[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种环境友好、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为例，反应气从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达45%。以燃料电池堆为核心发电装置，燃料电池系统集成了电源管理，热管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征。燃料电池系统产品从固定式电站，到移动式电源；从电动汽车，到航天飞船；从军用装备，到民用产品有着广泛的应用空间。

如图1所示，现有技术中的燃料电池系统包括燃料电池堆10’和反应气供应装置20’，反应气供应装置包括进气管道和供气源21’，供气源21’通过进气管道与燃料电池堆连通。如图2所示，在并网逆变、交流逆变输出等场合，由于负载的功率具有一定的频率脉动，因而需要通过功率变换器耦合到燃料电池堆。功率变换器的电流纹波对燃料电池有一定的影响，功率变换器的高频电流纹波不会对燃料电池堆的运行安全造成威胁，但是一些低频电流纹波，如工频纹波等会对燃料电池堆的运行安全造成威胁。当电流处于谷值，会造成反应气余裕和浪费；而当电流峰值处于峰值时，则会造成反应气供应不足，甚至在局部区域形成反应气耗尽区，从而导致燃料电池的膜电极寿命衰减，严重降低了燃料电池堆的性能和耐久性。

发明内容

本发明旨在提供一种燃料电池系统，以解决现有技术中由于负载影响而导致反应气瞬时供应不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池系统，包括燃料电池堆和至少两组反应气供应装置，至少两组反应气供应装置彼此独立设置，燃料电池堆具有与至少两组反应气供应装置一一对应连通的进气口，每组反应气供应装置包括：进气管道，进气管道的第一端与进气口连通；供气源，供气源与进气管道的第二端连通；缓存部，缓存部与进气管道连通。

进一步地，缓存部为缓存瓶，缓存瓶的瓶口与进气管道连通。

进一步地，缓存部为缓存管道，进气口通过缓存管道与进气管道连通，且缓存管道的横截面积大于进气管道的横截面积。

进一步地，每组反应气供应装置还包括加湿器，进气管道通过加湿器与缓存部连通。

进一步地，每组反应气供应装置的缓存部为两个，两个缓存部与加湿器的两端一一对应连通，供气源、两个缓存部中的一个缓存部、加湿器、两个缓存部中的另一个缓存部和燃料电池堆的进气口依次连通。

进一步地，燃料电池系统还包括至少两个背压装置，燃料电池堆具有与背压装置一一对应连通的出气口。

进一步地，背压装置为减压阀。

进一步地，至少两组反应气供应装置的组数为两组，一组反应气供应装置的供气源为氢气瓶，另一组反应气供应装置的供气源为空气泵。

本发明中的反应气供应装置包括进气管道、供气源和缓存部，供气源通过进气管道与燃料电池堆的进气口连通，缓存部与进气管道连通。由于设置有缓存部，因而由供气源通入进气管道内的反应气一部分会由进气口进入燃料电池堆内部参与反应，而另一部分会存储在缓存部内，当燃料电池堆受负载影响出现反应气瞬时供应不足的情况时，处于缓存部内的反应气会补充到反应气耗尽区，直接参与供电反应，从而避免反应气耗尽、延长了燃料电池堆的使用寿命、保证了燃料电池堆的运行安全。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有技术中的燃料电池系统的流程图；

图2示意性示出了现有技术中的燃料电池功率变换器的电流波纹示意图；

图3示意性示出了本发明中的第一个实施例中的燃料电池系统的流程图；

图4示意性示出了本发明中的第二个实施例中的燃料电池系统的流程图；

图5示意性示出了本发明中的第三个实施例中的燃料电池系统的流程图；

图6示意性示出了本发明中的第四个实施例中的燃料电池系统的流程图；

图7示意性示出了本发明中的第五个实施例中的燃料电池系统的流程图；以及

图8示意性示出了本发明中的第六个实施例中的燃料电池系统的流程图。