专利名称：一种为电器或用户提供电力的方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种采用以燃料电池为动力的交通工具为电器或用户提供电力的方法。
背景技术：
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达
阳极反应阴极反应在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
目前，常用的移动式及分散式发电设备，发电输出功率大小及发电原理方式不同，大型的输出功率在数千瓦甚至数十千瓦乃至数百千瓦以上的可移动式及分散式发电设备，例如中、大型柴油发电机；太阳能、风能发电机等。小型的输出功率在数千瓦以下的可移式及分散式发电设备，例如小型柴油发电机；太阳能、风能发电机等。但这些发电设备作为车载或船载移动式及分散式发电设备的应用，有以下明显的缺陷1.柴油发电机有严重的尾气排放，从而造成空气污染；还有严重的噪声污染。而且作为车载或船载发电设备的应用，占据了车、船运载工具的宝贵空间。
2.太阳能、风能发电机等，一方面受自然环境影响很大，例如在阴天、晚上无法进行太阳能发电机工作；没有风的天气无法进行风能发电机的工作。而且作为车载或船载发电设备的应用，占据了车、船运载工具更大、更多的宝贵空间。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种环保性好、可移动、占用空间小的为电器或用户提供电力的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种为电器或用户提供电力的方法，其特征在于，该方法包括采用以燃料电池为动力的运载工具作为发电设备，为电器或用户提供电力供应。
所述的方法还包括采用直流—直流变换装置，或者直流—交流变换装置，或者变频装置，将燃料电池所输出的直流电变换成具体用电电器或用户的特定的电流、电压范围。
所述的以燃料电池为动力的运载工具包括以燃料电池为动力的自行车、摩托车、小轿车、大巴士以及工程车、舰船。
所述的以燃料电池为动力的运载工具可以单独发电，也可以联合发电。
已经发展起来的以燃料电池为动力的运载工具有以燃料电池为动力的自行车、摩托车；以燃料电池为动力的小轿车；以燃料电池为动力的城市大巴士；以燃料电池为动力的工程车，如抢修车；以及以燃料电池为动力的船、舰等。这些以燃料电池为动力的运载工具，燃料电池一般用氢气或燃料重整后的含富态氢混合气为燃料，空气为氧化剂，输出功率随不同运载工具的要求而不同，可以是几十瓦到几百千瓦的电功率。
这些燃料电池动力系统已经根据不同用途的运载工具的要求，在机械工程上对燃料电池动力系统进行合理的设计，使物理尺寸、安装位置等达到不同用途的运载工具的要求。例如燃料电池轿车上的燃料电池动力系统在机械工程与安装位置方面进行合理设计后，基本上可以达到现代内燃发动机轿车的各种性能指标，以及不牺牲轿车有效利用空间，如行李仓等。
本发明就是利用以燃料电池为动力的运载工具，例如以燃料电池为动力的自行车、摩托车；以燃料电池为动力的小轿车；以燃料电池为动力的城市大巴士；以燃料电池为动力的工程车，如抢修车；以及以燃料电池为动力的船、舰，作为移动式及分散式的发电设备或发电站应用。
与现有技术相比，本发明具有以下特点1.利用以燃料电池为动力的运载工具上的燃料电池发电动力系统发电。
2.根据具体用电特定功率的要求，例如用电功率，对以燃料电池为动力的运载工具进行发电，一般来说需求功率在千瓦级以下的选择燃料电池摩托车、自行车进行发电。需求功率在几十千瓦、几百千瓦以上的可以选择一辆或数辆燃料电池轿车、大巴士、工程车进行单独发电或联合发电。
3.根据具体用电的特定电压要求，或用电是交流或直流，频率等。在用电具体地方配置直流—直流(DC/DC)变换装置，或直流—交流(DC/AC)变换装置，或变频装置，可以将燃料电池所输出的直流电变换成具体用电地方特定要求的电流、电压范围。
4.也可以在以燃料电池为动力的运载工具上直接为某些特定用电要求配置变流、逆变的装置。例如，家庭用电一般为220V交流，频率为50～60MHz，在燃料电池为动力的运载工具上必须配置直流—交流逆变装置等。
具体实施例方式
实施例1一种为电器或用户提供电力的方法，该方法包括采用以燃料电池为动力的运载工具作为发电设备，为电器或用户提供电力供应。具体地说，就是采用燃料电池自行车或摩托车分别为野外手提电脑或家用电脑供电。燃料电池自行车中的燃料电池额定工作电压为24V直流，输出功率为0～300W；燃料电池摩托车的额定工作电压为48V直流，输出功率为0～2KW。在手提电脑与自行车燃料电池中间配置一台直流—直流变换器，将自行车中的燃料电池电压变换到手提电脑的直流电源需求电压，此时自行车中的燃料电池稳定输出大约数十瓦为手提电脑供电；在燃料电池摩托车与家用电脑之间配置一台直流—交流逆变装置，将摩托车中的燃料电池的额定工作电压48V逆变成交流220V，频率为50～60MHz，此时摩托车中的燃料电池稳定输出大约数百瓦为家用电脑供电。
实施例2一种为电器或用户提供电力的方法，该方法包括采用以燃料电池为动力的运载工具作为发电设备，为电器或用户提供电力供应。具体地说，就是采用燃料电池中巴或大巴为卫星通讯设备供电。卫星通讯设备可以安装在燃料电池中巴或大巴上。卫星通讯设备的需求功率大约在十千瓦以下，燃料电池中巴或大巴中的燃料电池额定工作电压为312V直流。在卫星通讯设备与中巴或大巴中的燃料电池之间配置相应的直流—直流及直流—交流变换装置，使燃料电池稳定输出大约数千瓦为卫星通讯设备供电。
实施例3一种为电器或用户提供电力的方法，该方法包括采用以燃料电池为动力的运载工具作为发电设备，为电器或用户提供电力供应。具体地说，就是采用数辆燃料电池轿车或大巴为居民用户供电，居民用户一般为220V，交流50～60MHz，燃料电池供电原理与实施例2相同。
权利要求
1.一种为电器或用户提供电力的方法，其特征在于，该方法包括采用以燃料电池为动力的运载工具作为发电设备，为电器或用户提供电力供应。
2.根据权利要求1所述的一种为电器或用户提供电力的方法，其特征在于，所述的方法还包括采用直流一直流变换装置，或者直流一交流变换装置，或者变频装置，将燃料电池所输出的直流电变换成具体用电电器或用户的特定的电流、电压范围。
3.根据权利要求1所述的一种为电器或用户提供电力的方法，其特征在于，所述的以燃料电池为动力的运载工具包括以燃料电池为动力的自行车、摩托车、小轿车、大巴士以及工程车、舰船。
4.根据权利要求1或3所述的一种为电器或用户提供电力的方法，其特征在于，所述的以燃料电池为动力的运载工具可以单独发电，也可以联合发电。
全文摘要
本发明涉及一种为电器或用户提供电力的方法，该方法包括采用以燃料电池为动力的运载工具作为发电设备，为电器或用户提供电力供应。与现有技术相比，本发明开创了一种新的供电形式，具有环保性好、可移动、占用空间小等特点。
文档编号H02M3/02GK1635686SQ20031012291
公开日2005年7月6日 申请日期2003年12月29日 优先权日2003年12月29日
发明者胡里清 申请人:上海神力科技有限公司