專利名稱：氫氣產(chǎn)生裝置及控制氫氣產(chǎn)生量的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氣產(chǎn)生裝置(制氫裝置，hydrogen generating apparatus),更具體地說，涉及一種可以控制供應(yīng)給燃料電池的氫氣 的產(chǎn)生量的氫氣產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池指的是通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料(氫氣、LNG、 LPG、 甲醇等)和空氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電和/或熱的能量轉(zhuǎn)換裝置。與 需要燃津牛燃燒、蒸汽產(chǎn)生、或者渦輪4幾或發(fā)電4幾(power generator) 的常規(guī)發(fā)電技術(shù)不同，燃料電池技術(shù)不需要燃燒過程或驅(qū)動(dòng)裝置 (driving device )，,人而增加了能量效率并控制了環(huán)境問題。圖1 i^明了燃沖+電池的工作結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D1,燃料電池100由作為燃剩-才及(fuel pole ) 110的陽極 和作為空氣才及130的陰極構(gòu)成。燃料極110提供有氫分子(H2)， 并將它們分解成氫離子(H+)和電子(e-)。氫離子(H+)穿過為電 解質(zhì)層的膜(隔膜，membrane) 120向空氣極130移動(dòng)。電子通過 外電3各140移動(dòng)以產(chǎn)生電流。在空氣極130中，氫離子和電子與空 氣中的氧分子結(jié)合，產(chǎn)生水分子。下列化學(xué)式代表在燃料電池100 中發(fā)生的上述化學(xué)反應(yīng)。
化學(xué)式1
燃泮牛沖及110: H2 － 2H+ + 2e-空氣才及130: l/2 02 + 2H+ + 2e-－H20 總反應(yīng)H2 + 1/2 02 － H20
簡(jiǎn)而言之，通過將由于分解的電子的流動(dòng)產(chǎn)生的電流供應(yīng)^^外 電路140,燃料電池100起電池的作用。這樣的燃料電池100幾乎 不會(huì)放出大氣污染物如SOx和NOx并且產(chǎn)生很小的噪音和振動(dòng)。
同時(shí)，為了在燃剩-才及110中產(chǎn)生電子，燃津牛電池100需要可以
將普通燃料轉(zhuǎn)變成氫氣的氫氣產(chǎn)生裝置。
然而，通常被稱為氫氣產(chǎn)生裝置的氫氣儲(chǔ)存罐(貯氫罐， hydrogen storage tank )，占用4艮大的空間，并且應(yīng)該小心4呆存。
此外，因?yàn)楸銛y式電子裝置，如移動(dòng)電話和筆記本式計(jì)算機(jī)， 需要大容量功率，所以燃沖+電池必須具有大容量并且表i見出高性能 同時(shí)是小型的。
為了滿足上述需要，由國(guó)際民間4元空組織(International Civil Aviation Organization, ICAO )允許帶入飛才幾的甲醇或曱酸:帔用于燃料重整(fuel reforming),或者直接使用曱醇、乙醇、或甲酸作為用 于燃津+電池的燃沖牛。
然而，前一種情況需要高的重整溫度，具有復(fù)雜的系統(tǒng)，消耗 驅(qū)動(dòng)功率，并且包含除了純氬氣之外的雜質(zhì)(例如，C02和CO)。
后 一種情況由于在陽極中化學(xué)反應(yīng)的低速度和^灰氫化合物穿過膜 的滲透(cross-over)而降低了功率密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種氫氣產(chǎn)生裝置，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，控制氫 氣產(chǎn)生的量的方法，以及記錄有"^丸行方法的程序的記錄介質(zhì)，該方 法可以在室溫下通過電^1學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生純氫氣。
本發(fā)明還提供了一種氫氣產(chǎn)生裝置，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，控制 氫氣產(chǎn)生的量的方法，以及記錄有執(zhí)行方法的程序的記錄介質(zhì)，該 方法可以在沒有單獨(dú)的BOP (周邊設(shè)備，Balance of Plant)單元同 時(shí)保持簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的情況下控制氫氣產(chǎn)生的量。
本發(fā)明還提供了一種氫氣產(chǎn)生裝置，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，控制 氫氣產(chǎn)生的量的方法，以及記錄有執(zhí)行方法的程序的記錄介質(zhì)，該 方法是經(jīng)濟(jì)的和對(duì)生態(tài)環(huán)境友好的。
本發(fā)明還提供了一種氫氣產(chǎn)生裝置，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，控制 氫氣產(chǎn)生的量的方法，以及記錄有執(zhí)行方法的程序的記錄介質(zhì)，該 方法可以利用開關(guān)的開/關(guān)時(shí)間和/或開/關(guān)頻率控制氬氣產(chǎn)生的量。
此外，本發(fā)明提供了一種氫氣產(chǎn)生裝置，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)， 控制氫氣產(chǎn)生的量的方法，以及記錄有4丸4于方法的程序的記錄介質(zhì)，該方法4又通過打開開關(guān)就可以防止、浪費(fèi)或過剩的氫氣泄漏到空 氣中的危險(xiǎn)，并且通過不4吏用氣泵或液泵而降4氐噪音和功率消誄毛。此外，本發(fā)明提供了一種氫氣產(chǎn)生裝置，該氫氣產(chǎn)生裝置根據(jù) 來自連接至燃料電池的負(fù)載的需要利用反饋控制可以控制產(chǎn)生的量。本發(fā)明的 一 個(gè)方面的特征在于 一 種能夠控制氫氣產(chǎn)生的量的 氫氣產(chǎn)生裝置。根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置包括電解槽， 該電解槽裝有含氫離子的含水電解質(zhì)溶液；第一電極，該第一電極 容納在電解槽中，浸沒在含水電解質(zhì)溶液中，并且產(chǎn)生電子；第二電極，該第二電極容納在電解槽中，浸沒在含水電解質(zhì)溶液中，并 且接收電子以產(chǎn)生氫氣；開關(guān)，該開關(guān)位于第一電極和第二電極之 間；流量計(jì)，該流量計(jì)測(cè)量第二電極中氫氣產(chǎn)生的量；以及開關(guān)控 制器，該開關(guān)控制器接收設(shè)定值，將通過流量計(jì)測(cè)量的氬氣產(chǎn)生的 量與設(shè)定值比較，并且控制開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。開關(guān)控制器可以通過輸入裝置直4妾乂人用戶，俞入有設(shè)定^直。氫氣 產(chǎn)生裝置可以連接至燃料電池并供應(yīng)氫氣，并且開關(guān)控制器可以根 據(jù)燃料電池需要的氫氣產(chǎn)生的量輸入有設(shè)定值。形成第一電極的金屬可以具有比形成第二電極的金屬更高的 電離，頁向。流量計(jì)可以以流量的單位測(cè)量氫氣產(chǎn)生的量。開關(guān)控制器可以 產(chǎn)生和輸出使開關(guān)打開和關(guān)閉的開關(guān)控制信號(hào)，并且開關(guān)控制器可 以通過改變開關(guān)控制信號(hào)的占空比(duty ratio)來確定一個(gè)周期范 圍內(nèi)開關(guān)的開/關(guān)比。開關(guān)控制器可以通過改變開關(guān)控制信號(hào)的開/關(guān)頻率來控制在 氫氣產(chǎn)生的量上的波動(dòng)。開關(guān)控制器可以將設(shè)定值與測(cè)量的氫氣產(chǎn) 生量進(jìn)行比較，如果氫氣產(chǎn)生的量小于設(shè)定值則可以增加占空比， 如果氫氣產(chǎn)生的量大于設(shè)定值則降低占空比，并且如果氫氣產(chǎn)生的 量等于設(shè)定值則保持占空比。設(shè)定值包括上限和下限，并且開關(guān)控 制器可以將設(shè)定值與測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量進(jìn)行比較，如果氫氣產(chǎn)生 的量小于下限則可以增加占空比，如果氬氣產(chǎn)生的量大于上限則降 低占空比，并且如果氫氣產(chǎn)生的量在下限和上限之間則保持占空 比。本發(fā)明的另 一個(gè)方面的特征在于一種包括能夠控制氫氣產(chǎn)生 的量的氫氣產(chǎn)生裝置的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明 一種具體實(shí)施方式
的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)具有氫氣 產(chǎn)生裝置，該氫氣產(chǎn)生裝置通過控制連接在電極之間的開關(guān)的開/ 關(guān)狀態(tài)來控制氫氣產(chǎn)生的量；燃坤+電池，該燃沖牛電池4皮供應(yīng)有由氬 氣產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的氫氣并且通過將氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能而產(chǎn) 生直流電；以及負(fù)載，該負(fù)載被提供電能并且執(zhí)行預(yù)定的操作。氪氣產(chǎn)生裝置可以包括電解槽，該電解槽裝有含氫離子的含 水電解質(zhì)溶液；第一電極，該第一電極容納在電解槽中，浸沒在含 水電解質(zhì)溶液中，并且產(chǎn)生電子；第二電4及，該第二電4及容納在電 解槽中，浸沒在含水電解質(zhì)溶液中，并且4妄收電子以產(chǎn)生氫氣；開 關(guān)，該開關(guān)位于第一電極和第二電極之間；開關(guān)控制器，該開關(guān)控 制器從負(fù)載接收需要的功率(power),測(cè)量燃料電池的輸出，將需 要的功率與輸出進(jìn)行比專交，并且控制開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。形成第一電極的金屬可以具有比形成第二電極的金屬更高的電離傾向。開關(guān)控制器可以產(chǎn)生和輸出使開關(guān)打開和關(guān)閉的開關(guān)控制信 號(hào)，并且開關(guān)控制器可以通過改變開關(guān)控制信號(hào)的占空比來確定一個(gè)周期范圍內(nèi)開關(guān)的開/關(guān)比。開關(guān)控制器可以通過改變開關(guān)控制信 號(hào)的開/關(guān)頻率來控制在氫氣產(chǎn)生的量上的波動(dòng)。開關(guān)控制器可以將 需要的功率與輸出進(jìn)行比較，如果輸出大于需要的功率則可以降低 占空比，如果輸出小于需要的功率則增加占空比，并且如果輸出等 于需要的功率則保持占空比。
根據(jù)本發(fā)明 一種具體實(shí)施方式
的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)一 步包 :括可充電電池，該可充電電池連4妄在燃并+電池和負(fù)載之間，凈皮來自 燃料電池的電能充電，并且當(dāng)負(fù)載需要時(shí)提供充電的電能。
氫氣產(chǎn)生裝置可以包括電解槽，該電解槽裝有含氫離子的含 水電解質(zhì)溶液；第一電極，該第一電極容納在電解槽中，浸沒在含 水電解質(zhì)溶液中，并且產(chǎn)生電子；第二電極，該第二電極容納在電 解槽中，浸沒在含水電解質(zhì)溶液中，4妻收電子以產(chǎn)生氫氣；開關(guān)， 該開關(guān)位于第一電極和第二電極之間；開關(guān)控制器，該開關(guān)控制器 測(cè)量可充電電池的當(dāng)前電壓，將完全充電電壓(fully-charged voltage)與當(dāng)前電壓進(jìn)行比較，并且控制開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。形成第 一電才及的金屬可以具有比形成第二電才及的金屬更高的電離傾向。
開關(guān)控制器產(chǎn)生和輸出使開關(guān)打開和關(guān)閉的開關(guān)控制信號(hào)，并 且開關(guān)控制器通過改變開關(guān)控制信號(hào)的占空比來確定一個(gè)周期范 圍內(nèi)開關(guān)的開/關(guān)比。并且開關(guān)控制器通過改變開關(guān)控制信號(hào)的開/ 關(guān)頻率來控制在氫氣產(chǎn)生的量上的波動(dòng)。
開關(guān)控制器將當(dāng)前電壓與完全充電電壓進(jìn)行比較，如果當(dāng)前電 壓小于完全充電電壓則增加占空比，并且如果當(dāng)前電壓等于或大于 完全充電電壓則將占空比減到最小。本發(fā)明的另一個(gè)方面的特征在于一種在氫氣產(chǎn)生裝置中控制 氫氣產(chǎn)生的量的方法，該氫氣產(chǎn)生裝置通過控制位于電極之間的開 關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)而控制氫氣產(chǎn)生的量。
根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的控制氫氣產(chǎn)生的量的方法包
括以下步驟輸入有設(shè)定值；將測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量與設(shè)定值進(jìn)行 比較；以及如果氫氣產(chǎn)生的量小于設(shè)定值則增加開關(guān)控制信號(hào)的占 空比，如果氫氣產(chǎn)生的量大于設(shè)定值則降低開關(guān)控制信號(hào)的占空 比，并且如果氫氣產(chǎn)生的量等于設(shè)定值則保持開關(guān)控制信號(hào)的占空 比，其中開關(guān)控制信號(hào)根據(jù)占空比控制一個(gè)周期范圍內(nèi)開關(guān)的開/ 關(guān)狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明另一種具體實(shí)施方式
的控制氫氣產(chǎn)生的量的方法 包括以下步驟輸入有上限值和下限值；將測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量與 上限值和下限值進(jìn)4于比專交；以及如果氫氣產(chǎn)生的量小于下限值則增 加開關(guān)控制信號(hào)的占空比，如果氫氣產(chǎn)生的量大于上限值則降低開 關(guān)控制信號(hào)的占空比，并且如果氫氣產(chǎn)生的量在下限值和上限值之 間則保持開關(guān)控制信號(hào)的占空比，其中開關(guān)控制信號(hào)根據(jù)占空比控 制 一個(gè)周期范圍內(nèi)開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明另 一種具體實(shí)施方式
的控制氫氣產(chǎn)生的量的方法， 該方法通過控制位于電纟及之間的開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)而控制氫氣產(chǎn)生 的量，測(cè)量燃料電池的輸出并乂人負(fù)載4妄收需要的功率，將輸出與需 要的功率進(jìn)行比較，如果輸出大于需要的功率則降低開關(guān)控制信號(hào) 的占空比，如果輸出小于需要的功率則增加開關(guān)控制信號(hào)的占空 比，并且如果輸出等于需要的功率則保持開關(guān)控制信號(hào)的占空比， 其中開關(guān)控制信號(hào)根據(jù)占空比控制 一個(gè)周期范圍內(nèi)開關(guān)的開/關(guān)狀 態(tài)。根據(jù)本發(fā)明另一種具體實(shí)施方式
的控制氫氣產(chǎn)生的量的方法， 該方法通過控制位于電極之間的開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)而控制氫氣產(chǎn)生 的量，測(cè)量可充電電-也的當(dāng)前電壓，將當(dāng)前電壓與完全充電電壓進(jìn) 行比較，如果當(dāng)前電壓小于完全充電電壓則增加開關(guān)控制信號(hào)的占 空比，并且如果當(dāng)前電壓等于或大于完全充電電壓則將開關(guān)控制信 號(hào)的占空比減到最小，其中開關(guān)控制信號(hào)根據(jù)占空比控制 一個(gè)周期 范圍內(nèi)開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。


根據(jù)以下描述、所附權(quán)利要求以及附圖，將使本發(fā)明的這些和
其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)變得更好理解，在附圖中 圖l說明了燃料電池的工作結(jié)構(gòu)；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的剖 視圖3示出了移動(dòng)電話的功率消耗的曲線圖4是在根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置中第一 電極和第二電極之間的電流的量與產(chǎn)生的氫氣量關(guān)系曲線圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的控 制單元的方?jīng)_匡圖6示出了根據(jù)本發(fā)明另一種具體實(shí)施方式
的燃料電池發(fā)電系 統(tǒng)的方一匡圖7是才艮據(jù)本發(fā)明另 一種具體實(shí)施方式
的燃沖牛電池發(fā)電系統(tǒng)的 方框圖；圖8示出了當(dāng)開關(guān)打開時(shí)以流量的單位表示的氫氣產(chǎn)生的量的 曲線圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的開 關(guān)的開/關(guān)頻率的第 一 實(shí)施例；
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的 開關(guān)的開/關(guān)頻率的第二實(shí)施例；
圖11示出了當(dāng)控制開關(guān)的開/關(guān)頻率時(shí)氫氣產(chǎn)生的量是如何與 時(shí)間坤目關(guān)的；
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的 開關(guān)的占空比的第一實(shí)施例；
圖13示出了根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氬氣產(chǎn)生裝置的 開關(guān)的占空比的第二實(shí)施例；
圖14示出了當(dāng)控制開關(guān)的占空比時(shí)氫氣產(chǎn)生的量與時(shí)間關(guān)系 曲線圖15示出了在根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氬氣產(chǎn)生裝置 中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法的流程圖16示出了在根據(jù)本發(fā)明另一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝 置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法的流程圖；以及
圖17示出了在根據(jù)本發(fā)明另一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝 置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法的流程圖。
1具體實(shí)施例方式
由于本發(fā)明可以存在多種變更和具體實(shí)施方式
，所以將參照附 解i兌明和描述一些具體實(shí)施方式
。然而，這絕不是將本發(fā)明限 于某些具體實(shí)施方式
，并且應(yīng)當(dāng)理解為包括由本發(fā)明的精神和范圍 所覆蓋的所有變更、等價(jià)物和替換。在全部附圖中，對(duì)類似的元件 給出類似的參考標(biāo)號(hào)。在本發(fā)明的整個(gè)描述中，當(dāng)描述某一4支術(shù)被 確定為與本發(fā)明的要點(diǎn)無關(guān)時(shí)，將省略有關(guān)的詳細(xì)描述。
術(shù)語如"第一，，和"第二，，可以用于描述各種元件，-f旦上述元 件不應(yīng)當(dāng)限于上述術(shù)語。上述術(shù)語僅用于4吏一個(gè)元件區(qū)別于另 一個(gè) 元件。例如，在不背離本發(fā)明的權(quán)利要求范圍的情況下，第一元件 可以^皮命名為第二元件，反之亦然。術(shù)語"和/或"應(yīng)當(dāng)包4舌多種 所列項(xiàng)目的組合或多種所列項(xiàng)目的任何一種。
當(dāng)一個(gè)元件^皮描述為"連4妄"或1妻觸"妄近)"至另一元件 時(shí)，應(yīng)當(dāng)被理解為直接連接或接觸至另一個(gè)元件，但是也可理解為 在其間可能具有另外的元件。另一方面，如果一個(gè)元件被描述為"直 接連接"或"直4l接觸"至另一元件時(shí)，應(yīng)當(dāng)^皮理解為在其間不存 在其它元件。
在說明書中使用的術(shù)語僅用于描述某些具體實(shí)施方式
，而決不 應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明。除非明確地以其它方式4吏用，否則單數(shù)的表達(dá)包 括復(fù)l史的含義。在本發(fā)明的描述中，如"包括"或"由…組成"的 表達(dá)用于指明特征、數(shù)量、步驟、操作、元件、部分或其組合，而 不應(yīng)當(dāng)理解為排除一個(gè)或更多其它特征、凄t量、步-驟、操作、元件、 部分或其組合的任何存在或可能性。
除非另外限定，本文中使用的所有術(shù)語，包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué) 術(shù)語，具有與如其通常被本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的域的情況下具有同樣的含義，并且，除非另外明確地限定，不應(yīng)當(dāng) 凈皮解釋為具有理想主義或過分形式主義的含義。
在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述某些具體實(shí)施方式
。不管附
圖號(hào)如何，相同或相應(yīng)的元件將給以相同的參考標(biāo)號(hào)，并JM尋不再
重復(fù)對(duì)相同或相應(yīng)元件的任何多余的描述。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的剖視圖。
氫氣產(chǎn)生裝置200包括電解槽210、第一電才及220、第二電極 230以及控制單元240。為了^f更于描述和理解，下面將假定第一電 才及220由4美(Mg)構(gòu)成，而第二電極230由不^t秀鋼構(gòu)成。
電解槽210裝有含水電解質(zhì);容液215。含水電解質(zhì)溶液215含 有氫離子，氫離子^皮氫氣產(chǎn)生裝置20(H吏用以產(chǎn)生氫氣。
用于含水電解質(zhì)溶液215的電解質(zhì)的實(shí)例是LiCl、 KC1、 NaCl、 KN03、 NaN03、 CaCl2、 MgCl2、 K2S04、 Na2S04、 MgS04、 AgCl等。
電解槽210容納第一電極220和第二電極230,第一電才及220 和第二電才及230的整體或部分浸沒在電解質(zhì)溶液215中。
第 一 電才及220是有源電才及(active electrode ),其中由于4美和水 的電離能的不同，鎂(Mg)被氧化成鎂離子(Mg2+)，釋放出電子。 釋放的電子通過第一電線225、控制單元240以及第二電線235移 動(dòng)至第二電才及230。第二電才及230是惰性電才及(inactive electrode ),其中7Jc分子4妻 收/人第一電才及220移動(dòng)來的電子，然后纟皮分解成氫分子。
上述4匕學(xué)反應(yīng)可以表示為下列化學(xué)式2:
化學(xué)式2
第一電才及220: Mg + Mg2+ + 2e-第二電才及230: 2H20 + 2e-^ H2 + 2(OH)-總反應(yīng)Mg + 2H20 Mg(OH)2 + H2
化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率和效率取決于各種因素，包括第一電極 220和/或第二電極230的面積，含水電解質(zhì)溶液215的濃度，含水 電解質(zhì)溶液215的種類，第一電極220和/或第二電極230的凄t量， 連接第一電極220和第二電極230的方法，第一電極220和第二電 才及230之間的電阻。
改變上述因素中的任何一種會(huì)影響在第一電4及220和第二電極 230之間流動(dòng)的電流的量(即，電子的數(shù)量)，乂人而改變化學(xué)式2所 示的電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，這又改變?cè)诘诙姌O230中產(chǎn)生的氫 氣的量。
因此，通過控制在第一電才及220和第二電才及230之間5戶u動(dòng)的電 流的量可以控制第二電極230中產(chǎn)生的氫氣的量。法拉第定4聿對(duì)此 進(jìn)行了解釋，如下面數(shù)學(xué)公式l所示。數(shù)學(xué)公式1
氛氣
氫氣2 x 96485
r =-
氛氣2 x 96485 =7 x /(m/ / min )
x 60 x 22400 (m〃min)
其中，TV氣氣是每秒鐘產(chǎn)生的氫氣的量(mol/s)， F氛氣是每分鐘 產(chǎn)生的氫氣的體積(ml/min), /是電流(C/s )，"是反應(yīng)電子的數(shù) 量，以及五是每摩爾的電子電荷(C/mol)。
在上述化學(xué)式2的情況下，由于兩個(gè)電子在第二電極230處反 應(yīng)，所以"具有2的翁 f直，以及五具有-96,485 C/mol的教 f直。
每分鐘產(chǎn)生的氫氣的體積可以通過使時(shí)間(60秒)和氫氣的摩 爾體積(22400ml)與每秒鐘產(chǎn)生的氫氣的量相乘而計(jì)算出。
例如，在燃料電池用于2W系統(tǒng)中并且布i定燃料電池在室溫下 正在運(yùn)4亍0.6 V的電壓以及氫氣的利用率是60 %的情況下，消誶毛 42 ml/mo1的氬氣和6 A的電;充。在燃:扦電-也用于5 W系鄉(xiāng)克中的情 況下，消摔毛105 ml/mo1的氫氣和15 A的電;充。
通過控制流過連接至第一電4及220的第一電線225、以及連接 至第二電極230的第二電線235的電流的量，氫氣產(chǎn)生裝置200可 以滿足連4妾其上的燃津牛電池的不同的氫氣需求。然而， 一旦制造了氫氣產(chǎn)生裝置200，除了第一電極220和第 二電極230之間的電阻之外，決定發(fā)生在氫氣產(chǎn)生裝置200的第二
電極處的氫氣產(chǎn)生反應(yīng)速率的大多數(shù)因素幾乎難以改變。
因此，為了調(diào)節(jié)第一電極220和第二電極230之間的電阻，根 據(jù)本發(fā)明該具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置200具有設(shè)置在連4妾第一 電極220和第二電極230的第 一電線225和第二電線235之間的控 制單元240。
因此，氫氣產(chǎn)生裝置200控制第一電極220和第二電才及230之 間的電阻，即，控制兩者之間流動(dòng)的電流的量，,人而產(chǎn)生:feo燃沖牛電 池需要的那樣多的氫氣。
第一電極220還可以由具有相對(duì)高的電離傾向的金屬如鐵 (Fe)、鋁(Al)、鋅(Zn)等構(gòu)成。第二電極230還可以由相比于 第一電極220的金屬具有相對(duì)低的電離傾向的金屬如鉑(Pt)、鋁 (Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、 4失(Fe)等構(gòu)成。
控制單元240控制轉(zhuǎn)移速率，即，電流的量，以該轉(zhuǎn)移速率在 第一電極220中產(chǎn)生的電子被轉(zhuǎn)移至第二電才及230。
并且根據(jù)該信息，保持、或增加或降低從第一電才及220流動(dòng)至第二 電才及230的電子的凄t量。
例如，將參照如圖3所示的移動(dòng)電話的功率消耗進(jìn)行描述。圖 3是示出了移動(dòng)電話的功率消耗的曲線圖。
移動(dòng)電話的模式取決于當(dāng)前工作的按鍵或菜單選擇，并且功率 消碑毛也相應(yīng)i也改變。范圍301顯示出通過撥號(hào)請(qǐng)求通話的情況，范圍302顯示出隨 著聽回鈴音等待接收者的應(yīng)答的情況，范圍303顯示出通過移動(dòng)電 話交談的情況，范圍304顯示出結(jié)束通話的情況，以及范圍305顯 示出發(fā)送通話費(fèi)用信息(call rate message )的情況。由于移動(dòng)電話 在每種情況下運(yùn)行不同的部件，所以如圖3所示功率消耗頻繁地變 化。
因此，控制器24(U妻收例如如圖3所示的移動(dòng)電話的負(fù)載所需 要的功率的反饋，并且控制以生成如需要的那樣多的氫氣來癥會(huì)連接 至燃料電池的負(fù)載才是供足夠的功率。
氫氣產(chǎn)生裝置可以進(jìn)一步包括輸入裝置，以便用戶手動(dòng)地輸入 需要的功率或氬氣的量。
本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置可以具有多個(gè)第一電才及220和/或第二 電極230。在設(shè)置多個(gè)第一電極220和/或第二電才及230的情況下， 由于氫氣產(chǎn)生裝置200每單位時(shí)間可以產(chǎn)生更多的氫氣，所以可以 在更短的時(shí)間產(chǎn)生需要的氫氣的量。
圖4是示出了在第一電才及220和第二電才及230之間流動(dòng)的電流 的量與第二電極230上產(chǎn)生的氫氣的量關(guān)系曲線圖。這里，應(yīng)該注 意，氫氣的量以每分鐘測(cè)量的流量來顯示，因?yàn)閷?duì)于燃料電池來說 重要的不是產(chǎn)生的氫氣的總量而是氫氣的流量。
在下列條件下實(shí)施圖3的實(shí)驗(yàn) 第一電才及220: 4美(Mg) 第二電才及230:不4秀鋼 電才及之間的3巨離3 mm 電解質(zhì)的成分和濃度30wt%KCl電極的數(shù)量每個(gè)有3個(gè)鎂(電極)，每個(gè)有3個(gè)不銹鋼(電
極)
電才及連4妄方法串聯(lián)
含7jc電解質(zhì)溶'液的體積、60 cc (額外條4牛(excessive condition)) 電才及的尺寸24 mm x 85 mm x 1 mm
上述條件被用于在描述本發(fā)明時(shí)所涉及的每個(gè)曲線圖。
圖4示出了比基于數(shù)學(xué)公式1的理論值更大的氫氣的流量，原 因在于三對(duì)電極的相互作用。
然而，乂人圖4證實(shí)，氫氣的流量與第一電才及220和第二電才及230 之間的電流量相關(guān)聯(lián)。該曲線圖示出了在流量和電流量之間的幾乎 線性關(guān)系，這與#1學(xué)7>式1一致。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的控制單 元240的方?jīng)_匡圖。
控制單元240包4舌流量計(jì)510、開關(guān)控制器520以及開關(guān)530。
流量計(jì)510以流量的單位測(cè)量從氫氣產(chǎn)生裝置的第二電才及230 產(chǎn)生的氫氣量。如上所述，為了通過連接至燃料電池而使用才艮才居本 發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置200，應(yīng)該保持一定量的氫氣產(chǎn)生而不是^f呆持 氫氣產(chǎn)生的總量，因此需要以ml/min的單位測(cè)量氫氣產(chǎn)生量。當(dāng)然， 可以4吏用其它測(cè)量單^f立，只要該單位能夠測(cè)量流量。
開關(guān)控制器520被輸入與氫氣產(chǎn)生量相關(guān)的設(shè)定值。氫氣產(chǎn)生 裝置200 "i殳置有單獨(dú)的輸入裝置(未示出)，使用者可以通過該輸 入裝置輸入設(shè)定值?；蛘咝枰妮敵龅墓β士梢酝ㄟ^由連接至氫氣 產(chǎn)生裝置200的燃料電池供電的負(fù)載輸入。在后一種的情況下，負(fù)載可以單獨(dú)地配備有功率需求單元(po麗 requiring unit), 用于輸 入氫氣產(chǎn)生裝置200需要的功率。
開關(guān)控制器520將輸入的i殳定值與通過流量計(jì)510測(cè)量的氫氣 產(chǎn)生的量進(jìn)行比較。如果產(chǎn)生的氫氣的量小于設(shè)定值，則控制開關(guān) 530以增加氫氣產(chǎn)生的量，并且如果產(chǎn)生的氫氣的量大于i殳定值， 則控制開關(guān)530以降低氫氣產(chǎn)生的量。假定開關(guān)530通過開關(guān)控制 信號(hào)控制使得開關(guān)控制器520可以打開或關(guān)閉開關(guān)530。
開關(guān)530設(shè)置在第一電極220和第二電才及230之間。如果開關(guān) 530打開，則在第一電4及220中產(chǎn)生的電子^皮轉(zhuǎn)移至第二電才及230， 并且如果開關(guān)530關(guān)閉，則在第一電極220中產(chǎn)生的電子不能^皮轉(zhuǎn) 移至第二電才及230。
即，控制單元240使用開關(guān)530以控制電子是否從第 一 電才及220 轉(zhuǎn)移至第二電極230，從而控制氫氣產(chǎn)生的量。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另 一種具體實(shí)施方式
的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)， 該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括氫氣產(chǎn)生裝置200的控制器240、連接其 上的燃泮+電池、以及負(fù)載。
控制單元240包括開關(guān)控制器610和開關(guān)530。這里，開關(guān)530
以與先前參照?qǐng)D5描述的相同的方式起作用，因此將省略它們的描述。
開關(guān)控制器610連接至由燃料電池100供電的負(fù)載620。如上 所述，負(fù)載620根據(jù)當(dāng)前的工作條件需要不同的功率(參照?qǐng)D3)。 因此，開關(guān)控制器610接收負(fù)載620的當(dāng)前工作條件需要的功率。并且，開關(guān)控制器610連接至燃料電池100以*接收燃料電-也100 的輸出。燃料電池100的輸出是例如由燃料電池100提供給負(fù)載620 的功率，該燃^f電池100接收來自氫氣產(chǎn)生裝置200的氫氣。如上
所述，為了通過連接至燃料電池而使用根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置 200,應(yīng)該保持氫氣產(chǎn)生的一定量而不是氫氣產(chǎn)生的總量，因此以 瓦特(W )的單位接收基于氬氣產(chǎn)生的量的燃料電池100的電功率。 此外，開關(guān)控制器610測(cè)量燃一牛電池100的電壓并且通過〗吏用電阻 轉(zhuǎn)換成電功率。當(dāng)然，可以〗吏用其它測(cè)量單^f立，只要該單4立能夠測(cè) 量電功率。
開關(guān)控制器610將燃料電池100的輸出與負(fù)載620需要的功率 進(jìn)行比較。在燃料電池100的輸出小于需要的功率的情況下，開關(guān) 控制器610改變開關(guān)530的開/關(guān)時(shí)間以增加氫氣產(chǎn)生的量，并且在 燃料電池100的輸出大于需要的功率的情況下，開關(guān)控制器610改 變開關(guān)530的開/關(guān)時(shí)間以降低氫氣產(chǎn)生的量。在與需要的功率相比 燃泮牛電池10 0的輸出在 一 定的誤差范圍內(nèi)的情況下，保持當(dāng)前氫氣 產(chǎn)生的量。，i定該開關(guān)^喿作是通過能夠使開關(guān)控制器61(H殳定開關(guān) 530的開/關(guān)時(shí)間的開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行的。
圖7是根據(jù)本發(fā)明又一種具體實(shí)施方式
的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)， 該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括氫氣產(chǎn)生裝置200的控制器240、連接其 上的燃沖十電池、以及負(fù)載。
控制單元240包括開關(guān)控制器710和開關(guān)530。這里，開關(guān)530
以與先前參照?qǐng)D5描述的相同的方式起作用，因此將省略重復(fù)的描述。
當(dāng)與如圖6所示的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行比較時(shí)，圖7中的燃 料電池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)一步包括可充電電池700。由于燃料電池100具有'隄的響應(yīng)性，所以不能瞬時(shí)響應(yīng)來自負(fù)載620的峰^f直功率。因此， 通過予貞先為可充電電;也700充電可以響應(yīng)峰<直功率。
開關(guān)《^空制器710測(cè)量可充電電池700的電壓以連續(xù)i也產(chǎn)生氫 氣，用于使可充電電池700完全充電以及用于使燃料電池IO(H呆持 提供電壓。
并且才艮據(jù)負(fù)載620需要的功率提供可充電電池700的充電電 壓，在可充電電池700的電壓下降的情況下，使氫氣產(chǎn)生裝置200 產(chǎn)生氫氣。
即，開關(guān)4空制器710將可充電電池700的當(dāng)前電壓與完全充電 電壓進(jìn)行比較。完全充電電壓是指當(dāng)可充電電池700被完全充電時(shí) 的電壓。如果當(dāng)前電壓小于完全充電電壓，那么改變開關(guān)530的開 /關(guān)時(shí)間以增加氫氣產(chǎn)生的量，并且如果當(dāng)前電壓等于或者大于完全 充電電壓，那么改變開關(guān)530的開/關(guān)時(shí)間以4亭止氬氣產(chǎn)生。作i定該 開關(guān)操作是通過能夠使開關(guān)控制器710設(shè)定開關(guān)530的開/關(guān)時(shí)間的 開關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行的。
這里，可充電電池700可以是超級(jí)電容器(super capacitor )或
小型可充電電池。超級(jí)電容器具有提高的電容量，并且如果需要的 -活則可以充入和i文出電功率。
圖8是當(dāng)開關(guān)打開時(shí)以流量的單位表示的氫氣產(chǎn)生的量的曲線圖。
如果開關(guān)530保持打開一段時(shí)間，則反應(yīng)開始時(shí)變得4艮快，升 高了溫度并且迅速地增加了氫氣產(chǎn)生的量達(dá)100ml/min。然后，由 于含水電解質(zhì)溶液中的水和構(gòu)成第 一電極220的金屬的減少引起氫 氣產(chǎn)生的量快速下降。在這樣的情況下，控制氫氣產(chǎn)生的量很困難，因此通過4吏開關(guān)
控制器520、 610、 710控制開關(guān)530的打開/關(guān)閉使得開關(guān)530具有 一定的占空比和/或開/關(guān)頻率而將氫氣產(chǎn)生的量控制至期望的流 量。這將^皮參照?qǐng)D9進(jìn)一步描述。
圖9是^4居本發(fā)明 一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的開關(guān)的 開/關(guān)頻率的第一實(shí)施例，而圖10是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的開關(guān)的開/關(guān)頻率的第二實(shí)施例。此外，圖11示 出了當(dāng)控制開關(guān)的開/關(guān)頻率時(shí)氫氣產(chǎn)生的量與時(shí)間關(guān)系曲線圖。在 下文中將假定當(dāng)輸入的開關(guān)控制信號(hào)的大小是M(即，高)時(shí)開關(guān) 530打開，而當(dāng)輸入的開關(guān)控制信號(hào)的大小是O (即，低)時(shí)關(guān)閉。
參照?qǐng)D9,輸入至開關(guān)530的開關(guān)控制信號(hào)具有T的頻率和50 % 的占空比。換句話說，輸入至開關(guān)530的開關(guān)控制信號(hào)對(duì)于i/2丁是高 的，而^"于V^T^^氐的。
參照?qǐng)D10，另一方面，輸入至開關(guān)530的開關(guān)控制信號(hào)具有'/4T 的頻率和50%的占空比。4奐句"i舌i兌，輸入至開關(guān)530的開關(guān)4空制4言 號(hào)乂于于WT是高的，而只十于V4T ^_<氐的。
輸入至開關(guān)530的開關(guān)控制信號(hào)具有一定的占空比(例如，在圖 9和圖10的情況下為50 % ),因此在一個(gè)周期范圍內(nèi)使開關(guān)530打開和 關(guān)閉相同的持續(xù)時(shí)間。
參照?qǐng)D11，當(dāng)控制開關(guān)530的占空比l吏得產(chǎn)生42 ml/min的氫氣 用于需要2W電功率的燃料電池時(shí)，根據(jù)開/關(guān)頻率在氳氣產(chǎn)生的量 上存在波動(dòng)。氫氣產(chǎn)生裝置200的溫度1110穩(wěn)定地升高但保持在 80。C以下。氫氣產(chǎn)生的量1120接近42 ml/min。當(dāng)如圖9中的開/關(guān)頻率相 對(duì)4艮小(即，大的周期)時(shí)，波動(dòng)4艮強(qiáng)烈，如由1140表示的沖匡(box) 中所示。當(dāng)如圖10中的開/關(guān)頻率相對(duì)很大(即，小的周期)時(shí)， 波動(dòng)很樣i弱，如由1150表示的框中所示。
因此，對(duì)于相同的占空比，開關(guān)控制信號(hào)的開/關(guān)頻率相對(duì)越大 引起波動(dòng)越小，并且更容易保持期望的氫氣產(chǎn)生的量。
圖12是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的開關(guān) 的占空比的第一實(shí)施例，而圖13是根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的開關(guān)的占空比的第二實(shí)施例。圖14示出了當(dāng)控 制開關(guān)的占空比時(shí)氪氣產(chǎn)生的量與時(shí)間關(guān)系曲線圖。
參照?qǐng)D12，開關(guān)控制信號(hào)具有丁的周期和75%的占空比，即， 開關(guān)控制信號(hào)對(duì)于3/4丁是高的，而對(duì)于V^T^^氐的。
參照?qǐng)D13,開關(guān)控制信號(hào)具有與圖12相同的丁周期以及25%的 占空比，即，開關(guān)控制信號(hào)對(duì)于WT是高的，而對(duì)于XT是低的。
通過控制輸入至開關(guān)530的開關(guān)控制信號(hào)的占空比，可以控制 每段時(shí)間(pertime)在氫氣產(chǎn)生裝置200中產(chǎn)生的氫氣產(chǎn)生量。
參照?qǐng)D14,氬氣產(chǎn)生的量在開始時(shí)自然4呆持增加(參照由1420 表示的曲線圖的部分)，然后開關(guān)控制器520控制開關(guān)530打開和 關(guān)閉以產(chǎn)生42 ml/min( 1421 )、 10 ml/min( 1422 )、 42 ml/min( 1423 )、 20 ml/min ( 1424 )以及30 ml/min (1425 )的氫氣。
當(dāng)氫氣產(chǎn)生的量,人42 ml/min ( 1421)調(diào)整至10 ml/min ( 1422 )
時(shí)，開關(guān)控制信號(hào)在一個(gè)周期范圍內(nèi)關(guān)閉時(shí)間的比率增加，即，占
28空比逐漸減小。然后，當(dāng)流量計(jì)510讀取10ml/min的氫氣產(chǎn)生時(shí)， 通過穩(wěn)定地保持占空比，氫氣產(chǎn)生的量#皮4呆持在10ml/min。
當(dāng)氫氣產(chǎn)生的量從10 ml/min ( 1422 )調(diào)整至42 ml/min ( 1423 )
時(shí)，開關(guān)控制信號(hào)在一個(gè)周期范圍內(nèi)打開時(shí)間的比率增加，即，占 空比逐漸增加。然后，當(dāng)流量計(jì)510讀取42ml/min的氫氣產(chǎn)生時(shí)， 通過穩(wěn)、定地《呆持占空比，氫氣產(chǎn)生的量被4呆持在42 ml/min。
通過反復(fù)實(shí)施占空比的上述調(diào)整，開關(guān)控制器520可以才艮據(jù)改 變?cè)O(shè)定值而調(diào)整氫氣產(chǎn)生的量。
如參照?qǐng)D9至圖11所描述的，在保持一定的氫氣產(chǎn)生的量的 情況下，通過改變開關(guān)530的開/關(guān)頻率可以控制氫氣產(chǎn)生的量上的 波動(dòng)。
而且，在圖8、圖11和圖14中以流量的單位測(cè)量的氫氣產(chǎn)生 的量可以是乂人圖6或圖7所示的氫氣產(chǎn)生裝置200中的燃料電池100 豐lr出的電功率。例如，耳又決于燃沖+電池100的工作條件，圖8、圖 11和圖14所示的42 ml/min可以3于應(yīng)于2 W。
換句話說，先前測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量對(duì)應(yīng)于通過如圖6或圖7 所示的開關(guān)"^空制器610、 710測(cè)量的燃沖+電;也的llr出(即，電功率 或電壓)。通過開關(guān)的開/關(guān)控制而控制的氫氣產(chǎn)生的量對(duì)應(yīng)于燃料 電池的l俞出，即電功率或電壓。
才艮據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的開關(guān)可以由 MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管制成。
才艮據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置的開關(guān)控制器控制單元中。換句話說，通過將開關(guān)控制器包括在燃料電池發(fā)電系 統(tǒng)的控制單元中，可以將開關(guān)控制器和燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的控制單
元制成一個(gè)芯片(單片，one chip )。
此外，本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置可以構(gòu)成連接至燃^牛電池的燃泮牛 電池發(fā)電系統(tǒng)。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括可以控制氫氣產(chǎn)生的量的氫 氣產(chǎn)生裝置以及通過供應(yīng)有來自氫氣產(chǎn)生裝置的氫氣而產(chǎn)生電的 燃料電池。
圖15是示出了在根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝 置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法的流程圖。圖15的氫氣產(chǎn)生裝置被 圖解i兌明在圖5中。
在由S1500表示的步驟中，氫氣產(chǎn)生裝置200的開關(guān)控制器520 打開開關(guān)530，并且產(chǎn)生超過一定閾值流量的氫氣。
在步-驟S1510中，流量計(jì)510測(cè)量氫氣產(chǎn)生的量，而在步艱《 S1520中，開關(guān)控制器520將由流量計(jì)510測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量與 輸入的設(shè)定值進(jìn)行比較。這里，輸入的設(shè)定值可以是一個(gè)數(shù)值，如 步-驟S1520a所示，或可以具有以一個(gè)范圍的上限和下限，4口步驟 S1520b所示。
開關(guān)控制器520產(chǎn)生用于根據(jù)設(shè)定值控制開關(guān)的開/關(guān)的開關(guān) 控制信號(hào)，并將該開關(guān)控制信號(hào)施加至開關(guān)530。
如果如步驟S1520a所示輸入一個(gè)設(shè)定值，則在步驟S1530a中 將氫氣產(chǎn)生的量(A)與設(shè)定值(B)進(jìn)行比較。在氫氣產(chǎn)生的量小 于設(shè)定值(A<B)的情況下，在步驟S1532a中增加開關(guān)控制信號(hào) 的占空比，并且如果氫氣產(chǎn)生的量大于i殳定^i (A>B)，則在步驟S1534a中降低開關(guān)控制信號(hào)的占空比。如果氫氣產(chǎn)生的量等于i殳定 值(A=B)，則在步驟S1536a中保持開關(guān)控制信號(hào)的當(dāng)前占空比。
在步驟S1520b中輸入上限和下限的情況下，在步驟S1530b中 比較氫氣產(chǎn)生的量(A)、上限(Bl )和下限(B2)。如果氫氣產(chǎn)生 的量小于下限(A<B2)，則在步艱《S1532b中增加開關(guān)控制4言號(hào)的 占空比，并且如果氫氣產(chǎn)生的量大于上限(A>B1 ),則在步艱《S1534b 中降低開關(guān)控制信號(hào)的占空比。如果氫氣產(chǎn)生的量在上限和下限之 間(B2^A^B1),則在步驟S1536b中保持開關(guān)控制信號(hào)的當(dāng)前占空 比。
通過重復(fù)步駛《S1520至S1536a或S1536b，氫氣產(chǎn)生裝置200 可以根據(jù)輸入的設(shè)定值產(chǎn)生氫氣的量。
圖16是示出了在根據(jù)本發(fā)明另一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生 裝置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法的流程圖。圖16的氫氣產(chǎn)生裝置 -波圖解"i兌明在圖6中。
在由S1600表示的步驟中，氫氣產(chǎn)生裝置200的開關(guān)控制器610 打開開關(guān)530,并且產(chǎn)生超過一定閾值流量的氫氣。
在由S1610表示的步驟中，開關(guān)控制器610測(cè)量連4妾至氫氣產(chǎn) 生裝置200的燃料電池的輸出，并且接收連4妾至燃沖十電池100的負(fù) 載620需要的功率。這里，燃#+電池100的輸出可以是電功率或電 壓中的一種，并且在電壓的情況下，可以通過電阻來計(jì)算電功率。
并且，在步驟S1620中，開關(guān)控制器610將燃料電池100的電 功率C與負(fù)載620需要的功率D進(jìn)行比4交。根據(jù)比較，在燃料電池IOO的電功率大于需要的功率(OD) 的情況下，在步驟S1630中降低開關(guān)控制信號(hào)的占空比，在燃料電 池100的電功率小于需要的功率(C<D)的情況下，在步驟S1632 中增加開關(guān)控制信號(hào)的占空比，以及在燃料電池IOO的電功率等于 需要的功率(C = D)的情況下，在步驟S1634中保持開關(guān)控制信 號(hào)的占空比。這里，"等于，，是指燃料電池100的電功率基于需要 的功率落在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)。
然后，通過重復(fù)步驟S1610至S1630、 S1632或S1634，氫氣 產(chǎn)生裝置200可以控制用于燃料電池的氫氣產(chǎn)生的量以提供與負(fù)載
需要的功率對(duì)應(yīng)的車lr出。
圖17是在根據(jù)本發(fā)明另一種具體實(shí)施方式
的氫氣產(chǎn)生裝置中 控制氫氣產(chǎn)生的量的方法的流程圖。圖17的氫氣產(chǎn)生裝置被圖解 :說明在圖7中。
在由S1700表示的步驟中，通過打開開關(guān)530以產(chǎn)生超過一定 閾值流量的氫氣，氫氣產(chǎn)生裝置200的開關(guān)控制器710操作燃料電
燃料電池100和負(fù)載620之間的可充電電池700充電。
在步驟S1710中，開關(guān)控制器710測(cè)量可充電電池700的電壓， 而在步-銀S1720中將可充電電池700的完全充電電壓F與當(dāng)前電壓 E進(jìn)行比較。
才艮據(jù)比豐支，在當(dāng)前電壓等于或大于完全充電電壓(E2F)的情 況下，在步驟S1730中開關(guān)控制器710將開關(guān)控制信號(hào)的占空比減 到最小(包4舌0%)以防止可充電電-也700凈皮充電，而在當(dāng)前電壓 小于完全充電電壓(E<F)的情況下，在步驟S1732中開關(guān)控制器710增加開關(guān)控制信號(hào)的占空比。這里"等于，，是指當(dāng)前電壓基于
完全充電電壓落在預(yù)定的誤差范圍內(nèi)。
然后，通過重復(fù)步駛《S1710至S1730、或S1732,氫氣產(chǎn)生裝 置200可以控制可充電電池700被完全充電用于準(zhǔn)備負(fù)載620所需 要的峰值功率。
在上述控制氫氣產(chǎn)生的量的方法中，步驟S1520至S1536a或 S1536b、或者步驟S1620至S1630、S1632或S1634、或者步艱朵S1720 至S1730或S1732可以寫入到計(jì)算積』程序中。本領(lǐng)i或普通計(jì)算才幾程 序員可以很容易實(shí)現(xiàn)構(gòu)成程序的代碼和代碼段。而且，程序^皮存儲(chǔ) 在計(jì)算4幾可讀介質(zhì)中，并且通過由計(jì)算才幾讀耳又和運(yùn)4亍來實(shí)現(xiàn)控制氫 氣產(chǎn)生的量的方法。上述計(jì)算才幾可讀介質(zhì)包招^茲記錄介質(zhì)、光記錄 介質(zhì)和載波介質(zhì)。
附圖和詳細(xì)說明僅〗又是本發(fā)明的實(shí)施例，該實(shí)施例〗又用于描述 本發(fā)明，而決不是限制或限定本發(fā)明的精神和范圍。因此，任何本 領(lǐng)域普通才支術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解許多變更和其它等價(jià)的具體實(shí)施方式
也是可能的。本發(fā)明的保護(hù)范圍必須僅由所附權(quán)利要求的思想所限定。
權(quán)利要求
1.一種氫氣產(chǎn)生裝置，包括電解槽，裝有含水電解質(zhì)溶液；第一電極，容納在所述電解槽中，浸沒在所述含水電解質(zhì)溶液中，并且產(chǎn)生電子；第二電極，容納在所述電解槽中，浸沒在所述含水電解質(zhì)溶液中，接收所述電子以產(chǎn)生氫氣；開關(guān)，位于所述第一電極和所述第二電極之間；流量計(jì)，測(cè)量所述第二電極中氫氣產(chǎn)生的量；以及開關(guān)控制器，接收設(shè)定值，將通過所述流量計(jì)測(cè)量的所述氫氣產(chǎn)生的量與所述設(shè)定值進(jìn)行比較，并且控制所述開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述開關(guān)控制器通過輸入 裝置直4妻乂人用戶輸入有所述設(shè)定值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述氫氣產(chǎn)生裝置連接至 燃料電池并供應(yīng)氫氣，并且所述開關(guān)控制器根據(jù)所述燃并牛電池 所需要的氫氣產(chǎn)生的量而輸入有所述設(shè)定值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，形成所述第一i才及的金屬 具有比形成所述第二電才及的金屬更高的電離傾向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述流量計(jì)以流量的單位 測(cè)量所述氫氣產(chǎn)生的量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述開關(guān)控制器產(chǎn)生和輸 出使所述開關(guān)打開和關(guān)閉的開關(guān)控制信號(hào)，并且所述開關(guān)控制 器通過改變所述開關(guān)控制信號(hào)的占空比來確定一個(gè)周期范圍 內(nèi)所述開關(guān)的開/關(guān)比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述開關(guān)控制器通過改變 所述開關(guān)控制信號(hào)的開/關(guān)頻率來控制在所述氫氣產(chǎn)生的量上 的波動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述開關(guān)控制器爿夸所述設(shè) 定值與所述測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量進(jìn)行比較，如果所述氫氣產(chǎn)生 的量小于所述i文定值則增加所述占空比，如果所述氫氣產(chǎn)生的量大于所述設(shè)定值則降低所述占空比，并且如果所述氫氣產(chǎn)生 的量等于所述設(shè)定值則保持所述占空比。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述設(shè)定值包括上限和下 限，并且所述開關(guān)控制器將所述設(shè)定值與所述測(cè)量的氫氣產(chǎn)生 的量進(jìn)行比較，如果所述氫氣產(chǎn)生的量小于所述下限則增加所 述占空比，如果所述氫氣產(chǎn)生的量大于所述上限則降^f氐所述占 空比，并且如果所述氫氣產(chǎn)生的量在所述下限和所述上限之間 則寸呆持所述占空比。
10. —種燃沖牛電池發(fā)電系統(tǒng)，包括氫氣產(chǎn)生裝置，通過控制連接在電極之間的開關(guān)的開/關(guān) 狀態(tài)而控制氫氣產(chǎn)生的量；燃料電池，被供應(yīng)有由所述氫氣產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的氫氣并 且通過將所述氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能而產(chǎn)生直流電；以及負(fù)載，被提供所述電能并且執(zhí)行預(yù)定的操作。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中，所述氫氣產(chǎn)生裝置包括電解槽，裝有含氫離子的含水電解質(zhì)溶液；第一電極，容納在所述電解槽中，浸沒在所述含水電解 質(zhì);容液中，并且產(chǎn)生電子；第二電極，容納在所述電解槽中，浸沒在所述含水電解 質(zhì)溶液中，接收所述電子以產(chǎn)生氫氣；開關(guān)，位于所述第一電極和所述第二電一及之間；以及開關(guān)控制器，從所述負(fù)載接收需要的功率，測(cè)量所述燃 料電池的輸出，將所述需要的功率與所述輸出進(jìn)行比較，并且 控制所述開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，形成所述第一電^l的金 屬具有比形成所述第二電才及的金屬更高的電離傾向。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)控制器產(chǎn)生和 輸出使所述開關(guān)打開和關(guān)閉的開關(guān)控制信號(hào)，并且所述開關(guān)控 制器通過改變所述開關(guān)控制信號(hào)的占空比來確定一個(gè)周期范 圍內(nèi)所述開關(guān)的開/關(guān)比。
14. 才艮據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)控制器通過改 變所述開關(guān)控制信號(hào)的開/關(guān)頻率來控制在所述氫氣產(chǎn)生的量 上的波動(dòng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)控制器將所述 需要的功率與所述輸出進(jìn)行比較，如果所述輸出大于所述需要 的功率，則降低所述占空比，如果所述輸出小于所述需要的功 率，則增加所述占空比，并且如果所述輸出等于所述需要的功 率，則保持所述占空比。
16. 才艮據(jù)斗又利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包4舌可充電電池，連接在所述燃一+電池和所述負(fù)載之間，被 來自所述燃料電池的所述電能充電，并且當(dāng)所述負(fù)載需要時(shí)提 供所述充電的電能。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述氫氣產(chǎn)生裝置包括電解槽，裝有含氫離子的含水電解質(zhì)溶液；第一電極，容納在所述電解槽中，浸沒在所述含水電解 質(zhì)-容液中，并且產(chǎn)生電子；第二電極，容納在所述電解槽中，浸沒在所述含水電解 質(zhì)溶液中，^接收所述電子以產(chǎn)生氫氣；開關(guān)，4立于所述第一電4及和所述第二電才及之間；以及開關(guān)控制器，測(cè)量所述可充電電池的當(dāng)前電壓，爿尋完全 充電電壓與所述當(dāng)前電壓進(jìn)行比4交，并且控制所述開關(guān)的開/ 關(guān)狀態(tài)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，形成所述第一電極的金 屬具有比形成所述第二電才及的金屬更高的電離傾向。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)控制器產(chǎn)生和 輸出使所述開關(guān)打開和關(guān)閉的開關(guān)控制信號(hào)，并且所述開關(guān)控 制器通過改變所述開關(guān)控制信號(hào)的占空比來確定一個(gè)周期范 圍內(nèi)所述開關(guān)的開/關(guān)比。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)控制器通過改 變所述開關(guān)控制信號(hào)的開/關(guān)頻率來控制在所述氫氣產(chǎn)生的量 上的波動(dòng)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述開關(guān)控制器將所述 當(dāng)前電壓與所述完全充電電壓進(jìn)行比較，如果所述當(dāng)前電壓小 于所述完全充電電壓，則增加所述占空比，并且如果戶斤述當(dāng)前 電壓等于或大于所述完全充電電壓，則將所述占空比減到最 小。
22. —種在氫氣產(chǎn)生裝置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法，所述氫氣產(chǎn) 生裝置通過控制位于電極之間的開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)而控制氫氣產(chǎn)生的量，所述方法包"t舌 豐lr入有"i更定值；將測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量與所述設(shè)定值進(jìn)行比較；以及如果所述氳氣產(chǎn)生的量小于所述設(shè)定值，則增加開關(guān)控 制信號(hào)的占空比，如果所述氫氣產(chǎn)生的量大于所述"i殳定值，則 降低所述開關(guān)控制信號(hào)的所述占空比，并且如果所述氫氣產(chǎn)生 的量等于所述設(shè)定值，則保持所述開關(guān)控制信號(hào)的所述占空 比，其中，所述開關(guān)控制信號(hào)根據(jù)所述占空比控制一個(gè)周期范 圍內(nèi)所述開關(guān)的所述開/關(guān)狀態(tài)。
23. —種在氫氣產(chǎn)生裝置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法，所述氫氣產(chǎn) 生裝置通過控制位于電才及之間的開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)而4空制氫氣 產(chǎn)生的量，所述方法包4舌輸入有上限值和下限值；將測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量與所述上限值和所述下限值進(jìn)行 比4交；以及如果所述氬氣產(chǎn)生的量小于所述下限值，則增加開關(guān)控 制信號(hào)的占空比，如果所述氫氣產(chǎn)生的量大于所述上限值，則 降低所述開關(guān)控制信號(hào)的所述占空比，并且如果所述氫氣產(chǎn)生 的量在所述下限值和所述上限值之間，則保持所述開關(guān)控制信號(hào)的所述占空比，其中，所述開關(guān)控制信號(hào)根據(jù)所述占空比控 制 一個(gè)周期范圍內(nèi)所述開關(guān)的所述開/關(guān)狀態(tài)。
24. —種在氫氣產(chǎn)生裝置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法，所述氫氣產(chǎn) 生裝置連接至為負(fù)載提供電能的燃料電池并通過控制位于電 極之間的開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)而控制氫氣產(chǎn)生的量，所述方法包 括測(cè)量所述燃料電池的輸出，并且從所述負(fù)載接收需要的 功率；將所述輸出與所述需要的功率進(jìn)行比較；以及如果所述輸出大于所述需要的功率，則降低開關(guān)控制信 號(hào)的占空比，如果所述輸出小于所述需要的功率，則增加開關(guān) 控制信號(hào)的所述占空比，并且如果所述輸出等于所述需要的功 率，則保持開關(guān)控制信號(hào)的所述占空比，其中，所述開關(guān)控制 信號(hào)根據(jù)所述占空比控制 一個(gè)周期范圍內(nèi)所述開關(guān)的所述開/ 關(guān)狀態(tài)。
25. —種在氫氣產(chǎn)生裝置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法，所述氫氣產(chǎn) 生裝置連4妻至^f吏可充電電池充有電能的燃4牛電池并通過控制 位于電極之間的開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)而控制氫氣產(chǎn)生的量，所述 方法包括測(cè)量所述可充電電池的當(dāng)前電壓； 將所述當(dāng)前電壓與完全充電電壓進(jìn)行比較；以及如果所述當(dāng)前電壓小于所述完全充電電壓，則增加開關(guān) 控制信號(hào)的占空比，并且如果所述當(dāng)前電壓等于或大于所述完 全充電電壓，則將開關(guān)控制信號(hào)的所述占空比減到最小，其中， 所述開關(guān)控制信號(hào)根據(jù)所述占空比控制一個(gè)周期范圍內(nèi)所述 開關(guān)的所述開/關(guān)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠控制氫氣產(chǎn)生的量的氫氣產(chǎn)生裝置、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、以及在氫氣產(chǎn)生裝置中控制氫氣產(chǎn)生的量的方法。該氫氣產(chǎn)生裝置具有電解槽；第一電極；第二電極；開關(guān)，該開關(guān)位于第一電極和第二電極之間；流量計(jì)，該流量計(jì)測(cè)量第二電極中氫氣產(chǎn)生的量；以及開關(guān)控制器，該開關(guān)控制器接收設(shè)定值，將通過流量計(jì)測(cè)量的氫氣產(chǎn)生的量與設(shè)定值進(jìn)行比較，并且控制開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。利用開關(guān)的開/關(guān)時(shí)間和/或開/關(guān)頻率可以控制氫氣產(chǎn)生的量。該燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括氫氣產(chǎn)生裝置；燃料電池，被供應(yīng)有由該氫氣產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的氫氣并且通過將氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能而產(chǎn)生直流電；以及負(fù)載，被提供電能并且執(zhí)行預(yù)定的操作。
文檔編號(hào)H01M8/06GK101307457SQ20081000595
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者吉宰亨, 張?jiān)缀? 蔡敬洙, 金成漢, 阿魯納布哈·孔杜 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社