CN116470095B - 一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电及热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电系统，包括甲醇储液罐、燃烧室、重整室、燃料电池电堆、储能电池；甲醇储液罐通过输气管分别连接燃烧室与重整室，为其提供甲醇，燃烧室一侧安装第一风机，另一侧安装重整室；燃料电池电堆阳极通过输气管连接重整室，燃料电池电堆阴极一侧安装第二风机；燃料电池电堆还与DCDC电路电连接。该发明所采用散热换热一体装置，通过实时控制水泵和风扇，既保障车内温度达到舒适水平，又能保障燃料电池系统工作在最佳状态，同时提供了能量利用率和降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及氢能与燃料电池技术领域，特别是涉及一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电及热管理系统。
背景技术
全球能源转型、汽车转型共同聚焦于低碳化、绿色化，在国家提出“碳达峰 碳中和”指标后，氢能是实现低碳能源转型的重要支撑。燃料电池具有效率高、无碳排放、零污染、应用范围广泛等优点，越来越多的国家把氢能作为更重要的未来替代性能源，制定氢能源、氢产业、氢经济、氢社会发展的时间表和路线图。我们离氢的全面应用越来越近。为房车使人们在远离都市、体验大自然的美景时，也能享受“家”一样的方便。房车车载电器使用的电源，一是来自汽车蓄电池/锂电池，二是备用电源，备用电源主要有铅酸蓄电池、锂电池、燃油发电机或燃气发电机几种。铅酸蓄电池使用寿命短，几年就要更换，废旧设备回收会污染环境；燃油发电机噪音大，尤其是夜晚休息时会破坏安静的睡眠环境，降低睡眠质量，燃料燃烧产生的废气也会污染旅游环境；燃气发电机同样存在噪音问题，而且设备排气系统温度较高，使用的燃料易燃易爆，对不太专业的使用者存在安全隐患。我们设计以燃料电池发电为房车提供生活动力将解决上述问题，为人们旅游出行带来方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固态合金储氢装置及其充放氢方法，为解决纯电房车采用铅酸电池或锂电池使用时间短，需定时充电、充电时间长的缺点，同时为解决燃油发电装置的空气污染和噪声污染的问题。
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供本如下技术方案：
本发明提供一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电系统，包括甲醇储液罐、燃烧室、重整室、燃料电池电堆、储能电池；
甲醇储液罐通过输气管分别连接燃烧室与重整室，为其提供甲醇，燃烧室一侧安装第一风机，另一侧安装重整室；
燃料电池电堆阳极通过输气管连接重整室，燃料电池电堆阴极一侧安装第二风机；
燃料电池电堆还与DCDC电路电连接。
更进一步，所述燃烧室采用甲醇催化燃烧，催化燃烧催化剂采用圆柱形蜂窝状陶瓷载体，使用Pd、Pt、Rh组成催化活性剂，使用碱金属和稀土金属作为助剂。
更进一步，甲醇重整室设计了方形结构，甲醇重整室内换热部分采用蛇形流道，将燃烧室内热量最大限度的提供给重整室。
更进一步，燃料电池电堆交换膜采用高温质子交换膜，燃料电池电堆的阳极采用氢气作为燃料，通过第二风机为燃料电池电堆的阴极供氧。
更进一步，通过DCDC将燃料电池电堆输出的宽范围的电压变换为储能电池的额定电压，用于给储能电池充电和对外部供电。
更进一步，通过DCAC将储能电池和燃料电池的电能给车内220V交流用电器供应220V交流电，也可通过储能电池和燃料电池的电能直接给车载直流用电器供应电能。
更进一步，还包括有散热换热一体机和热交换器，所述燃料电池电堆通过管路连接散热换热一体机，并通过第一水泵实现水循环，所述散热换热一体机一侧安装有风扇，通过第一水泵将流过燃料电池电堆中的冷却液循环至散热换热一体机，通过控制第一水泵和风扇的转速来保障电堆工作在合理的温度范围内。
更进一步，通过第一水泵将流过燃料电池电堆中的冷却液循环至散热换热一体机，通过控制第一水泵和风扇的转速来保障电堆工作在合理的温度范围内，通过控制第二水泵和风扇的转速来给车内暖风系统供应一定的热量，确保放车内温度舒适；
更进一步，还包括热交换器，所述热交换器通过排气管路连接燃烧室与燃料电池电堆，并通过第三水泵控制交换器水循环速度。
更进一步，供电步骤如下
步骤1：甲醇储液罐为燃烧室提供燃料，通过在燃烧室使用甲醇催化燃烧的方式将重整室的温度提升至甲醇重整制氢所需的温度，同时通过第一风机为燃烧室供氧；
步骤2：重整室温度达到预设温度后，甲醇储液罐为重整室提供原料，此时通过重整室制取氢气；
步骤3：将重整室制取的氢气通过管路输入燃料电池电堆阳极，为其提供燃料，同时，由第二风机给电堆的阴极提供氧气；燃料电池电堆在氢气和氧气供应充足的情况下开始发电，同时通过DCDC将电堆输出的宽范围的电压变换为储能电池的额定电压，为储能电池充电和外部设备供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该系统所采用的高温氢燃料电池系统，其中电堆采用耐高温质子交换膜，对甲醇重整器制氢中含有的少量CO不敏感，因此不需要氢气提纯装置，降低了甲醇燃料电池系统的成本；该发明使用的甲醇重整器利用无火焰的催化燃烧技术提供热量，该热量通过蛇形流道进行换热给重整器内部；该发明所使用的燃料电池与锂电池混动控制方案，通过用电波峰波谷的调控，使整个系统能够在最佳工作状态，并降低能耗；该发明所采用甲醇重整制氢高温氢燃料电池尾排废热给洗漱和淋浴用水加热系统，节约用电，提高系统的能量利用率；该发明所采用散热换热一体装置，通过实时控制水泵和风扇，既保障车内温度达到舒适水平，又能保障燃料电池系统工作在最佳状态，同时提供了能量利用率和降低能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明供电及热管理系统系统图。
图2为本发明甲醇重整器结构图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电系统，包括甲醇储液罐、燃烧室、重整室、燃料电池电堆、储能电池；
甲醇储液罐通过输气管分别连接燃烧室与重整室，为其提供甲醇，燃烧室一侧安装第一风机，另一侧安装重整室；
燃料电池电堆阳极通过输气管连接重整室，燃料电池电堆阴极一侧安装第二风机；
燃料电池电堆还与DCDC电路电连接。
所述燃烧室采用甲醇催化燃烧，催化燃烧催化剂采用圆柱形蜂窝状陶瓷载体，使用Pd、Pt、Rh组成催化活性剂，使用碱金属和稀土金属作为助剂。
甲醇重整室设计了方形结构，甲醇重整室内换热部分采用蛇形流道，将燃烧室内热量最大限度的提供给重整室。
燃料电池电堆交换膜采用高温质子交换膜，燃料电池电堆的阳极采用氢气作为燃料，通过第二风机为燃料电池电堆的阴极供氧。
通过DCDC将燃料电池电堆输出的宽范围的电压变换为储能电池的额定电压，用于给储能电池充电和对外部供电。
通过DCAC将储能电池和燃料电池的电能给车内220V交流用电器供应220V交流电，也可通过储能电池和燃料电池的电能直接给车载直流用电器供应电能。
还包括有散热换热一体机和热交换器，所述燃料电池电堆通过管路连接散热换热一体机，并通过第一水泵实现水循环，所述散热换热一体机一侧安装有风扇，通过第一水泵将流过燃料电池电堆中的冷却液循环至散热换热一体机，通过控制第一水泵和风扇的转速来保障电堆工作在合理的温度范围内。
通过第一水泵将流过燃料电池电堆中的冷却液循环至散热换热一体机，通过控制第一水泵和风扇的转速来保障电堆工作在合理的温度范围内，通过控制第二水泵和风扇的转速来给车内暖风系统供应一定的热量，确保放车内温度舒适；
还包括热交换器，所述热交换器通过排气管路连接燃烧室与燃料电池电堆，并通过第三水泵控制交换器水循环速度。
燃料电池电堆发电过程将产生一定的热量，通过第一水泵将流过电堆中的冷却液循环到散热换热一体机，通过控制第一水泵和风扇的转速来保障电堆工作在合理的温度范围内，通过控制第二水泵和风扇的转速来给车内暖风系统供应一定的热量，确保放车内温度舒适；
通过热交换器和第三水泵给淋浴和洗漱用水加热，通过控制第三水泵的转速可以确保淋浴和洗漱用水的温度在适宜的范围内。
供电步骤如下
步骤1：甲醇储液罐为燃烧室提供燃料，通过在燃烧室使用甲醇催化燃烧的方式将重整室的温度提升至甲醇重整制氢所需的温度，同时通过第一风机为燃烧室供氧；
步骤2：重整室温度达到预设温度后，甲醇储液罐为重整室提供原料，此时通过重整室制取氢气；
步骤3：将重整室制取的氢气通过管路输入燃料电池电堆阳极，为其提供燃料，同时，由第二风机给电堆的阴极提供氧气；燃料电池电堆在氢气和氧气供应充足的情况下开始发电，同时通过DCDC将电堆输出的宽范围的电压变换为储能电池的额定电压，为储能电池充电和外部设备供电
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电及热管理系统，其特征在于：包括甲醇储液罐、燃烧室、重整室、燃料电池电堆、储能电池；
甲醇储液罐通过输气管分别连接燃烧室与重整室，提供甲醇，燃烧室一侧安装第一风机，另一侧安装重整室；
燃料电池电堆阳极通过输气管连接重整室，燃料电池电堆阴极一侧安装第二风机；
燃料电池电堆还与DCDC电路电连接；
甲醇重整室设计了方形结构，甲醇重整室内换热部分采用蛇形流道，将燃烧室内热量最大限度的提供给重整室；
上述供电及热管理系统的供电步骤如下：
步骤1：甲醇储液罐为燃烧室提供燃料，通过在燃烧室使用甲醇催化燃烧的方式将重整室的温度提升至甲醇重整制氢所需的温度，同时通过第一风机为燃烧室供氧；
步骤2：重整室温度达到预设温度后，甲醇储液罐为重整室提供原料，此时通过重整室制取氢气；
步骤3：将重整室制取的氢气通过管路输入燃料电池电堆阳极，为其提供燃料，同时，由第二风机给电堆的阴极提供氧气；燃料电池电堆在氢气和氧气供应充足的情况下开始发电，同时通过DCDC将电堆输出的宽范围的电压变换为储能电池的额定电压，为储能电池充电和外部设备供电；
还包括有散热换热一体机和热交换器，所述燃料电池电堆通过管路连接散热换热一体机，并通过第一水泵实现水循环，所述散热换热一体机一侧安装有风扇，通过第一水泵将流过燃料电池电堆中的冷却液循环至散热换热一体机，通过控制第一水泵和风扇的转速来保障电堆工作在合理的温度范围内；
上述供电及热管理系统的热管理方法如下：
通过第一水泵将流过燃料电池电堆中的冷却液循环至散热换热一体机，通过控制第一水泵和风扇的转速来保障电堆工作在合理的温度范围内，通过控制第二水泵和风扇的转速来给车内暖风系统供应一定的热量，确保放车内温度舒适；
通过热交换器和水泵给淋浴和洗漱用水加热，通过控制水泵的转速确保淋浴和洗漱用水的温度在适宜的范围内。
2.根据权利要求1所述的一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电及热管理系统，其特征在于：所述燃烧室采用甲醇催化燃烧，催化燃烧催化剂采用圆柱形蜂窝状陶瓷载体，使用Pd、Pt、Rh组成催化活性剂，使用碱金属和稀土金属作为助剂。
3.根据权利要求1所述的一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电及热管理系统，其特征在于：燃料电池电堆交换膜采用高温质子交换膜，燃料电池电堆的阳极采用氢气作为燃料，通过第二风机为燃料电池电堆的阴极供氧。
4.根据权利要求1所述的一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电及热管理系统，其特征在于：通过DCAC将储能电池和燃料电池的电能给车内220V交流用电器供应220V交流电，或通过储能电池和燃料电池的电能直接给车载直流用电器供应电能。
5.根据权利要求1所述的一种房车用甲醇重整氢燃料电池供电及热管理系统，其特征在于：所述热交换器通过排气管路连接燃烧室与燃料电池电堆，并通过第三水泵控制交换器水循环速度。
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