng)，它包括由多個(gè)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，其特征在于所述燃料電池組通過(guò)直流-直流變換器轉(zhuǎn)換后，與二次電池相并聯(lián)，直流-直流變換器通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線與控制器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池直流電源系統(tǒng)，其特征在于所述燃料電池組為質(zhì)子交換膜燃料電池組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述燃料電池直流電源系統(tǒng)，其特征在于所述二次電池為金屬氫化物鎳電池。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種燃料電池直流電源系統(tǒng)，它包括由多個(gè)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。本發(fā)明可以提高燃料電池的能量利用效率和系統(tǒng)對(duì)負(fù)載變化的響應(yīng)速度。
文檔編號(hào)H02J7/34GK1822471SQ200610039118
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者邢志勇, 李相哲, 岳江寧, 蘇蕓 申請(qǐng)人:春蘭(集團(tuán))公司