助電池單元40包括至少一個燃料單電池或燃料 電池堆。
[0076] -種實施例中，如圖5所示，輔助電池單元40只包括一個燃料電池堆，該燃料電池 堆包括多個由輔助陰極43、輔助膜電極42與輔助陽極41構成的結構（圖5中示出了一個該結 構），上述輔助陽極41包括輔助陽極入口與輔助陽極出口，上述輔助陰極43包括輔助陰極入 口與輔助陰極出口，上述第=陰極入口 08對應上述輔助陰極入口，上述第=陽極入口 07對 應上述輔助陽極入口。輔助電池單元40還包括第=陰極出口與第=陽極出口，其中，第=陰 極出口對應輔助陰極出口，第=陽極出口對應輔助陽極出口。
[OOW]本申請的另一種實施例中，如圖6所示，上述燃料電池系統(tǒng)還包括汽水分離單元 30,上述汽水分離單元30設置在上述供電電池單元20與上述輔助電池單元40之間，且同時 與上述第一陰極出口 02、上述第一陽極出口 01、上述第二陰極入口 04和上述第二陽極入口 03相連。由于供電電池單元20出口的反應器的相對濕度較大，一方面，會降低輔助電池單元 40中的反應效率，另一方面，使得輔助電池單元40中的液態(tài)含水量增大，降低了輔助電池單 元40的壽命。汽水分離單元30將供電電池單元20輸出的反應氣進行氣液分離，降低了反應 氣的相對濕度，提高了輔助電池單元40中的反應效率，提高了輔助電池單元40的壽命。
[0078]為了更進一步降低進入輔助電池單元40的反應氣的相對濕度，提高輔助電池單元 40中的反應效率，提高輔助電池單元40的壽命，本申請優(yōu)選上述汽水分離單元30包括陰極 汽水分離器32,陰極汽水分離器32連接設置在上述第一陰極出口02與上述第二陰極入口04 之間，用于降低空氣的相對濕度。
[0079] 本申請中的另一種實施例中，上述汽水分離單元30還包括陽極汽水分離器31，陽 極汽水分離器31連接設置在上述第一陽極出口Ol與上述第二陽極入口03之間，用于降低氨 氣的相對濕度。
[0080] 為了使得控制加濕電池單元10對反應氣的加濕程度，避免供電電池單元20與其自 身內部形成大量的液態(tài)水，本申請優(yōu)選上述加濕電池單元10的額定功率小于上述供電電池 單元20的額定功率。
[0081] 本申請的一種實施例中，上述供電電池單元20的額定功率大于上述輔助電池單元 40的額定功率。
[0082] 為了使得本領域技術人員更加清楚地了解本申請的技術方案，W下將結合具體的 實施例進行說明。
[0083] 如圖6所示，該燃料電池系統(tǒng)包括加濕電池單元10、供電電池單元20、汽水分離單 元30與輔助電池單元40。其中，加濕電池單元10包括一個燃料電池堆，該燃料電池堆包括多 個由加濕陰極13、加濕膜電極12與加濕陽極11形成的結構（圖中只包括一個該結構），供電 電池單元20包括一個燃料電池堆，該燃料電池堆的供電膜電極22均為疏水膜電極;汽水分 離單元30包括陰極汽水分離器32與陽極汽水分離器31;輔助電池單元40包括一個燃料電池 堆，該燃料電池堆包括多個由輔助陰極43、輔助膜電極42與輔助陽極41構成的結構（圖中只 包括一個該結構）。并且，供電電池單元20的額定功率大于上述輔助電池單元40的額定功 率，供電電池單元20的額定功率大于上述輔助電池單元40的額定功率。
[0084] 當該系統(tǒng)工作時，反應氣的相對濕度變化如圖7a至7d所示。如圖7a所示，相對濕度 為畑1的氨氣經進入加濕電池單元10進行加濕，相對濕度增大到R出，R出接近或等于飽和程 度RH3。如圖7b所示，加濕后的空氣與氨氣進入供電電池單元20中進行反應，反應后，反應氣 的相對濕度為畑3,保證了最優(yōu)的工作性能；如圖7c所示，經過汽水分離單元30脫水處理后， 反應氣的相對濕度下降至RH4;然后進入輔助電池單元40反應，如圖7d所示，反應氣的濕度 增加至畑3。
[0085] 圖8a至圖8d示出了陽極反應氣經過系統(tǒng)各部件時的流量的變化。其中，如圖8a所 示，在加濕電池單元10入口處的陽極反應氣的流量QAi大于常規(guī)設置的流量QAo,陽極反應氣 進入加濕電池單元10后，由于增加了一部分水蒸氣，流量增大到QA2。如圖8b所示，陽極反應 氣進入供電電池單元20反應后，供電電池單元20的第二陽極出口處的氣體流量仍能保持較 高的狀態(tài)QA3,進而能夠有效地排出供電電池單元20中積累的液態(tài)水;如圖8c所示，陽極反 應氣在陽極汽水分離器31入口處的流量為QA3,在出口處的流量為QA4, W流量QA4進入輔助 電池單元40,輔助電池單元40將剩余的陽極反應氣再利用發(fā)電，最終排出微量的燃料氣體 Qs，如圖8d所示，由此可見，陽極反應氣的利用率較高。
[0086] 圖9a至圖9d示出了陰極反應氣經過系統(tǒng)各部件時的流量的變化。其中，如圖9a所 示，在加濕電池單元10入口處的流量Pi大于常規(guī)設置的流量Po,陰極反應氣進入加濕電池單 元10后，流量增大到P2。如圖9b所示，陰極反應氣進入供電電池單元20反應后，供電電池單 元20的第二陰極出口處的氣體流量能保持較高的狀態(tài)P3,能夠有效地排出供電電池單元20 中積累的液態(tài)水;如圖9c所示，陰極反應氣經陰極汽水分離器32后，流量為P4,如圖9d所示， 陰極反應氣W流量P4進入輔助電池單元40,輔助電池單元40將剩余的陰極反應氣再利用發(fā) 電，最終排出微量的燃料氣體Ps。且由于陰極反應氣中氮氣的存在，陰極反應氣體的流量一 直保持在較高的水平(相比于陽極反應氣）。
[0087] 另外，QAi超出常規(guī)系統(tǒng)設計中的QAo的部分，Pi超出Po的部分，因此可W設計輔助 電池單元40的消耗燃料的速率與其相匹配。如果沒有設置陽極汽水分離器31和陰極汽水分 離器32,由于進入輔助電池單元40的反應氣的相對濕度較高，因此其壽命相對于供電電池 單元20的壽命較低，在系統(tǒng)運行一定階段后，只需通過更換輔助電池單元40進行系統(tǒng)更新 維護，而設置了上述汽水分離器后，能夠將進入輔助電池單元40的反應氣的相對濕度調節(jié) 到適當大小，因此可W保證輔助電池單元40較長的壽命；由于輔助電池單元40的功率較小， 因此其耗費的原料成本較低。
[0088] 本申請的另一種實施方式中，提供了一種利用燃料電池系統(tǒng)供電的方法，該方法 利用上述的燃料電池系統(tǒng)供電，該方法包括:加濕電池單元對反應氣進行加濕，加濕后的所 述反應氣在供電電池單元中發(fā)生反應產生電能，并排出空氣尾氣和氨氣尾氣;所述空氣尾 氣和所述氨氣尾氣在輔助電池單元繼續(xù)反應產生電能。
[0089] 該方法利用輔助電池單元消耗供電電池單元排出的多余反應氣，從而加快了該多 余的反應氣的排出速度，進而使得在不增加空氣累的能耗前提下（即不增加空氣累成本的 前提下），利用加濕電池單元增加反應氣供應量促進供電電池單元中液態(tài)水的排出成為可 能。而且，輔助電池單元能夠進一步利用多余的反應氣反應產生電能，加濕電池單元在加濕 反應氣和增加反應氣供應量的同時也能夠產生電能，由此可見，反應氣得到了充分利用，說 明燃料的利用率增高，使得發(fā)電成本降低。
[0090] 并且，反應氣經過上述的加濕電池單元后，被該電池單元中的反應生成水加濕，形 成相對濕度較高的反應氣，并進入供電電池單元中反應，由于進入供電單元的反應氣的相 對濕度較高(接近飽和相對濕度），使得其質子交換膜的導電率較高，因此使供電電池單元 的輸出功率較大。并且，進入供電電池單元中的反應氣的相對濕度較高，隨著反應的進行， 雖然會有水的生成導致反應氣的濕度進一步增大，但即使增大也僅能增大至相對飽和濕 度，因此，使得供電電池單元中入口處和出口處反應氣的濕度差較小，即整個供電電池單元 中的反應氣濕度較為均勻，膜內部不存在干燥與濕潤對比明顯的部位，極大提高了電池堆 的發(fā)電壽命。
[0091] 由于供電電池單元出口的反應氣的相對濕度較大并攜帶水汽，一方面，會降低輔 助電池單元中的反應效率，另一方面，使得輔助電池單元中的液態(tài)含水量增大，降低了輔助 電池單元的壽命。本申請的一種優(yōu)選實施例中，在所述空氣尾氣和所述氨氣尾氣進入所述 輔助電池單元之前，將所述空氣尾氣和所述氨氣尾氣進行氣液分離的步驟，降低了反應氣 的相對濕度，提高了輔助電池單元中的反應效率，提高了輔助電池單元的壽命。
[0092] 本申請針對影響供電電池單元運行最重要的參數(shù)供電電池單元出口處的氨氣的 相對濕度R出與供電電池單元第二陽極出口處的氨氣的流量QA3進行計算。
[0093] 加濕電池單元消耗氨氣體積流量：
[0094] 供電電池單元消耗氨氣體積流量：
[0095] 輔助電池單元消耗氨氣體積流量：
[0096] 其中，Il、l2、l3分別為加濕電池單元、供電電池單元與輔助電池單元的工作電流； 化、化、化分別為加濕電池單元、供電電池單元與輔助電池單元的單電池節(jié)數(shù);R為理想氣體 常數(shù);F為法拉第常數(shù);此處假設加濕電池單元、供電電池單元與輔助電池單元的工作溫度 均相同，均為T，稱為系統(tǒng)工作溫度;假設加濕電池單元、供電電池單元與輔助電池單元的工 作壓強均相同，均為P，稱為系統(tǒng)工作壓強。由于R、T、化、化、化、F及P均為常數(shù)，卵1與Ii為線性 關系，Q出與12為線性關系，Q出與13為線性關系。
[0097] 影響供電電池單元的工作效率與穩(wěn)定性的最為重要的兩個參數(shù)分別為供電電池 單元入口處反應氣相對濕度畑2與第二陽極出口氣體流量QA3 ;其中，畑2影響供電電池單元 進口處的膜導電率（即電池內阻），畑2越高，供電電池單元發(fā)電效率越高;QA3影響電池堆供 電電池單元內部的液態(tài)水排出能力，QA3越高，氣體吹掃能力越強，其液態(tài)水越容易排出，提 高QA3能提高供電電池單元的運行穩(wěn)定性與壽命。
[0098] R此可通過式(4)計算，Psat為飽和蒸