专利名称:燃料电池电源的制作方法
技术领域:
本发明一般涉及燃料电池电源,更具体地说,涉及操作燃料电池电源的方法和系统。
背景技术:
近年来,随着便携性的普及,电子设备的设计者们继续减小设备的尺寸和重量。这些减小之成为可能,部分地是由于新的电池化学的发展,如镍-金属氢化物、锂离子、锌-空气、以及锂聚合物,它们使更大量电能能够组装到更小的容器中。二次或可再充电的电池需要在其电容量耗尽时再充电。进行再充电通常是把电池连到电池充电器,它把交流电转换成2至12伏的低电平直流电。充电周期最少持续1至2小时,更普通的是持续4至14小时。当前电池技术的一个缺点是需要复杂的充电方式(regimen)和低的充电速率。
燃料电池预计是用于便携电子产品的下一个主要能源。燃料电池催化性地将氢分子转变成氢离子和电子,然后通过薄膜提取电子作为电能,同时将氢离子氧化成H2O并提取副产品水。燃料电池的一个优点是,与传统电池相比,它在一个小外壳里提供明显更大量电能。它们在便携通信设备应用中提供长的谈话时间和待机时间的潜在能力正在促使燃料电池技术继续向小型化发展。例如,基于聚合物电解质薄膜(PEM)的空气供氧的到达尽头的(dead-ended)燃料电池理想地适用于向便携通信设备和其他便携电子设备供给能量。
在传统的电池提供电子设备的情况中,电子设备的操作特性和使用模式对电池的效率、可靠性或寿命没有显著影响。另一方面,当燃料电池系统被用作电子设备的电源时,燃料电池系统的许多基本物理的、电化学的和电的特性或永久地或暂时地被电子(负载)设备的使用模式改变。燃料电池系统特性的这一改变对燃料电池电源的性能和使用寿命有直接的影响。电子设备的平均动态和峰值负载模式也影响燃料电池系统的燃料消耗和转换效率。当代数字、多功能电子设备有可变的负载周期(duty cycle),由尖锐的短时供电峰值后跟较长时段的低供电需求。对这类电子设备优化燃料电池电源是一个复杂的过程,涉及保持跟踪单个用户的使用模式,电子设备本身的动态供电需求以及燃料电池系统的操作特性。
当前技术解决了这一问题的某些方面,这涉及使用由电池和燃料电池系统构成的混合电源的自动车辆。例如2001年11月20日授予Rajashekara的美国专利6,321,145号,题为“用于燃料电池推进系统的方法和装置”,说明一种根据车辆当前操作状况(context)有选择地使用来自电池或来自燃料电池系统的供电的方法。在授予Naito的美国专利5,808,448号,题为“用于运行有混合电池的电动车辆的方法和装置”,描述了类似的方法和装置。
虽然当前技术方法解决了在涉及混合电源时在燃料电池和蓄电池之间的负载共用问题,但它们没有解决根据电子设备的动态供电需求优化燃料电池电源操作性能这一核心问题。此外,这些方案没有提供负载设备使用状况(profile)对基于燃料电池的电源性能的影响。
因此,需要一种方法和装置,它考虑和平衡燃料电池系统的供电特性、电子设备的动态负载需求以及一个或多个设备用户的使用状况,以使燃料电池系统作为电源用于广泛多样的负载设备。
将以附图中所示实施例以示意方式而不是限定性地描述本发明,在这些附图中相似的参考符号代表相似的部件,其中图1-3显示根据本发明的燃料电池电源各种实施例的方块图;以及图4显示根据本发明一个优选实施例的燃料电池电源操作过程流程图。
具体实施例方式
按照需求,这里公开说明本发明的详细实施例;然而,应当理解,公开说明的实施例仅只是本发明的示例,它们可以以各种形式实现。所以,这里公开说明的具体结构的和功能的细节不应被解释为限制,而只是作为权利要求的基础,以及作为教导本领域技术人员以任何适当详细结构以不同方式利用本发明的代表性基础。再有,这里使用的术语和短语不是要作为限制;相反,是要提供对本发明的一种可理解的描述。
这里描述有效地操作负载设备的燃料电池电源的装置和方法。该方法和装置平衡影响燃料电池电源操作性状的三个主要因素。负载设备的动态负载需求和一个或多个设备用户的使用状况构成头两个因素,它们一起被称作供电功能信息源,而燃料电池系统的供电特性构成第三个因素。有效地操作燃料电池源的方法涉及捕获在一个时间段上该负载设备的一个或多个设备用户的使用状况,根据该设备的动态负载特性将每个使用状况转换成该负载设备的实际供电需求,并根据计算出的该负载设备负载需求来选择燃料电池系统的操作参数。
燃料电池电源的电流-电压(I-V)关系显然地不同于诸如锂离子、锂聚合物、镍金属氢化物和镍镉电池等化学电池电源的电流-电压关系。燃料电池的能量转换和燃料利用效率与其在I-V曲线上的操作点有密切关系。在燃料电池电源中,能量存储和能量转换这两个方面被分离。燃料电池电源的优化操作不仅依赖于燃料电池的理论转换效率,而且还依赖于外部电源负载模式。对于燃料电池供电的设备,使用状况的看上去小的差别能对燃料的使用和系统总体转换效率造成显著影响。作为举例说明,让我们考虑两个蜂窝电话用户,即用户A和用户B。这两个用户通常每天使用它们的电话8小时。在这8小时中,每个用户的电话通信达2小时,而待机达6小时。用户A趋向于长的电话谈话后跟长的休息。而用户B整天进行若干次呼叫,每次只持续几分钟,在各次呼叫之间只有一小段休息。在用户A的燃料电池电源中的燃料电池系统将在冷待机状态到长时间传输期间的热传输状态之间循环。在用户B的燃料电池电源中的燃料电池系统将更频繁地进行温度循环,但是在较小范围上,从未达到用户A经历的高温水平。以这一方式操作的燃料电池系统,其中以较小的温度循环更频繁地提取电能,这样的系统将更有效并在给定燃料量的情况下为该负载设备提供更长的操作时间。因此,用户B将比用户A有每单位燃料的更长谈话时间。因此,用户A所需燃料电池系统操作参数显著不同于用户B所需燃料电池系统操作参数,以实现燃料电池电源的最佳性能。
根据本发明优选实施例的向负载设备160提供电能的燃料电池电源100示于图1。燃料电池电源100包括用作燃料源的燃料存储容器110,控制燃料存储容器110的燃料存储容器控制器120,燃料电池系统130,信息存储设备140以及控制燃料电池电源100中其他部件操作的控制装置150。本领域技术人员将会理解,燃料电池系统130能包括一个或多个耦合在一起的单个燃料电池。燃料电池系统130能可选地包括支持外围部件,如电输出调节电路、冷却系统、风扇、泵、阀门以及稳压器(regulator)。控制装置150通常包括计算装置170,如微处理器,它能进行算数和逻辑操作并且还能与其他电路部件通信。优选地,计算装置类似于Schaumburg,Illinois的Motorola公司制造的MC68328微控制器。将会理解,其他类似的微处理器能被用作计算装置170,而且,如果需要,可增加同类或其他类型的附加微处理器以处理计算装置170的处理需求。燃料电池系统130与燃料存储容器110、控制装置150以及负载设备160耦合。控制装置150进一步与负载设备160、信息存储设备140以及燃料存储控制器120耦合。信息存储设备140进一步与负载设备160耦合。本领域技术人员将会理解,信息存储设备140能包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存付器(EEPROM)或等效物。本领域技术人员还将理解,另一种作法是,信息存储设备140能被包含在根据本发明的控制装置150中。
如图1中所示,燃料电池电源100与负载设备160耦合,负载设备160使用来自燃料电池电源100的能量进行操作。本领域技术人员将会理解,根据本发明的负载设备160能是一台手持计算机、膝上计算机、掌上计算机、个人数字助理、电动工具、移动蜂窝电话、移动无线电数据终端、有附加数据终端的移动蜂窝电话、或双向传呼机,如由Schaumburg,Illinois的Motorola公司制造的“Page Writer2000X”。在下文的描述中,术语“负载设备”是指上文提到的任何设备或任何等效的负载设备。尽管在本说明中的许多实施例把蜂窝电话描述为负载设备,但本发明不限于蜂窝电话。任何能由燃料电池电源供电的设备都能被使用而不脱离本发明的范围和结构。
当燃料电池电源100开始操作时,控制装置150搜索信息存储设备140以确认存在关于所连接的负载设备160的动态负载模式的数据。启动序列还保证在信息存储设备140中可以得到关于一个或多个设备用户的负载设备使用模式和燃料电池系统130的供电特性的数据。当关于负载设备160的负载模式的数据缺失时,控制装置150查询所耦合的负载设备160以得到那个信息并将其存储在信息设备140中供将来使用。在一个实施例中,控制装置150进一步查询负载设备160以得到负载设备160的当前设备用户的标识。当所耦合的负载设备160的当前设备用户的设备使用模式或燃料电池系统130的供电特性缺失时,存储在信息存储设备140中的与这一数据关联的参数的默认值被控制装置150使用。此外,控制装置150开始记录由当前设备用户使用负载设备160的使用模式,还记录燃料电池系统130的供电特性。一旦已记录了足够信息,这些值被存储在信息存储设备140供将来使用。本领域技术人员将会理解,根据本发明,一个或多个负载设备的多个设备用户的多个设备用户使用模式能被存储在信息存储设备140中。
控制装置150组合和匹配负载设备160的动态负载需求与指定设备用户的历史使用模式,从而计算出负载设备160的净供电负载需求。一旦净供电需求已知,控制装置150通过使净供电需求与燃料电池系统130的供电特性匹配来设置燃料电池系统130的初始操作点。随着燃料电池电源100的负载模式和状态随时间的改变,控制装置150继续调节燃料电池系统130的操作点。
作为一例,当负载设备是一个蜂窝电话时,动态负载需求能包括峰值传输电流、传输电流持续时间和频度、待机电流以及睡眠方式电流。蜂窝电话应用的这些参数中许多是由蜂窝电话所用协议(即码分多路访问(CDMA)、时分多路访问(TDMA)和全球蜂窝移动通信系统(GSM))、蜂窝电话操作方式、蜂窝电话操作频带、在蜂窝电话上运行的应用以及蜂窝电话操作所在国家确定的。本领域技术人员将会理解,根据本发明,动态负载需求能是这里描述的需求的任何组合或等效物。
蜂窝电话的设备用户使用模式能包括指定时间段内所做呼叫的次数、所做呼叫的频度、每次呼叫的持续时间以及所用服务的类型(是语音还是数据)。类似地,蜂窝电话的使用模式参数能进一步包括处于待机方式的时间、扬声器音量、背灯的使用、操作方式(例如TDMA或GSM)以及告警的使用(振动或电铃)。使用模式还考虑多功能数据中心站蜂窝电话独特的特殊环境,如由于总是连接、视频和音频流服务以及视频游戏造成的额外的电能使用。本发明把每个负载设备的每个用户的使用模式参数的相应数据存储在信息存储设备140中。本领域技术人员将会理解,根据本发明,使用模式参数能是这里描述的参数的任何组合或其等效物。
燃料电池系统130的供电特性能包括燃料和氧化剂供给系统的类型(它确定燃料电池的系统响应时间和效率),燃料电池结构类型,所用电解质、电极、气体弥散和催化剂材料以及它们如何组装和放置在一起,燃料电池年龄,负载容量,I-V曲线以及燃料电池系统130的操作压力、温度和湿度。本领域技术人员将会理解,根据本发明,燃料电池系统130的供电特性能是这里描述的特性的任何组合或其等效物。
设置燃料电池系统130的操作点包括选择燃料电池系统130内含有的燃料电池的电流-电压输出关系,控制反应剂流的化学计量和速率,管理电解质的水合作用水平和产物水(product water)的产生以及在到达尽头的(dead-ended)燃料电池情况下去掉污染物的清除周期。当控制装置150设置操作点时,它改变燃料电池系统130内含有的燃料电池的操作电压和电流输出,从而使燃料电池在I-V曲线的最有效部分进行操作。与燃料电池有关的I-V曲线的概念和影响I-V曲线上操作点的燃料电池各种参数是在燃料电池技术领域公知的。例如,美国专利6,300,000号、5,290,641号以及5,023,150号描述了燃料电池I-V曲线的性质和特征。控制装置150还能改变达到燃料电池的燃料和氧化剂的量,以控制反应速率和产物水的产生。在带有诸如风扇、鼓风机、泵、冷却系统和类似部件等有源部件的燃料电池系统中,控制装置150能改变这些部件的参数,以使燃料电池的供电输出匹配于负载设备160的动态负载特性和设备用户的使用模式。
优选地,根据本发明,能实现附加功能以使控制装置150用于操作燃料电池系统130的三个方面得到增强和更加有效。控制装置150在启动时对燃料电池系统130中含有的燃料电池进行一系列测试,以保证信息存储设备140中存储的燃料电池系统供电特性是有效的和当前的。该测试序列能包括燃料电池内部阻抗、在标准负载条件下的电流和电压输出以及电解质薄膜的水合作用水平和年龄等测试。如果必要的话,控制装置150将对信息存储设备140中存储的定义燃料电池系统130供电特性的那些参数进行更新。
在本发明的第二实施例中,除了以最佳匹配于输出需求的方式操作燃料电池电源100外,控制装置150还估计燃料电池电源100中剩余的供电容量。对剩余容量的测量不仅依赖于准确地测量燃料存储容器110中剩余的燃料量,而且还依赖于准确地预测外部电源负载模式和在这些负载模式下燃料电池的操作点。当前一代数字、多功能便携通信设备有可变的负载周期,其包括尖锐的短时供电峰值后跟较长时段的低供电需求。对于这类负载设备,计算剩余能量容量是一个复杂过程,涉及跟踪每个单个设备用户的使用模式、负载设备160的动态供电需求、燃料电池系统130的供电特性以及测量燃料存储容器110中剩余的燃料量。由于燃料电池电源100的控制装置150已经能访问这些信息,所以本发明的第二实施例使用(leverage)这一特性使其实现对燃料电池电源100的准确燃料测量功能。在负载设备160处于操作状态时剩余容量被连续地测量,从而向设备用户提供燃料电池电源100的当前状态。此外,向设备用户提供的反馈最好是利用负载设备160可能以可得到的能量资源以负载设备160的各种操作方式去进行操作的时间量。
图2显示根据本发明用于向负载设备160供电的燃料电池电源200的另一个实施例。燃料电池电源200包括用作燃料源的燃料存储容器110、与燃料存储容器110耦合的用于控制燃料存储容器110的燃料存储容器控制器120、与燃料存储容器110耦合的燃料电池系统130、与负载设备160耦合的信息存储设备140以及与燃料电池系统130和信息存储设备140耦合的控制装置150,控制装置150控制燃料电池电源200其他部件的操作。优选地,根据本发明的控制装置150进一步向负载设备160提供燃料测量信息。本领域技术人员将会理解,燃料电池系统130能包括彼此连接的一个或多个单个燃料电池。优选地,图2所示燃料电池电源200进一步包括与控制装置150耦合的测量装置210。优选地,测量装置210包含处理装置220,如一个微处理器电路,它能使用负载设备160的净供电需求和燃料电池系统130的供电特性来计算燃料电池电源200的剩余容量。优选地,处理装置220类似于Schaumburg,Illinois的Motorola公司制造的MC68328微控制器。将会理解,其他类似的微处理器能被用作处理装置220,而且,如果需要,可增加同类或其他类型的附加微处理器以处理处理装置220的处理需求。此外,在测量装置210中还包括与处理装置220耦合的通信装置230。通信装置能使用附加的电路部件实现,它有选择地经过控制装置150从处理装置220中的微处理器电路向负载设备160传送信息。
燃料电池电源200通过燃料电池系统130、信息存储设备140及控制装置150与负载设备160耦合。负载设备160使用由燃料电池电源200提供的电能进行操作。当燃料电池电源200开始操作时,控制装置150搜索信息存储设备140以确认存在关于所连接的负载设备160的动态负载模式的数据。启动序列还保证在信息存储设备140中可以得到关于一个或多个设备用户的负载设备使用模式和燃料电池系统130的供电特性的数据。当关于负载设备160的负载模式的数据缺失时,控制装置150查询所连接的负载设备160以得到那个信息并将其存储在信息存储设备140中供将来使用。在一个实施例中,控制装置150进一步查询负载设备160以得到负载设备160的当前设备用户的标识。当所耦合的负载设备160的当前设备用户的设备使用模式或燃料电池系统130的供电特性缺失时,存储在信息存储设备140中的与这一数据关联的参数的默认值被控制装置150使用。此外,控制装置150开始记录由当前设备用户使用负载设备的使用模式和燃料电池系统130的操作特性。一旦已记录了足够信息,这些值被存储在信息存储设备140中供将来使用。本领域技术人员将会理解,根据本发明,一个或多个负载设备的多个设备用户的多个设备用户使用模式能被存储在信息存储设备140中。
控制装置150组合和匹配负载设备160的动态负载需求与当前设备用户的历史使用模式,从而计算出负载设备160的净供电负载需求。一旦净供电需求已知,则控制装置150设置燃料电池系统130的初始操作点。随着燃料电池系统130的负载模式和状态随时间的改变,控制装置150继续调节燃料电池系统130的操作点。此外,作为启动序列的一部分,控制装置150还查询燃料存储容器控制器120以得到燃料存储容器110中的剩余燃料值。使用关于燃料电池系统130的供电特性、负载设备160的动态负载需求、设备用户的使用模式以及燃料存储容器110中的燃料剩余量的信息,控制装置150计算燃料测量(gauging)信息,如在燃料电池电源200中剩余的能量容量、负载设备160以不同方式能操作的时间量、燃料消耗速率以及能量转换效率。本领域技术人员将会理解,根据本发明,燃料测量信息能包括这里描述的信息的任何组合或等效物。
测量剩余容量的方法包括根据剩余燃料量测量燃料电池系统130的剩余能量容量,参考信息存储设备140中存储的代表负载设备160的特定设备用户的设备使用状况(profile)的查询表或方程式,以及通过估计对应于该使用状况的燃料电池系统130的转换效率来计算负载设备160的预期操作时间。给定输出负载的效率和I-V操作点的变化(其是燃料电池系统130的特性),用于测量负载设备160的剩余操作时间。由控制装置150计算的剩余容量参数能通过负载设备160中的设备用户接口部件250或燃料电池电源200中的用户接口部件240或其等效物显示给设备用户。
对于由燃料电池供电的设备,使用模式的小变化能对燃料的使用和燃料电池系统总体转换效率造成显著影响。例如,考虑两个蜂窝电话用户,即用户A和用户B,这两个用户通常每天使用他们的电话8小时,在这8小时中,每个用户的蜂窝电话通信达2小时,而待机达6小时。用户A趋向于长的电话谈话后跟长的休息。而用户B整天进行若干次呼叫,每次只持续几分钟,在各次呼叫之间只有一小段休息。在用户A的燃料电池电源中的燃料电池系统将会在冷待机状态到长时间传输期间的热传输状态之间循环。在用户B的燃料电池电源中的燃料电池系统将更频繁地进行温度循环,但是是在较小范围上,从未达到用户A的燃料电池电源的燃料电池系统所经历的高温水平。以这一方式操作的燃料电池系统,其中以较小的温度循环更频繁地提取电能,这样的系统将更有效并在给定燃料量的情况下为该负载设备提供更长的操作时间。因此,用户B将比用户A有每单位燃料的更长谈话时间。因此,用于估计负载设备160的燃料电池电源200剩余容量的燃料测量对用户A和用户B使用不同的使用模式以改善预测的准确性。
优选地,根据本发明,能实现附加功能以使控制装置150用于操作燃料电池电源200和计算燃料测量信息的三个方面得到增强和更加有效。控制装置150在启动时对燃料电池进行一系列测试,以保证信息存储设备140中存储的燃料电池系统供电特性是有效的和当前的。该测试序列能包括电池内部阻抗、在标准负载条件下的电流和电压输出以及电解质薄膜的水合作用水平和年龄等测试。本领域技术人员将会理解,根据本发明,测试能包括这里所描述的测试的任意组合或其等效物。如果必要的话,控制装置150将对信息存储设备140中存储的定义燃料电池供电特性的那些参数进行更新。
在本发明的第三实施例中,测试装置估计燃料电池电源中剩余的供电容量。图3显示根据本发明向负载设备160提供电能的燃料电池电源300的这个第三实施例。燃料电池电源300包括用作燃料源的燃料存储容器110、与燃料存储容器110耦合的用于控制燃料存储容器110的燃料存储容器控制器120、与燃料存储容器110耦合的燃料电池系统130、与负载设备160耦合的信息存储设备140以及向负载设备160提供燃料测量信息的测量装置210。优选地,与信息存储设备140、燃料电池系统130以及与燃料存储容器控制器120耦合的测量装置210包括处理器220,如微处理器电路,它能使用负载设备160的净供电需求和燃料电池系统130的供电特性来计算燃料电池电源的剩余容量。
燃料电池电源300与负载设备160耦合,它使用由燃料电池电源300提供的电能进行操作。在燃料电池电源300开始操作时,测量装置210搜索信息存储设备140以确认存在关于所连接的负载设备160的动态负载模式的数据。启动序列还保证在信息存储设备140中可以得到关于一个或多个设备用户的负载设备使用模式和燃料电池系统130的供电特性的数据。当关于负载设备160的负载模式的数据缺失时,测量装置210查询所连接的负载设备160以得到那个信息并将其存储在信息存储设备140中供将来使用。在一个实施例中,测量装置210进一步查询负载设备160的当前设备用户的标识。如果设备用户使用模式或燃料电池系统130的供电特性缺失,则存储在信息存储设备140中的与这一数据关联的参数的默认值被测量装置210使用。此外,测量装置210开始记录由当前设备用户使用负载设备的使用模式和燃料电池系统130的供电特性。一旦已记录了足够信息,这些值被存储在信息存储设备140中供将来使用。本领域技术人员将会理解,根据本发明,一个或多个负载设备的多个设备用户的多个设备用户使用模式能被存储在信息存储设备140中。
测量装置210组合和匹配负载设备160的动态负载需求与每个设备用户的历史使用模式,从而计算出负载设备160的净供电负载需求。此外,作为启动序列的一部分,测量装置210还查询燃料存储容器控制器120以得到燃料存储容器110中的剩余燃料值。使用关于燃料电池系统130的供电特性、负载设备160的动态负载需求、设备用户的使用模式以及燃料存储容器110中的燃料剩余量的信息,测量装置210计算燃料测量信息,如在燃料电池电源300剩余的能量容量、负载设备160以不同方式能操作的时间时间量、燃料消耗速率以及能量转换效率。本领域技术人员将会理解,根据本发明,燃料测量信息能包括这里描述的信息的任何组合或等效物。由测量装置210计算的剩余容量参数能通过负载设备160中的设备用户接口部件250或燃料电池电源300中的用户接口部件240或其等效物显示给设备用户。
图4显示根据本发明用于管理燃料电池电源性能的过程的流程图。在图4中,矩形框代表过程中的结构实体,带有圆角的框代表实现各结构实体的过程步骤。参考图4,过程流程在步骤400开始,在那里计数器“n”被设为1。接下来,过程到达判定点405,在那里确定负载设备160由第n个设备用户操作。如果该判定点返回“是”,则过程流程继续到步骤410,在此步骤燃料电池电源(100,200)的控制装置150查询信息存储设备140以确认存在关于所连接的负载设备160的动态负载模式的数据。该初始化步骤还保证关于第n个用户的负载设备使用模式和燃料电池系统130的供电特性的数据是可以得到的。当关于负载设备160的负载模式的数据缺失时,控制装置150查询所连接的负载设备以得到那个信息并将其存储在信息存储设备140中供将来使用。当第n个用户的使用模式或燃料电池系统130的供电特性缺失时,信息存储设备140中存储的与这一数据关联的参数的默认值被控制装置150使用。与负载设备160的动态负载需求相关联的参数与第n个设备用户的使用模式进行匹配,以计算(步骤420)负载设备160的净供电负载需求。在下一步骤430,控制装置150使净供电需求与信息存储设备140中存储的燃料电池系统130的供电特性进行匹配,以在步骤440中选择燃料电池电源100的操作设置。控制装置150使用步骤450中的选定参数,以在目标条件下操作(步骤460)燃料电池系统130。接下来,在步骤470,计数器“n”增量。于是过程返回判定点405,它继续检测用户条件,直至判定点405返回“否”,在这种情况下,过程流程终止于结束点480。
本领域技术人员将会理解,图4中所示操作燃料电池电源的方法的应用不限于任何特定的负载设备类型。这里描述的是这一方法对电子设备的一些应用。非电子设备应用的实例包括燃料电池供电的或混合供电的电动汽车。汽车的每个驾驶员有不同的驾驶风格,因此对燃料效率有不同影响。构成这一应用使用状况(profile)的有用参数包括从停止起的加速度、平均速度、停止频度、加速度可变性、巡航控制的使用以及许多其他参数。本发明是对当今汽车的改进,不论是燃气供能的、混合型的、电的或燃料电池供能的,其改进在于对每个驾驶员它允许对用户定制的性能和燃料效率。
尽管利用优选实施例描述了本发明,但本领域技术人员会明显看出,可以做出各种替换或修改而不脱离本发明。因此,所有这些替换或修改都要被认为是在由所附权利要求定义的本发明范围内。
权利要求
1.一种燃料电池电源,包含向负载设备供电的燃料电池系统;以及与燃料电池系统耦合并与负载设备耦合的控制装置;其中该控制装置被编程,以从一个或多个供电功能信息源计算负载设备的一个或多个净供电需求;以及通过使一个或多个净供电需求与燃料电池系统的一个或多个供电特性匹配来选择燃料电池系统的操作点。
2.如权利要求1所述的燃料电池电源,进一步包含与控制装置耦合并与负载设备耦合的信息存储设备,用于存储与供电功能信息源及燃料电池系统供电特性关联的一个或多个参数。
3.如权利要求1所述的燃料电池电源,其中该控制装置包含计算装置,用于计算与供电功能信息源及燃料电池系统供电特性关联的一个或多个参数。
4.一种燃料电池电源,包含向负载设备供电的燃料电池系统;与燃料电池系统耦合、与负载设备耦合并与燃料存储容器控制器耦合的控制装置;其中该控制装置被编程,以从一个或多个供电功能信息源计算负载设备的一个或多个净供电需求,并通过使一个或多个净供电需求与燃料电池系统的一个或多个供电特性匹配来选择燃料电池系统的操作点;以及与控制装置耦合的测量装置,其中该测量装置被编程,以使用负载设备的一个或多个净供电需求和燃料电池系统的一个或多个供电特性来计算燃料电池电源的剩余容量。
5.如权利要求4所述的燃料电池电源,其中控制装置包含计算装置,用于计算与供电功能信息源及燃料电池系统供电特性关联的一个或多个参数,以及与该计算装置耦合的信息存储装置,用于存储与供电功能信息源及燃料电池系统供电特性关联的一个或多个参数。
6.如权利要求4所述的燃料电池电源,其中该测量装置包含处理装置,用于测量来自控制装置的剩余燃料信息并将剩余燃料信息与负载设备的净供电需求及燃料电池系统供电特性组合在一起,以估计燃料电池电源的剩余容量,以及通信装置,用于将燃料电池电源的剩余容量传送给控制装置。
7.如权利要求4所述的燃料电池电源,进一步包含用于显示燃料电池电源中剩余容量的用户接口部件。
8.一种燃料电池电源,包含向负载设备供电的燃料电池系统;以及与燃料电池系统耦合、与负载设备耦合并与燃料存储容器控制器耦合的测量装置,其中该测量装置被编程,以从一个或多个供电功能信息源计算负载设备的一个或多个净供电需求,并使用负载设备的一个或多个净供电需求及燃料电池系统的一个或多个供电特性来计算燃料电池电源的剩余容量。
9.如权利要求8所述的燃料电池电源,其中该测量装置包含处理装置,用于测量来自燃料存储容器控制器的剩余燃料信息并将剩余燃料信息与负载设备的一个或多个净供电需求及燃料电池系统的一个或多个供电特性组合在一起,以估计燃料电池电源的剩余容量,以及通信装置,用于将燃料电池电源的剩余容量传送给负载装置。
10.一种操作燃料电池电源的方法,包含如下步骤得到一个或多个供电功能信息源及燃料电池系统的一个或多个供电特性;从一个或多个供电功能信息源计算负载设备的净供电需求;以及通过使一个或多个净供电需求与燃料电池系统的一个或多个供电特性匹配来选择燃料电池系统的操作点。
全文摘要
用于电子系统中的燃料电池电源(100)包括燃料电池系统(130)和控制装置(150)。控制装置(150)从一个或多个供电功能信息源计算负载设备的净供电需求;并通过使净供电需求与燃料电池系统(130)的供电特性匹配来确定燃料电池系统(130)的操作点。
文档编号H01M8/12GK1653635SQ03811398
公开日2005年8月10日 申请日期2003年4月9日 优先权日2002年4月12日
发明者史蒂文·D.·普拉特, 斯瓦库玛·穆楚斯瓦密, 罗纳德·J.·克利, 罗伯特·W.·潘尼斯 申请人:摩托罗拉公司