本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種燃料電池。本發(fā)明還涉及一種具有該燃料電池的電動車輛。
背景技術(shù)：
甲醇重整制氫燃料電池目前主要用做固定場所發(fā)電設(shè)備及不間斷電源。由于其啟動與停機(jī)時間較長，調(diào)節(jié)響應(yīng)速度慢，功率跟隨性能軟，無法直接作為主動力源應(yīng)用于新能源汽車。
通過利用甲醇重整制氫燃料電池作為增程發(fā)電設(shè)備與電池或超級電容混合儲能是當(dāng)前解決新能源電動汽車?yán)m(xù)航里程的一種方法?；旌蟽δ芙鉀Q了甲醇重整燃料電池直接應(yīng)用于新能源汽車時調(diào)節(jié)響應(yīng)速度慢，功率跟隨性能軟的缺陷。但是甲醇重整制氫燃料電池啟動與停機(jī)時間長等問題依然存在。本發(fā)明專利通過引入快速啟動和停機(jī)流程與控制實現(xiàn)其性能的極大提升；同時對尾氣加入相應(yīng)的處理方法和流程提升系統(tǒng)的比能量。解決大規(guī)模應(yīng)用時甲醇混合液的配置問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池，該燃料電池可以解決啟動時間較長的問題。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括上述燃料電池的電動車輛。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于電動車輛的燃料電池，包括相互并聯(lián)的甲醇重整制氫電池與超級電容，所述超級電容的輸出端連接有用以對所述甲醇重整制氫電池的重整室進(jìn)行加熱的電磁加熱器，還包括用以向所述重整室釋放熱量的熱交換器。
相對于上述背景技術(shù)，本發(fā)明利用與超級電容相連的電磁加熱器對甲醇重整制氫電池的重整室進(jìn)行加熱，從而能夠快速實現(xiàn)重整室的溫度提升；并且利用熱交換器釋放熱量于重整室，能夠?qū)訒r間由原來的45分鐘提升至5分鐘內(nèi)，有效解決了甲醇重整制氫電池啟動時間較長的問題。
優(yōu)選地，還包括與所述熱交換器連通的熱罐與冷罐，所述熱罐與所述冷罐連通；所述熱交換器分別與所述甲醇重整制氫電池的燃燒室和所述重整室連通；當(dāng)所述燃燒室的熱量經(jīng)過所述熱交換器，所述冷罐內(nèi)的介質(zhì)流經(jīng)所述熱交換器且將所述燃燒室的熱量儲存于所述熱罐。
優(yōu)選地，還包括用以將所述燃燒室的熱量加速吹至所述熱交換器的鼓風(fēng)機(jī)。
優(yōu)選地，還包括用以噴射甲醇混合液的電噴裝置。
優(yōu)選地，所述電噴裝置與所述熱交換器相連，以實現(xiàn)對所述甲醇混合液的加熱氣化。
優(yōu)選地，還包括與所述甲醇重整制氫電池的燃燒室連接用以將水蒸氣冷凝成液體的冷凝器，所述冷凝器與用以配比甲醇混合液的水箱相連。
優(yōu)選地，還包括與所述重整室相連的反應(yīng)堆，所述反應(yīng)堆與所述甲醇重整制氫電池的燃燒室相連，用以將所述反應(yīng)堆的尾氣導(dǎo)入所述燃燒室內(nèi)。
優(yōu)選地，所述重整室與所述燃燒室之間設(shè)置連接通道；所述重整室與反應(yīng)堆之間設(shè)置用以控制所述重整室的反應(yīng)剩余氣通過所述連接通道進(jìn)入所述燃燒室的換向閥。
優(yōu)選地，所述重整室與所述換向閥之間還設(shè)置換熱部件。
本發(fā)明還提供一種電動車輛，包括上述任一項所述的燃料電池。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例所提供的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中：
1-超級電容、2-燃燒室、3-重整室、4-熱罐、5-熱交換器、6-冷罐、7-冷凝器、8-換向閥、9-反應(yīng)堆、10-電路輸出轉(zhuǎn)換電路、11-換熱器、12-第一電噴、13-第二電噴、14-緩存罐、15-過濾器、16-換熱部件、17-鼓風(fēng)機(jī)。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請參考圖1，圖1為本發(fā)明實施例所提供的燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明提供的燃料電池，主要包括相互并聯(lián)的甲醇重整制氫電池與超級電容1，甲醇重整制氫電池包括燃燒室2與重整室3，燃燒室2與重整室3相鄰設(shè)置。
如背景技術(shù)可知，現(xiàn)有技術(shù)中的甲醇重整制氫電池需要將重整室溫度需加熱到合適的溫度，重整反應(yīng)才會穩(wěn)定進(jìn)行；而原有甲醇重整制氫燃料電池采用外接的低壓48V控制蓄電池來加熱，因此功率不能做到很大。
當(dāng)采用本發(fā)明所述的甲醇重整制氫電池與超級電容1并聯(lián)時，甲醇重整制氫電池可以充分利用超級電容1大功率放電特點，將電磁加熱器與超級電容1的輸出端相連，可以實現(xiàn)快速加熱。
除此之外，還利用熱交換器5向重整室3釋放熱量，從而快速加熱甲醇重整制氫燃料電池的重整室3。
當(dāng)然，電磁加熱器最終將熱量傳遞至重整室3，然而電磁加熱器可以加熱燃燒室2，使得燃燒室2所受到的熱量傳遞至重整室3，從而最終實現(xiàn)重整室3的溫度升高。
如說明書附圖1所示，甲醇重整制氫燃料電池接收到啟動指令后，電磁加熱器接通超級電容1，超級電容1具有高電壓(250V-750V)大功率放電的特點，可實現(xiàn)大功率加熱燃燒室2，從而將熱量從燃燒室2傳遞至重整室3；熱交換器5主要將燃燒室2內(nèi)的熱傳遞給燃燒室供甲醇重整反應(yīng)使用，同時為甲醇混合液的汽化提供熱量。
上述熱交換器5可以有多種設(shè)置方式，對于其向重整室3釋放熱量的方式有多種，本文給出以下最優(yōu)實施方式。
熱交換器5連通熱罐4與冷罐6，熱罐4與冷罐6連通；且熱交換器5分別與重整室3和燃燒室2連通。
當(dāng)甲醇重整制氫燃料電池停機(jī)時，打開熱罐4與冷罐6的聯(lián)通閥，冷罐6中的熱介質(zhì)在壓力的作用下流經(jīng)熱交換器5，吸熱并流入熱罐4中。當(dāng)熱罐4氣壓達(dá)到一定壓力時，關(guān)閉聯(lián)通閥。當(dāng)甲醇重整制氫燃料電池啟動時，通過打開聯(lián)通閥，壓縮熱罐4內(nèi)的熱介質(zhì)，熱介質(zhì)流經(jīng)熱交換器5，熱介質(zhì)中的熱量傳導(dǎo)到熱交換器5，快速提高熱交換器5的溫度；同時啟動上述電磁加熱器進(jìn)行加熱，只需幾十秒可將重整室3內(nèi)溫度提升到穩(wěn)定工作狀態(tài)。
通過對于熱罐4的利用，不僅有效地利用了停機(jī)時燃燒室2的多余熱量，而且為啟動時提供了大量的熱量，節(jié)約了熱能，有效提高了啟動速度。
說明書附圖1中的甲醇混合液、過濾器15以及緩存罐14為甲醇重整制氫燃料電池提供穩(wěn)定的燃料供給。甲醇混合液通過熱交換器5加熱氣化。位于熱罐4與熱交換器5之間的第一電磁閥以及位于冷罐6與熱交換器5之間的第二電磁閥可以控制熱罐4與冷罐6的聯(lián)通。
在上述甲醇重整制氫燃料電池停機(jī)過程中，還可以加大鼓風(fēng)機(jī)17的風(fēng)速，使大量反應(yīng)熱量通過熱交換器5，導(dǎo)通冷罐6與熱罐4的通道，壓縮冷罐6內(nèi)介質(zhì)流過熱交換器5，吸收熱量，快速降溫，并將熱量存儲在熱罐內(nèi)，以備下一次啟動使用。
為提升甲醇重整制氫燃料電池的響應(yīng)速度，本發(fā)明還設(shè)置電噴式甲醇用量控制；第一電噴12與第二電噴13可實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)甲醇混合液的用量；當(dāng)燃料電池接收到功率需求時，根據(jù)預(yù)先計算好的甲醇水用量比例，電控噴射與預(yù)設(shè)功率對應(yīng)的甲醇混合液，以此達(dá)到快速調(diào)控內(nèi)部重整制氫量，從而達(dá)到控制電堆功率，如說明書附圖1所示的第一電噴12與第二電噴13。并且電噴裝置與熱交換器5相連，以實現(xiàn)對甲醇混合液的加熱氣化。
具體來說，在甲醇重整制氫燃料電池啟動過程中，通過超級電容1給電磁加熱器供電，快速提升重整室3的溫度，聯(lián)通熱罐4與冷罐6，快速釋放熱罐4中熱量提升熱交換器5的溫度。
然后啟動第一電噴12，將甲醇混合液噴入燃燒室2，同時控制空氣閥將空氣過濾后導(dǎo)入燃燒室2，在燃燒室2內(nèi)通過甲醇與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)釋放熱量，持續(xù)提供熱量，并維持其高溫狀態(tài)。
接著啟動第二電噴13，將甲醇混合液噴入熱交換器5進(jìn)行加熱，使甲醇混合液氣化，并導(dǎo)入重整室3，在重整室3內(nèi)通過催化劑作用實現(xiàn)甲醇重整反應(yīng)，主要包括甲醇分解反應(yīng)，水氣置換反應(yīng)，最終生產(chǎn)出CO2和H2及微量的CO。
甲醇重整制氫燃料電池還包括與重整室3相連的反應(yīng)堆9，且反應(yīng)堆9與燃燒室2相連，用以將反應(yīng)堆9的尾氣導(dǎo)入燃燒室2內(nèi)。重整室3與燃燒室2之間設(shè)置連接通道；重整室3與反應(yīng)堆9之間設(shè)置換向閥8，通過換向閥8能夠控制重整室3的反應(yīng)剩余氣通過連接通道進(jìn)入燃燒室2。
具體來說，通過控制換向閥8(可以設(shè)置為兩位三通閥)將重整室3內(nèi)的氣體導(dǎo)入反應(yīng)堆9。外部的空氣通過過濾器過濾，并由換熱器11得到溫度適宜的空氣后進(jìn)入反應(yīng)堆9中，從而將其引入燃燒室2內(nèi)。在催化劑的作用下H2與O2反應(yīng)產(chǎn)生電能，并通過電路輸出轉(zhuǎn)換電路10轉(zhuǎn)換成車輛所需要的電壓等級。在重整室3與換向閥8之間還設(shè)置換熱部件16。
反應(yīng)堆9反應(yīng)完后的水蒸氣，二氧化碳和沒有反應(yīng)完的氫氣等尾氣，反饋回燃燒室2，將沒有反應(yīng)完的氫氣再進(jìn)行燃燒處理。
而經(jīng)過燃燒室2處理后的尾氣包含水蒸氣與二氧化碳，尾氣通過冷凝器7將水蒸氣冷凝成水，導(dǎo)流入用以配比甲醇混合液的水箱。
通過控制水箱和純甲醇箱各自閥門的開啟與關(guān)閉精確控制純水與純甲醇按比例在甲醇混合液箱中的比例混合，采用車載混合配置甲醇溶液，減少配置甲醇溶液的工作量，同時利用燃料電池反應(yīng)后尾氣中的水蒸氣冷凝提供純凈水，為甲醇重整制氫燃料電池提供了水的循環(huán)利用，減少了溶液的攜帶。
即，甲醇重整制氫燃料電池尾氣主要為CO2和H2O蒸氣，通過冷凝器7將尾氣中的水蒸氣冷凝成水，匯聚到冷凝管，并灌入水箱中；優(yōu)選水箱為車載水箱。甲醇重整制氫燃料電池所需要的甲醇溶液通過車載純甲醇箱與車載水箱中兩種液體通過控制各自的閥門按照固定比例注入甲醇水容器中自動均勻混合，甲醇燃料電池所需甲醇溶液通過泵抽入燃料電池內(nèi)部緩存容器。
本發(fā)明所提供的一種具有燃料電池的電動車輛，包括上述具體實施例所描述的燃料電池；電動車輛的其他部分可以參照現(xiàn)有技術(shù)，本文不再展開。
需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體與另外幾個實體區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。
以上對本發(fā)明所提供的電動車輛及其燃料電池進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。