一種具有自制氫、氧單元的富氧型燃料電池發電一體化備用電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及備用電源領域，尤其是涉及一種具有自制氫、氧單元的富氧型燃料電池發電一體化備用電源。
【背景技術】
[0002]燃料電池是一種通過電化學反應將化學能直接轉化為低壓直流電能的裝置。燃料電池穩定發電需要有充足的燃料、氧化劑供應，其中的燃料是氫氣，而氫氣供應鏈不成熟，加氫難度大是制約燃料電池備用電源產品化的主要因素之一。另一方面，常規的燃料電池備用電源一般設計為氫-空燃料電池，其中的氧化劑一般來自空氣中的氧。對氫-空燃料電池，陰極空氣中氧氣濃度低，氧氣傳質過程是影響電池功率密度低的關鍵因素，為提高陰極反應速率一般采用加大陰極催化劑用量、增大陰極計量比等方法，不僅提高了電池的成本、增加了外加濕設備，而且增大了空壓機的技術要求、能耗；對氫-空燃料電池，空氣污染物對電池的危害也非常大，電池性能、壽命受空氣質量影響大。
[0003]現有的燃料電池備用電源從氫氣供應模式上分析，一般有兩種結構形式，即氣瓶儲氫供氣加人工補氫、自帶電解水制氫裝置，前者因氫氣供應鏈不完善而制約了燃料電池備用電源的廣泛應用，后者一般需要氫氣壓縮機導致系統復雜、而且電解水的另一種產物即氧氣雖然是燃料電池陰極反應氣體、但卻沒有被利用造成能源浪費。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種自動補氫的獨立供電電源，解決備用電源氫供應難度高的問題。
[0005]本發明提供了一種具有自制氫、氧單元的富氧型燃料電池發電一體化備用電源，其包括高壓電解池，所述高壓電解池對水進行電解；儲氫瓶和儲空氣/氧瓶，所述儲氫瓶收集從所述高壓電解池產生的氫氣，所述儲空氣/氧瓶收集從所述高壓電解池產生的氧氣；富氧型燃料電池電源，所述燃料電池電源與負載和高壓電解池相連接。
[0006]其中，所述儲氫瓶、儲空氣/氧瓶內的氣體進入燃料電池，在燃料電池內部發生電化學反應，實現對負載供電。
[0007]其中，所述高壓電解池的電解用的電壓來自市電經AC/DC轉變后的直流電。
[0008]本發明提供了一種富氧電堆體系，其中，通過自帶高壓電解水制氫、氧單元實現富氧電堆體系。本發明采用高壓電解水裝置，將生成氫氣、氧氣直接補充到氣瓶中，無需壓縮機，簡化了補氫方案；本發明中將電解水產物氧氣用于燃料電池陰極反應氣，不僅去掉了傳統的陰極空氣壓縮機、而且很大程度上提高了燃料電池的功率密度、提高了燃料電池備用電源的成本競爭力
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明備用電源的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]為了便于理解本發明，下面對本發明的實施例進行說明，本領域技術人員應當理解，下述的說明只是為了便于對發明進行解釋，而不作為對其范圍的具體限定。
[0011]本發明提供自帶制氫、氧結構的高性能燃料電池發電一體化備用電源結構，下面將結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步說明。
[0012]如圖1所示，所述具有自制氫、氧單元的富氧型燃料電池發電一體化備用電源包括高壓電解池I，所述高壓電解池具有正電極和負電極，其中在正、負電極之間施加直流電壓；儲氫瓶2和儲空氣/氧瓶3，所述儲氫瓶2收集從所述高壓電解池I的負電極部分產生的氫氣，所述儲氫瓶2與所述高壓電解池I之間設置有管道，用于氫氣的傳輸，在所述管道上設置有控制閥門，另外，所述儲空氣/氧瓶3收集從所述高壓電解池I的正電極部分產生的氧氣，所述儲空氣/氧瓶3與所述高壓電解池I之間設置有管道，用于氧氣的傳輸，在所述管道上設置有控制閥門；富氧型燃料電池電源6，所述燃料電池電源6在市電斷電時，起到備用電源的作用，在氫氣瓶2與所述燃料電池電源6之間設置有氫氣減壓閥4，所述氫氣減壓閥4可對流過管道的氫氣的壓力大小進行控制，在儲空氣/氧瓶3與所述燃料電池電源6之間設置有氧氣減壓閥5，所述氧氣減壓閥5可對流過管道的氧氣的壓力大小進行控制；所述備用電源結構進一步包括鉛酸電池7，其中，所述燃料電池電源6和鉛酸電池7并聯后連接負載8和高壓電解池I。
[0013]通常情況下，負載8所需的電力來自市電，市電斷開后，鉛酸電池7立即提供燃料電池電源6所需的電力、同時燃料電池開始啟動(儲氫瓶的氫氣及儲氧瓶中的氧氣進入到燃料電池)，鉛酸電池容量較小，待燃料電池電源6正常工作后完全由燃料電池電源對負載8進行供電。當市電接通后，燃料電池停止工作。
[0014]電解槽電解用電可來自市電經AC/DC轉變后的直流電，也可以來自鉛酸電池。高壓電解池I通電后，電解水生成氫氣、氧氣并在電解槽內聚集，當電解槽內部壓力大于外部儲氫瓶2、儲空氣/氧瓶3的壓力時，電解生成的氫氣、氧氣分別補充到儲氫瓶、儲空氣/氧瓶，而儲氫瓶、儲空氣/氧瓶內的氣體分別經氫氣減壓閥4、氧氣減壓閥5后進入燃料電池，并在燃料電池內部發生電化學反應，同時實現對負載8供電。
[0015]本發明提供一種具有自帶高壓電解池電解水制氫、氧裝置、具有自動補充消耗的氫、氧功能的富氧型燃料電池發電一體化備用電源。該備用電源自帶高壓電解水裝備和補充氫、氧裝置，與常規氫-空燃料電池備用電源相比，該發明的優點如下:解決了備用電源產品補氫難度大問題；改變了陰極進氣方式，即由空壓機供空氣改為高壓電解水產物氧氣；通過改變陰極進氣方式，達到了提高電堆功率密度、降低電堆成本、減小電堆體積的目的；通過改變陰極進氣方式，縮小了電堆輔助模塊的體積、成本、能耗；通過改變陰極進氣方式，減小了陰極計量比、陰極的排水量，實現了電池內部生成水自增濕效果，去除了常規產品中的外加濕設備，解決了由此導致的產品體積大、成本高、控制復雜等問題；通過改變陰極進氣方式，解決了空氣污染物對電堆損害的問題，提高了產品的環境適應性、可靠性，延長了產品的壽命；根據本發明設計的電堆功率密度可提高至原氫-空電堆技術功率密度的2.5倍以上，對應的電堆成本、體積降低為原來的0.4;根據本發明設計富氧型燃料電池備用電源的電源成本降為原氫-空燃料電池備用電源的一半以下。
[0016]該發明首次提出富氧電堆體系，并設計自帶高壓電解水制氫、氧單元實現富氧電堆體系；本發明不僅解決了備用電源氫供應難度高的問題，而且很大程度上提高了燃料電池的功率密度、提高了燃料電池備用電源的成本競爭力，有利于推進燃料電池備用電源市場化進程。
[0017]當然應意識到，雖然通過本發明的示例已經進行了前面的描述，但是對本發明做出的將對本領域的技術人員顯而易見的這樣和其他的改進及改變應認為落入如本文提出的本發明寬廣范圍內。因此，盡管本發明已經參照了優選的實施方式進行描述，但是，其意并不是使具新穎性的產品由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公開部分、權利要求的廣闊范圍之內的各種改進和等同修改。
【主權項】
1.一種具有自制氫、氧單元的富氧型燃料電池發電一體化備用電源，其包括高壓電解池，所述高壓電解池對水進行電解；儲氫瓶和儲空氣/氧瓶，所述儲氫瓶收集從所述高壓電解池產生的氫氣，所述儲空氣/氧瓶收集從所述高壓電解池產生的氧氣；富氧型燃料電池電源，所述燃料電池電源與負載和高壓電解池相連接。
2.如權利要求1所述的一種具有自制氫、氧單元的富氧型燃料電池發電一體化備用電源，其特征在于:所述儲氫瓶、儲空氣/氧瓶內的氣體進入燃料電池，在燃料電池內部發生電化學反應，實現對負載供電。
3.如權利要求1所述的一種具有自制氫、氧單元的富氧型燃料電池發電一體化備用電源，其特征在于:所述高壓電解池的電解用的電壓來自市電經AC/DC轉變后的直流電。
【專利摘要】本發明公開了一種具有自制氫、氧單元的富氧型燃料電池發電一體化備用電源，其包括高壓電解池，所述高壓電解池對水進行電解；儲氫瓶和儲空氣/氧瓶，所述儲氫瓶收集從所述高壓電解池產生的氫氣，所述儲空氣/氧瓶收集從所述高壓電解池產生的氧氣；富氧型燃料電池電源，所述燃料電池電源與負載和高壓電解池相連接。本發明不僅解決了備用電源氫供應難度高的問題，而且很大程度上提高了燃料電池的功率密度、提高了燃料電池備用電源的成本競爭力，有利于推進燃料電池備用電源市場化進程。
【IPC分類】H02J7-00, H01M8-06
【公開號】CN104681840
【申請號】CN201310634772
【發明人】張洪霞, 辛廷慧, 韓福江
【申請人】航天新長征電動汽車技術有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年12月3日