CN109980243A - 一种液体燃料电池工作系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种液体燃料电池工作系统及控制方法，震动传感器感应设备运动中震动状态后，燃料电池控制模块控制电动燃料泵停止工作，相应电磁阀门进行关闭和打开，并通过自动机械泵为电池组提供燃料；设备静止时，当自动机械泵中储存的能量耗尽，自动停止工作；位置传感器感应主燃料箱中的燃料容积小于v4时，燃料电池控制模块控制，相应电磁阀门关闭和打开。本发明所涉及到的燃料电池系统可以做成微小尺寸与高能量密度的电池堆，为经常处于可移动状态的便携式电子设备如手机等提供电能，也可以制成大尺寸与高能量密度的电池组，为汽车等大型移动设备提供电能。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种液体燃料电池工作系统及控制方法。
背景技术
目前，最接近的现有技术：
自工业化革命以来，随着化石能源等传统能源的大量开采和利用，能源枯竭和环境污染问题开始陆续出现，并已成为当今世界所面临的两大重大挑战性课题，世界各国的科学家开始致力于研发和推广绿色清洁能源来取代传统的能源，以缓解能源危机和保护环境。随着科技的发展，便携式电子产品在全球已经普及，但产品外型的日趋短小轻便以及功能的日渐复杂也给电子产品的电池带来了严重的挑战，现有的电池技术已经无法满足便携式电子产品日渐增长的能耗需求，而太阳能、风能、水力发电、生物能源、地热发电等电能无法应用于移动及便携式电子设备上。因此亟待需要开发新型能源和电池来取代传统的能源与电源。
燃料电池是一种环境友好、高效的发电装置，它可将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，能量转化效率高，对环境无污染和能小型化等特点，因此受到各国科学家的青睐，成为21世纪取代传统能源、保护生态环境、解决能源危机和能够应用于小型电子设备上的重要能源之一。所以研究燃料电池对于保护生态环境具有重要的生态意义，对于保障国家的能源安全具有重要的战略意义。
燃料电池按电解质类别可以划分为磷酸型燃料电池、固体氧化物燃料、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和质子交换膜燃料电池。质子交换膜燃料电池因为能量转换率更高、能量比更大、结构简单、移动性好、持久耐用、环境友好和模块化等特点，因此具有广阔的应用前景，已被公认为电动汽车、区域性电站、航天器和各种小型移动设备的首选能源。质子交换膜燃料电池根据所用燃料的种类，分为以氢气为燃料的氢燃料电池和以醇类、酸类等为燃料的液体燃料电池两大类。
单体液体燃料电池主要由阴阳极板、膜电极和液体燃料组成。工作时，单体液体燃料电池输出电压较低，电流密度较小，达不到实际应用的要求，所以，在实际工作时，通常将单体电池组成电池组，以提供足够的电压。所谓电池组，就是将多个单电池串联在一起，相邻单电池间用双极板隔开，双极板起上下单电池串联和提供液体流路的作用。虽然电池组能够提供实际工作所要求的电压，但也必须和其它辅助工作部件组合成工作系统，才能实际应用。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)单体液体燃料电池工作时，单体液体燃料电池输出电压较低，电流密度较小，达不到实际应用的要求，而且现有技术的电池组必须和其它辅助工作部件组合成工作系统，才能实际应用。由于现有技术电压低较低，电流密度较小，从而导致使利用燃料电池供电的设备不能启动，甚至使设备造成损坏。
(2)而且，现有技术中涉及到的燃料电池组和工作系统没有利用机械自动控制技术、自动控制技术，使燃料电池组无论是处于运动之中还是静止状态，不能为燃料电池提供充足得燃料，不能保证燃料电池正常的工作。
(3)现有的燃料电池组，没有以竖琴状流场结构或由太极图状流场结构作为燃料电池的双极板，不能保证电池的性能。
(4)现有的燃料电池工作系统，没有主、副燃料电池箱，不能延长燃料电池的使用时间，不能够提高燃料的利用率。
解决上述技术问题的难度：
虽然有将单体液体燃料电池组成电池组以解决输出电压较低和电流密度较小的问题，但将单体燃料电池组合在一起，使燃料电池组在没有其它外接电源的情况下无论在运动或静止都能为工作装置供电还是一个亟待解决的问题。
燃料电池组中所用的流场结构形式主要是蛇形、网状流场和平直并联流场等，虽然一些专家和学者对这些结构进行了优化改进，但电池的性能提高不大，没有从原理上解决燃料电池性能低的问题
延长燃料电池的使用时间，提高燃料的利用率，一直是亟待解决的问题，但目前燃料电池工作系统，没有提出解决该问题的方法，主要是在技术上实现起来比较困难。
解决上述技术问题的意义：
本发明提高电池的性能，为燃料电池的商业化应用提供技术支持。
本发明解决燃料电池组在运动时，不依靠其它外接电源，就能为设备供电；当设备停止运动后，储存的能量继续驱动燃料泵为电池组提供燃料，当储存的能量耗尽之后，则通过燃料电池控制模快使电动燃料泵开始工作，为电池组提供燃料，保证了设备的用电安全。本发明燃料电池系统提供主、副燃料箱，不仅能够延长燃料电池的使用时间，还能够提高燃料的利用率，节约成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种液体燃料电池工作系统及控制方法。
本发明是这样实现的，一种燃料电池工作系统的控制方法，所述燃料电池工作系统的控制方法包括：
震动传感器感应设备运动中震动状态后，燃料电池控制模块控制电动燃料泵停止工作，相应电磁阀门进行关闭和打开，并通过自动机械泵为电池组提供燃料；
设备静止时，当自动机械泵中储存的能量耗尽，自动停止工作；流量传感器检测到自动机械泵的出口无燃料流过，相应电磁阀门关闭和打开；电动燃料泵开始工作，为电池组提供燃料；
位置传感器感应主燃料箱中的燃料容积小于v4时，燃料电池控制模块控制，相应电磁阀门关闭和打开，启动电动燃料泵，将副燃料箱中经过混合，燃料浓度达到m1的燃料，抽送到主燃料箱中；位置传感器感应主燃料箱中的燃料容积达到v1时，燃料电池控制模块控制，相应电磁阀门关闭；根据工作条件，进行自动机械泵工作，或者电动燃料泵开始工作。
进一步，燃料电池工作系统的燃料为甲醇、乙醇、甲酸和双氧水液体燃料，氧化剂为空气或氧气。
进一步，位置传感器放置在主燃料箱中，震动传感器放置在燃料电池控制模块中，流量传感器放置在自动机械燃料泵的出口处，温度传感器放置在燃料电池组的表面。
进一步，电池组和副燃料箱之间、主燃料箱和自动机械燃料泵之间、主燃料箱和电动燃料泵之间、自动机械燃料泵与电动燃料泵和电池组之间的连接管线采用耐腐蚀的硅胶管。
进一步，燃料电池控制模块通过震动传感器、流量传感器、浓度传感器和位置传感器传来的信号对电动燃料泵和电磁阀进行控制；燃料电池控制模块通过温度传感器控制燃料电池的温度调节装置，使燃料电池在稳定的温度条件下工作；
主燃料箱和副燃料箱中的燃料浓度计算关系如下：
主燃料箱中的燃料浓度为m1，副燃料箱1中燃料浓度为m2，从燃料电池中流出的燃料浓度为m3，主燃料箱中的燃料的容积是v1，副燃料箱中燃料的容积为v2，从燃料电池中流出的燃料容积为v3，开始从副燃料抽取燃料时主燃料箱中剩余燃料的容积为v4；v1＝v2+v3+v4，v1＝(8-10)×v2，副燃料箱中燃料浓度m2为：
本发明的另一目的在于提供一种实施所述燃料电池工作系统的控制方法的燃料电池工作系统，所述燃料电池工作系统包括主燃料箱燃料进口、电池正极接线柱、电池下封装板、电池氧化剂入口、电动空气泵出口、电动空气泵、电池上封装板、电池组燃料入口、自动机械燃料泵、副燃料箱、副燃料箱燃料入口、自动机械燃料泵出口、自动机械燃料泵入口、副燃料箱燃料出口、电动燃料泵入口、电动燃料泵出口、电动燃料泵、燃料电池控制模块、电池负极接线柱、电池组燃料出口、主燃料箱燃料出口、燃料电池外固定壳。
电动空气泵出口与电池氧化剂入口相连，电动空气泵入口与外界空气相连；
自动机械燃料泵入口通过第五电磁阀与和硅胶管与主燃料箱燃料出口相连，自动机械燃料泵出口通过第四电磁阀与和硅胶管与电池组燃料入口相连；
电动燃料泵入口通过第六电磁阀、第一电磁阀和硅胶管分别与副燃料箱燃料出口和主燃料箱燃料出口相连，电动燃料泵出口通过第三电磁阀、第二电磁阀和硅胶管分别与主燃料箱燃料进口和电池组燃料入口相连；
副燃料箱燃料出口通过硅胶管、第一电磁阀、第二电磁阀和电动燃料泵与主燃料箱燃料进口相连；
电池组燃料出口通过硅胶管与副燃料箱燃料入口相连；
电池正极接线柱和负极接线柱与燃料电池组的阴、阳极板相连；
电池上封装板和电池下封装板通过螺栓将电池组单元紧紧压在一起，构成电池组；
燃料电池外固定壳将燃料电池组封装；
燃料电池控制模块通过导线与温度调节装置、电动空气泵、自动机械燃料泵入口、电动燃料泵和电磁阀第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀相连。
进一步，所述燃料电池工作系统进一步包括燃料电池组，燃料电池组包括电池下封装板、电池上封装板和电池组单元；
电池封装板包括上封装板和下封装板，电池上封装板的两侧和顶部的开有固定电池组及其他工作部件的开口，开口包括主燃料箱固定位，还包括电动空气泵、自动机械燃料泵、电动燃料泵、燃料电池控制模块固定位开口，副燃料箱固定位开口；
电池下封装板的固定圆柱与电池组阴极板上的固定圆孔配合，用于固定圆柱和连接电池组阴极板；
燃料密封圆柱将阴极板和膜电极组合体的燃料通道密封；氧化剂回流槽用于使氧化剂回流，返回流出通道。
进一步，燃料密封圆柱表面和氧化剂回流槽表面镀有保护膜，保护膜为碳纳米管银基复合镀层。
进一步，自动机械燃料泵包括燃料泵和自动能量储存旋转机；自动能量储存旋转机包括能量储存条、自动能量锤、换向齿轮、自动传动齿轮、自动头轮和大钢齿轮；自动能量锤通过螺钉固定在中心自动能量锤轴上；在外力的作用下，自动能量锤围绕中心旋转，带动换向轮转动，换向轮轴齿又推动自动传动轮转动，自动传动轮推动自动头轮转动，自动头轮与大钢轮齿啮合，使大钢轮一个齿一个齿地转动使大钢轮地转动能量储存储存到能量储存条上；能量储存条与燃料泵的功力输入轴连接，驱动功力输入轴旋转而工作；
所述燃料电池工作系统进一步包括温度调节系统，温度调节系统包括温度传感器和温度调节装置，温度调节系统由燃料电池控制模块进行控制，使燃料电池工作系统处于稳定的温度条件下工作；
本发明的另一目的在于提供一种利用所述燃料电池工作系统制备的可移动状态的便携式电子设备电池。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明所涉及到的燃料电池组和工作系统是一种新型的燃料电池组和工作系统，该系统利用机械自动控制技术、自动控制技术，使燃料电池组无论是处于运动之中还是静止状态，都能够源源不断为燃料电池提供充足得燃料，保证燃料电池正常的工作。本发明所涉及的燃料电池组是由具有竖琴状流场结构双极板的单体燃料电池组成，或由具有太极图状流场结构双极板的单体燃料电池组成，竖琴状流场结构双极板或太极图状流场结构双极板能够使燃料电池的燃料和氧化剂尽可能大地与电极接触，减小燃料和氧化剂在流道中的流动阻力，合理增加压降，促使燃料和氧化剂在电极的表面均匀分布，提高电池的性能；本发明所涉及的燃料电池系统提供主、副燃料箱，该种设计不仅能够延长燃料电池的使用时间，还能够提高燃料的利用率，节约利用成本；本发明所涉及的自动机械燃料泵能够在利用电池组提供电能的设备在移动时，自动机械燃料泵开始工作，为电池组提供燃料，同时将多余的能量储存起来，当设备停止运动后，储存的能量继续驱动燃料泵为电池组提供燃料，当储存的能量耗尽之后，则通过燃料电池控制模块使电动燃料泵开始工作，为电池组提供燃料。
本发明所涉及到的燃料电池系统可以做成微小尺寸与高能量密度的电池堆，为经常处于可移动状态的便携式电子设备如手机等提供电能，也可以制成大尺寸与高能量密度的电池组，为汽车等大型移动设备提供电能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的燃料电池工作系统结构图。
图2是本发明实施例提供的燃料电池工作系统整体图。
图3是本发明实施例提供的燃料电池组图。
图4是本发明实施例提供的电池上封装板图。
图5是本发明实施例提供的电池下封装板图。
图6是本发明实施例提供的燃料电池工作系统原理图。
图中：1、主燃料箱 2、主燃料箱燃料进口；3、电池正极接线柱；4、电池下封装板；5、电池组氧化剂入口；6、电动空气泵出口；7、电动空气泵；8、电池上封装板；9、电池组燃料入口；10、自动机械燃料泵；11、副燃料箱；12、副燃料箱燃料入口；13、自动机械燃料泵出口；14、自动机械燃料泵入口；15、副燃料箱燃料出口；16、电动燃料泵入口；17、电动燃料泵出口；18、电动燃料泵；19、电池组氧化剂出口；20、电动空气泵入口；23、电池组燃料出口；24、主燃料箱燃料出口；25、燃料电池外固定壳；26、电池组单元；27、主燃料箱固定位；28、电动空气泵、自动机械燃料泵、电动燃料泵、燃料电池控制模块固定位；29、副燃料箱固定位；30、固定圆柱；31、燃料密封圆柱；32、氧化剂回流槽；33、固定圆柱；34、燃料密封圆柱；35、电池组燃料进入管；36、氧化剂进入管；37、电池组燃料流出管；38、第一电磁阀；39、第二电磁阀；40、第三电磁阀；41、第四电磁阀；42、第五电磁阀；43、第六电磁阀；44、温度调节装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有技术中涉及到的燃料电池组和工作系统没有利用机械自动控制技术、自动控制技术，使燃料电池组无论是处于运动之中还是静止状态，不能为燃料电池提供充足得燃料，不能保证燃料电池正常的工作。
为解决上述问题，下面结合附图对本发明作详细描述。
本发明实施例提供的燃料电池工作系统的控制方法，包括：
震动传感器感应设备运动中震动状态后，燃料电池控制模块控制电动燃料泵停止工作，相应电磁阀门进行关闭和打开，并通过自动机械泵为电池组提供燃料；
设备静止时，当自动机械泵中储存的能量耗尽，自动停止工作；流量传感器检测到自动机械泵的出口无燃料流过，相应电磁阀门关闭和打开；电动燃料泵开始工作，为电池组提供燃料；
位置传感器感应主燃料箱中的燃料容积小于v4时，燃料电池控制模块控制，相应电磁阀门关闭和打开，启动电动燃料泵，将副燃料箱中经过混合，燃料浓度达到m1的燃料，抽送到主燃料箱中；位置传感器感应主燃料箱中的燃料容积达到v1时，燃料电池控制模块控制，相应电磁阀门关闭；根据工作条件，进行自动机械泵工作，或者电动燃料泵开始工作。
如图1～图2所示，本发明实施例提供的燃料电池工作系统包括：主燃料箱1、主燃料箱燃料进口2、电池正极接线柱3、电池下封装板4、电池氧化剂入口5、电动空气泵出口6、电动空气泵7、电池上封装板8、电池组燃料入口9、自动机械燃料泵10、副燃料箱11、副燃料箱燃料入口12、自动机械燃料泵出口13、自动机械燃料泵入口14、副燃料箱燃料出口15、电动燃料泵入口16、电动燃料泵出口17、电动燃料泵18、电池氧化剂出口19、电动空气泵入口20、燃料电池控制模块21、电池负极接线柱22、电池组燃料出口23、主燃料箱燃料出口24、燃料电池外固定壳25组成。
主燃料箱1包括主燃料箱燃料进口2、主燃料箱燃料出口24。
副燃料箱11包括副燃料箱燃料入口12、副燃料箱燃料出口15。
电池氧化剂出口19产生的气体直接排到空气中。电动空气泵入口20与外界空气相通。
电动空气泵出口6与电池氧化剂入口5相连，电动空气泵入口20与外界空气相连；
自动机械燃料泵入口14通过第五电磁阀42与和硅胶管与主燃料箱燃料出口24相连，自动机械燃料泵出口13通过第四电磁阀41与和硅胶管与电池组燃料入口9相连；
电动燃料泵入口16通过第六电磁阀43、第一电磁阀38和硅胶管分别与副燃料箱燃料出口15和主燃料箱燃料出口24相连，电动燃料泵出口17通过第三电磁阀40、第二电磁阀39和硅胶管分别与主燃料箱燃料进口2和电池组燃料入口9相连；
副燃料箱燃料出口15通过硅胶管、第一电磁阀38、第二电磁阀39和电动燃料泵18与主燃料箱燃料进口2相连；
电池组燃料出口23通过硅胶管与副燃料箱燃料入口12相连；
电池正极接线柱3和负极接线柱22与燃料电池组的阴、阳极板相连；
电池上封装板8和电池下封装板4通过螺栓将电池组单元紧紧压在一起，构成电池组；
燃料电池外固定壳25将燃料电池组封装起来，起到保护及美观的作用；
燃料电池控制模块21通过导线与温度调节装置44、电动空气泵7、自动机械燃料泵入口14、电动燃料泵18和电磁阀第一电磁阀38、第二电磁阀39、第三电磁阀40、第四电磁阀41、第五电磁阀42、第六电磁阀43相连。
如图3所示，本发明实施例提供的燃料电池组主要电池下封装板4、电池上封装板8和电池组单元26组成。
在本发明实施例中，电池封装板包括上封装板8(如图4所示)和下封装板4(如图5所示)，电池封装板采用304钢板制作，电池上封装钢板的厚度为3-6mm，电池下封装钢板的厚度为5-10mm。
电池上封装板的形式如图4所示，采用此种形式，既可以减轻电池组的重量，又可以减少电池组的成本；上封装板的两侧和顶部的开口部分还能够固定电池组的其他工作部件，其中开口27固定主燃料箱，开口28固定的工作部件有自动机械燃料泵10、燃料电池控制模块21、电动燃料泵18和电动空气泵7，开口29固定副燃料箱11。
电池下封装板的形式如图5所示，具有固定、封装、回流和密封的作用。其中固定圆柱30和固定圆柱33与电池组阴极板上的固定圆孔配合，起到固定和连接的作用；燃料密封圆柱31和燃料密封圆柱34起到密封燃料的作用，由于在电池组的最后一组单电池中需要使燃料直接在阳极板和膜电极之间直接回流，因此利用燃料密封圆柱将阴极板和膜电极组合体的燃料通道封死，从而在阳极板和膜电极之间造成直接回流。氧化剂回流槽32的作用是能够使氧化剂回流，从而返回流出通道。
在本发明实施例中，由于燃料电池的燃料具有酸性或弱酸性，为防止燃料对电池下封装板表面的腐蚀，对电池下封装板的燃料密封圆柱表面和氧化剂回流槽表面镀上一层保护膜，保护膜为碳纳米管银基复合镀层，具体方法如下：
(1)电池下封装板的燃料密封圆柱表面和氧化剂回流槽表面清洗、电净处理，将表面的油污及污染物清洗掉后，放到烘干机中在温度为40-60℃的条件下，干燥30-60分钟备用；
(2)将碳纳米管研磨成细粉后，放到浓度为16-18mol/mol的HNO3中浸泡30-40分钟，去除里边的杂质，然后放到H2O2中搅拌浸泡3-5h，最后用蒸馏水清洗并在70-90℃烘干；
(3)将上述处理好的碳纳米管放入到银电镀液中，超声波震荡30-50分钟，添加适量的分散液后，在室温为25℃的情况下，利用高能球磨研磨机研磨20-30小时后得到纳米复合镀液；
(4)采用电刷镀技术，在电池下封装板的燃料密封圆柱表面和氧化剂回流槽表面镀上碳纳米管银基复合镀层，经清洗、吹干后完成保护膜的电镀工作。
电池组上封装8和下封板板4通过螺栓紧固在一起，将燃料电池组单元26紧紧夹在上下封装板之间，起到固定、装配电池组的作用。
在本发明实施例中，自动机械燃料泵((AMP))10的作用：利用电池组提供电能的设备在移动时，自动机械燃料泵开始工作，为电池组提供燃料，同时将多余的能量储存起来，当设备停止运动后，储存的能量继续驱动燃料泵为电池组提供燃料，当储存的能量耗尽之后，则通过燃料电池控制模块21使电动燃料泵18开始工作，为电池组提供燃料。
自动机械燃料泵10的结构：自动机械燃料泵主要由燃料泵和自动能量储存旋转机组成。自动能量储存旋转机主要由能量储存条、自动能量锤、换向齿轮、自动传动齿轮、自动头轮和大钢齿轮等组成，自动能量锤用螺钉固定在中心自动能量锤轴上。工作时，在外力的作用下，自动能量锤围绕中心旋转，带动换向轮转动，换向轮轴齿又推动自动传动轮转动，自动传动轮推动自动头轮转动，自动头轮与大钢轮齿啮合，使大钢轮一个齿一个齿地转动使大钢轮地转动能量储存储存到能量储存条上。能量储存条与燃料泵的功力输入轴连接，驱动功力输入轴旋转而工作。
在本发明实施例中，电动燃料泵(EP)18的主要作用：通过燃料电池控制模块21的控制，在自动机械泵停止工作时开始工作，为燃料电池提供燃料。
在本发明实施例中，电动空气泵((EAP))7的作用：在燃料电池工作时，为电池提供充足的氧化剂。
下面结合燃料电池工作系统工作过程对本发明作进一步描述。
图6是本发明实施例提供的燃料电池工作系统原理图。本发明燃料电池工作系统所用的燃料为甲醇、乙醇、甲酸和双氧水等液体燃料，氧化剂为空气或氧气。
燃料电池系统中，位置传感器放置在主燃料箱1中，震动传感器放置在燃料电池控制模块21中，流量传感器放置在自动机械燃料泵10的出口13处，温度传感器放置在燃料电池组26的表面。
燃料电池系统中，电池组和副燃料箱11之间、主燃料箱1和自动机械燃料泵10之间、主燃料箱1和电动燃料泵18之间、自动机械燃料泵10与电动燃料泵18和电池组之间的连接管线采用耐腐蚀的硅胶管。
燃料电池控制系统包括燃料电池控制模块21、流量传感器、震动传感器、位置传感器、温度传感器、电磁阀和导线等组成。燃料电池控制模块21主要通过震动传感器、流量传感器、浓度传感器和位置传感器传来的信号对电动燃料泵18和电磁阀进行控制；燃料电池控制模块21通过温度传感器来控制燃料电池的温度调节装置，确保燃料电池在稳定的温度条件下工作。
当设备运动时，通过震动传感器，由燃料电池控制模块21控制，电动燃料泵18停止工作，此时第一电磁阀38、第二电磁阀39、第三电磁阀40、第六电磁阀43关闭，第四电磁阀41和第五电磁阀42打开，通过自动机械泵10为电池组提供燃料；当设备静止时，由于自动机械泵10中储存有能量，自动机械泵10继续工作，当自动机械泵10中储存的能量耗尽时，自动机械泵10停止工作，由流量传感器检测到自动机械泵10的出口13无燃料流过，此时第一电磁阀38、第四电磁阀41、第五电磁阀42和第六电磁阀43关闭，电第二电磁阀39和第三电磁阀40打开，电动燃料泵18开始工作，为电池组提供燃料，当设备再运动时，重复上述工作过程。
当主燃料箱1中的燃料容积小于v4时，通过位置传感器，由燃料电池控制模块21控制，第三电磁阀40、第四电磁阀41、第五电磁阀42和第六电磁阀43关闭，第一电磁阀38和第二电磁阀39打开，此时启动电动燃料泵18，将副燃料箱11中经过混合，燃料浓度达到m1的燃料，抽送到主燃料箱1中，当容积达到v1时，通过位置传感器，由燃料电池控制模块21控制，第一电磁阀38和39关闭，此时，根据工作条件，或者自动机械泵10工作，或者电动燃料泵18开始工作。
在本发明实施例中，燃料电池控制模块21主要通过震动传感器、流量传感器、位置传感器传来的信号对电动燃料泵18和电磁阀进行控制。通过震动传感器，当设备运动时，能够使电动燃料泵18停止工作，通过流量传感器检测自动机械泵10的出口是否有燃料流过，决定是否启动电动燃料泵18。当自动机械泵10的出口无燃料通过时，启动电动燃料泵18，为电池组提供燃料；通过温度传感器检测燃料电池工作系统的温度。
在本发明实施例中，温度调节系统由温度传感器和温度调节装置44组成，并由燃料电池控制模块21进行控制，使燃料电池工作系统处于稳定的温度条件下工作。由于燃料电池温度调节装置是一个单独的工作装置，本发明未在燃料电池工作系统1中画出温度调节装置。
在本发明实施例中，电池主燃料箱1和副燃料箱11用于储存燃料，由于电池用的燃料具有酸性或弱酸性，要求使用的材料具有耐腐蚀性。本发明中主燃料箱和副燃料箱用的材料是聚偏二氟乙烯板(PVDF)、聚苯硫醚板(PPS)和聚四氟乙烯(PTFE)板，板的厚度3-6mm。
主燃料箱1和副燃料箱11中的燃料浓度不相等，副燃料箱11中的浓度大于主燃料箱1中的燃料浓度，具体计算关系如下：
设主燃料箱1中的燃料浓度为m1，副燃料箱11中燃料浓度为m2，从燃料电池中流出的燃料浓度为m3，主燃料箱1中的燃料的容积是v1，副燃料箱11中燃料的容积为v2，从燃料电池中流出的燃料容积为v3，开始从副燃料11抽取燃料时主燃料箱1中剩余燃料的容积为v4。v1＝v2+v3+v4，v1＝(8-10)×v2，具体根据副燃料箱中燃料的浓度确定,则副燃料箱11中燃料浓度m2为：
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池工作系统的控制方法，其特征在于，所述燃料电池工作系统的控制方法包括：
震动传感器感应设备运动中震动状态后，燃料电池控制模块控制电动燃料泵停止工作，相应电磁阀门进行关闭和打开，并通过自动机械泵为电池组提供燃料；
设备静止时，自动机械泵中储存的能量耗尽，自动停止工作；流量传感器检测到自动机械泵的出口无燃料流过，相应电磁阀门关闭和打开；电动燃料泵开始工作，为电池组提供燃料；
位置传感器感应主燃料箱中的燃料容积小于v4时，燃料电池控制模块控制，相应电磁阀门关闭和打开，启动电动燃料泵，将副燃料箱中经过混合，燃料浓度达到m1的燃料，抽送到主燃料箱中；位置传感器感应主燃料箱中的燃料容积达到v1时，燃料电池控制模块控制，相应电磁阀门关闭；根据工作条件，进行自动机械泵工作，或者电动燃料泵开始工作。
2.如权利要求1所述的燃料电池工作系统的控制方法，其特征在于，
燃料电池工作系统的燃料为甲醇、乙醇、甲酸和双氧水液体燃料，氧化剂为空气或氧气。
3.如权利要求1所述的燃料电池工作系统的控制方法，其特征在于，位置传感器放置在主燃料箱中，震动传感器放置在燃料电池控制模块中，流量传感器放置在自动机械燃料泵的出口处，温度传感器放置在燃料电池组的表面。
4.如权利要求1所述的燃料电池工作系统的控制方法，其特征在于，电池组和副燃料箱之间、主燃料箱和自动机械燃料泵之间、主燃料箱和电动燃料泵之间、自动机械燃料泵与电动燃料泵和电池组之间的连接管线采用耐腐蚀的硅胶管。
5.如权利要求1所述的燃料电池工作系统的控制方法，其特征在于，燃料电池控制模块通过震动传感器、流量传感器、浓度传感器和位置传感器传来的信号对电动燃料泵和电磁阀进行控制；燃料电池控制模块通过温度传感器控制燃料电池的温度调节装置，使燃料电池在稳定的温度条件下工作；
主燃料箱和副燃料箱中的燃料浓度计算关系如下：
主燃料箱中的燃料浓度为m1，副燃料箱1中燃料浓度为m2，从燃料电池中流出的燃料浓度为m3，主燃料箱中的燃料的容积是v1，副燃料箱中燃料的容积为v2，从燃料电池中流出的燃料容积为v3，开始从副燃料抽取燃料时主燃料箱中剩余燃料的容积为v4；v1＝v2+v3+v4，v1＝(8-10)×v2，副燃料箱中燃料浓度m2为：
6.一种实施权利要求1所述燃料电池工作系统的控制方法的燃料电池工作系统，其特征在于，所述燃料电池工作系统包括主燃料箱燃料进口、电池正极接线柱、电池下封装板、电池氧化剂入口、电动空气泵出口、电动空气泵、电池封装上封装板、电池组燃料入口、自动机械燃料泵、副燃料箱、副燃料箱燃料入口、自动机械燃料泵出口、自动机械燃料泵入口、副燃料箱燃料出口、电动燃料泵入口、电动燃料泵出口、电动燃料泵、燃料电池控制模块、电池负极接线柱、电池燃料出口、主燃料箱燃料出口、燃料电池外固定壳；
电动空气泵出口与电池氧化剂入口相连，电动空气泵入口与外界空气相连；
自动机械燃料泵入口通过第五电磁阀与和硅胶管与主燃料箱燃料出口相连，自动机械燃料泵出口通过第四电磁阀与和硅胶管与电池组燃料入口相连；
电动燃料泵入口通过第六电磁阀、第一电磁阀和硅胶管分别与副燃料箱燃料出口和主燃料箱燃料出口相连，电动燃料泵出口通过第三电磁阀、第二电磁阀和硅胶管分别与主燃料箱燃料进口和电池组燃料入口相连；
副燃料箱燃料出口通过硅胶管、第一电磁阀、第二电磁阀和电动燃料泵与主燃料箱燃料进口相连；
电池组燃料出口通过硅胶管与副燃料箱燃料入口相连；
电池正极接线柱和负极接线柱与燃料电池组的阴、阳极板相连；
电池上封装板和电池下封装板通过螺栓将电池组单元紧紧压在一起，构成电池组；
燃料电池外固定壳将燃料电池组封装；
燃料电池控制模块通过导线与温度调节装置、电动空气泵、自动机械燃料泵入口、电动燃料泵和电磁阀第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀相连。
7.如权利要求6所述燃料电池工作系统，其特征在于，所述燃料电池工作系统进一步包括燃料电池组，燃料电池组包括电池下封装板、电池上封装板和电池组单元；
电池封装板包括上封装板和下封装板，电池上封装板的两侧和顶部的开有固定电池组及其他工作部件的开口，开口包括主燃料箱固定位，还包括电动空气泵、自动机械燃料泵、电动燃料泵、燃料电池控制模块固定位开口，副燃料箱固定位开口；
电池下封装板的固定圆柱与电池组阴极板上的固定圆孔配合，用于固定圆柱和连接电池组阴极板；
燃料密封圆柱将阴极板和膜电极组合体的燃料通道密封；氧化剂回流槽用于使氧化剂回流，返回流出通道。
8.如权利要求6所述燃料电池工作系统，其特征在于，燃料密封圆柱表面和氧化剂回流槽表面镀有保护膜，保护膜为碳纳米管银基复合镀层。
9.如权利要求6所述燃料电池工作系统，其特征在于，自动机械燃料泵包括燃料泵和自动能量储存旋转机；自动能量储存旋转机包括能量储存条、自动能量锤、换向齿轮、自动传动齿轮、自动头轮和大钢齿轮；自动能量锤通过螺钉固定在中心自动能量锤轴上；在外力的作用下，自动能量锤围绕中心旋转，带动换向轮转动，换向轮轴齿又推动自动传动轮转动，自动传动轮推动自动头轮转动，自动头轮与大钢轮齿啮合，使大钢轮地转动能量储存储存到能量储存条上；能量储存条与燃料泵的功力输入轴连接，驱动功力输入轴旋转而工作；
所述燃料电池工作系统进一步包括温度调节系统，温度调节系统包括温度传感器和温度调节装置，温度调节系统由燃料电池控制模块进行控制，使燃料电池工作系统处于稳定的温度条件下工作。
10.一种利用权利要求6所述燃料电池工作系统制备的可移动状态的便携式电子设备电池。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张宇峰 等: "被动式自呼吸微型直接甲醇燃料电池组的结构设计", 功能材料与器件学报, vol. 14, no. 02, pages 408 - 411 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109980243B (zh) | 2023-11-10 |
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