一种燃料电池直流电源系统技术方案

技术编号:3345341 阅读:175 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种燃料电池直流电源系统,它包括由多个单体电池层叠而成的燃料电池组、二次电池、直流-直流变换器和控制器。本发明专利技术可以提高燃料电池的能量利用效率和系统对负载变化的响应速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池直流电源系统
技术介绍
燃料电池是一个能将化学能直接转换成电能的发电装置。燃料电池尤其是质子交换膜燃料电池除了在发电时无污染、噪音低外,还具有无腐蚀,启动快,制备容易,功率密度达,发电效率高,使用寿命长等许多优点,因此,在交通工具、发电设备、军事、航天等领域内均有着广阔的应用前景。质子交换膜燃料电池主要由多个单电池组成,单电池是由两块气体流场板和一片膜电极组成。膜电极被夹在两块气体流场板的中间。膜电极两边可用导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子,通过外电路引出,构成电流回路。在膜电极的阳极端,燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸),并在催化剂表面上发生电化学反应,失去电子,形成正离子,正离子可以通过迁移穿过质子交换膜,到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端,含有氧化剂(如氧气)的气体,如空气,通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸),并在催化剂表面上发生电化学反应,失去电子,形成负离子,在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应,形成反应产物。在采用氢气为燃料,含有氧气的空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池中,燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外,质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来,使他们不会相互混合而产生爆炸式反应。在阴极区,氧气在催化剂表面上得到电子,形成负离子,并与阳极区迁移过来的正离子反应,生成反应产物水。在采用氢气、空气的质子交换膜燃料电池中,阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达阳极反应阴极反应燃料电池虽然有发电效率高、噪音低、环保等优点,但也存在响应速度慢的缺点,对于需要快速响应负载要求的应用场合,单纯采用燃料电池供电不能很好地满足要求。为解决这个问题,现有技术多采用将二次电池或超级电容器与燃料电池直接并联后向负载供电或直接并联后经过直流变换器再向负载供电的方案。但在该方案里,燃料电池只能按设定工况工作,而不能按需调节,这样燃料电池的工作效率就受到很大影响。
技术实现思路
本专利技术提供一种燃料电池直流电源系统,它可以提高燃料电池的能量利用效率和系统对负载变化的响应速度。本专利技术的技术方案如下它包括由多个单体电池组成的燃料电池组、二次电池、直流-直流变换器和控制器,所述燃料电池组通过直流-直流变换器转换后,与二次电池相并联,直流-直流变换器通过数据信号线与控制器相连接。在本专利技术中,所述燃料电池组可以为质子交换膜燃料电池组;所述二次电池可以是金属氢化物镍电池。本专利技术由于采用了以上技术方案,通过控制器对直流/直流变换器进行控制,可实现对燃料电池组的输出电流和二次电池的电压、电流进行调节,使燃料电池组的工况可以根据负载需求变化进行实时调整,有利于燃料电池在较高效率点连续工作,同时也能实现对负载需求变化的快速响应。下面结合附图及具体实施方式,对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为现有技术中燃料电池直流电源系统连接有负载的原理框2为本专利技术连接有负载的原理框图具体实施方式在图2中,一个直流/直流变换器(DC/DC变换器)放置于燃料电池组FC和二次电池之间,燃料电池组FC通过直流/直流变换器与负载R相接,而二次电池直接与负载R相并联。通过控制器对DC/DC变换器进行控制,即可实现对燃料电池组FC的输出电流和二次电池的电压、电流进行调节。在低负载的工况下,调节燃料电池组按平均功率输出,输出功率可以满足负载R需求和二次电池充电需求。在高负载的工况下,燃料电池组FC工作在额定工况条件下,二次电池则处于放电状态,放电倍率根据负载R的需求功率和燃料电池组FC的输出功率之差值决定。在本专利技术中,所述燃料电池组FC可以为质子交换膜燃料电池组;所述二次电池可以是金属氢化物镍电池。实施例 燃料电池组FC的额定功率输出为100W,10只D型只金属氢化物镍电池作为二次电池,容量为4AH,电压为12V,所用直流/直流变换器为降压型变换器,负载为一电子负载提供的脉冲负载。按图2配置电路,接通负载后,系统最高输出功率为300W,且与负载要求同步,经连续4小时运行,燃料电池组FC性能保持良好状态。本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种燃料电池直流电源系统,它包括由多个单体电池组成的燃料电池组、二次电池、直流-直流变换器和控制器,其特征在于所述燃料电池组通过直流-直流变换器转换后,与二次电池相并联,直流-直流变换器通过数据信号线与控制器相连接。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池直流电源系统,它包括由多个单体电池组成的燃料电池组、二次电池、直流-直流变换器和控制器,其特征在于所述燃料电池组通过直流-直流变换器转换后,与二次电池相并联,直流-直流变换器通过数据信号...

【专利技术属性】
技术研发人员:邢志勇李相哲岳江宁苏芸
申请(专利权)人:春兰集团公司
类型:发明
国别省市:32[中国|江苏]

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