[发明专利]燃料电池电源系统

说明书

本发明大体涉及推进系统领域。特别是涉及用于如火车、船只、汽车和其它运输工具等这样的机动工具的车载燃料电池系统。

至于存在的周围传统的电源，研究可供选择的发电装置越来越重要。特别是，与基于燃烧的能量系统有关的环境和政治问题不能忽略。在努力降低对这些类型的能源和方法的依赖的过程中，对不需要燃烧而通过消耗燃料就能发电的装置的兴趣正在增大。

然而，除用来发电以外，燃烧过程最通常用于如汽车、火车或船只的运输工具的动力装置。单独汽车工具就主要造成与燃料燃烧相关的污染问题。这样，当如核电和水电系统的其它能源可适用于大规模电应用时，它们并不是解决与如汽车的运输工具的供能装置相关的问题的理想方案。

替代内燃发动机供能的汽车包括各种类型的电动汽车。电动汽车在技术上众所周知。一般电动汽车由镍-镉电池供能，镍-镉电池可驱动电动机的功率为20-100马力。电池通常可由固定直流(dc)电源充电。然而，公知系统的问题是它们需要恒定再充电并在所需再充电停止之间提供有限范围。

公知系统也较昂贵。如由Solectria of Arlington,Massachusetts购买的太阳能可再充电系统可提高航程并控制电动汽车的成本。然而，与太阳能发电有关的缺陷包括限于晴朗天气和日光时段使用以及车辆昂贵。

因此，已探索将燃料电池作为给电动汽车提供动力和降低从非车载能源给车辆再充电的恒定需要的装置。燃料电池将如烃燃料的燃料电化学转变为电能。一般不包含燃烧反应。

然而，与现有技术燃料电池系统有关的缺点是它们的应用在经济上不可行，燃料电池的额定功率须满足动力需求。例如，在汽车应用中，设计燃料电池以提供车辆运行(更不用说峰值电涌)所需的足够能量的成本非常昂贵。各种公知系统试图通过设定电涌电池来满足在电动汽车应用中的峰值需求的优点，但无一能满意地克服经济问题。

因此，本发明的目的是提供给机动车供应动力的系统，该系统无需燃烧反应。

本发明的另一目的是提供一种系统，该系统无需从非车载电源间断地再充电而具有可与传统内燃发动机相比的航程。

本发明的再一目的是提供经济上可行的系统，用于给能适应通常电动汽车电涌和航程需要的车辆供应动力。

本发明还有另一目的是提供燃料电池供电的车辆，它可发电用于非车载消耗。

从如下附图和描述可了解本发明的其它一般和更特定的目的。

本发明涉及可提高某些运输装置的经济可行性的电源系统，运输装置含有用于产生电能的燃料电池。这种运输装置在此称为车辆燃料电池能源系统，在此所用的车辆指如汽车、卡车、火车、船只、飞机和太空飞船的所有运输工具。例如，本发明的电源系统供非车载使用由如电动汽车的车辆燃料电池能源系统的车载燃料电池所产生的电能之用。电能的非车载使用或远离车辆使用包括将电能传送到远处如本地住宅处，例如，车辆所有者的住宅处，或到本地用电站网，或到另一车辆。

为将燃料传到车辆和接受燃料电池所产生的电能而提供非车载站。恰当装备非车载站和车辆以快速和容易互连，从而从燃料电池中提取电能用于非车载使用。此外，可装备非车载站将燃料传送到车辆，类似措施用于车辆和非车载站的快速互连。车辆被认为是移动的燃料电池系统，当燃料电池的能量不需要用于如推进车辆的车载使用时，可传送能量用于非车载使用。燃料电池可以多种方式装入车辆。例如，燃料电池可以同燃气轮机串联使用来推进车辆，如船只或火车。

应注意燃料电池的车载使用并不限于或甚至包含推进车辆或船只。例如，燃料电池可用于加热、通风和空调(HVAC)系统。

按照其它例子，船只可把车载燃料电池用于车载HVAC和或用于提供车载电能；非车载使用包括船只停泊时将电能传送到非车载站。

按照另一方面，本发明可采用一个至多个非车载站。例如，电动汽车的所有者或主要使用者具有位于主要住宅附近的非车载站。或者，在电动汽车一般停放较长时间的地点如家、购物处所、停车区和工作场所提供非车载站。非车载站可通过电力电缆电连接到电站网，传送由车载燃料电池所产生的部分电能到远端供使用。然而，导电电力电缆不是高效传送电能的唯一装置；已证明可以利用微波在自由空间上传送。无论什么能量传送装置，车辆燃料电池能量工厂的双重使用，即燃料电池为车载和非车载目的供应能量的使用，试图提高车辆燃料电池能量系统的经济可行性，促进另一备选电源的应用，且实现附加的环境效益。