燃料电池dc-dc转换器的制造方法
【专利说明】
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请要求McLean等于2013年3月15日提交的题为"燃料电池DC-DC转换器 (FUELCELLDC-DCCONVERTER)"的美国专利申请序号13/844, 482的优先权益，其是以全文 引用方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本专利申请涉及一种燃料电池供电系统，并且更具体来说，涉及用于控制电子装 置的燃料电池供电系统的系统和方法。
[0004] 发明背景
[0005] 可使用燃料电池来对各种类型的系统或装置（诸如便携式电子装置）供应电力。 在一些情况下，重要和/或有益的可以是监测并且控制供电系统和电子装置的各种温度。 例如，重要的可能是维持燃料电池低于特定温度以防止燃料电池变干。在另一实例中，重要 的可能是将电子装置的总体温度维持在对使用者来说舒适并且在消费装置标准内的温度 或以下。
[0006] 可使用散热装置来将热从燃料电池和/或电子装置排出以防止（例如）过热和/ 或超过所设操作温度。考虑到总体空间和重量限制，散热装置和其它类型的温度控制系统 可具有挑战性。此外，散热装置可需要使用电力来操作，并且因此可局部增加热负荷并且减 少燃料电池的总体净效率。重要的可以是限制电子装置中部件的数量和复杂性，特别是对 便携式电子装置来说。
[0007] 概述
[0008] 本申请涉及用于将来自一个或多个燃料电池的电力供应到便携式电子装置的方 法和系统。所述方法和系统包括作为所测量温度的函数调节DC-DC转换器的电流限值。
[0009] 为更好地说明本文中所公开的供电系统和方法，提供以下非限制性实例：
[0010] 在一个实例中，一种用于对便携式电子装置供应电力的系统包括：温度传感器，其 被配置成测量便携式电子装置和系统中的至少一个的温度；一个或多个燃料电池，其被配 置成产生电力；以及DC-DC转换器，其包括连接到所述一个或多个燃料电池的输入端和连 接到便携式电子装置的输出端。DC-DC转换器可被配置成在输入电流和输入电压下从一个 或多个燃料电池接收电力，并且在基本上固定的电压下将输出电力提供给电子装置，其中 DC-DC转换器包括作为所测量温度的函数而变化的电流限值。
[0011] 在一个实例中，一种控制用于便携式电子装置的燃料电池供电系统的方法包括： 将来自一个或多个燃料电池的电流供应到DC-DC转换器；以及作为供电系统和便携式电子 装置中的至少一个的所测量温度的函数调节DC-DC转换器的电流限值。
[0012] 在一个实例中，一种控制用于便携式电子装置的供电系统的方法包括：提供包括 一个或多个燃料电池和DC-DC转换器的供电系统；从一个或多个燃料电池产生电力；将一 个或多个燃料电池连接到DC-DC转换器，以使得来自一个或多个燃料电池的电力在变化电 压和变化电流下提供给DC-DC转换器；以及将来自DC-DC转换器的输出电力在基本上固定 电压下提供给便携式电子装置。所述方法还包括：测量便携式电子装置和供电系统中的至 少一个的温度；以及作为所测量温度的函数调整DC-DC转换器的电流限值，从而作为DC-DC 转换器的所调整电流限值的函数调整来自一个或多个燃料电池的输出电流。
[0013] 本申请的各种实例包括一种燃料电池供电系统，其具有简单设计并且实现限制所 述系统内或所述系统供应电力的电子装置内的任何一个或多个给定温度。在各种实例中， 供电系统可在无大型散热器或风扇或其它类型的大型排热装置的情况下使用，这些排热装 置可需要来自系统的电力。在各种实例中，供电系统可依赖于控制DC-DC转换器的电流限 值以减少由系统产生的热（包括来自燃料电池的热），并且从而限制供电系统或电子装置 中的给定温度。通过控制电流限值，供电系统可避免或最小化从燃料电池引出大电流，引出 大电流可导致其无效率地操作或过热。
[0014] 通过减少由系统产生的热，通过控制电流限值，供电系统可用于限制可部分基于 消费产品的标准的给定温度，例如，消费产品的标准可约束最大表面温度。在本申请的各种 实例中，可限制给定温度，而不管电力需求如何。因此，可以在以下潜在代价下实现限制温 度：不向电子装置供应所需求电力。
[0015] 通过聚焦于减少所产生的热而非将热从系统排出，供电系统可有效操作，同时减 少供电系统中部件的数量并且在电子装置内占据较少空间。空间和简单性对便携式电子装 置来说可尤其重要。在各种实例中，除节省空间以外，在一个或多个燃料电池上或附近缺少 一个或多个大型散热器或其它排热装置可对所述一个或多个燃料电池的效率具有积极影 响，特别是在一个或多个燃料电池在低温下操作时。
[0016] 本申请的各种实例包括一种燃料电池供电系统，其为电子装置产生电力并且不需 要用于由一个或多个燃料电池产生并且不为电子装置所需的额外电力的移能电阻器。在 各种实例中，一个或多个燃料电池可响应于来自电子装置的低电力需求在低电力模式下操 作。与其它燃料电池系统形成对比，如果电力需求低，则不需要本申请的一个或多个燃料电 池在高温或恒定电力下运行。在一个实例中，一个或多个燃料电池可具有不受约束的最小 操作温度。
[0017] 本申请的各种实例包括一种燃料电池供电系统，其中基本上所有到电子装置的电 力可来自一个或多个燃料电池。在一个实例中，系统并不包括电池组（battery)，从而实现 简单并且具有成本效益的设计，同时最小化供电系统的空间，这对任一类型的便携式电子 装置来说都很重要。
[0018] 此概述旨在提供对本专利申请的主题的概述。它并不旨在提供排他性或详尽解 释。包括详细说明来提供关于本专利申请的进一步信息。
[0019] 附图简述
[0020] 在附图（未必按比例绘制）中，贯穿数个视图，相似标号实质上描述类似部件。具 有不同字母后缀的相似标号表示实质上类似部件的不同情况。这些附图以举例方式而非限 制方式总体上示出本文件中所论述的各种实施方案。
[0021] 图1是总体上示出用于对电子装置提供电力的供电系统的实例的框图。
[0022] 图2是总体上示出用于对电子装置提供电力的供电系统的实例的框图。
[0023] 图2A是总体上示出用于对电子装置提供电力的供电系统的实例的框图。
[0024] 图3是总体上示出用于对电子装置提供电力的供电系统的实例的框图。
[0025] 图4是总体上示出用于对电子装置提供电力的供电系统的实例的框图。
[0026] 图4A是总体上示出用于对电子装置提供电力的供电系统的实例的框图。
[0027] 图5是总体上示出供在图4的供电系统中使用的数字控制系统的实例的框图。
【具体实施方式】
[0028] 贯穿以下说明，阐述具体细节以便提供对本发明的更透彻理解。然而，可在无这些 详情的情况下实施本发明。在其它情况中，未示出或详细描述众所周知的元件以便避免不 必要地使本发明含混不清。附图以图解方式示出其中可实施本发明的具体实施方案。可组 合这些实施方案、可利用其它元件或者可作出结构或逻辑改变，而不背离本发明的范围。因 此，说明书和附图应视为说明性意义而非限制性意义。
[0029] 如果此文件与以引用方式并入的那些文件之间存在不一致的用法，则所并入参考 文献中的用法应视为对此文件的用法的补充；关于相互矛盾的不一致情况，应以此文件中 的用法为准。
[0030] 在此文件中，使用术语"一（a) "或"一（an) "来包括一个或多于一个，独立于"至 少一个"或"一个或多个"的任何其他情况或用法。在此文件中，除非另有说明，否则使用术 语"或"来指代非排他性或，以使得"A、B或C"包括"仅A"、"仅B"、"仅C"、"A和B"、"B和 C"、"A和C"以及"A、B和C"。在随附方面或权利要求中，术语"第一"、"第二"和"第三"等 仅用作标记，且不旨在对其对象强加数值要求。应理解，在此文件中明确公开的任何数值范 围应包括所明确公开范围的任一子集，就如同也明确公开此类子集范围一样；例如，1-100 的公开范围应还包括范围1-80、2-76或在1和100之间的任何其它数值范围。在另一实例 中，"1，000或以下"的所公开范围应还包括小于1，000的任一范围，诸如50-100、25-29或 200-1，000〇
[0031] 如本文中所使用，术语"基本上"可指代大部分，或大多数，如在至少约50%、 60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%或者至少约 99. 999%或以上中。
[0032] 如本文中所使用，"燃料电池"可指代单个燃料电池，或燃料电池的集合。这些燃料 电池可布置并且连接在一起，从而形成燃料电池阵列。单元电池阵列可被构造成提供变化 的电力产生燃料电池层，其中整个电化学结构含在层内。阵列可形成为任一合适的几何形 状。例如，单元燃料电池阵列可相邻地布置以形成平面燃料电池层。平面燃料电池层可整 体或部分为平面，并且还可整体或部分为柔性的。阵列中的燃料电池还可按照其它平面表 面，例如管或曲线。或者或另外，阵列可包括可符合其它几何形状的柔性材料。
[0033] 如本文中所使用，"DC-DC转换器"可指代具有将DC电压和电流的电气特性修改为 不同电压和电流值的效果的集成电路或电子部件的组件。通常，DC-DC转换器可增高电压以 提供高于输入电压的输出电压，可降低电压以提供低于输入电压的输出电压，或者可以是 可适应大范围的输入电压以产生基本上恒定输出电压源的组合式"升降压"转换器。DC-DC 转换器可通常由其输出电压所规定；在其它设计中，可限制DC-DC转换器的输出电流，如由 电路内部件（诸如电阻器）的布置所规定。限流DC-DC转换器可用，并且已用于保护DC-DC 转换器的输出端附接到其的电路元件，使其免于被太多电流驱动。具有用户可调谐输出电 流限值的DC-DC转换器可用作现货产品。具有用户可调谐输入电流限值的DC-DC转换器可 认为不太常见。本申请描述一种供电系统和方法，其包括作为温度的函数调节DC-DC转换 器的电流限值。本文中所描述的供电系统可使用DC-DC转换器的输入电流限值或DC-DC转 换器的输出电流限值操作。
[0034] 如本文中所使用，"电流限值"可指代输入电流限值或输出电流限值，除非另有说 明。
[0035] 本申请涉及用于使用一个或多个燃料电池对电子装置供应电力的系统和方法。可 使用本文中所公开的系统和方法来通过调节DC-DC转换器的电流限值来限制一个或多个 燃料电池的一个或多个温度，或在一些实例中，电子装置的一个或多