一種為電器或用戶提供電力的方法
2023-06-23 13:54:41
專利名稱：一種為電器或用戶提供電力的方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池，尤其涉及一種採用以燃料電池為動力的交通工具為電器或用戶提供電力的方法。
背景技術：
電化學燃料電池是一種能夠將氫及氧化劑轉化成電能及反應產物的裝置。該裝置的內部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細小分散的引發電化學反應的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導電物體將發生電化學發應過程中生成的電子，通過外電路引出，構成電流迴路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，並在催化劑表面上發生電化學反應，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質子交換膜，到達膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，並在催化劑表面上發生電化學反應得到電子，形成負離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發生反應，形成反應產物。
在採用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區的催化電化學反應就產生了氫正離子(或叫質子)。質子交換膜幫助氫正離子從陽極區遷移到陰極區。除此之外，質子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產生爆發式反應。
在陰極區，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負離子，並與陽極區遷移過來的氫正離子反應，生成反應產物水。在採用氫氣、空氣(氧氣)的質子交換膜燃料電池中，陽極反應與陰極反應可以用以下方程式表達
陽極反應陰極反應在典型的質子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導電的極板中間，每塊導流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、衝壓或機械銑刻，形成至少一條以上的導流槽。這些導流極板可以上金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導流極板上的流體孔道與導流槽分別將燃料和氧化劑導入膜電極兩邊的陽極區與陰極區。在一個質子交換膜燃料電池單電池的構造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導流板與陰極氧化劑的導流板。這些導流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機械支撐，導流板上的導流槽又作為燃料與氧化劑進入陽極、陰極表面的通道，並作為帶走燃料電池運行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通常可通過直疊的方式串聯成電池組或通過平鋪的方式聯成電池組。在直疊、串聯式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。電池組通常通過前端板、後端板及拉杆緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導流進口和導流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經重整後得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進出口與導流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內冷卻通道中，將燃料電池內氫、氧電化學放熱反應生成的熱吸收並帶出電池組進行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應的導流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
目前，常用的移動式及分散式發電設備，發電輸出功率大小及發電原理方式不同，大型的輸出功率在數千瓦甚至數十千瓦乃至數百千瓦以上的可移動式及分散式發電設備，例如中、大型柴油發電機；太陽能、風能發電機等。小型的輸出功率在數千瓦以下的可移式及分散式發電設備，例如小型柴油發電機；太陽能、風能發電機等。但這些發電設備作為車載或船載移動式及分散式發電設備的應用，有以下明顯的缺陷1.柴油發電機有嚴重的尾氣排放，從而造成空氣汙染；還有嚴重的噪聲汙染。而且作為車載或船載發電設備的應用，佔據了車、船運載工具的寶貴空間。
2.太陽能、風能發電機等，一方面受自然環境影響很大，例如在陰天、晚上無法進行太陽能發電機工作；沒有風的天氣無法進行風能發電機的工作。而且作為車載或船載發電設備的應用，佔據了車、船運載工具更大、更多的寶貴空間。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種環保性好、可移動、佔用空間小的為電器或用戶提供電力的方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種為電器或用戶提供電力的方法，其特徵在於，該方法包括採用以燃料電池為動力的運載工具作為發電設備，為電器或用戶提供電力供應。
所述的方法還包括採用直流—直流變換裝置，或者直流—交流變換裝置，或者變頻裝置，將燃料電池所輸出的直流電變換成具體用電電器或用戶的特定的電流、電壓範圍。
所述的以燃料電池為動力的運載工具包括以燃料電池為動力的自行車、摩託車、小轎車、大巴士以及工程車、艦船。
所述的以燃料電池為動力的運載工具可以單獨發電，也可以聯合發電。
已經發展起來的以燃料電池為動力的運載工具有以燃料電池為動力的自行車、摩託車；以燃料電池為動力的小轎車；以燃料電池為動力的城市大巴士；以燃料電池為動力的工程車，如搶修車；以及以燃料電池為動力的船、艦等。這些以燃料電池為動力的運載工具，燃料電池一般用氫氣或燃料重整後的含富態氫混合氣為燃料，空氣為氧化劑，輸出功率隨不同運載工具的要求而不同，可以是幾十瓦到幾百千瓦的電功率。
這些燃料電池動力系統已經根據不同用途的運載工具的要求，在機械工程上對燃料電池動力系統進行合理的設計，使物理尺寸、安裝位置等達到不同用途的運載工具的要求。例如燃料電池轎車上的燃料電池動力系統在機械工程與安裝位置方面進行合理設計後，基本上可以達到現代內燃發動機轎車的各種性能指標，以及不犧牲轎車有效利用空間，如行李倉等。
本發明就是利用以燃料電池為動力的運載工具，例如以燃料電池為動力的自行車、摩託車；以燃料電池為動力的小轎車；以燃料電池為動力的城市大巴士；以燃料電池為動力的工程車，如搶修車；以及以燃料電池為動力的船、艦，作為移動式及分散式的發電設備或發電站應用。
與現有技術相比，本發明具有以下特點1.利用以燃料電池為動力的運載工具上的燃料電池發電動力系統發電。
2.根據具體用電特定功率的要求，例如用電功率，對以燃料電池為動力的運載工具進行發電，一般來說需求功率在千瓦級以下的選擇燃料電池摩託車、自行車進行發電。需求功率在幾十千瓦、幾百千瓦以上的可以選擇一輛或數輛燃料電池轎車、大巴士、工程車進行單獨發電或聯合發電。
3.根據具體用電的特定電壓要求，或用電是交流或直流，頻率等。在用電具體地方配置直流—直流(DC/DC)變換裝置，或直流—交流(DC/AC)變換裝置，或變頻裝置，可以將燃料電池所輸出的直流電變換成具體用電地方特定要求的電流、電壓範圍。
4.也可以在以燃料電池為動力的運載工具上直接為某些特定用電要求配置變流、逆變的裝置。例如，家庭用電一般為220V交流，頻率為50～60MHz，在燃料電池為動力的運載工具上必須配置直流—交流逆變裝置等。
具體實施例方式
實施例1一種為電器或用戶提供電力的方法，該方法包括採用以燃料電池為動力的運載工具作為發電設備，為電器或用戶提供電力供應。具體地說，就是採用燃料電池自行車或摩託車分別為野外手提電腦或家用電腦供電。燃料電池自行車中的燃料電池額定工作電壓為24V直流，輸出功率為0～300W；燃料電池摩託車的額定工作電壓為48V直流，輸出功率為0～2KW。在手提電腦與自行車燃料電池中間配置一臺直流—直流變換器，將自行車中的燃料電池電壓變換到手提電腦的直流電源需求電壓，此時自行車中的燃料電池穩定輸出大約數十瓦為手提電腦供電；在燃料電池摩託車與家用電腦之間配置一臺直流—交流逆變裝置，將摩託車中的燃料電池的額定工作電壓48V逆變成交流220V，頻率為50～60MHz，此時摩託車中的燃料電池穩定輸出大約數百瓦為家用電腦供電。
實施例2一種為電器或用戶提供電力的方法，該方法包括採用以燃料電池為動力的運載工具作為發電設備，為電器或用戶提供電力供應。具體地說，就是採用燃料電池中巴或大巴為衛星通訊設備供電。衛星通訊設備可以安裝在燃料電池中巴或大巴上。衛星通訊設備的需求功率大約在十千瓦以下，燃料電池中巴或大巴中的燃料電池額定工作電壓為312V直流。在衛星通訊設備與中巴或大巴中的燃料電池之間配置相應的直流—直流及直流—交流變換裝置，使燃料電池穩定輸出大約數千瓦為衛星通訊設備供電。
實施例3一種為電器或用戶提供電力的方法，該方法包括採用以燃料電池為動力的運載工具作為發電設備，為電器或用戶提供電力供應。具體地說，就是採用數輛燃料電池轎車或大巴為居民用戶供電，居民用戶一般為220V，交流50～60MHz，燃料電池供電原理與實施例2相同。
權利要求
1.一種為電器或用戶提供電力的方法，其特徵在於，該方法包括採用以燃料電池為動力的運載工具作為發電設備，為電器或用戶提供電力供應。
2.根據權利要求1所述的一種為電器或用戶提供電力的方法，其特徵在於，所述的方法還包括採用直流一直流變換裝置，或者直流一交流變換裝置，或者變頻裝置，將燃料電池所輸出的直流電變換成具體用電電器或用戶的特定的電流、電壓範圍。
3.根據權利要求1所述的一種為電器或用戶提供電力的方法，其特徵在於，所述的以燃料電池為動力的運載工具包括以燃料電池為動力的自行車、摩託車、小轎車、大巴士以及工程車、艦船。
4.根據權利要求1或3所述的一種為電器或用戶提供電力的方法，其特徵在於，所述的以燃料電池為動力的運載工具可以單獨發電，也可以聯合發電。
全文摘要
本發明涉及一種為電器或用戶提供電力的方法，該方法包括採用以燃料電池為動力的運載工具作為發電設備，為電器或用戶提供電力供應。與現有技術相比，本發明開創了一種新的供電形式，具有環保性好、可移動、佔用空間小等特點。
文檔編號H02M3/02GK1635686SQ20031012291
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月29日 優先權日2003年12月29日
發明者胡裡清 申請人:上海神力科技有限公司