[发明专利]氢气系统和操作方法

权利要求书

1.一种用于提供氢气的系统，所述系统包括：

第一电化学电池或电池堆，所述第一电化学电池或电池堆包括：第一膜电极组件，该第一膜电极组件包括通过质子交换膜隔开的阴极和阳极；用于包括氢气的第一气体的入口，该入口与所述第一电化学电池或电池堆的阳极侧流体连通；和与所述第一膜电极组件的阴极侧流体连通的出口；

第二电化学电池或电池堆，所述第二电化学电池或电池堆包括：第二膜电极组件，该第二膜电极组件包括通过质子交换膜隔开的阴极和阳极；与所述第二膜电极组件流体连通的入水口；以及与所述第二膜电极组件的阴极侧流体连通的出口；和

控制器，所述控制器与所述第一电化学电池或电池堆和所述第二电化学电池或电池堆连通，且被配置成接收氢气需求信号以及：

(i)当所述氢气需求信号大于零且所述第一气体在所述第一电化学电池或电池堆入口处不可用时，操作所述第二电化学电池或电池堆，和

(ii)当所述氢气需求信号大于零且所述第一气体在所述第一电化学电池或电池堆入口处可用时，操作所述第一电化学电池或电池堆作为主氢源，且响应于所述氢气需求信号和/或所述第一电化学电池或电池堆的氢气输出，可控地操作所述第二电化学电池或电池堆作为次氢源。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置成：当所述第一气体可用时，以预定的电流操作所述第一电化学电池或电池堆，且响应于所述氢气需求信号和/或所述第一电化学电池或电池堆的氢气输出，选择性地在断开状态和接通状态之间切换所述第二电化学电池或电池堆。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置成：当所述第一气体可用时，以预定的电流操作所述第一电化学电池或电池堆，且响应于所述氢气需求信号和/或所述第一电化学电池或电池堆的氢气输出，以可变的电流操作所述第二电化学电池或电池堆。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中，所述第二电化学电池或电池堆的入水口与所述第二膜电极组件的阳极侧流体连通，且所述系统还包括与所述第二电化学电池或电池堆的入水口流体连通以及与所述第二电化学电池或电池堆的阳极侧流体连通的第一体积的液态水。

5.根据权利要求4所述的系统，还包括与所述第一电化学电池或电池堆的阴极侧流体连通以及与所述第二电化学电池或电池堆的阴极侧流体连通的第二体积的液态水。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一电化学电池或电池堆和所述第二电化学电池或电池堆的质子交换膜分别包含离聚物。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述离聚物为磺化的含氟聚合物。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一电化学电池或电池堆和所述第二电化学电池或电池堆被配置成在大于0psi且小于或等于12000psi的压力下生成氢气。

9.根据权利要求8所述的系统，还包括压缩机，所述压缩机具有与所述第一电化学电池或电池堆和所述第二电化学电池或电池堆的出口流体连通的入口。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一电化学电池或电池堆的氢气输出由来自所述第一电化学电池或电池堆的出口的气压表示，且所述第二电化学电池或电池堆响应于所述气压进行可控地操作。

11.根据权利要求10所述的系统，还包括在所述第一电化学电池或电池堆和所述第二电化学电池或电池堆的出口的下游的氢气流中的压力开关或压力传感器，以及在所述压力开关或压力传感器下游的压力调节器。

12.根据权利要求11所述的系统，还包括一个或多个附加的第一电化学电池或电池堆，所述一个或多个附加的第一电化学电池或电池堆具有与所述一个或多个附加的第一电化学电池或电池堆的阳极侧流体连通的用于所述第一气体的入口、以及与所述一个或多个附加的第一电化学电池或电池堆的阴极侧流体连通的出口。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括一个或多个附加的第二电化学电池或电池堆，所述一个或多个附加的第二电化学电池或电池堆具有与所述一个或多个附加的第二电化学电池或电池堆流体连通的入水口、以及与所述一个或多个附加的第二电化学电池或电池堆的阴极侧流体连通的出口。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第一气体还包括至少一种与氢气不同的气体组分。