一体化电池、包括其的一体化电池堆和一体化电池系统

摘要

本发明公开了一种一体化电池、包括其的一体化电池堆和一体化电池系统。该一体化电池包括：产生氢气和氧气的电解电池；利用氢气和氧气发电的燃料电池，与电解电池共用集流板且接收由电解电池产生的氢气和氧气。本发明将电解电池和燃料电池一体化设置形成一体化电池，减少了集流板的使用数量，大大节约了成本；一体化设置后其集成性较高，便于对一体化电池管理和维护；在电解电池产生的氢气近距离输送到燃料电池中供燃料电池发电过程中可靠性增强；而且氧气的利用避免了利用空气时需要将空气进行纯化的复杂过程，利用纯氧作为反应气进一步提高了电池的输出电压。

主权项

一种一体化电池系统，其特征在于，所述一体化电池系统包括：一体化电池堆，所述一体化电池堆包括：产生氢气和氧气的电解电池堆，包括一个或多个电解电池；利用氢气和氧气发电的燃料电池堆，与所述电解电池堆相连，接收由所述电解电池堆产生的氢气和氧气，所述燃料电池堆包括一个或多个燃料电池，并与所述电解电池堆共用第二集流板(22)，所述电解电池包括依次贴合连接的第一集流板(21)、电解阳极电极(31)、第一质子交换膜(41)、电解阴极电极(32)和第二集流板(22)；所述燃料电池包括依次贴合连接的所述第二集流板(22)、燃料阳极电极(33)、第二质子交换膜(42)、燃料阴极电极(34)、石墨板(10)、燃料电池冷却腔(20)和第三集流板(23)；向所述一体化电池堆的电解电池堆供水的供水系统，与所述电解电池堆相连；向所述一体化电池堆的燃料电池堆提供冷却水的冷却水系统，与所述燃料电池堆相连；将所述电解电池堆产生的氢气输送到所述燃料电池堆的氢气系统，连接在所述一体化电池堆中所述电解电池堆和所述燃料电池堆之间；将所述电解电池堆产生的氧气输送到所述燃料电池堆的氧气系统，连接在所述一体化电池堆中所述电解电池堆和所述燃料电池堆之间；以及处理所述燃料电池堆产生的尾气处理系统，与所述燃料电池堆相连，其中，所述氧气系统包括：第一气水分离器(61)，具有第一进口和第一气体出口，所述第一进口与所述电解电池堆的电解阳极电极(31)相连；氧气储罐(101)，具有氧气进口和氧气出口，所述氧气进口与所述第一气水分离器(61)的第一气体出口相连，所述氧气出口与所述燃料电池堆的燃料阴极电极(33)相连；所述氢气系统包括：第二气水分离器(62)，具有第二进口和第二气体出口，所述第二进口与所述电解电池堆的电解阴极电极(32)相连；氢气储罐(102)，具有氢气进口和氢气出口，所述氢气进口与所述第二气水分离器(62)的第二气体出口相连，所述氢气出口与所述燃料电池堆的燃料阳极电极(34)相连，所述供水系统包括第一水箱(51)，所述第一水箱(51)与所述电解电池堆的电解阳极电极(31)相连，所述第一水箱(51)与所述电解阳极电极(31)之间的流路上设置有第一水泵(91)，所述氧气系统还包括：第一散热器(71)，设置在所述第一气水分离器(61)与所述电解阳极电极(31)之间的连接流路上；氧气压缩机(81)，设置在所述第一气水分离器(61)与所述氧气储罐(101)之间的连接流路上；所述氢气系统还包括：第二散热器(72)，设置在所述第二气水分离器(62)与所述电解阴极电极(32)之间的连接流路上；氢气压缩机(82)，设置在所述第二气水分离器(62)与所述氢气储罐(102)之间的连接流路上；所述冷却水系统包括第二水箱(52)、第二水泵(92)和第三散热器(73)，所述第二水箱(52)通过所述第二水泵(92)与所述燃料电池冷却腔(20)的入口相连，并通过所述第三散热器(73)与所述燃料电池冷却腔(20)的出口相连，所述尾气系统包括：第三气水分离器(63)，具有第三进口、第三液体出口和尾气排出口，所述第三进口与所述燃料电池堆的燃料阳极电极(33)和燃料阴极电极(34)相连；第三水箱(53)，与所述第三气水分离器(63)的第三液体出口相连；所述尾气系统还包括设置在靠近所述第三气水分离器(63)的第三进口处的缓冲罐(111)，所述缓冲罐(111)分别与所述燃料电池堆的燃料阳极电极(33)和燃料阴极电极(34)相连，所述一体化电池系统还包括控制系统，所述控制系统包括：控制氢气和氧气在所述电解电池堆和所述燃料电池堆的输送的气体控制模块，与所述氧气系统和所述氢气系统相连；控制液体在所述一体化电池系统中的流动状态的液体控制模块，与所述氧气系统、所述氢气系统、所述冷却水系统以及所述供水系统相连；控制所述尾气的排放的尾气控制模块，与所述缓冲罐(111)相连，所述液体控制模块包括：第一子模块，判断所述第一气水分离器(61)的水位是否高于预设值Q，若高于，则所述第一气水分离器(61)以预设值V向所述第一水箱(51)补水；第二子模块，判断所述第二气水分离器(62)的水位是否高于所述预设值Q，若高于，则所述第二气水分离器(62)以所述预设值V向所述第一水箱(51)补水；第三子模块，判断所述第三气水分离器(63)的水位是否高于所述预设值Q，若高于，则所述第三气水分离器(63)以所述预设值V向所述第三水箱(53)补水；第四子模块，在所述燃料电池堆工作过程中，判断所述第二水箱(52)的水位是否低于预设值X2，若低于所述预设值X2，进一步判断所述第三水箱(53)的水位是否低于预设值M，若高于所述预设值M，则所述第三水箱(53)以所述预设值M向所述第二水箱(52)补水，否则或补水后所述第二水箱(52)的水位仍然低于所述预设值X2时，所述燃料电池堆停止工作，并向用户界面反馈所述第二水箱(52)的水位不足的信息；第五子模块，在所述燃料电池堆工作过程中，判断所述第三水箱(53)的水位是否高于预设值X1，若高于，所述第三水箱(53)向所述第一水箱(51)补水至所述第三水箱(53)的水位低于所述预设值X1；第六子模块，在所述电解电池堆工作过程中，判断所述第一水箱(51)的水位是否低于预设值X3，若低于预设值X3，进一步判断所述第三水箱(53)的水位是否高于所述预设值X1，若高于预设值X1，则所述第三水箱(53)以所述预设值M向所述第一水箱(51)补水，若所述第三水箱(53)向所述第一水箱(51)补水后水位仍然低于预设值X3，由外界向所述第一水箱(51)补水，所述预设值X1大于所述预设值M。