[发明专利]适于与移动车辆电源系统一起使用的车外站和电交换系统

说明书

发明背景

本发明一般涉及推进系统领域。具体地说，本发明涉及用于诸如火车、船舶、汽车、摩托车、机动自行车和其它移动运输工具的移动车辆的车上燃料电池系统。

考虑到周围传统电源继续存在，对发电替代装置的研究变得越来越重要。特别是无法忽略与基于燃烧的能量(energy)系统相关的环境和政治因素。为减少对这些类型的能源和方法的依赖，能够通过消耗燃料而不必燃烧来产生电的设备日益受到人们的关注。

然而，除用于生成电外，燃烧过程通常大多用于对诸如汽车、火车或船舶的运输工具提供动力。机动车辆本身是与燃料燃烧相关的污染问题的主要产生者之一。因此，虽然诸如核能和水电系统的替代电源适合大规模的电气设施，但在与驱动诸如机动车辆的运输工具相关的问题上，它们不是理想的解决方案。

对内燃机驱动机动车辆的替代包括不同类型的电动车辆。电动车辆在本领域是众所周知的。一般的电动车辆由镍镉电池驱动，镍镉电池以20到100马力驱动电动机。电池一般可由稳定的直流电源再充电。然而，已知系统的问题是它们需要不断再充电，因而所需再充电站之间的距离受到限制。

已知系统也昂贵。如可从Solectria(Arlington，Massachusetts)获得的太阳能再充电系统尝试增加行驶范围并控制电动车辆的成本。然而，与太阳能生成电相关的缺陷包括其使用限于晴朗的天气和日照时间以及车辆的费用。

因此，燃料电池已用作这样一种装置：为电动车辆供电，并减少不断从车外为车辆再充电的需要。燃料电池以电化学方式将诸如碳氢燃料的燃料转换成电。一般情况下，不涉及到燃料反应。

然而，与先有技术的燃料电池系统相关的缺陷是，在燃料电池的额定功率必须满足推进需求的应用中，从经济角度上来看它们并不可行。例如，在机动车辆应用中，设计成提供经济行驶所需的足够能量的燃料电池系统将是贵得惊人，更不用说最高电涌了。虽然各种已知系统尝试了采用指定电涌电池以满足机动车辆应用中最高要求的优点，但没有一个满意地克服经济问题。

使电动车辆难以广泛应用的另一个普通问题是在车辆电池有限充电可达的行驶范围上的限制。目前，允许电动车辆操作员在需要时停车并交换能量的选定专用充电站不存在。

因此，本发明的目的是提供一种系统，它具有与传统内燃机的作用范围可比的作用范围，不必频繁停车，也不必频繁停车以从车外再充电。

本发明的另一目的是提供一种经济可行的系统，用于为机动车辆提供动力，该系统可适应一般机动车辆电涌和范围需求。

本发明另外一个目的是提供一种燃料电池动力车辆，它能够产生车外消耗用的能量。

本发明的再一个目的是提供电交换系统，用于允许从所述车辆到所述系统的车外供电，或允许车上加载能量或从系统接收能量。

本发明其它的一般和更具体的目的有些部分是显而易见的，而有些部分通过下面的附图和说明将显露出来。

发明概述

本发明涉及一种电源系统，它增强了结合燃料电池产生电的某些运输模式的经济生存能力。此类运输模式在此称为移动车辆燃料电池电源系统，此处使用的车辆指所有运输装置，例如汽车、电动车辆、货车、火车、船舶、飞机和航天器以及其它采用电源来运输一个或多个人的车辆。例如，本发明的电源系统提供对诸如电车上安装的燃料电池的移动车辆燃料电池电源系统所生成的电能(electrical power)的车外使用。所述电能的车外使用或远离车辆的使用可包括将能量(power)输送到远程位置，诸如本地住宅，例如车辆拥有者的住宅，或将能量输送到本地公用电网或其它移动车辆。

本发明还考虑使用移动车辆电源系统，它包括所有已知和兼容类型的移动车辆或运输工具，诸如汽车、电动车辆、货车、火车、船舶、飞机、航天器等。移动车辆电源系统采用用于将燃料转换为电的电源或发电机。此处使用的术语发电机包括用于向移动车辆提供能量的通用型电源，诸如柴油机、燃料电池、内燃机和外燃机、电动机或发电机、电池和太阳能电池，以及微型和大型燃气和蒸汽轮机。授予受让人的美国专利No.5693201中清楚地阐明了燃料电池和燃气轮机的集成，所述燃气轮机包括微型和大型燃气轮机，通过引用将该专利的内容结合在此。