一种混合燃料电池动力系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合燃料电池动力系统，包括质子交换膜燃料电池系统、固体氧化物燃料电池系统及蓄电池；所述蓄电池的电能输出端连通至用电装置及所述质子交换膜燃料电池系统；所述质子交换膜燃料电池系统的电能输出端连通至用电装置及所述固体氧化物燃料电池系统，所述固体氧化物燃料电池系统的电能输出端均连通至用电装置及所述蓄电池。该发明可应用于火车、轮船、飞机等大型用电机器的持续供电，其应用于火车时不需铺设专门的铁路电网，只需在停靠站点加氢气和天然气，极大地降低了成本，雨天也没有漏电的风险，能量利用效率可达40％以上，并且排出气体只含二氧化碳和水蒸气，对环境几乎没有污染。
【专利说明】—种混合燃料电池动力系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池，特别涉及一种混合燃料电池动力系统。
【背景技术】
[0002]现在大功率动力系统主要由电动或柴油驱动，大功率电动系统应用在火车上时需要铺设专门的铁路电网，成本高昂，并且在暴雨天，为防止触电可能出现停驶；大功率燃油动力系统现在主要应用于火车、飞机和轮船，虽然其通过内燃机做功和发电，但其能量利用率只有20%?30%，并且排出气体中含有未燃烧充分的小颗粒，硫化物和氮氧化物等，对空气有一定的污染。
[0003]而现有的燃料电池或蓄电池的单独供电能力均不能满足上述设备对于大功率动力系统的需求，因此，需要寻求一种能够避免柴油使用及电网铺设，且又具有足够功率的自给供电能力的动力系统，成为燃料电池研发领域需要重点解决的问题。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种混合燃料电池动力系统，以满足大功率且长时间工作的设备，比如大型轮船、火车、飞机等对发电系统的高效需求。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]一种混合燃料电池动力系统，包括质子交换膜燃料电池系统、固体氧化物燃料电池系统及蓄电池；
[0007]所述蓄电池的电能输出端连通至用电装置及所述质子交换膜燃料电池系统；所述质子交换膜燃料电池系统的电能输出端连通至用电装置及所述固体氧化物燃料电池系统，所述固体氧化物燃料电池系统的电能输出端均连通至用电装置及所述蓄电池，即所述蓄电池供电给用电装置的同时供电给所述质子交换膜燃料电池系统运行，所述质子交换膜燃料电池系统运行并供电给用电装置的同时供电给所述固体氧化物燃料电池系统运行，至所述固体氧化物燃料电池系统运行并供电给用电装置时同时供电给蓄电池蓄电，蓄电池停止供电；
[0008]其中，所述质子交换膜燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池堆、空气供给系统及氢气供给系统，所述空气供给系统及氢气供给系统均通过管路连通至所述质子交换膜燃料电池堆；
[0009]其中，所述固体氧化物燃料电池系统包括固体氧化物燃料电池堆、空气供给系统及燃料气供给系统，所述空气供给系统及燃料气供给系统均通过管路连通至所述固体氧化物燃料电池堆；
[0010]所述质子交换膜燃料电池堆及固体氧化物燃料电池堆均设置有尾气排放管道。
[0011]其中，所述空气供给系统通过空气纯化系统连通至所述质子交换膜燃料电池堆，所述氢气供给系统通过氢气脱硫系统连通至所述质子交换膜燃料电池堆。
[0012]其中，所述空气供给系统通过空气加热系统连通至所述固体氧化物燃料电池堆，所述燃料气供给系统通过燃料气加热系统及燃料气重整系统连通至所述固体氧化物燃料电池堆。
[0013]其中，所述空气加热系统、燃料气加热系统及燃料气重整系统的热源通过管路来自于所述固体氧化物燃料电池堆。
[0014]其中，所述空气加热系统及燃料气重整系统的热源通过管路来自于所述固体氧化物燃料电池堆，所述燃料气加热系统的热源通过管路来自于所述空气加热系统及燃料气重整系统，通过热能自给以提高混合燃料电池动力系统的整体运行效率。
[0015]通过上述技术方案，本发明提供的一种混合燃料电池动力系统，其具有如下优占-
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[0016]①不需铺设专门的铁路电网，只需在停靠站点加氢气和天然气，极大地降低了成本。并且雨天也没有漏电的风险；
[0017]②能量利用效率可达40%以上，可以极大地提高能源利用率，并且排出气体只含二氧化碳和水蒸气，对环境几乎没有污染；
[0018]③该动力系统通过电化学反应的方式将化学能转化为电能，不经过机械传动作用，不产生大量噪声。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0020]图1为本发明实施例所公开的一种混合燃料电池动力系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]参考图1，本发明提供的混合燃料电池动力系统，包括质子交换膜燃料电池(以下简称PEMFC)系统、固体氧化物燃料电池(以下简称S0FC)系统及蓄电池；
[0023]蓄电池的电能输出端连通至用电装置及PEMFC系统；PEMFC系统的电能输出端连通至用电装置及SOFC系统，SOFC系统的电能输出端均连通至用电装置及蓄电池，即蓄电池供电给用电装置的同时供电给PEMFC系统运行，PEMFC系统运行并供电给用电装置的同时供电给SOFC系统运行，至SOFC系统运行并供电给用电装置时同时供电给蓄电池蓄电，蓄电池停止供电；
[0024]其中，PEMFC系统包括PEMFC电池堆、空气供给系统及氢气供给系统，空气供给系统及氢气供给系统均通过管路连通至PEMFC电池堆；
[0025]其中，SOFC系统包括SOFC电池堆、空气供给系统及燃料气供给系统，空气供给系统及燃料气供给系统均通过管路连通至SOFC电池堆；
[0026]PEMFC电池堆及SOFC电池堆均设置有尾气排放管道。
[0027]其中，空气供给系统通过空气纯化系统连通至PEMFC电池堆，氢气供给系统通过氢气脱硫系统连通至PEMFC电池堆。
[0028]其中，空气供给系统通过空气加热系统连通至SOFC电池堆，燃料气供给系统通过燃料气加热系统及燃料气重整系统连通至SOFC电池堆，燃料气重整方式不限，水蒸气重整、部分氧化重整均可。
[0029]其中，空气加热系统、燃料气加热系统及燃料气重整系统的热源通过管路来自于SOFC电池堆。
[0030]其中，空气加热系统及燃料气重整系统的热源通过管路来自于SOFC电池堆，燃料气加热系统的热源通过管路来自于空气加热系统及燃料气重整系统，通过热能自给以提高混合燃料电池动力系统的整体运行效率，且无需设置额外的热能供给系统，简化了设备整体结构。
[0031]本发明的基本原理为:
[0032]PEMFC系统包括PEMFC电池堆、氢气/空气供给系统、空气纯化系统、氢气脱硫系统；S0FC系统包括SOFC电池堆、燃料气/空气供给系统、SOFC电池堆加热系统、燃料气/空气加热系统、燃料气重整系统等；
[0033]本发明设计的PEMFC+S0FC+蓄电池的复合供电动力系统，在系统启动阶段由蓄电池供给外部能量同时供给PEMFC系统的运行，打开PEMFC系统的氢气和空气供给系统，使PEMFC系统正常工作，PEMFC系统工作后持续给外部提供电力，并且开始加热SOFC系统的电池堆，加热至SOFC系统的正常工作温度，至SOFC系统可正常运行，输出电能，此时蓄电池停止输电转为蓄电，以此复合动力系统实现对大功率设备的电能持续供应。
[0034]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种混合燃料电池动力系统，其特征在于，包括质子交换膜燃料电池系统、固体氧化物燃料电池系统及蓄电池； 所述蓄电池的电能输出端连通至用电装置及所述质子交换膜燃料电池系统；所述质子交换膜燃料电池系统的电能输出端连通至用电装置及所述固体氧化物燃料电池系统，所述固体氧化物燃料电池系统的电能输出端均连通至用电装置及所述蓄电池； 其中，所述质子交换膜燃料电池系统包括质子交换膜燃料电池堆、空气供给系统及氢气供给系统，所述空气供给系统及氢气供给系统均通过管路连通至所述质子交换膜燃料电池堆； 其中，所述固体氧化物燃料电池系统包括固体氧化物燃料电池堆、空气供给系统及燃料气供给系统，所述空气供给系统及燃料气供给系统均通过管路连通至所述固体氧化物燃料电池堆； 所述质子交换膜燃料电池堆及固体氧化物燃料电池堆均设置有尾气排放管道。
2.根据权利要求1所述的一种混合燃料电池动力系统，其特征在于，所述空气供给系统通过空气纯化系统连通至所述质子交换膜燃料电池堆，所述氢气供给系统通过氢气脱硫系统连通至所述质子交换膜燃料电池堆。
3.根据权利要求1所述的一种混合燃料电池动力系统，其特征在于，所述空气供给系统通过空气加热系统连通至所述固体氧化物燃料电池堆，所述燃料气供给系统通过燃料气加热系统及燃料气重整系统连通至所述固体氧化物燃料电池堆。
4.根据权利要求3所述的一种混合燃料电池动力系统，其特征在于，所述空气加热系统、燃料气加热系统及燃料气重整系统的热源通过管路来自于所述固体氧化物燃料电池堆。
5.根据权利要求4所述的一种混合燃料电池动力系统，其特征在于，所述空气加热系统及燃料气重整系统的热源通过管路来自于所述固体氧化物燃料电池堆，所述燃料气加热系统的热源通过管路来自于所述空气加热系统及燃料气重整系统。
【文档编号】H01M8/00GK104386071SQ201410340141
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】秦江阳, 韩敏芳, 张秀成, 孙再洪, 程凌志, 钱锦, 尹国木 申请人:苏州华清京昆新能源科技有限公司