CN107317044B - 一种固体氧化物燃料电池电动汽车增程器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固体氧化物燃料电池电动汽车增程器，包括控制器、鼓风机、储水罐、燃料储存罐、空气流量控制阀、燃料流量控制阀、燃气流量控制阀、水泵、冷凝器、水蒸气汽化器、重整器、换热器、燃烧室、固体氧化物燃料电池堆和温度检测单元；该增程器通过固体氧化物燃料电池发电给车载电池充电，摆脱了对化石燃料的依赖，降低了使用成本，保证了重整器和固体氧化物燃料电池堆始终高效、稳定的工作，有效地提高了电动汽车的续航能力。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种固体氧化物燃料电池电动汽车增程器。
背景技术
目前电动汽车存在续航里程短、充电时间长等问题导致无法大规模普及。增程器是电动汽车动力***的辅助发电单元，目前主要由发动机、发电机与控制器组成，由控制器控制发动机运转带动发电机工作，利用发电机发出的电能给车载电池充电。
固体氧化物燃料电池是一种清洁的能量转化装置，它能利用电化学反应将储存于碳氢燃料中的化学能高效地转化为电能，同时反应产物主要是水，无污染。单体固体氧化物燃料电池的工作电压为0.6～0.9V，可以通过串联、并联不同数量的单体电池来满足不同的功率需求，固体氧化物燃料电池的研究始于20世纪80年代，经过30多年的研究，正在逐步实现由实验室向产业化的转变。1987年，西门子西屋电力公司在日本东京、大阪煤气公司各安装了3KW级管式固体氧化物燃料电池发电机组，并成功地运行长达5000h；2001年，三菱重工与电力开发株式会社共同开发成功10KW级加压管式固体氧化物燃料电池***，并连续运行超过755h；日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)2011年开发出全球首个商业化的固体氧化物燃料电池热电联供***(ENE-FARM type S)，输出功率为700W，综合能源效率高达90％。固体氧化物燃料电池的商业化为其应用于新能源汽车领域提供了技术支持，但是固体氧化物燃料电池需要富氢混合气和较高的温度才能转化为电能。
发明内容
本发明的目的是提供一种固体氧化物燃料电池电动汽车增程器，该增程器通过固体氧化物燃料电池发电给车载电池充电，摆脱了对化石燃料的依赖，降低了使用成本，保证了重整器和固体氧化物燃料电池堆始终高效、稳定的工作，有效地提高了电动汽车的续航能力。
本发明所采用的技术方案是：
一种固体氧化物燃料电池电动汽车增程器，包括鼓风机、储水罐、用于储存碳氢化合物的燃料储存罐、温度检测单元和控制器；储水罐依次与水泵、水蒸气汽化器的升温通道和重整器的水气入口连接，燃料储存罐的出口通过燃料流量控制阀分为两路，一路与重整器的燃料入口连接、另一路与燃烧室的燃料入口连接，鼓风机的出口通过空气流量控制阀分为两路，一路通过换热器与固体氧化物燃料电池堆的阴极气体入口连接、另一路与燃烧室的空气入口连接，重整器的燃料出口通过换热器与固体氧化物燃料电池堆的阳极气体入口连接，固体氧化物燃料电池堆与车载电池连接，固体氧化物燃料电池堆的阴极燃气出口和阳极燃气出口分别与燃烧室的空气入口和燃料入口连接，燃烧室的出口通过燃气流量控制阀分为两路，一路经过换热器与重整器的燃气入口连接、另一路直接与重整器的燃气入口连接，重整器的燃料出口通过水蒸气汽化器的降温通道与冷凝器连接，温度检测单元分别与重整器和固体氧化物燃料电池堆连接，控制器分别与温度检测单元、整车控制器、鼓风机、水泵、燃料流量控制阀、燃气流量控制阀和空气流量控制阀连接，燃烧室位于固体氧化物燃料电池堆附近。
进一步地，燃料流量控制阀、燃气流量控制阀和空气流量控制阀均为三通分流调节阀。
进一步地，当需要固体氧化物燃料电池堆工作温度升高时，控制器增加燃料流量控制阀与燃烧室的燃料入口连接的支路和空气流量控制阀与燃烧室的空气入口连接的支路的开度，当需要固体氧化物燃料电池堆工作温度降低时，控制器减小燃料流量控制阀与燃烧室的燃料入口连接的支路和空气流量控制阀与燃烧室的空气入口连接的支路的开度，当需要调节重整器工作温度升高时，控制器增加燃气流量控制阀直接与重整器的燃气入口连接的支路的开度，当需要调节重整器工作温度降低时，控制器减小燃气流量控制阀直接与重整器的燃气入口连接的支路的开度。
进一步地，固体氧化物燃料电池堆采用平板式环形结构，燃烧室位于环形结构的中部。
进一步地，固体氧化物燃料电池堆包括阴极、阳极、位于阴极和阳极之间的电解质以及设在阴极和阳极上的金属连接体，金属连接体两侧加工有螺旋状气槽，空气和燃料在螺旋状气槽内由内侧进入、从外侧排出。
本发明的有益效果是：
1.该增程器通过固体氧化物燃料电池发电给车载电池充电，燃料可以使用可再生、易储存的碳氢化合物，摆脱了对化石燃料的依赖，降低了使用成本。该增程器通过协调控制燃料流量控制阀、空气流量控制阀和燃气流量控制阀的流量分配，可以控制燃烧室内燃烧剧烈程度、流经换热器高温燃气流量、流经重整器燃气的温度，进而有效控制固体氧化物燃料电池堆和重整器温度，保证了重整器和固体氧化物燃料电池堆始终高效、稳定的工作，有效地提高了电动汽车的续航能力。
2.采用三通分流调节阀可以轻松调节一进两出结构的管路中两条出口支路的流量分配，结构简单、操作方便、成本低。
3.燃烧室位于环形结构的固体氧化物燃料电池堆的中部，能够最大程度向固体氧化物燃料电池堆辐射热。
4.采用螺旋状气槽能够延长反应时间，提高发电效率。
附图说明
图1是本发明实施例中固体氧化物燃料电池堆的气流形式。
图2是本发明实施例的结构框图。
图中：1-储水罐；2-燃料储存罐；3-鼓风机；4-水泵；5-燃料流量控制阀；6-水蒸气汽化器；7-重整器；8-换热器；9-燃气流量控制阀；10-固体氧化物燃料电池堆；11-燃烧室；12-车载电池；13-冷凝器；14-温度检测单元；15-控制器；16-整车控制器；17-空气流量控制阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图2所示，一种固体氧化物燃料电池电动汽车增程器，包括鼓风机3、储水罐1、用于储存碳氢化合物(甲烷、乙醇等)的燃料储存罐2、温度检测单元14和控制器15；储水罐1依次与水泵4、水蒸气汽化器的升温通道和重整器7的水气入口连接，燃料储存罐2的出口通过燃料流量控制阀5分为两路，一路与重整器7的燃料入口连接、另一路与燃烧室11的燃料入口连接，鼓风机3的出口通过空气流量控制阀17分为两路，一路通过换热器8与固体氧化物燃料电池堆10的阴极气体入口连接、另一路与燃烧室11的空气入口连接，重整器7的燃料出口通过换热器8与固体氧化物燃料电池堆10的阳极气体入口连接，固体氧化物燃料电池堆10与车载电池12连接，固体氧化物燃料电池堆10的阴极燃气出口和阳极燃气出口分别与燃烧室11的空气入口和燃料入口连接，燃烧室11的出口通过燃气流量控制阀9分为两路，一路经过换热器8与重整器7的燃气入口连接、另一路直接与重整器7的燃气入口连接，重整器7的燃气出口通过水蒸气汽化器的降温通道与冷凝器13连接，温度检测单元14分别与重整器7和固体氧化物燃料电池堆10连接，控制器15分别与温度检测单元14、整车控制器16、鼓风机3、水泵4、燃料流量控制阀5、燃气流量控制阀9和空气流量控制阀17连接，燃烧室11位于固体氧化物燃料电池堆10附近。
当控制器15检测到车载电池12剩余电量即将达到充电门限时，此时如果温度检测单元14检测到固体氧化物燃料电池堆10、重整器7温度为室温(不适宜工作)，控制器15控制燃料流量控制阀5、空气流量控制阀17和燃气流量控制阀9的流量分配，使燃烧室11的点火***工作，燃料和空气直接被送至燃烧室11内燃烧，燃烧放出大量的热和产生高温燃气，燃烧室11急剧升温进而使包围燃烧室11的固体氧化物燃料电池堆10温度升高，同时高温燃气流经重整器7和水蒸气汽化器6使重整器7和水蒸气汽化器6温度升高，当温度检测单元14检测到重整器7和电池堆温度达到工作温度时，控制器15控制水泵4运转，并控制燃料流量控制阀5、空气流量控制阀17和燃气流量控制阀9的流量分配，使大部分燃料经重整器7重整反应成富氢混合气体，并与大部分空气一同经换热器8升温后被送至固体氧化物燃料电池堆10发生电化学反应发电进而给车载电池12充电，固体氧化物燃料电池堆10的尾气在燃烧室11内燃烧且高温燃气大部分被输送至换热器8燃气管道，当控制器15检测到车载电池12电量已经充满时，控制关闭水泵4、燃料流量控制阀5、空气流量控制阀17和燃气流量控制阀9和燃烧室11的点火***。
该增程器通过固体氧化物燃料电池发电给车载电池12充电，燃料可以使用可再生、易储存的碳氢化合物，摆脱了对化石燃料的依赖，降低了使用成本。该增程器通过协调控制燃料流量控制阀5、空气流量控制阀17和燃气流量控制阀9的流量分配，可以控制燃烧室11内燃烧剧烈程度、流经换热器8高温燃气流量、流经重整器7燃气的温度，进而有效控制固体氧化物燃料电池堆10和重整器7温度，保证了重整器7和固体氧化物燃料电池堆10始终高效、稳定的工作，有效地提高了电动汽车的续航能力。
如图2所示，在本实施例中，燃料流量控制阀5、燃气流量控制阀9和空气流量控制阀17均为三通分流调节阀。采用三通分流调节阀可以轻松调节一进两出结构的管路中两条出口支路的流量分配，结构简单、操作方便、成本低。
当需要固体氧化物燃料电池堆10工作温度升高时，控制器15增加燃料流量控制阀5与燃烧室11的燃料入口连接的支路C和空气流量控制阀17与燃烧室11的空气入口连接的支路C的开度，当需要固体氧化物燃料电池堆10工作温度降低时，控制器15减小燃料流量控制阀5与燃烧室11的燃料入口连接的支路C和空气流量控制阀17与燃烧室11的空气入口连接的支路C的开度，当需要调节重整器7工作温度升高时，控制器15增加燃气流量控制阀9直接与重整器7的燃气入口连接的支路C的开度，当需要调节重整器7工作温度降低时，控制器15减小燃气流量控制阀9直接与重整器7的燃气入口连接的支路C的开度。
如图1所示，在本实施例中，固体氧化物燃料电池堆10采用平板式环形结构，燃烧室11位于环形结构的中部。燃烧室11位于环形结构的固体氧化物燃料电池堆10的中部，能够最大程度向固体氧化物燃料电池堆10辐射热。
如图1所示，在本实施例中，固体氧化物燃料电池堆10包括阴极、阳极、位于阴极和阳极之间的电解质以及设在阴极和阳极上的金属连接体，金属连接体两侧加工有螺旋状气槽，空气和燃料在螺旋状气槽内由内侧进入、从外侧排出。采用螺旋状气槽能够延长反应时间，提高发电效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种固体氧化物燃料电池电动汽车增程器，其特征在于：包括鼓风机、储水罐、用于储存碳氢化合物的燃料储存罐、温度检测单元和控制器；储水罐依次与水泵、水蒸气汽化器的升温通道和重整器的水气入口连接，燃料储存罐的出口通过燃料流量控制阀分为两路，一路与重整器的燃料入口连接、另一路与燃烧室的燃料入口连接，鼓风机的出口通过空气流量控制阀分为两路，一路通过换热器与固体氧化物燃料电池堆的阴极气体入口连接、另一路与燃烧室的空气入口连接，重整器的燃料出口通过换热器与固体氧化物燃料电池堆的阳极气体入口连接，固体氧化物燃料电池堆与车载电池连接，固体氧化物燃料电池堆的阴极燃气出口和阳极燃气出口分别与燃烧室的空气入口和燃料入口连接，燃烧室的出口通过燃气流量控制阀分为两路，一路经过换热器与重整器的燃气入口连接、另一路直接与重整器的燃气入口连接，重整器的燃料出口通过水蒸气汽化器的降温通道与冷凝器连接，温度检测单元分别与重整器和固体氧化物燃料电池堆连接，控制器分别与温度检测单元、整车控制器、鼓风机、水泵、燃料流量控制阀、燃气流量控制阀和空气流量控制阀连接，燃烧室位于固体氧化物燃料电池堆附近；
燃料流量控制阀、燃气流量控制阀和空气流量控制阀均为三通分流调节阀；
当需要固体氧化物燃料电池堆工作温度升高时，控制器增加燃料流量控制阀与燃烧室的燃料入口连接的支路和空气流量控制阀与燃烧室的空气入口连接的支路的开度，当需要固体氧化物燃料电池堆工作温度降低时，控制器减小燃料流量控制阀与燃烧室的燃料入口连接的支路和空气流量控制阀与燃烧室的空气入口连接的支路的开度，当需要调节重整器工作温度升高时，控制器增加燃气流量控制阀直接与重整器的燃气入口连接的支路的开度，当需要调节重整器工作温度降低时，控制器减小燃气流量控制阀直接与重整器的燃气入口连接的支路的开度。
2.如权利要求1所述的固体氧化物燃料电池电动汽车增程器，其特征在于：固体氧化物燃料电池堆采用平板式环形结构，燃烧室位于环形结构的中部。
3.如权利要求2所述的固体氧化物燃料电池电动汽车增程器，其特征在于：固体氧化物燃料电池堆包括阴极、阳极、位于阴极和阳极之间的电解质以及设在阴极和阳极上的金属连接体，金属连接体两侧加工有螺旋状气槽，空气和燃料在螺旋状气槽内由内侧进入、从外侧排出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20171103 Assignee: Hubei Dongyi Wulian Technology Co.,Ltd. Assignor: WUHAN University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980004794 Denomination of invention: A solid-state oxide fuel cell electric vehicle range extender Granted publication date: 20190910 License type: Common License Record date: 20240424 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |