一种具有自制氢、氧单元的富氧型燃料电池发电一体化备用电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及备用电源领域，尤其是涉及一种具有自制氢、氧单元的富氧型燃料电池发电一体化备用电源。
【背景技术】
[0002]燃料电池是一种通过电化学反应将化学能直接转化为低压直流电能的装置。燃料电池稳定发电需要有充足的燃料、氧化剂供应，其中的燃料是氢气，而氢气供应链不成熟，加氢难度大是制约燃料电池备用电源产品化的主要因素之一。另一方面，常规的燃料电池备用电源一般设计为氢-空燃料电池，其中的氧化剂一般来自空气中的氧。对氢-空燃料电池，阴极空气中氧气浓度低，氧气传质过程是影响电池功率密度低的关键因素，为提高阴极反应速率一般采用加大阴极催化剂用量、增大阴极计量比等方法，不仅提高了电池的成本、增加了外加湿设备，而且增大了空压机的技术要求、能耗；对氢-空燃料电池，空气污染物对电池的危害也非常大，电池性能、寿命受空气质量影响大。
[0003]现有的燃料电池备用电源从氢气供应模式上分析，一般有两种结构形式，即气瓶储氢供气加人工补氢、自带电解水制氢装置，前者因氢气供应链不完善而制约了燃料电池备用电源的广泛应用，后者一般需要氢气压缩机导致系统复杂、而且电解水的另一种产物即氧气虽然是燃料电池阴极反应气体、但却没有被利用造成能源浪费。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种自动补氢的独立供电电源，解决备用电源氢供应难度高的问题。
[0005]本发明提供了一种具有自制氢、氧单元的富氧型燃料电池发电一体化备用电源，其包括高压电解池，所述高压电解池对水进行电解；储氢瓶和储空气/氧瓶，所述储氢瓶收集从所述高压电解池产生的氢气，所述储空气/氧瓶收集从所述高压电解池产生的氧气；富氧型燃料电池电源，所述燃料电池电源与负载和高压电解池相连接。
[0006]其中，所述储氢瓶、储空气/氧瓶内的气体进入燃料电池，在燃料电池内部发生电化学反应，实现对负载供电。
[0007]其中，所述高压电解池的电解用的电压来自市电经AC/DC转变后的直流电。
[0008]本发明提供了一种富氧电堆体系，其中，通过自带高压电解水制氢、氧单元实现富氧电堆体系。本发明采用高压电解水装置，将生成氢气、氧气直接补充到气瓶中，无需压缩机，简化了补氢方案；本发明中将电解水产物氧气用于燃料电池阴极反应气，不仅去掉了传统的阴极空气压缩机、而且很大程度上提高了燃料电池的功率密度、提高了燃料电池备用电源的成本竞争力
【附图说明】
[0009]图1为本发明备用电源的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]为了便于理解本发明，下面对本发明的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
[0011]本发明提供自带制氢、氧结构的高性能燃料电池发电一体化备用电源结构，下面将结合附图及具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0012]如图1所示，所述具有自制氢、氧单元的富氧型燃料电池发电一体化备用电源包括高压电解池I，所述高压电解池具有正电极和负电极，其中在正、负电极之间施加直流电压；储氢瓶2和储空气/氧瓶3，所述储氢瓶2收集从所述高压电解池I的负电极部分产生的氢气，所述储氢瓶2与所述高压电解池I之间设置有管道，用于氢气的传输，在所述管道上设置有控制阀门，另外，所述储空气/氧瓶3收集从所述高压电解池I的正电极部分产生的氧气，所述储空气/氧瓶3与所述高压电解池I之间设置有管道，用于氧气的传输，在所述管道上设置有控制阀门；富氧型燃料电池电源6，所述燃料电池电源6在市电断电时，起到备用电源的作用，在氢气瓶2与所述燃料电池电源6之间设置有氢气减压阀4，所述氢气减压阀4可对流过管道的氢气的压力大小进行控制，在储空气/氧瓶3与所述燃料电池电源6之间设置有氧气减压阀5，所述氧气减压阀5可对流过管道的氧气的压力大小进行控制；所述备用电源结构进一步包括铅酸电池7，其中，所述燃料电池电源6和铅酸电池7并联后连接负载8和高压电解池I。
[0013]通常情况下，负载8所需的电力来自市电，市电断开后，铅酸电池7立即提供燃料电池电源6所需的电力、同时燃料电池开始启动(储氢瓶的氢气及储氧瓶中的氧气进入到燃料电池)，铅酸电池容量较小，待燃料电池电源6正常工作后完全由燃料电池电源对负载8进行供电。当市电接通后，燃料电池停止工作。
[0014]电解槽电解用电可来自市电经AC/DC转变后的直流电，也可以来自铅酸电池。高压电解池I通电后，电解水生成氢气、氧气并在电解槽内聚集，当电解槽内部压力大于外部储氢瓶2、储空气/氧瓶3的压力时，电解生成的氢气、氧气分别补充到储氢瓶、储空气/氧瓶，而储氢瓶、储空气/氧瓶内的气体分别经氢气减压阀4、氧气减压阀5后进入燃料电池，并在燃料电池内部发生电化学反应，同时实现对负载8供电。
[0015]本发明提供一种具有自带高压电解池电解水制氢、氧装置、具有自动补充消耗的氢、氧功能的富氧型燃料电池发电一体化备用电源。该备用电源自带高压电解水装备和补充氢、氧装置，与常规氢-空燃料电池备用电源相比，该发明的优点如下:解决了备用电源产品补氢难度大问题；改变了阴极进气方式，即由空压机供空气改为高压电解水产物氧气；通过改变阴极进气方式，达到了提高电堆功率密度、降低电堆成本、减小电堆体积的目的；通过改变阴极进气方式，缩小了电堆辅助模块的体积、成本、能耗；通过改变阴极进气方式，减小了阴极计量比、阴极的排水量，实现了电池内部生成水自增湿效果，去除了常规产品中的外加湿设备，解决了由此导致的产品体积大、成本高、控制复杂等问题；通过改变阴极进气方式，解决了空气污染物对电堆损害的问题，提高了产品的环境适应性、可靠性，延长了产品的寿命；根据本发明设计的电堆功率密度可提高至原氢-空电堆技术功率密度的2.5倍以上，对应的电堆成本、体积降低为原来的0.4;根据本发明设计富氧型燃料电池备用电源的电源成本降为原氢-空燃料电池备用电源的一半以下。
[0016]该发明首次提出富氧电堆体系，并设计自带高压电解水制氢、氧单元实现富氧电堆体系；本发明不仅解决了备用电源氢供应难度高的问题，而且很大程度上提高了燃料电池的功率密度、提高了燃料电池备用电源的成本竞争力，有利于推进燃料电池备用电源市场化进程。
[0017]当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的产品由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。
【主权项】
1.一种具有自制氢、氧单元的富氧型燃料电池发电一体化备用电源，其包括高压电解池，所述高压电解池对水进行电解；储氢瓶和储空气/氧瓶，所述储氢瓶收集从所述高压电解池产生的氢气，所述储空气/氧瓶收集从所述高压电解池产生的氧气；富氧型燃料电池电源，所述燃料电池电源与负载和高压电解池相连接。
2.如权利要求1所述的一种具有自制氢、氧单元的富氧型燃料电池发电一体化备用电源，其特征在于:所述储氢瓶、储空气/氧瓶内的气体进入燃料电池，在燃料电池内部发生电化学反应，实现对负载供电。
3.如权利要求1所述的一种具有自制氢、氧单元的富氧型燃料电池发电一体化备用电源，其特征在于:所述高压电解池的电解用的电压来自市电经AC/DC转变后的直流电。
【专利摘要】本发明公开了一种具有自制氢、氧单元的富氧型燃料电池发电一体化备用电源，其包括高压电解池，所述高压电解池对水进行电解；储氢瓶和储空气/氧瓶，所述储氢瓶收集从所述高压电解池产生的氢气，所述储空气/氧瓶收集从所述高压电解池产生的氧气；富氧型燃料电池电源，所述燃料电池电源与负载和高压电解池相连接。本发明不仅解决了备用电源氢供应难度高的问题，而且很大程度上提高了燃料电池的功率密度、提高了燃料电池备用电源的成本竞争力，有利于推进燃料电池备用电源市场化进程。
【IPC分类】H02J7-00, H01M8-06
【公开号】CN104681840
【申请号】CN201310634772
【发明人】张洪霞, 辛廷慧, 韩福江
【申请人】航天新长征电动汽车技术有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年12月3日