[发明专利]燃料电池系统及其燃料补充方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，尤其涉及一种可精准补充燃料的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)的应用相当广泛，例如家庭备用电力、车船的电力系统、低功率的便携式电子产品等，皆可使用燃料电池。每一燃料电池具有膜电极组(MEA)。在膜电极组的阳极端供给一定浓度的燃料，在阴极端给适量的氧气后，在阴极与阳极间因化学反应而产生一电位差，故可提供电流予一外部负载。由于燃料电池的反应生成物为二氧化碳与水，故不会产生任何化学有机物质。因此，燃料电池可称为环保能源。常见的燃料电池包括直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)，其利用甲醇水溶液作为发电用燃料。

于传统直接甲醇燃料电池之中，需控制所使用的甲醇水溶液浓度使其不高于一特定浓度，以避免甲醇渗透(cross over)情形发生而降低其膜电极组(MEA)的发电效率。上述特定值则视所使用的膜电极组的性质而定，通常不高于10vol％。另外，直接甲醇燃料电池亦容易受到其操作温度及其环境温度所影响，当其操作温度或环境温度过低及过高时，直接甲醇燃料电池的发电效率便会下降。

直接甲醇燃料电池的阳极化学反应式如下：

CH₃OH+H₂O→6H⁺+6e^-+CO₂

阴极化学反应式如下：

1.5O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

直接甲醇燃料电池的总反应式如下：

CH₃OH+H₂O+1.5O₂→3H₂O+CO₂

由上述总反应式可知，理论上直接甲醇燃料电池反应时会生成水，但是实际中由于环境温度与工作温度等因素，于反应过程中水会蒸发且其蒸发量恐大于其生成量。另外，燃料电池中甲醇水溶液中的甲醇则随着反应时间的增加而减少，故所使用的甲醇水溶液浓度会随反应时间增加而减少，当甲醇水溶液浓度过低时，于阳极处反应生成的氢离子就会大幅减少。因此，要让直接甲醇电池内的电化学反应持续下去的话，就得增加甲醇含量，并设法减少蒸发量，维持水量，以维持直接甲醇燃料电池的持续运行。

发明内容

本发明即为了要解决公知技术的问题而提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统包括一燃料槽、一燃料补给单元、一电池模块、一冷凝回收单元、一液位调整单元、一检测单元以及一控制单元。燃料补给单元连接该燃料槽，以对该燃料槽补充一第一燃料。电池模块连接该燃料槽，该燃料槽对该电池模块提供一第二燃料，该电池模块产生一第一气体。冷凝回收单元连接该电池模块，以将该第一气体冷凝为一回收液体。液位调整单元连接该燃料槽以及该冷凝回收单元，该液位调整单元将该回收液体导入该燃料槽，以控制该燃料槽中的该第二燃料的液位固定。检测单元电性连接该电池模块，该检测单元检测该电池模块所提供的一电流信号。控制单元电性连接该检测单元以及该燃料补给单元，该控制单元根据该电流信号计算该电池模块所提供的一电流量，当该电流量达到一预设值时，该控制单元驱动该第一燃料从该燃料补给单元被补充至该燃料槽。

本发明的特点在于，利用冷凝回收单元产生的回收液体(例如，水)以及液位调整单元控制该燃料槽中的该第二燃料(例如，甲醇水溶液)的液位固定。借此，当该电流量达到该预设值时，在特定的温度以及电压条件下，该控制单元驱动该燃料补给单元对该燃料槽定量补充该第一燃料，因此可避免该第一燃料补充过量或是补充不足的情形。

该燃料电池系统可以实现精准地补充燃料。

附图说明

图1示出本发明实施例的燃料电池系统；

图2示出本发明实施例的冷凝回收单元；

图2a和图2b示出适用于本发明实施例的冷凝器；

图3a示出第二燃料的液位低于排气管的出口端的情况；

图3b示出第二燃料的液位位于排气管的出口端的情况；

图4示出本发明实施例的燃料补充方法；

图5a-5e示出在一变形例中，液位调整单元与燃料槽的细部结构以及使用状态；以及

图6示出本发明的另一变形例。

其中，附图标记说明如下：

100燃料电池系统            110燃料槽

111循环反应液体入口        112循环反应液体出口