CN209691863U - 一种燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池，包括至少一个备用燃料电池单元和多个工作燃料电池单元；备用燃料电池单元和工作燃料电池单元并联在燃料电池的输出电路上；多个工作燃料电池单元均正常运行时，备用燃料电池单元处于常关闭状态；多个工作燃料电池单元中的一个关闭时，备用燃料电池单元切换至工作状态。根据本实用新型提供的燃料电池，将各工作燃料电池单元并联在输出电路上，防止某一工作燃料电池单元出现问题而导致整个电池的失效；并且在输出电路上并联有备用燃料电池单元，以替换出现问题的工作燃料电池单元，保证了电池的输出功率的稳定性和可靠性，增强了整个电池动力系统的抗干扰能力。

Description

一种燃料电池

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种燃料电池。

背景技术

燃料电池是利用电化学原理，直接将燃料中的化学能转换成电能，并释放出热能的装置。现有的燃料电池包括多个串联的燃料电池单元，而燃料电池在使用过程中，其稳定性和可靠性受结构因素、操作因素和外界因素影响，容易出现电池单元故障或性能失效，因此一旦某一电池单元出现如故障或性能下降，将导致整个电池性能严重下降甚至失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池，以解决现有的燃料电池出现某一电池单元出现问题而导致整个电池故障或性能失效的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的技术方案如下：一种燃料电池，包括至少一个备用燃料电池单元和多个工作燃料电池单元；所述备用燃料电池单元和所述工作燃料电池单元并联在燃料电池的输出电路上；多个所述工作燃料电池单元均正常运行时，所述备用燃料电池单元处于常关闭状态；多个所述工作燃料电池单元中的一个关闭时，所述备用燃料电池单元切换至工作状态。

根据本实用新型提供的燃料电池，将各工作燃料电池单元并联在输出电路上，防止某一工作燃料电池单元出现问题而导致整个电池的失效；并且在输出电路上并联有备用燃料电池单元，以替换出现问题的工作燃料电池单元，保证了电池的功能性和输出稳定性。

另外，根据本实用新型上述实施例的一种燃料电池，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个示例，所述工作燃料电池单元包括相连接的第一电堆和第一电压转换装置，所述第一电压转换装置与所述输出电路相连接。

根据本实用新型的一个示例，所述备用燃料电池单元包括相连接的第二电堆和第二电压转换装置，所述第二电压转换装置与所述输出电路相连接。

根据本实用新型的一个示例，包括检测装置和控制装置，所述检测装置与所述工作燃料电池单元相连接，并用于检测所述工作燃料电池单元的工况信息；所述控制装置分别与所述检测装置和所述备用燃料电池单元相连接，并根据所述检测装置检测的工况信息向所述备用燃料电池单元发送工作指令或关闭指令。

根据本实用新型的一个示例，所述控制装置分别与多个所述工作燃料电池单元相连接，并用于向所述工作燃料电池单元发送工作指令或关闭指令。

根据本实用新型的一个示例，所述控制装置包括相连接的处理模块和控制模块；所述处理模块与所述检测装置相连接；所述控制模块用于向所述工作燃料电池单元和所述备用燃料电池单元发送控制指令。

根据本实用新型的一个示例，所述检测装置与所述备用燃料电池单元相连接，并用于检测所述备用燃料电池单元的工况信息。

根据本实用新型的一个示例，包括燃料输送装置和空气输送装置；所述燃料输送装置分别与所述备用燃料电池单元和所述工作燃料电池单元相连通；所述空气输送装置分别与所述备用燃料电池单元和所述工作燃料电池单元相连通。

根据本实用新型的一个示例，所述燃料输送装置包括氢气罐和氢气输送管路；所述氢气罐与所述氢气输送管路相连通；所述氢气输送管路分别与所述备用燃料电池单元和所述工作燃料电池单元相连通。

根据本实用新型的一个示例，所述空气输送装置包括空气压缩机和空气输送管路；所述空气压缩机与所述空气输送管路相连通；所述空气输送管路分别与所述备用燃料电池单元和所述工作燃料电池单元相连通。

以上附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实施例的燃料电池的结构示意图；

图2为本实施例的燃料电池的电性连接关系示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、备用燃料电池单元；2、工作燃料电池单元；3、输出电路；4、第一电堆；5、第一电压转换装置；6、第二电堆；7、第二电压转换装置；8、检测装置；9、控制装置；10、处理模块；11、控制模块；12、燃料输送装置；13、空气输送装置；14、氢气罐；15、氢气输送管路；16、空气压缩机；17、空气输送管路；18、加湿装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

结合附图1所示，本实施例提供了一种燃料电池，包括备用燃料电池单元1和工作燃料电池单元2；本实施例的工作燃料电池单元2的数量为多个以保证燃料电池的基本性能，而备用燃料电池单元1的数量优选为一个，在一个工作燃料电池单元2失效后，此备用燃料电池单元1进行工作，并且对失效的工作燃料电池单元进行检修或更换，一个备用燃料电池单元1完全能够满足功能需求，并能够减小整个电池的装配体积和成本。

本实施例的备用燃料电池单元1和多个工作燃料电池单元2并联在燃料电池的输出电路3上，输出电路3上连接有负载。本实施例的多个工作燃料电池单元2均正常运行时，该备用燃料电池单元1处于常关闭状态；当多个工作燃料电池单元2中的一个关闭时，备用燃料电池单元1切换至工作状态。

结合上述结构说明可知，本实施例的燃料电池将各工作燃料电池单元2并联在输出电路3上，防止某一工作燃料电池单元2出现问题而导致整个电池的失效；并且在输出电路3上并联有备用燃料电池单元1，以替换出现问题的工作燃料电池单元2，保证了电池的输出功率的稳定性和可靠性，增强整个电池动力系统的抗干扰能力。

具体的，本实施例的工作燃料电池单元2包括相连接的第一电堆4和第一电压转换装置5，第一电压转换装置5与输出电路3相连接；第一电堆4是发生电化学反应场所，其一般由多个单体电池以串联方式层叠组合构成，为燃料电池动力系统核心部分。第一电堆4工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。本实施例的第一电压转换装置5为DC-DC转换器，用于转变输入电压后有效输出固定电压。

具体的，本实施例的备用燃料电池单元1包括相连接的第二电堆6和第二电压转换装置7，第二电压转换装置7与输出电路3相连接，本实施例的第二电堆6与第一电堆4结构和功能相同，第二电压转换装置7也为DC-DC转换器。

上述结构通过在每个燃料电池单元上均设有电压转换装置，以对各个电池单元分别进行电压转换，以调节经过串并联电路后的输出电压或电流特性，具体的，是在每个电堆分别配备小型DC-DC转换器，及时进行升压和降电流，避免在输出电路3上形成较大的电流。需要说明的是，上述的电堆和DC-DC转换器均为现有技术，因此未对其结构和工作原理进行赘述。

具体的，本实施例的备用燃料电池单元1的开闭是通过检测装置8和控制装置9来实现的，如图2所示，本实施例的检测装置8与工作燃料电池单元2相连接，并用于检测工作燃料电池单元2的工况信息，该工况信息为工作燃料电池单元2的输出功率或电压，即本实施例的检测装置8可以是现有技术中的功率检测装置或者电压检测装置；本实施例的控制装置9分别与检测装置8和备用燃料电池单元1相连接，控制装置9接收检测装置8的检测到的工况信息，进行数据处理后，向备用燃料电池单元1发送工作指令或关闭指令，备用燃料电池单元1接收到工作指令或关闭指令进行相应的打开或关闭动作。

基于上述连接关系，本实施例的控制装置9还分别与多个工作燃料电池单元2相连接，并用于向工作燃料电池单元2发送工作指令或关闭指令；而本实施例的检测装置8与备用燃料电池单元1相连接，并用于检测备用燃料电池单元1的工况信息，最大化的利用控制装置9和检测装置8的功能性。

具体的，本实施例控制装置9包括相连接的处理模块10和控制模块11；处理模块10与检测装置8电连接，对检测装置8检测到的功率数据或电压数据进行比对分析，其可以是现有技术中的比较器；控制模块11与处理模块10电连接，控制模块11用于向工作燃料电池单元2和备用燃料电池单元1发送控制指令，其可以是现有技术中的控制器。由于比较器和控制器为本领域较为成熟的现有技术，因此不对其具体电路结构和工作原理进行赘述。

再结合附图1所示，本实施例的燃料电池的燃料采用氢气，通过氢气和空气中的氧气在电堆内的反应将化学能转化为电能，因此本实施例的燃料电池还包括燃料输送装置12和空气输送装置13；燃料输送装置12分别与上述的备用燃料电池单元1和多个工作燃料电池单元2相连通；同样的，空气输送装置13分别与备用燃料电池单元1和工作燃料电池单元2相连通。

具体的，本实施例的燃料输送装置12包括氢气罐14和氢气输送管路15；氢气罐14与氢气输送管路15相连通；氢气输送管路15分别与备用燃料电池单元1和工作燃料电池单元2相连通；而空气输送装置13包括空气压缩机16和空气输送管路17；空气压缩机16与空气输送管路17相连通；空气输送管路17分别与备用燃料电池单元1和工作燃料电池单元2相连通，具体的是空气输送管路17分别与第一电堆4和第二电堆6相连通，优选的，在空气输送管路17与第一电堆4和第二电堆6之间的连通管路上，还设有对空气进行加湿的加湿装置18。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种燃料电池，其特征在于，包括至少一个备用燃料电池单元(1)和多个工作燃料电池单元(2)；所述备用燃料电池单元(1)和所述工作燃料电池单元(2)并联在燃料电池的输出电路(3)上；多个所述工作燃料电池单元(2)均正常运行时，所述备用燃料电池单元(1)处于常关闭状态；多个所述工作燃料电池单元(2)中的一个关闭时，所述备用燃料电池单元(1)切换至工作状态。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述工作燃料电池单元(2)包括相连接的第一电堆(4)和第一电压转换装置(5)，所述第一电压转换装置(5)与所述输出电路(3)相连接。

3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述备用燃料电池单元(1)包括相连接的第二电堆(6)和第二电压转换装置(7)，所述第二电压转换装置(7)与所述输出电路(3)相连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，包括检测装置(8)和控制装置(9)，所述检测装置(8)与所述工作燃料电池单元(2)相连接，并用于检测所述工作燃料电池单元(2)的工况信息；所述控制装置(9)分别与所述检测装置(8)和所述备用燃料电池单元(1)相连接，并根据所述检测装置(8)检测的工况信息向所述备用燃料电池单元(1)发送工作指令或关闭指令。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述控制装置(9)还分别与多个所述工作燃料电池单元(2)相连接，并用于向所述工作燃料电池单元(2)发送工作指令或关闭指令。

6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述控制装置(9)包括相连接的处理模块(10)和控制模块(11)；所述处理模块(10)与所述检测装置(8)相连接；所述控制模块(11)用于向所述工作燃料电池单元(2)和所述备用燃料电池单元(1)发送控制指令。

7.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述检测装置(8)还与所述备用燃料电池单元(1)相连接，并用于检测所述备用燃料电池单元(1)的工况信息。

8.根据权利要求1-7任一项所述的燃料电池，其特征在于，包括燃料输送装置(12)和空气输送装置(13)；所述燃料输送装置(12)分别与所述备用燃料电池单元(1)和所述工作燃料电池单元(2)相连通；所述空气输送装置(13)分别与所述备用燃料电池单元(1)和所述工作燃料电池单元(2)相连通。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料输送装置(12)包括氢气罐(14)和氢气输送管路(15)；所述氢气罐(14)与所述氢气输送管路(15)相连通；所述氢气输送管路(15)分别与所述备用燃料电池单元(1)和所述工作燃料电池单元(2)相连通。

10.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，所述空气输送装置(13)包括空气压缩机(16)和空气输送管路(17)；所述空气压缩机(16)与所述空气输送管路(17)相连通；所述空气输送管路(17)分别与所述备用燃料电池单元(1)和所述工作燃料电池单元(2)相连通。