專利名稱：具有充電單元的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有充電單元的燃料電池，更具體地涉及一種能夠利用夜間驅(qū)動形成的多余電力給電動機(jī)充電的具有充電單元的燃料電池。
背景技術(shù)：
建筑物中使用的電能是由水電廠或熱電廠產(chǎn)生的。由電廠產(chǎn)生的電能通過電力傳輸線供應(yīng)到各地區(qū)的建筑物或家庭中。然后，所供應(yīng)的電能用于使電視機(jī)、熒光燈、電冰箱、空調(diào)等得以運(yùn)行。
然而，為了從電廠獲得電能，電廠必須燒油或燒煤來產(chǎn)生熱能。然后，熱能必須被轉(zhuǎn)換為電能，從而降低了發(fā)電效率。另外，在通過電力傳輸線將電廠產(chǎn)生的電能傳輸?shù)礁鹘ㄖ飼r，會產(chǎn)生電力損耗，從而導(dǎo)致低能量效率。也就是說，消耗了大量燃料能量來獲得將用于各建筑物中的電能。由于消耗了諸如油、煤等燃料能量，會產(chǎn)生污染物，從而導(dǎo)致環(huán)境污染。
因此，正在開發(fā)一種用于以生態(tài)友好的方式產(chǎn)生電能的具有卓越能量效率的燃料電池。燃料電池通過從外部供應(yīng)的燃料與空氣之間的電化學(xué)反應(yīng)，利用燃料的化學(xué)能直接產(chǎn)生電能。
圖1為示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池的示意圖。
如圖所示，現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)包括燃料供應(yīng)單元10，用于供應(yīng)一定量的燃料；重整器20，用于通過從燃料供應(yīng)單元10接收燃料來產(chǎn)生包含氫的含氫氣體和熱量；堆單元30，用于通過從重整器20產(chǎn)生的氫與另外供應(yīng)的氧之間的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電力和熱量；以及電源轉(zhuǎn)換器(powerconverter)40，用于轉(zhuǎn)換從堆單元30產(chǎn)生的電力。
重整器20包括脫硫反應(yīng)器(DS)21，用于利用水和空氣去除由燃料供應(yīng)單元10供應(yīng)的燃料中所含的硫；蒸汽重整器(SR)22，用于使燃料與蒸汽發(fā)生反應(yīng)；高溫蒸汽反應(yīng)器(HTSR)23，用于使一氧化碳與蒸汽發(fā)生反應(yīng)；低溫蒸汽反應(yīng)器(LTSR)24，用于將一氧化碳轉(zhuǎn)換為二氧化碳；部分氧化反應(yīng)器(PRO)25，用于將尚未被氧化的一氧化碳轉(zhuǎn)換為二氧化碳；反應(yīng)爐26，用于通過重整過程和氫提純過程從燃料中產(chǎn)生氫；以及燃燒器27，其與反應(yīng)爐26相接觸，用于向反應(yīng)爐26供熱。
多個單元電池相互堆疊從而形成堆單元30，每個單元電池由陽極31、電解質(zhì)32和陰極33構(gòu)成。在堆單元30的一側(cè)安裝有電源轉(zhuǎn)換器40，用于將由堆單元30產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為家庭使用的交流電。
在用于將從重整器產(chǎn)生的含氫氣體供應(yīng)到堆單元30的供應(yīng)管線34中安裝有濃度檢測傳感器50，用于檢測含氫氣體中包含的一氧化碳的濃度。
尚未說明的附圖標(biāo)號11和13表示壓縮機(jī)，附圖標(biāo)號12表示空氣供應(yīng)單元。
現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池的工作說明如下。
首先，由燃料供應(yīng)單元10向重整器20供應(yīng)燃料例如甲醇、液化天然氣(LNG)、汽油等。然后，在重整器20中進(jìn)行蒸汽重整過程和部分氧化過程，從而產(chǎn)生包含氫的含氫氣體、反應(yīng)熱和水。
在已經(jīng)供應(yīng)了含氫氣體的堆單元30中，向陽極31供應(yīng)氫，從而通過電化學(xué)氧化過程氫被氧化為H+和e-。通過電解質(zhì)32向陰極33供應(yīng)電離的氫，電子移動通過陽極31，從而產(chǎn)生電力、熱量和水。從堆單元30產(chǎn)生的電力被電源轉(zhuǎn)換器40轉(zhuǎn)換，從而用以運(yùn)行電器。
然而，現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池存在如下問題。由于諸如電冰箱等電器必須24小時持續(xù)供電，所以持續(xù)驅(qū)動燃料電池，從而無論電器的數(shù)量如何而提供相同的電能。但是，由于夜晚使用的電器數(shù)量會減少，所以當(dāng)在夜間向電器供給與白天相同的電能時，燃料會被浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有充電單元的燃料電池，其能夠利用夜間驅(qū)動形成的多余電力給電動機(jī)充電。
為獲得這些以及其它優(yōu)點(diǎn)，并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體實施和廣泛描述的，本發(fā)明提供一種具有充電單元的燃料電池，包括燃料供應(yīng)單元，用于供應(yīng)燃料；重整器，用于通過從該燃料供應(yīng)單元接收燃料來產(chǎn)生包含氫的含氫氣體；堆單元，通過由該重整器產(chǎn)生的氫與另外供應(yīng)的氧之間的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電力和熱量；電源轉(zhuǎn)換器，其安裝在該堆單元的一側(cè)，用于轉(zhuǎn)換由該堆單元產(chǎn)生的電流；以及充電單元，其安裝在該電源轉(zhuǎn)換器的一側(cè)，用于給電器充電。
通過以下結(jié)合附圖對于本發(fā)明的具體描述，本發(fā)明的前述以及其它目的、特征、方案和優(yōu)點(diǎn)將更為明顯。


附圖包含在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分，用以提供對于本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖示出本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋發(fā)明原理。
在附圖中圖1為示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有充電單元的燃料電池的示意圖；以及圖3為示出圖2中充電單元結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式
詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例示出于附圖中。
下面將更詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的具有充電單元的燃料電池。
圖2為示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有充電單元的燃料電池的示意圖，圖3為示出圖2中充電單元結(jié)構(gòu)的示意圖。
如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的具有充電單元60的燃料電池包括燃料供應(yīng)單元10，用于供應(yīng)燃料；重整器20，用于通過從燃料供應(yīng)單元10接收燃料來產(chǎn)生包含氫的含氫氣體；堆單元30，用于通過由重整器20產(chǎn)生的氫與另外供應(yīng)的氧之間的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電力和熱量；電源轉(zhuǎn)換器40，其安裝在堆單元30的一側(cè)，用于轉(zhuǎn)換由堆單元30產(chǎn)生的電流；以及充電單元60，其安裝在電源轉(zhuǎn)換器40的一側(cè)，用于給電器充電。
重整器20包括脫硫反應(yīng)器(DS)21，用于利用水和空氣去除從燃料供應(yīng)單元10供應(yīng)的燃料中所含的硫；蒸汽重整器(SR)22，用于使燃料與蒸汽發(fā)生反應(yīng)；高溫蒸汽反應(yīng)器(HTSR)23，用于使一氧化碳與蒸汽發(fā)生反應(yīng)；低溫蒸汽反應(yīng)器(LTSR)24，用于將一氧化碳轉(zhuǎn)換為二氧化碳；部分氧化反應(yīng)器(PRO)25，用于將尚未被氧化的一氧化碳轉(zhuǎn)換為二氧化碳；反應(yīng)爐26，用于通過重整過程和氫提純過程從燃料中產(chǎn)生氫；以及燃燒器27，其與反應(yīng)爐26相接觸，用于向反應(yīng)爐26供熱。
多個單元電池相互堆疊從而形成堆單元30，每個單元電池由陽極31、電解質(zhì)32和陰極33構(gòu)成。在堆單元30的一側(cè)安裝有電源轉(zhuǎn)換器40，用于將由堆單元30產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為家庭使用的交流電。
在用于將由重整器20產(chǎn)生的含氫氣體供應(yīng)到堆單元30的供應(yīng)管線34中安裝有濃度檢測傳感器50，用于檢測含氫氣體中包含的一氧化碳的濃度。
充電單元60包括開關(guān)模式電源(SMPS)61，其與電源轉(zhuǎn)換器相連接，用于根據(jù)各個電器來轉(zhuǎn)換電流；雙極放大器(BOP)62，其與SMPS 61相連接，用于放大由SMPS 61所轉(zhuǎn)換的電流；以及引線63，其與雙極放大器(BOP)62相連接，用于給各個電器充電。
SMPS 61是模塊型電源裝置，用于將從外部供應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換為與計算機(jī)、彩色電視機(jī)、錄像機(jī)(VCR)、交換器、無線通信裝置等相應(yīng)的電流。SMPS61利用半導(dǎo)體開關(guān)特性控制高頻而不是商用周波，并且減弱了沖擊。
SMPS根據(jù)各電路和各輸入/輸出功率而分為幾種類型。近來，諧振電路是最常用的，并且，用于將110V或220V交流電(AC)轉(zhuǎn)換為5V～48V直流電(DC)的AC/DC轉(zhuǎn)換器以及用于將5V～48V直流電轉(zhuǎn)換為3.3V～48V直流電的DC/DC轉(zhuǎn)換器也是最常用的。
首先，由燃料供應(yīng)單元10向重整器20供應(yīng)諸如甲醇、液化天然氣、汽油等燃料和水。然后，在重整器20中進(jìn)行蒸汽重整過程和部分氧化過程，從而產(chǎn)生包含氫的含氫氣體、反應(yīng)熱和水。
在已經(jīng)供應(yīng)了含氫氣體的堆單元30中，向陽極31供應(yīng)氫，從而通過電化學(xué)氧化過程氫被氧化為H+和e-。通過電解質(zhì)32向陰極33供應(yīng)電離的氫，電子移動通過陽極31，從而產(chǎn)生電、熱量和水。
由堆單元30產(chǎn)生的電力被電源轉(zhuǎn)換器40轉(zhuǎn)換，從而用以運(yùn)行電器。由于在夜晚使用的電器數(shù)量減少，所以用夜間驅(qū)動期間產(chǎn)生的多余電力對電動機(jī)以及其它裝置進(jìn)行充電。因此，該燃料電池的能量效率得以提高。
由于本發(fā)明可以具體實施為多種形式而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征，因此應(yīng)當(dāng)理解除非另有規(guī)定，上述實施例不受限于任何前述細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求書所限定的精神和范圍內(nèi)被廣泛地解釋；因此，落入權(quán)利要求書的界限或其等效范圍內(nèi)的全部變化和修改都應(yīng)被隨附權(quán)利要求書所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種具有充電單元的燃料電池，包括燃料供應(yīng)單元，用于供應(yīng)燃料；重整器，用于通過從該燃料供應(yīng)單元接收燃料來產(chǎn)生包含氫的含氫氣體；堆單元，通過由該重整器產(chǎn)生的氫與另外供應(yīng)的氧之間的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電力和熱量；電源轉(zhuǎn)換器，其安裝在該堆單元的一側(cè)，用于轉(zhuǎn)換由該堆單元產(chǎn)生的電流；以及充電單元，其安裝在該電源轉(zhuǎn)換器的一側(cè)，用于給電器充電。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其中該充電單元包括開關(guān)模式電源，其與該電源轉(zhuǎn)換器相連接，用于根據(jù)各個電器來轉(zhuǎn)換電流；雙極放大器，其與該開關(guān)模式電源相連接，用于放大該開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換后的電流；以及引線，其與該雙極放大器相連接，用于給各個電器充電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有充電單元的燃料電池，包括燃料供應(yīng)單元，用于供應(yīng)燃料；重整器，用于通過從該燃料供應(yīng)單元接收燃料來產(chǎn)生包含氫的含氫氣體；堆單元，通過由該重整器產(chǎn)生的氫與另外供應(yīng)的氧之間的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電力和熱量；電源轉(zhuǎn)換器，其安裝在該堆單元的一側(cè)，用于轉(zhuǎn)換由該堆單元產(chǎn)生的電流；以及充電單元，其安裝在該電源轉(zhuǎn)換器的一側(cè)，用于給電器充電。該燃料電池能夠利用夜間驅(qū)動期間產(chǎn)生的多余電力對電動機(jī)進(jìn)行充電，因而能量效率得以提高。
文檔編號H01M10/44GK1921201SQ20061012138
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月22日
發(fā)明者金起東, 柳成南 申請人:Lg電子株式會社, Lg化學(xué)株式會社