[发明专利]一种燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，尤其涉及一种用作后备电池的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种电化学发电设备，其原理是：燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气)通过膜电极进行电化学反应，产生电动势，其中膜电极多为质子交换膜(PEM)。传统的燃料电池系统包括燃料电池、反应气供应单元和控制器，其中反应气供应单元包括燃料供应装置和氧化剂供应装置，燃料供应装置和氧化剂供应装置分别连接到燃料电池的阳极和阴极，为燃料电池提供燃料和氧化剂，所述控制器包括输出管理模块，该输出管理模块制燃料电池的启动和停止。

燃料电池经常作为后备电池使用。后备电池是指当用电设备的主供电单元异常工作(例如输出电流异常变小)而不能满足用电设备的需求时，就断开主供电电路，同时启动燃料电池并闭合燃料电池的对外供电开关以对用电设备供电。而当该主供电单元恢复正常工作(例如输出电流恢复到正常水平)而可以满足用电设备的需求时，则停止燃料电池并断开燃料电池的对外供电开关，而同时重新使用主供电单元对用电设备供电。

所以，作为后备电池的燃料电池系统经常应用在长期闲置或空载的环境中，这样燃料电池的膜电极极易变得干燥。然而，燃料电池中膜电极的含水量对于燃料电池的正常工作十分重要，以质子交换膜为例，在质子通过质子交换膜向正极移动的过程中，必须以水合质子的形式才能通过。所以，当质子交换膜过于干燥时，质子将难以通过质子交换膜，传导率下降，使得燃料电池的内阻增大，输出电压降低，发电性能下降。这样，当再次启动燃料电池时，可能无法输出或保持理想的电功率。

现有的燃料电池系统可以配备增湿装置，用于对燃料电池的反应气进行增湿或直接加入去离子水等等，但是这并没有明显改善燃料电池的长期闲置后启动时较差的发电性能，并且应用增湿装置使得整个系统的设备复杂、成本也较高。

发明内容

本发明针对现有的燃料电池系统中燃料电池在长期闲置或空载时由于膜电极容易干燥所造成的燃料电池发电性能下降的缺陷，提供一种能够保持膜电极湿润并且在经过长期闲置或空载后启动仍能保证输出理想电功率的燃料电池系统。

本发明提供的燃料电池系统包括燃料电池、反应气供应单元和控制器；所述反应气供应单元包括燃料供应装置和氧化剂供应装置，燃料供应装置和氧化剂供应装置分别连接到燃料电池的阳极和阴极，为燃料电池提供燃料和氧化剂；所述控制器包括输出管理模块，该输出管理模块判断是否需要该燃料电池对外供电并相应控制燃料电池的启动和停止。

其中，该燃料电池系统还包括负载、负载开关，控制器还包括间歇工作管理模块和内设有预定空闲周期的定时器，所述负载通过负载开关与燃料电池的正极和负极输出端构成回路，所述间歇工作管理模块分别与输出管理模块和定时器连接、并且控制负载开关的闭合和断开。

当输出管理模块判断不需要该燃料电池对外供电时，所述输出管理模块停止燃料电池，并发出激活所述间歇工作管理模块的信号，所述间歇工作管理模块接收该信号而激活并执行如下操作：

每当间歇工作管理模块激活时，间歇工作管理模块向定时器发出对燃料电池停止工作的时间计时的信号；定时器接收该信号，对燃料电池停止工作的时间计时，当燃料电池停止工作的时间等于所述预定空闲周期时，定时器停止计时并输出表示预定空闲周期已到的信号到间歇工作管理模块；间歇工作管理模块接收到来自定时器的所述表示预定空闲周期已到的信号，闭合负载开关并通知输出管理模块启动燃料电池，开始对负载供电；

每当燃料电池向负载供电的时间经过预定间歇工作周期时，间歇工作管理模块接收到表示预定间歇工作周期已到的信号，断开负载开关并通知输出管理模块停止燃料电池，停止对负载供电，同时再次向定时器发出对燃料电池停止工作的时间计时的信号。

而当输出管理模块判断需要该燃料电池对外供电时，所述输出管理模块启动处于停止状态的燃料电池或保持在预定间歇工作周期内处于间歇工作状态的燃料电池继续处于工作状态，并发出停止所述间歇工作管理模块的信号，所述间歇工作管理模块接收该信号而停止执行当前操作并断开负载开关。

这样，本发明所提供的燃料电池系统由于在间歇工作管理模块和定时器控制下可以定时启动燃料电池对负载间歇性供电，使作为后备电池的燃料电池在长期闲置或空载状态时仍能间歇性发电，从而发电生成的水可使燃料电池的膜电极保持润湿状态。这样，当再次启动燃料电池作为后备电池对用电设备供电时，燃料电池由于膜电极保持润湿状态，发电性能可以得到改善。

附图说明