CN216488177U - 具有电解功能的燃料电池及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了具有电解功能的燃料电池及燃料电池系统，其中具有电解功能的燃料电池包括：电堆组件，设置有氢气输入口以及氧气输入口；电解槽组件，设置有氢气输出口以及氧气输出口，所述氢气输出口与所述氢气输入口连通，所述氧气输出口与所述氧气输入口连通；储能电池，与所述电解槽组件电性连接。储能电池输出电能至电解槽组件，以使得电解槽组件进行电解水，电解水反应生成氢气与氧气输送至电堆组件，电堆组件消耗氢气与氧气产生电能输出，以此过程，利用储能电池驱使电堆组件工作，能够转换输出特性满足使用需求，同时通过电解水产生氢气与氧气的方式，无需体积较大的储存气体容器，有利于实现轻质化、小型化以及提高便携性。

Description

具有电解功能的燃料电池及燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，特别涉及具有电解功能的燃料电池及燃料电池系统。

背景技术

使用蓄电池进行供电的情况下，由于蓄电池的输出最大电流有限制以及蓄电池剩余电量影响输出电压等原因，蓄电池的输出特性在某些使用场景下不能满足需求，而燃料电池的输出特性，具有输出最大电流较大等特点，能够满足使用需求。

燃料电池一般采用氢气和氧气作为燃料。燃料电池中，负极通入氢气，正极通入氧气，氢气和氧气发生反应生成水，在此过程中，电荷流经外部电路形成电流输出电能，以此将氢气所具有的化学能转变成了电能。燃料电池系统中，一般配备有氢气储存容器、空气储存容器，用于向燃料电池输送氢气和氧气，氢气储存容器用一段时间就消耗殆尽，需要及时更换，费时费力，并且氢气储存容器体积较大，不利于燃料电池系统的轻质化、小型化以及便携性。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出具有电解功能的燃料电池及燃料电池系统，能够使输出特性满足使用需求，同时有利于实现轻质化、小型化以及提高便携性。

根据本实用新型第一方面实施例的具有电解功能的燃料电池，包括：电堆组件，设置有氢气输入口以及氧气输入口；电解槽组件，设置有氢气输出口以及氧气输出口，所述氢气输出口与所述氢气输入口连通，所述氧气输出口与所述氧气输入口连通；储能电池，与所述电解槽组件电性连接。

根据本实用新型实施例的具有电解功能的燃料电池，至少具有如下有益效果：储能电池输出电能至电解槽组件，以使得电解槽组件进行电解水，电解水反应生成氢气与氧气输送至电堆组件，电堆组件消耗氢气与氧气产生电能输出，以此过程，利用储能电池驱使电堆组件工作，能够转换输出特性满足使用需求，同时通过电解水产生氢气与氧气的方式，无需体积较大的储存气体容器，有利于实现轻质化、小型化以及提高便携性。

根据本实用新型的一些实施例，还包括充电模块，所述电堆组件通过所述充电模块与所述储能电池连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述电堆组件设置有排水口，所述电解槽组件设置有进水口，所述排水口与所述进水口连通。

根据本实用新型的一些实施例，还包括单向阀，所述排水口通过所述单向阀与所述进水口连通。

根据本实用新型的一些实施例，还包括补水组件，所述补水组件设置有出水口，所述出水口与所述进水口连通。

根据本实用新型的一些实施例，所述补水组件包括补水箱、水位传感器以及控制阀，所述补水箱设置有所述出水口，所述出水口通过所述控制阀与所述进水口连通，所述水位传感器设置于所述电解槽组件，所述电解槽组件与所述控制阀电连接。

根据本实用新型的一些实施例，还包括散热组件，所述电堆组件设置有冷却液通道，所述散热组件与所述冷却液通道连通。

根据本实用新型的一些实施例，所述散热组件包括换热器及循环泵，所述换热器设置有第一换热通道以及第二换热通道，所述换热器通过循环泵与所述电堆组件连接，以使得所述第一换热通道与所述冷却液通道连通形成冷却回路，所述电解槽组件设置有加热通道，所述加热通道与所述第二换热通道连通。

根据本实用新型的一些实施例，还包括去离子器，所述去离子器的一端与所述循环泵连接，所述去离子器的另一端与所述换热器或所述电堆组件连接。

根据本实用新型第二方面实施例的燃料电池系统，包括上述的具有电解功能的燃料电池，还包括负载组件，所述电堆组件与所述负载组件电性连接。

根据本实用新型实施例的燃料电池系统，至少具有如下有益效果：储能电池输出电能至电解槽组件，电解槽组件进行电解水反应，电解水产生的氢气与氧气输送至点对组件，电堆组件消耗氢气和氧气输出电能至负载组件，以驱使负载组件工作。储能电池的电能经过电解槽组件和电堆组件转换，能够使得电能的输出特性满足负载组件的工作需求，同时通过电解水产生氢气与氧气，无需体积较大的储存气体容器，有利于实现轻质化、小型化以及提高便携性。

本实用新型的附加方面和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

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型其中一种实施例的结构示意图；

图2为本实用新型其中一种实施例中电解槽组件的正视图；

图3为本实用新型其中一种实施例中电解槽组件的侧视图；

图4为本实用新型其中一种实施例中电解槽组件的后视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图4所示，根据本实用新型实施例的具有电解功能的燃料电池，包括：电堆组件100，设置有氢气输入口110以及氧气输入口120；电解槽组件200，设置有氢气输出口210以及氧气输出口220，氢气输出口210与氢气输入口110连通，氧气输出口220与氧气输入口120连通；储能电池300，与电解槽组件200电性连接。

储能电池300输出电能至电解槽组件200，以使得电解槽组件200进行电解水，电解水反应生成氢气与氧气输送至电堆组件100，电堆组件100消耗氢气与氧气产生电能输出，以此过程，利用储能电池300驱使电堆组件100工作，能够转换输出特性满足使用需求，同时通过电解水产生氢气与氧气的方式，无需体积较大的储存气体容器，有利于实现轻质化、小型化以及提高便携性。

电堆组件100可以是包括多个膜电极组件叠置的实施方式。电解槽组件200可以是包括多个膜电极组件叠置的实施方式。电堆组件100与电解槽组件200的结构类似，电堆组件100的工作原理是：氢气+氧气→水，电解槽的工作原理是：水→氢气+氧气，两者工作原理互逆。在某些实施例中，电堆组件100与电解槽组件200可以连接成一个整体。

储能电池可以是为锂电池、铅酸电池等器件的实施方式。

参照图1，在本实用新型的一些实施例中，还包括充电模块400，电堆组件100通过充电模块400与储能电池300连接。

电堆组件100通过充电模块400与储能电池300连接，以此在电堆组件100输出电能驱使外部负载工作的过程中，若外部负载需求功率较小或者外部负载停止工作的时候，电堆组件100能够把多余的输出电能通过充电模块400回收至储能电池300中，实现电能回收的效果，有利于提高能源利用效率。

充电模块400可以是设置在储能电池300上，亦可以是设置在电堆组件100上。充电模块400可以是包括常见的充电电路、充电芯片等器件的实施方式。

参照图1至图4，在本实用新型的一些实施例中，电堆组件100设置有排水口130，电解槽组件200设置有进水口230，排水口130与进水口230连通。

由于电堆组件100消耗氢气与氧气生成水，水能够通过排水口130、进水口230重新回流至电解槽组件200中进行电解，以此能够维持物质循坏，充分利用资源，令使用更加便捷。

参照图1，在本实用新型的一些实施例中，还包括单向阀500，排水口130通过单向阀500与进水口230连通。

通过设置有单向阀500，使得水只能从电堆组件100的排水口130流经进水口230进入电解槽组件200中，有利于提高可靠性。

参照图1，在本实用新型的一些实施例中，还包括补水组件600，补水组件600设置有出水口601，出水口601与进水口230连通。

在电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气反应生成水再重新电解的过程中，水会因为渗漏、蒸发等原因而消耗减少，因此通过设置有补水组件600，补水组件600通过出水口601将水经进水口230输入至电解槽组件200中，达到补充水量的效果，有利于提高可靠性。

参照图1，在本实用新型的一些实施例中，补水组件600包括补水箱610、水位传感器620以及控制阀630，补水箱610设置有出水口601，出水口601通过控制阀630与进水口230连通，水位传感器620设置于电解槽组件200，电解槽组件200与控制阀630电连接。

水位传感器620检测电解槽组件200中水位高度，在水位高度低于阈值时，水位传感器620驱使控制阀630打开，令补水箱610中的储水经出水口601、进水口230流至电解槽组件200中，以此能够实现自动补水的效果，防止电解槽组件200中水量不够，有利于提高可靠性。

参照图1，在本实用新型的一些实施例中，还包括散热组件700，电堆组件100设置有冷却液通道，散热组件700与冷却液通道连通。

电堆组件100在工作时会产生热量，通过散热组件700与电堆组件100中的冷却液通道连通，冷却液在冷却液通道中吸收热量，然后流至散热组件700中散发热量，以此能够对电堆组件100进行降温，使得电堆组件100的工作温度维持在合适的温度范围中，有利于提高电堆组件100的工作效率。

参照图1，在本实用新型的一些实施例中，散热组件700包括换热器710及循环泵720，换热器710设置有第一换热通道以及第二换热通道，换热器710通过循环泵720与电堆组件100连接，以使得第一换热通道与冷却液通道连通形成冷却回路，电解槽组件200设置有加热通道，加热通道与第二换热通道连通。

冷却液再冷却液通道中吸收电堆组件100产生的热量，冷却液流动至第一换热通道与第二换热通道中的液体交换热量，使得冷却液的温度下降，在循环泵720的驱使下冷却液回流至冷却液通道中，以此形成冷却回路能够对电堆组件100进行降温。同时，第二换热通道中的液体在热交换过程中温度上升，第二换热通道中的液体流至电解槽组件200，以提高电解槽组件200的温度，有利于提高电解效率。以此，能够对电堆组件100降温的同时，能够对电解槽组件200进行升温，充分利用热量，有利于提高效率。

第二换热通道中的液体可以是电解槽组件200中使用的电解水。

参照图1，在本实用新型的一些实施例中，还包括去离子器800，去离子器800的一端与循环泵720连接，去离子器800的另一端与换热器710或电堆组件100连接。

由于电堆组件100在工作过程中，要求液体中的离子量不能过多，以延长电堆组件100的工作寿命。因此，通过设置有去离子器800，循环泵720通过去离子器800与换热器710或电堆组件100连接，以此，冷却回路中的冷却液在循环过程中会流经去离子器800，去离子器800吸收减少冷却液中的离子量，使得冷却液中的离子量符合要求，有利于提高可靠性。

参照图1，根据本实用新型的第二方面实施例的燃料电池系统，包括上述的具有电解功能的燃料电池，还包括负载组件900，电堆组件100与负载组件900电性连接。

储能电池300输出电能至电解槽组件200，电解槽组件200进行电解水反应，电解水产生的氢气与氧气输送至点对组件，电堆组件100消耗氢气和氧气输出电能至负载组件900，以驱使负载组件900工作。储能电池300的电能经过电解槽组件200和电堆组件100转换，能够使得电能的输出特性满足负载组件900的工作需求，同时通过电解水产生氢气与氧气，无需体积较大的储存气体容器，有利于实现轻质化、小型化以及提高便携性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

当然，本实用新型创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.具有电解功能的燃料电池，其特征在于，包括：

电堆组件(100)，设置有氢气输入口(110)以及氧气输入口(120)；

电解槽组件(200)，设置有氢气输出口(210)以及氧气输出口(220)，所述氢气输出口(210)与所述氢气输入口(110)连通，所述氧气输出口(220)与所述氧气输入口(120)连通；

储能电池(300)，与所述电解槽组件(200)电性连接。

2.根据权利要求1所述的具有电解功能的燃料电池，其特征在于：还包括充电模块(400)，所述电堆组件(100)通过所述充电模块(400)与所述储能电池(300)连接。

3.根据权利要求1所述的具有电解功能的燃料电池，其特征在于：所述电堆组件(100)设置有排水口(130)，所述电解槽组件(200)设置有进水口(230)，所述排水口(130)与所述进水口(230)连通。

4.根据权利要求3所述的具有电解功能的燃料电池，其特征在于：还包括单向阀(500)，所述排水口(130)通过所述单向阀(500)与所述进水口(230)连通。

5.根据权利要求3所述的具有电解功能的燃料电池，其特征在于：还包括补水组件(600)，所述补水组件(600)设置有出水口(601)，所述出水口(601)与所述进水口(230)连通。

6.根据权利要求5所述的具有电解功能的燃料电池，其特征在于：所述补水组件(600)包括补水箱(610)、水位传感器(620)以及控制阀(630)，所述补水箱(610)设置有所述出水口(601)，所述出水口(601)通过所述控制阀(630)与所述进水口(230)连通，所述水位传感器(620)设置于所述电解槽组件(200)，所述电解槽组件(200)与所述控制阀(630)电连接。

7.根据权利要求1所述的具有电解功能的燃料电池，其特征在于：还包括散热组件(700)，所述电堆组件(100)设置有冷却液通道，所述散热组件(700)与所述冷却液通道连通。

8.根据权利要求7所述的具有电解功能的燃料电池，其特征在于：所述散热组件(700)包括换热器(710)及循环泵(720)，所述换热器(710)设置有第一换热通道以及第二换热通道，所述换热器(710)通过循环泵(720)与所述电堆组件(100)连接，以使得所述第一换热通道与所述冷却液通道连通形成冷却回路，所述电解槽组件(200)设置有加热通道，所述加热通道与所述第二换热通道连通。

9.根据权利要求8所述的具有电解功能的燃料电池，其特征在于：还包括去离子器(800)，所述去离子器(800)的一端与所述循环泵(720)连接，所述去离子器(800)的另一端与所述换热器(710)或所述电堆组件(100)连接。

10.燃料电池系统，其特征在于：包括如权利要求1至9任一权利要求所述的具有电解功能的燃料电池，还包括负载组件(900)，所述电堆组件(100)与所述负载组件(900)电性连接。

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