CN106450378B - 一种电动车辆及其燃料电池 - Google Patents

一种电动车辆及其燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN106450378B
CN106450378B CN201611047059.1A CN201611047059A CN106450378B CN 106450378 B CN106450378 B CN 106450378B CN 201611047059 A CN201611047059 A CN 201611047059A CN 106450378 B CN106450378 B CN 106450378B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
heat exchanger
combustion chamber
preparing hydrogen
reformer chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611047059.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106450378A (zh
Inventor
杨颖�
毛业军
杜求茂
王建荣
陈建林
龙源
邓谊柏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Zhuzhou Locomotive Co Ltd
Original Assignee
CRRC Zhuzhou Locomotive Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRRC Zhuzhou Locomotive Co Ltd filed Critical CRRC Zhuzhou Locomotive Co Ltd
Priority to CN201611047059.1A priority Critical patent/CN106450378B/zh
Publication of CN106450378A publication Critical patent/CN106450378A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106450378B publication Critical patent/CN106450378B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于电动车辆的燃料电池，包括相互并联的甲醇重整制氢电池与超级电容，所述超级电容的输出端连接有用以对所述甲醇重整制氢电池的重整室进行加热的电磁加热器，还包括用以向所述重整室释放热量的热交换器。本发明还公开了一种包括上述燃料电池的电动车辆。上述燃料电池，能够将启动时间由原来的45分钟提升至5分钟内，有效解决了甲醇重整制氢电池启动时间较长的问题。

Description

一种电动车辆及其燃料电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种燃料电池。本发明还涉及一种具有该燃料电池的电动车辆。
背景技术
甲醇重整制氢燃料电池目前主要用做固定场所发电设备及不间断电源。由于其启动与停机时间较长，调节响应速度慢，功率跟随性能软，无法直接作为主动力源应用于新能源汽车。
通过利用甲醇重整制氢燃料电池作为增程发电设备与电池或超级电容混合储能是当前解决新能源电动汽车续航里程的一种方法。混合储能解决了甲醇重整燃料电池直接应用于新能源汽车时调节响应速度慢，功率跟随性能软的缺陷。但是甲醇重整制氢燃料电池启动与停机时间长等问题依然存在。本发明专利通过引入快速启动和停机流程与控制实现其性能的极大提升；同时对尾气加入相应的处理方法和流程提升系统的比能量。解决大规模应用时甲醇混合液的配置问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料电池，该燃料电池可以解决启动时间较长的问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述燃料电池的电动车辆。
为实现上述目的，本发明提供一种用于电动车辆的燃料电池，包括相互并联的甲醇重整制氢电池与超级电容，所述超级电容的输出端连接有用以对所述甲醇重整制氢电池的重整室进行加热的电磁加热器，还包括用以向所述重整室释放热量的热交换器。
相对于上述背景技术，本发明利用与超级电容相连的电磁加热器对甲醇重整制氢电池的重整室进行加热，从而能够快速实现重整室的温度提升；并且利用热交换器释放热量于重整室，能够将启动时间由原来的45分钟提升至5分钟内，有效解决了甲醇重整制氢电池启动时间较长的问题。
优选地，还包括与所述热交换器连通的热罐与冷罐，所述热罐与所述冷罐连通；所述热交换器分别与所述甲醇重整制氢电池的燃烧室和所述重整室连通；当所述燃烧室的热量经过所述热交换器，所述冷罐内的介质流经所述热交换器且将所述燃烧室的热量储存于所述热罐。
优选地，还包括用以将所述燃烧室的热量加速吹至所述热交换器的鼓风机。
优选地，还包括用以喷射甲醇混合液的电喷装置。
优选地，所述电喷装置与所述热交换器相连，以实现对所述甲醇混合液的加热气化。
优选地，还包括与所述甲醇重整制氢电池的燃烧室连接用以将水蒸气冷凝成液体的冷凝器，所述冷凝器与用以配比甲醇混合液的水箱相连。
优选地，还包括与所述重整室相连的反应堆，所述反应堆与所述甲醇重整制氢电池的燃烧室相连，用以将所述反应堆的尾气导入所述燃烧室内。
优选地，所述重整室与所述燃烧室之间设置连接通道；所述重整室与反应堆之间设置用以控制所述重整室的反应剩余气通过所述连接通道进入所述燃烧室的换向阀。
优选地，所述重整室与所述换向阀之间还设置换热部件。
本发明还提供一种电动车辆，包括上述任一项所述的燃料电池。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的燃料电池的结构示意图。
其中：
1-超级电容、2-燃烧室、3-重整室、4-热罐、5-热交换器、6-冷罐、7-冷凝器、8-换向阀、9-反应堆、10-电路输出转换电路、11-换热器、12-第一电喷、13-第二电喷、14-缓存罐、15-过滤器、16-换热部件、17-鼓风机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明实施例所提供的燃料电池的结构示意图。
本发明提供的燃料电池，主要包括相互并联的甲醇重整制氢电池与超级电容1，甲醇重整制氢电池包括燃烧室2与重整室3，燃烧室2与重整室3相邻设置。
如背景技术可知，现有技术中的甲醇重整制氢电池需要将重整室温度需加热到合适的温度，重整反应才会稳定进行；而原有甲醇重整制氢燃料电池采用外接的低压48V控制蓄电池来加热，因此功率不能做到很大。
当采用本发明所述的甲醇重整制氢电池与超级电容1并联时，甲醇重整制氢电池可以充分利用超级电容1大功率放电特点，将电磁加热器与超级电容1的输出端相连，可以实现快速加热。
除此之外，还利用热交换器5向重整室3释放热量，从而快速加热甲醇重整制氢燃料电池的重整室3。
当然，电磁加热器最终将热量传递至重整室3，然而电磁加热器可以加热燃烧室2，使得燃烧室2所受到的热量传递至重整室3，从而最终实现重整室3的温度升高。
如说明书附图1所示，甲醇重整制氢燃料电池接收到启动指令后，电磁加热器接通超级电容1，超级电容1具有高电压(250V-750V)大功率放电的特点，可实现大功率加热燃烧室2，从而将热量从燃烧室2传递至重整室3；热交换器5主要将燃烧室2内的热传递给燃烧室供甲醇重整反应使用，同时为甲醇混合液的汽化提供热量。
上述热交换器5可以有多种设置方式，对于其向重整室3释放热量的方式有多种，本文给出以下最优实施方式。
热交换器5连通热罐4与冷罐6，热罐4与冷罐6连通；且热交换器5分别与重整室3和燃烧室2连通。
当甲醇重整制氢燃料电池停机时，打开热罐4与冷罐6的联通阀，冷罐6中的热介质在压力的作用下流经热交换器5，吸热并流入热罐4中。当热罐4气压达到一定压力时，关闭联通阀。当甲醇重整制氢燃料电池启动时，通过打开联通阀，压缩热罐4内的热介质，热介质流经热交换器5，热介质中的热量传导到热交换器5，快速提高热交换器5的温度；同时启动上述电磁加热器进行加热，只需几十秒可将重整室3内温度提升到稳定工作状态。
通过对于热罐4的利用，不仅有效地利用了停机时燃烧室2的多余热量，而且为启动时提供了大量的热量，节约了热能，有效提高了启动速度。
说明书附图1中的甲醇混合液、过滤器15以及缓存罐14为甲醇重整制氢燃料电池提供稳定的燃料供给。甲醇混合液通过热交换器5加热气化。位于热罐4与热交换器5之间的第一电磁阀以及位于冷罐6与热交换器5之间的第二电磁阀可以控制热罐4与冷罐6的联通。
在上述甲醇重整制氢燃料电池停机过程中，还可以加大鼓风机17的风速，使大量反应热量通过热交换器5，导通冷罐6与热罐4的通道，压缩冷罐6内介质流过热交换器5，吸收热量，快速降温，并将热量存储在热罐内，以备下一次启动使用。
为提升甲醇重整制氢燃料电池的响应速度，本发明还设置电喷式甲醇用量控制；第一电喷12与第二电喷13可实现快速调节甲醇混合液的用量；当燃料电池接收到功率需求时，根据预先计算好的甲醇水用量比例，电控喷射与预设功率对应的甲醇混合液，以此达到快速调控内部重整制氢量，从而达到控制电堆功率，如说明书附图1所示的第一电喷12与第二电喷13。并且电喷装置与热交换器5相连，以实现对甲醇混合液的加热气化。
具体来说，在甲醇重整制氢燃料电池启动过程中，通过超级电容1给电磁加热器供电，快速提升重整室3的温度，联通热罐4与冷罐6，快速释放热罐4中热量提升热交换器5的温度。
然后启动第一电喷12，将甲醇混合液喷入燃烧室2，同时控制空气阀将空气过滤后导入燃烧室2，在燃烧室2内通过甲醇与氧气发生氧化反应释放热量，持续提供热量，并维持其高温状态。
接着启动第二电喷13，将甲醇混合液喷入热交换器5进行加热，使甲醇混合液气化，并导入重整室3，在重整室3内通过催化剂作用实现甲醇重整反应，主要包括甲醇分解反应，水气置换反应，最终生产出CO2和H2及微量的CO。
甲醇重整制氢燃料电池还包括与重整室3相连的反应堆9，且反应堆9与燃烧室2相连，用以将反应堆9的尾气导入燃烧室2内。重整室3与燃烧室2之间设置连接通道；重整室3与反应堆9之间设置换向阀8，通过换向阀8能够控制重整室3的反应剩余气通过连接通道进入燃烧室2。
具体来说，通过控制换向阀8(可以设置为两位三通阀)将重整室3内的气体导入反应堆9。外部的空气通过过滤器过滤，并由换热器11得到温度适宜的空气后进入反应堆9中，从而将其引入燃烧室2内。在催化剂的作用下H2与O2反应产生电能，并通过电路输出转换电路10转换成车辆所需要的电压等级。在重整室3与换向阀8之间还设置换热部件16。
反应堆9反应完后的水蒸气，二氧化碳和没有反应完的氢气等尾气，反馈回燃烧室2，将没有反应完的氢气再进行燃烧处理。
而经过燃烧室2处理后的尾气包含水蒸气与二氧化碳，尾气通过冷凝器7将水蒸气冷凝成水，导流入用以配比甲醇混合液的水箱。
通过控制水箱和纯甲醇箱各自阀门的开启与关闭精确控制纯水与纯甲醇按比例在甲醇混合液箱中的比例混合，采用车载混合配置甲醇溶液，减少配置甲醇溶液的工作量，同时利用燃料电池反应后尾气中的水蒸气冷凝提供纯净水，为甲醇重整制氢燃料电池提供了水的循环利用，减少了溶液的携带。
即，甲醇重整制氢燃料电池尾气主要为CO2和H2O蒸气，通过冷凝器7将尾气中的水蒸气冷凝成水，汇聚到冷凝管，并灌入水箱中；优选水箱为车载水箱。甲醇重整制氢燃料电池所需要的甲醇溶液通过车载纯甲醇箱与车载水箱中两种液体通过控制各自的阀门按照固定比例注入甲醇水容器中自动均匀混合，甲醇燃料电池所需甲醇溶液通过泵抽入燃料电池内部缓存容器。
本发明所提供的一种具有燃料电池的电动车辆，包括上述具体实施例所描述的燃料电池；电动车辆的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的电动车辆及其燃料电池进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于电动车辆的燃料电池，其特征在于，
包括相互并联的甲醇重整制氢电池与超级电容，所述超级电容的输出端连接有用以对所述甲醇重整制氢电池的重整室进行加热的电磁加热器；
还包括用以向所述重整室释放热量的热交换器；
还包括与所述热交换器连通的热罐与冷罐，所述热罐与所述冷罐连通；
所述热交换器分别与所述甲醇重整制氢电池的燃烧室和所述重整室连通；
当所述燃烧室的热量经过所述热交换器，所述冷罐内的介质流经所述热交换器且将所述燃烧室的热量储存于所述热罐。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括用以将所述燃烧室的热量加速吹至所述热交换器的鼓风机。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括用以喷射甲醇混合液的电喷装置。
4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述电喷装置与所述热交换器相连，以实现对所述甲醇混合液的加热气化。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包括与所述甲醇重整制氢电池的燃烧室连接用以将水蒸气冷凝成液体的冷凝器，所述冷凝器与用以配比甲醇混合液的水箱相连。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的燃料电池，其特征在于，还包括与所述重整室相连的反应堆，所述反应堆与所述甲醇重整制氢电池的燃烧室相连，用以将所述反应堆的尾气导入所述燃烧室内。
7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述重整室与所述燃烧室之间设置连接通道；所述重整室与反应堆之间设置用以控制所述重整室的反应剩余气通过所述连接通道进入所述燃烧室的换向阀。
8.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述重整室与所述换向阀之间还设置换热部件。
9.一种电动车辆，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的燃料电池。
CN201611047059.1A 2016-11-22 2016-11-22 一种电动车辆及其燃料电池 Active CN106450378B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611047059.1A CN106450378B (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种电动车辆及其燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611047059.1A CN106450378B (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种电动车辆及其燃料电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106450378A CN106450378A (zh) 2017-02-22
CN106450378B true CN106450378B (zh) 2019-05-03

Family

ID=58219912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611047059.1A Active CN106450378B (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种电动车辆及其燃料电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106450378B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109273745B (zh) * 2018-10-29 2024-04-12 浙江氢谷新能源汽车有限公司 用于纯电动汽车的一体化燃料电池装置
CN109802158B (zh) * 2019-01-09 2022-03-25 江苏理工学院 具有快速均匀加热启动功能的固体氧化物燃料电池系统
CN111883802B (zh) * 2020-08-05 2023-07-18 广东能创科技有限公司 一种氢气缓冲装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1405911A (zh) * 2001-08-16 2003-03-26 亚太燃料电池科技股份有限公司 燃料电池发电系统及其废热循环冷却系统
CN1846324A (zh) * 2003-06-27 2006-10-11 超电池公司 高效微燃料电池系统和方法
CN104577168A (zh) * 2014-12-17 2015-04-29 广东合即得能源科技有限公司 一种甲醇水制氢发电系统及制氢发电方法
CN204516846U (zh) * 2015-05-04 2015-07-29 深圳伊腾得新能源有限公司 一种有效利用余热的重整制氢燃料电池发电模块
CN105084311A (zh) * 2015-09-02 2015-11-25 广东合即得能源科技有限公司 一种零碳排放的甲醇水重整制氢系统及其应用和制氢方法
CN105576269A (zh) * 2016-03-18 2016-05-11 晋城市阿邦迪能源有限公司 一种固定式的微型燃料电池热电联产装置的热控制系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1405911A (zh) * 2001-08-16 2003-03-26 亚太燃料电池科技股份有限公司 燃料电池发电系统及其废热循环冷却系统
CN1846324A (zh) * 2003-06-27 2006-10-11 超电池公司 高效微燃料电池系统和方法
CN104577168A (zh) * 2014-12-17 2015-04-29 广东合即得能源科技有限公司 一种甲醇水制氢发电系统及制氢发电方法
CN204516846U (zh) * 2015-05-04 2015-07-29 深圳伊腾得新能源有限公司 一种有效利用余热的重整制氢燃料电池发电模块
CN105084311A (zh) * 2015-09-02 2015-11-25 广东合即得能源科技有限公司 一种零碳排放的甲醇水重整制氢系统及其应用和制氢方法
CN105576269A (zh) * 2016-03-18 2016-05-11 晋城市阿邦迪能源有限公司 一种固定式的微型燃料电池热电联产装置的热控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106450378A (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103904350B (zh) 一种集成热交换及催化反应的sofc系统用辅助元件
CN100500550C (zh) 一种甲醇水蒸气重整制备氢气的方法
CN104716370B (zh) 一种高温液体燃料电池系统
CN106450378B (zh) 一种电动车辆及其燃料电池
CN110316703A (zh) 一种自热式甲醇重整制氢反应系统
CN110077221A (zh) 一种固体氧化物燃料电池和内燃机联合动力系统及其运行方法
CN101737779B (zh) 用于微型燃烧器的碳氢燃料重整燃烧方法及微型燃烧器
CN103887545A (zh) 一种高温液体燃料电池系统启动方法
CN104229734B (zh) 重整制氢反应器及其制氢方法
CN108400358A (zh) 固体氧化物燃料电池焦炉气发电工艺及装置
US20170084943A1 (en) Self-supplied Hydrogen Fuel Cell System and Working Method thereof
CN111302306A (zh) 一种可用于高温燃料电池的微型甲醇重整制氢反应器
CN208173715U (zh) 一种燃料电池系统、燃料电池启动系统及车辆
CN217458828U (zh) 一种基于氢气燃烧的氨分解制氢系统
CN204097081U (zh) 重整制氢反应器
CN114105096B (zh) 一种甲醇水重整制氢系统及其制氢方法
WO2022193545A1 (zh) 一种直接利用甲醇重整气的燃料电池系统及其工作方法
CN105024088B (zh) 一种车载高温燃料电池冷启动系统及其工作方法
CN114583222A (zh) 一种基于固体氧化物燃料电池和内燃机的联合发电系统
CN111509279B (zh) 原位制氢燃料电池系统
CN116914202A (zh) 一种自热型氨分解制氢发电系统和热启动方法
CN216413124U (zh) 一种尾气模拟加湿加热系统
CN208970649U (zh) 一种基于沼气的固体氧化物燃料电池系统
CN209401750U (zh) 一种基于甲醇的燃料电池混合发电系统
CN208753441U (zh) 一种以甲醇为燃料的固体氧化物燃料电池发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant