专利名称：燃料电池功率和管理系统及其控制和/或操作技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池功率和管理系统及其控制和/或操作技术；具体而言，本发明在一个方面涉及燃料电池功率和管理系统，例如基于氢和/或甲醇的系统以及用于该系统的部件、元件和/子系统。
背景技术：
一般而言，小型便携电设备和电子设备常常利用电池作为功率源。然而，常规电池的能量存储容量有限，而且在它们已经耗尽其有限的能量存储容量之后必须丢弃或再充电。如果扔掉，则常规电池由于在制造电池时使用的有毒材料会引来环境危害。如果再充电，则常规电池的再充电过程耗费时间，而且随着这些电池的使用年限增大，变得越来越难以确定电池的充电状态。在这点上，其寿命变得不可预测和不可靠，因而用户常常在使用寿命结束之前丢弃电池，这就招致用户不得不携带额外电池的附加费用。诸如专业摄影机、膝上型电脑和蜂窝电话等应用常常要求比常规电池所能提供的运行时间更久的运行时间。
除基于电池的系统之外，燃料电池系统也可以用来提供便携电功率源。在一个实施例中，燃料电池系统例如利用氢、富氢气体、含氢化合物或能够从其中按需提取氢的物质(如氢化物存储盒)。这样的燃料电池系统通常包括阳极端，用于将氢原子分成电子和质子；电流承载部分，为电子提供路径；例如质子交换膜的介质，为质子提供路径；以及阴极端，用于在存在氧气的情况下将电子和质子再结合到水分子中。假如存储容器中的燃料(例如氢)定期地更新，常规燃料电池常常比常规电池在更久的时间段产生电(例如参见美国专利号5,683,828；5,858,567；5,863,671；以及6,051,331)。
发明内容
有许多发明以及这些发明的许多方面和实施例描述和图示于此。在第一主要方面中，本发明是一种基于氢的燃料电池管理系统，包括基于氢的燃料盒，用以存储基于氢的燃料；以及功率单元，耦合到基于氢的燃料盒，用以从基于氢的燃料生成电功率。在本发明的此方面中，基于氢的燃料盒包括燃料容器，适于存储基于氢的燃料；存储器，用以存储代表基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的数据；以及控制电路系统(例如微处理器或微控制器)。功率单元包括基于氢的燃料电池，适于接收基于氢的燃料而且从其生成电功率。
至少一个操作参数可以是燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。在一个实施例中，控制电路系统可以使用基于氢的燃料盒将基于氢的燃料提供到功率单元的时间数量来监视燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。在另一实施例中，控制电路系统使用代表燃料容器中燃料的压力和温度的数据来监视剩余的基于氢的燃料的数量。
至少一个操作参数可以是功率单元对基于氢的燃料的消耗速率。在一个实施例中，控制电路系统使用一个或多个传感器来监视功率单元对基于氢的燃料的消耗速率，传感器提供代表燃料流速、容器中燃料的压力和容器中燃料的温度的数据。
在一个实施例中，存储器还存储代表基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征的数据。基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征可以包括燃料盒序列号、燃料盒制造日期、燃料盒组装日期、燃料容器中容纳的燃料类型、燃料盒的燃料容量和燃料盒已经经历的再填充次数中的至少一个。
请注意，存储器也可以存储代表基于氢的燃料盒的一般特征的数据。
在一个实施例中，基于氢的燃料盒也可以包括用以可视地显示代表至少一个操作参数的信息的显示器。
燃料盒的控制电路系统可以间歇地、连续地或定期地确定基于氢的燃料盒的至少一个操作参数，而且间歇地、连续地或定期地在存储器中存储代表基于氢的燃料盒的至少一个参数的数据。在一个实施例中，存储器和控制电路系统设置于相同的集成电路装置上。
功率单元也可以包括用以确定基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的控制电路系统(例如已经从燃料容器消耗的基于氢的燃料的数量)。在这一实施例中，功率单元的控制电路系统可间歇地、连续地或定期地确定基于氢的燃料盒的至少一个操作参数，而且间歇地、连续地或定期地在燃料盒的存储器中存储代表基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的数据。
在一个实施例中，当至少一个操作参数是燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量时，功率单元的控制电路系统可以使用基于氢的燃料盒将基于氢的燃料提供到功率单元的时间数量来确定燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。在另一实施例中，功率单元的控制电路系统使用代表燃料容器中燃料的压力和温度的数据来确定剩余的基于氢的燃料的数量。
本发明此方面的基于氢的燃料盒也可以包括用以将代表基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的数据提供到外部电路系统的通信电路系统。通信电路系统可以使用无线通信技术。
在另一主要方面中，本发明是一种基于氢的燃料电池管理系统，包括基于氢的燃料盒，用以存储基于氢的燃料；功率单元，耦合到基于氢的燃料盒，以从基于氢的燃料生成电功率；以及再填充单元，适于与基于氢的燃料盒连接，用以提供燃料到基于氢的燃料盒以存储于燃料容器中。在本发明的此方面中，基于氢的燃料盒包括燃料容器，适于存储基于氢的燃料；存储器，用以存储代表基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的数据；以及控制电路系统(例如微处理器或微控制器)。功率单元包括基于氢的燃料电池，适于接收基于氢的燃料而且从其生成电功率。
至少一个操作参数可以是燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。在一个实施例中，功率单元包括用以使用基于氢的燃料盒将基于氢的燃料提供到功率单元的时间数量来确定燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量的控制电路系统。功率单元的控制电路系统可以使用基于氢的燃料盒将基于氢的燃料提供到功率单元的时间数量来监视燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。在另一实施例中，功率单元的控制电路系统可以代表燃料容器中燃料的压力和温度的数据来监视剩余的基于氢的燃料的数量。至少一个操作参数可以是功率单元对基于氢的燃料的消耗速率。
存储器可以存储代表基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征和/或基于氢的燃料盒的一般特征的数据。基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征可以包括燃料盒序列号、燃料盒制造日期、燃料盒组装日期、燃料容器中容纳的燃料类型、燃料盒的燃料容量和燃料盒已经经历的再填充次数中的至少一个。
在一个实施例中，基于氢的燃料盒可以包括用以可视地显示代表至少一个操作参数的信息的显示器。
功率单元可以包括用以确定基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的控制电路系统。事实上，功率单元的控制电路系统可以间歇地、连续地或定期地确定基于氢的燃料盒的至少一个操作参数，而且间歇地、连续地或定期地在燃料盒的存储器中存储代表至少一个参数的数据。
再填充单元可以包括用以确定基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的控制电路系统。在这点上，再填充单元的控制电路系统可以间歇地、连续地或定期地确定基于氢的燃料盒的至少一个操作参数，而且间歇地、连续地或定期地在燃料盒的存储器中存储代表至少一个参数的数据。当至少一个操作参数是燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量时，再填充单元的控制电路系统可以使用基于氢的燃料盒从再填充单元接收基于氢的燃料的时间数量来确定燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。除此之外或取而代之，再填充单元的控制电路系统可以使用代表燃料容器中燃料的压力和温度的数据来确定剩余的基于氢的燃料的数量。请注意，至少一个操作参数可以特别地是已经从燃料盒消耗的基于氢的燃料的数量。
在另一主要方面中，本发明是一种基于氢的燃料电池管理系统，包括基于氢的燃料盒，用以存储基于氢的燃料；功率单元，耦合到基于氢的燃料盒，用以从基于氢的燃料生成电功率。在这一方面中，基于氢的燃料盒包括燃料容器，适于存储基于氢的燃料；盒接口，包括机械接口；盒阀组件；控制电路系统；以及存储器，用以存储代表基于氢的燃料盒的多个操作参数的数据。本发明此方面的功率单元包括功率单元接口，包括用以机械地连接到盒接口的机械接口的机械接口；以及功率单元阀组件，用以接合盒阀组件和用以使得基于氢的燃料从基于氢的燃料盒流到功率单元。功率单元也包括基于氢的燃料电池，耦合到功率单元阀组件以从燃料盒接收基于氢的燃料而且从其生成电功率。
在一个实施例中，多个操作参数中的至少一个是燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。在另一实施例中，多个操作参数中的至少一个是功率单元对基于氢的燃料的消耗速率。
存储器可以存储代表基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征的数据和/或基于氢的燃料盒的一般特征的数据。基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征包括燃料盒序列号、燃料盒制造日期、燃料盒组装日期、燃料容器中容纳的燃料类型、燃料盒的燃料容量和燃料盒已经经历的再填充次数中的至少一个。
在一个实施例中，基于氢的燃料盒还包括用以可视地显示代表基于氢的燃料盒的多个操作参数中一个或多个的信息的显示器。
在一个实施例中，功率单元包括用以间歇地、连续地或定期地确定基于氢的燃料盒的多个操作参数中一个或多个的控制电路系统。功率单元的控制电路系统可以间歇地、连续地或定期地在燃料盒的存储器中存储代表多个操作参数中一个或多个的数据。
同样，有许多发明以及这些发明的许多方面和实施例描述和图示于此。发明内容并不穷举本发明的范围。另外，此发明内容不旨在限制本发明，而且不应当以该方式来解释。尽管本发明的某些实施例、特征、属性和优点已经在此发明内容中加以描述，但是应当理解，根据所附的描述、图示和权利要求有本发明的许多其他以及不同和/或相似的实施例、特征、属性和/或优点是显然的。
在随后的详细描述过程中，将对附图进行参考。这些图示出了本发明的不同方面，而且在适当之处，在不同图中图示了相似结构、部件、材料和/或元件的标号是类似地加以标记。应当理解，除具体示出之外，所述结构、部件、材料和/元件的各种组合也是可预期的而且在本发明的范围之内。
图1A是根据本发明第一方面的包括燃料盒和功率单元的便携燃料电池功率和管理系统的框图表示；图1B是根据本发明第二方面的包括燃料盒(可再充电型)、功率单元和再填充单元的便携燃料电池功率和管理系统的框图表示；图2是根据本发明一个实施例一个方面的燃料盒的选择的机械元件的框图表示；图3A和3B分别是根据本发明一个实施例一个方面的燃料盒的燃料容器的透视图和横截面图，包括涉及燃料容器的某些方面的示例性尺寸(参见图3B)；图3C是与盒阀组件和盒领组件相结合的根据一个实施例一个方面的燃料盒的燃料容器的横截面图；图4A图示了根据本发明一个实施例一个方面的提动(poppet)组件的透视分解图，其中爆破片和保持器与该提动组件的其余元件分离；图4B图示了图4A的示例性提动组件的透视组装图；图4C图示了图4B的示例性提动组件的侧视图；图4D图示了沿着线A-A截取的图4C的示例性提动组件的横截面图；图4E图示了图4B的示例性提动组件的(从远端的)端视图；图5A图示了根据本发明一个实施例一个方面的盒阀组件的透视分解图；图5B图示了图5A的示例性盒阀组件的透视组装图；图5C图示了图5B的示例性盒阀组件的侧视图；图5D图示了沿着线A-A截取的图5C的示例性盒阀组件的横截面图，其中盒阀组件处于闭合状态；图5E图示了图5B的示例性盒阀组件的(从远端的)端视图；图6A图示了根据本发明一个实施例一个方面的图5B的示例性盒阀组件的透视图；图6B图示了在所述阀处于闭合状态时图6A的示例性盒阀组件的某些部件的横截面图；图6C图示了当阀处于打开状态时图6A的示例性盒阀组件的某些部件的横截面图；图7A图示了根据本发明一方面的另一实施例的盒阀组件的分解透视图；图7B图示了图7A的示例性盒阀组件的透视组装图；图7C图示了图7B的示例性盒阀组件的(从远端的)端视图；图7D图示了图7B的示例性盒阀组件的侧视图；图7E图示了沿着线A-A截取的图7D的示例性盒阀组件的横截面图，其中盒阀组件处于闭合状态；图7F图示了沿着线A-A截取的图7D的示例性盒阀组件的横截面图，其中盒阀组件处于打开状态；图8A和8B分别图示了根据本发明一方面的一个实施例的燃料盒的分解图和透视图，其中燃料盒包括盒领组件；图9A和10A图示了与盒接口、盒电子器件和盒显示器的若干部分结合的盒领组件的分解透视图；图9B和10B图示了与盒接口和盒显示器相结合的根据一个实施例的盒领组件的透视图；图11A是与盒领组件和功率单元或再填充单元的电接口的一部分(如果适用)结合的根据一实施例的盒接口的电接口的透视图，其中功率单元或再填充单元的接触与燃料盒的盒接口的电接口的接触垫接合；图11B是根据本发明一方面的一个示例性实施例的电接口的透视图；图12是与盒领组件和功率单元或再填充单元的电接口的一部分(如果适用)结合的根据一个实施例的盒接口的机械接口的透视图；图13A图示了根据一个示例性实施例的燃料盒的盒电子器件和盒显示器的某些部件的透视分解图；图13B图示了图13A的示例性盒电子器件和盒显示器的某些部件的透视组装图；图13C图示了图13B的示例性盒电子器件和盒显示器的侧视图；图14A、14B和14C是根据本发明一个方面的示例性实施例的与盒显示器相结合的盒电子器件的示意性框图；图14D、14E和14F是根据本发明一个方面的其它示例性实施例的盒电子器件的示意性框图；图15图示了根据本发明一方面的另一示例性实施例的盒电子器件和盒显示器的部件的示意性表示；图16A图示了根据本发明一个示例性实施例的与燃料盒相结合而且耦合到该燃料盒的具有用以接收燃料盒的一个端口(port)的功率单元的侧透视图；图16B图示了图16A的功率单元的端口的正透视图，其中该端口包括用以接收、接合和固定燃料盒的电接口和机械接口；图17A、17B、17C、17D和17E是根据本发明若干方面的示例性实施例的与功率盒的功率单元显示器和电接口(除了别的以外)相结合的功率单元电子器件的示意性框图；图18A图示了根据本发明一方面的一示例性实施例的具有四个再填充端口的再填充单元的透视图；图18B图示了图18A的再填充单元的再填充端口的正透视图；图19A、19B、19C、19D和19E是根据本发明的若干方面的示例性实施例的与功率盒的电接口(除了别的以外)相结合的再填充单元电子器件的示意性框图；以及图20图示了根据本发明一个示例性实施例的包括温度传感器释放端口组件的盒阀组件的透视局部横截面图。
具体实施例方式
有许多发明描述和图示于此。在一方面，本发明针对于一种便携燃料电池功率和管理系统(例如基于氢和/或甲醇的系统)及其部件和/或元件以及用于控制和/或操作这样的系统的技术。燃料电池功率管理系统(及其控制和/或操作方法)主动地(actively)监视、管理和/或控制燃料电池系统的一个或多个操作参数。例如，该系统监视、管理和/或控制系统对燃料的消耗和/或消耗速率，而且响应于此可以向用户提供和/或报警剩余燃料数量、消耗燃料数量、消耗速率和/或在所有燃料用尽之前的剩余时间(或其估计)。以此方式，用户可以相应地调度或计划。
在一个实施例中，本发明包括燃料盒和功率单元。燃料盒容纳由功率单元使用的从其中生成电的燃料。燃料盒连接到功率单元以将燃料提供到功率单元中或上的燃料电池。在一个实施例中，燃料是氢或甲醇。然而，本发明可以与无论现在已知还是以后开发的任何燃料和燃料电池系统相结合地实施，就这一点而论，所有便携燃料电池型系统(无论可再充电与否)都意在落入本发明的范围之内。请注意，尽管本申请常常表达于氢或甲醇燃料的情况下，但是应当理解本发明可应用于其它燃料和关联管理系统。
如上所述，本发明的燃料电池功率管理系统(及其监视、管理和/或控制和/操作方法)主动地监视、管理和/控制燃料电池系统的一个或多个操作参数。这些操作参数可以例如是燃料消耗和/或其速率、(例如燃料盒的)温度、(例如燃料盒中燃料的)压力、电功率消耗(例如包括功率单元的电压和电流生成和/或由此的输出和/或电流消耗)和/或系统或其部件、元件和/或子系统的任何错误/故障(例如燃料泄漏、机械、电和/或电子接口故障)。
请注意，燃料盒和/或功率单元可以主动地监视、管理和/或控制燃料电池系统的一个或多个操作参数。在这点上，燃料盒和/或功率单元可以被使能和/或配置用以监视、管理和/或控制燃料电池系统的一个或多个操作参数。分配给燃料盒和/或功率单元的监视、管理和/或控制过程可以(就地或相反)被固定、预设、预定、编程和/或是可配置的。在一个实施例中，(经由无线和/或有线通信的)用户或外部装置可以使能、去能、程序化和/或配置燃料电池系统的燃料盒和/或功率单元的操作参数的监视、管理和/或控制操作。
在另一实施例中，本发明也包括用以在燃料盒中补充和/或存储燃料的再填充单元。在这点上，燃料盒可以连接到再填充单元或者定期、间歇和/或随需地在燃料盒的存储容器中补充和/或存储燃料。除燃料盒之外或取而代之，再填充单元可以监视、管理和/或控制再填充过程的一个或多个操作参数。实际上，除燃料盒和/或功率单元之外(或取而代之)，再填充单元也可以由用户或外部装置用来使能、去能、程序化和/或配置燃料电池系统的其它子系统(例如功率单元或燃料盒)的操作参数。同样，在这一实施例中，燃料电池功率和管理系统是便携和可再充电的，而且燃料盒、功率单元和/或再填充单元可以主动地监视、管理和/或控制燃料电池系统的一个或多个操作参数。
参考图1A，在一个实施例中，本发明的燃料电池功率和管理系统10包括燃料盒100和功率单元200。燃料盒100包括盒接口102和有助于燃料盒100与功率单元200之间燃料传送的盒阀组件104。盒接口2包括与功率单元200的接口“配合”的机械接口。与盒接口102的机械接口相结合，盒阀组件104有助于燃料从燃料盒100到功率单元200的受控交换。
在一个实施例中，燃料盒100也包括盒电子器件106和盒显示器108。盒电子器件106包括用以监视、管理、控制和/或存储例如燃料盒100的一个或多个操作参数。例如LCD或LED显示器的盒显示器108可以适当地设置于燃料盒100上或中以有助于例如一个或多个操作参数状态的信息从盒电子器件106到用户或操作者的交换。以此方式，用户或操作者可以在视觉上检查这样的信息。请注意，燃料盒100也可以包括(除盒显示器108之外或取而代之)用以可听地将这样的信息提供到用户或操作者的可听指示器(未图示)。
功率单元200包括功率单元接口202和功率单元阀组件204，该组件用以与燃料盒100牢固地接合或连接而且从燃料盒100接收燃料。功率单元接口202包括与燃料盒100的机械接口“配合”的机械接口。功率单元阀组件204有助于燃料从燃料盒100到功率单元200的安全和受控交换。
在一个实施例中，软管或管式材料可以插入于燃料盒100与功率单元200之间以有助于从燃料盒100到功率单元200的燃料流动。该软管或管式材料可以包括适当的连接接口或者适于连接到适当的连接接口以由此提供燃料盒100与功率单元200之间的合适的流体(和/或电)传送。
在一个实施例中，功率单元200也包括功率电子器件206和功率单元显示器208。功率单元电子器件206包括用以监视、管理、控制和/或存储例如燃料盒100和/或功率单元200的一个或多个操作参数的电路系统。
例如LCD或LED显示器的功率单元显示器208可以适当地设置于功率单元200上或中(例如以凹入方式)以允许用户或操作者从功率单元电子器件206和/或燃料盒电子器件106获得信息，例如燃料盒100和/或功率单元200的一个或多个操作参数的状态。在这点上，该信息可以由功率单元电子器件206计算、确定和/或测量而且/或者由燃料盒电子器件106经由盒接口102和功率单元接口202的电接口提供到功率单元显示器208。
请注意，如同功率单元显示器208，盒显示器108可以提供燃料盒100和/或功率单元200的一个或多个操作参数的状态。在这点上，待显示的信息可以如上所述由燃料盒电子器件106计算、确定和/或测量而且/或者由功率单元电子器件206经由功率单元接口202和盒接口102的电接口提供到盒显示器108。以此方式，除功率单元显示器208之外或取而代之，用户或操作值也可以使用盒显示器108在视觉上检查燃料盒100和/或功率单元200的一个或多个操作参数。
与燃料盒100一样，功率单元200也可以包括(除功率单元显示器208之外或取而代之)用以可听地将燃料盒100和/或功率单元200的一个或多个操作参数提供到用户或操作者的可听指示器(未图示)。
功率单元200也包括用以将燃料盒100提供的燃料转换成电功率的燃料电池210。燃料电池210经由功率单元电子器件206的电接口将电功率提供到外部装置例如相机或计算机。请注意，在基于氢的燃料电池的情况下，燃料电池210一般包括阳极端，用于将氢原子分成电子和质子；电流承载部分，为电子提供路径；比如质子交换膜的介质，为质子提供路径；以及阴极端，用于在存在氧气时将电子和质子再结合到水分子中。下面将相当更为详细地描述燃料电池210。
燃料容器110在一个实施例中参考图2、3A、3B，燃料盒100包括用于在提升的压力存储燃料例如氢或甲醇的燃料容器110。容器110优选地设计为具有如下厚度的圆柱体，该厚度足以经受住特定燃料存储时所在的典型压力。例如，在氢的情况下，盒100可以通常以达到5,500磅每平方英寸(PSI)的压力存储氢。容纳氢的燃料容器110的标称操作压力约为250PSI，最大操作压力约为600PSI，标称测试压力约为2,200PSI，以及标称爆破压力是5,100PSI。
继续参考图3A、3B和3C，在一个实施例中，燃料容器110的材料是铝，比如6061铝。容器110是包括收缩成颈状的区域112的常规形状，该区域具有内螺纹114，这些螺纹用于盒阀组件104的紧固元件。
燃料容器110也包括图示为螺纹的领附着机构116。领附着机构116有助于经由盒领组件118的互反螺纹和领附着机构116的螺纹将盒领组件118连接到燃料容器110(参见图3C)。如下面详细讨论的，盒领组件118是用以将盒电子器件106和盒显示器108附着到燃料容器110的机构。
在基于氢的燃料电池系统情况下，在燃料容器110的室110a之内的将是未示出的氢化物材料粒子，这些粒子吸收氢以帮助存储氢和/或提高氢在容器110中的存储容量。
盒阀组件104盒阀组件104允许流体形式的燃料从燃料盒100到功率单元200的受控交换。盒阀组件104可以经由与燃料容器110的内螺纹配合的螺纹牢固地固定到燃料容器110(例如参见图3C)。在操作中，盒阀组件104包括至少两个状态，包括第一或激活状态，由此燃料可以流出或流入燃料盒100的室110a。在第二或未激活状态中，盒阀组件104防止或禁止燃料流，燃料就这样容纳于室110a之内。盒阀组件104包括阀密封128，该密封设计为防止流体从燃料盒100的室110a泄漏(例如参见图3C)。
请注意，流体在例如燃料盒100用作为用于功率单元200的燃料源时流出燃料盒110。在燃料盒100可再充电的情况下，燃料可以在例如燃料盒100正在被填充或再填充时(例如定期、间歇或随需地)流入燃料盒100中。
参考图3C和4A-4D，在一个实施例中，盒阀组件104包括提动组件122。提动组件122包括远端122a和近端122b。在操作中，法兰124相对于盒阀组件104的位置允许气体的流动(即绕着法兰124的流动)。在这一实施例中，法兰124是多边的，包括在法兰124的边缘周围的至少一个平边124a。请注意，边的数目可以是任何数目但是一般大于二。在该说明性实施例中，法兰124包括三个平边连同三个曲边124b。请注意，考虑到本说明书，其它设计是合适的而且对于本领域技术人员将是明显的。例如，可以实施凹口孔、扇形孔和/或钻孔设计。
提动组件122还包括内部流体通道126。在这一说明性实施例中，内部流体通道126延伸提动组件122的长度。考虑到本说明书，内部流体通道126的其它设计是合适的而且对于本领域技术人员将是明显的。事实上，下面讨论了内部流体通道126的其它实施例。
提动组件122也可以包括密封环128，该密封环用以在提动组件122与盒阀组件104的其它元件相组合来设置时增强或提供充足的密封。
流体管道126a从内部流体通道126延伸到提动组件122的远端122a处的外表面。爆破片130位于提动组件122的近端122b处而且通过保持器130a在适当的位置上得以保持，该保持器可以专门地设计或适合用于爆破片130。请注意，爆破片130和保持器130a可以是分离部件或者可以制造为单一部件。借助于与保持器130a上的内螺纹互反的螺纹或者根据本说明书对于本领域技术人员而言明显的其它装置，保持器130a装配到提动组件122的近端122b上。“圆”焊料可以设置于爆破片130上，而保持器130a装配到提到组件122的近端122a处的螺纹上，并且随后被加热以将爆破片130和保持器130a进一步固定到提供组件122的近端122b。爆破片130也可以通过将保持器130a卷曲到适当的位置来固定到提供组件122的近端122b。
请注意，爆破片130也可以起到释压装置的作用。在这点上，爆破片130可以设计成在预设压力打开且在压力降至预定压力以下时闭合。在一个实施例中，爆破片130可以定级于每平方英寸某些英镑的标定，该标定少于用于燃料容器110的标定(图3A-3C中图示)。一般而言，爆破片130可以定级为从500-3,000lbs每平方英寸。
参考图5A-5E，盒阀组件104还包括具有远端132a和近端132b的阀组件壳132。组件壳腔134延伸拉长的阀组件壳132的长度上。阀组件壳132包括位于壳132的远端132a处的径向延伸法兰136。阀组件壳132的外表面132c包括用于将盒阀组件104固定到燃料容器的螺纹(经由如图3C中图示的内螺纹114)。阀组件壳132中的内肩限制了内腔134以有助于提动组件122的密封环128的牢固“就座”和/或放置。
盒阀组件104还包括弹簧138，该弹簧靠着提动组件122来装配而且推压法兰124。在此例中图示为扣环的扣件140a靠着垫圈140b和弹簧138来装配以将垫圈-弹簧提动组件和密封环128保持于阀组件壳132的壳腔134内部。一旦扣环就位，多边法兰124靠着阀组件壳132的肩来装配，使密封环128定位成密封盒阀组件104的内部截面。
粒子过滤器142可以定位于阀组件壳132的近端132b处(在组装时)，该过滤器设计用来维持和/或保持燃料容器110的腔110a中的任何颗粒物质。粒子过滤器142在将任何固体保持于容器110内部(例如氢化物)的同时允许流体形式的燃料(例如氢或甲醇)流过。
请注意，一个或多个密封环144(图7A中的144a和144b)可以定位于壳腔134的远端132a内部以增强盒阀组件104在与燃料盒100的其它部件相组合时的完整性。以此方式，增强了在接合或连接时燃料盒100与功率单元200(或再填充站300，如果适用)之间的燃料或流体路径的密封。
参考图6B，在操作中，在提动组件122的法兰124与密封环128通过弹簧138推压壳腔134的内肩时，盒阀组件104处于闭合状态中。在此条件下，防止燃料盒容器110的室110a中容纳的燃料(即流体)流入室110a中或流出室110a。近端132b装配于容器110内部。将粒子过滤器142设置、定位和设计用来允许流体流动但是防止和/或最小化任何颗粒物质脱离容器110。
参考图6C，当迫使或推压提动组件122的法兰124和密封环128(即在提动组件122的远端122a处)离开壳腔134的内肩时，盒阀组件104处于打开状态中(由此流体可以流入或流出室110a)。以此方式，空隙146形成于法兰124/密封环128与壳腔134的内肩之间，由此允许燃料或流体(例如氢)在压力之下流动(流入或流出室110a)于粒子过滤器142、壳132的内腔134、弹簧138之间、绕着间隙148流入空隙146中、以及经过流体管道126a流到内部流体通道126。
请注意，在操作中，提动组件122的远端122a被功率单元200或再填充单元300的销(未示出)推压，这些销在法兰136的前表面上突出到盒阀组件104中。此动作或操作将在下面详细地加以描述和图示。
盒阀组件可以使用许多不同设计来实施。这样的替选设计旨在落入本发明的范围之内。事实上，所有类型的盒阀组件都旨在落入本发明的范围之内。
请注意，对图4A-4E、5A-5E和6A-6C的示例性盒阀组件可以进行许多改型。这样的改型旨在落入本发明的范围之内。例如，参考图7A-7C，在一个替选设计中，盒阀组件104包括提动组件122，该组件具有通过帽150来闭合的内部流体通道，使得该通道不延伸提动组件122的整体长度，但是该通道仍然与流体管道126a连通。此外，法兰或肩152位于提动组件122的远端122a处。
此实施例的盒阀组件104也包括装配于提动组件122的顶端150之上的弹簧154。弹簧154设计成比弹簧138“较弱”的弹簧，这样弹簧154就趋向于在弹簧138之前而且比弹簧138以更大的比率进行压缩。当组装时，帽158a装配于弹簧154之上而且扣环156装配于弹簧154周围。
参考图7E和7F，由于弹簧138强于弹簧154，所以闭合状态或位置将是自然位置或者是由盒阀组件104采用的非使能状态。在这点上，在操作中，弹簧138将推压或迫使密封环128所暂驻的提动组件122靠着阀组件壳132的肩，由此有效地防止流体经过壳腔134的任何流动。
参考图7F，当经由在阀组件壳132的远端132a处的壳腔134通过功率系统200或再填充单元300的销或短截部件(未图示)(如下面详细描述的)来接合盒阀组件104的帽158a的前表面158b时，盒阀组件104置于打开状态。相适应地，弹簧154被压缩而且迫使或推压帽158a在阀组件104的扣环156上压缩到底(bottom out)。此外，销或短截部件(未图示)还具有延伸或指状结构，该延伸或指状结构从其顶端延伸而且具有将延伸穿过帽158a的前表面158b上的开口的直径。靠着帽158a和顶端150的力量足以将提动阀122移到如图7F中图示的位置。以此方式，来自盒阀组件104的流体(例如气体)流过通道148且流出空隙146到达阀组件壳132的远端132a处的壳腔134中。
在操作中，当燃料盒100连接到功率单元200和/或再填充单元300时，盒阀组件104通过在功率单元200和/或再填充单元300的连接被自动地打开。在这点上，功率单元200和/或再填充单元300的接口上的阳型延伸在盒阀组件104的远端132a处与燃料盒100的机械接口102b的阴型接受器结合，以接合、激活和/或推压提动组件122从闭合位置或状态(例如参见图6B和7E)到打开位置或状态(例如参见图6C和7F)。当机械接口102b从功率单元200和/或再填充单元300的机械接口断开时，盒阀组件104自动地闭合以由此密封和/或保持流体/燃料于容器110中而且维持燃料在燃料盒100中的适当压力。
具体而言，功率单元阀组件204或再填充单元阀组件304的销或短截部件(下面分别关于功率单元200和再填充单元300加以讨论)具有两段，一段靠着帽158a的顶部来定位，以及指状结构或延伸则穿过帽158a的前表面158b上的开口来装配，可以获得数个优点，包括(1)由于帽158a的存在，保护该阀免遭尘土等；(2)帽158a设计为具有这样的距离，使得即使由外物如笔顶端来向下推压它，笔顶端仍然接触不到提动顶端150；以及(3)即使锐物比如纸夹插入到阀104中，仍不会有用以在接触圆形的提动顶端150时打开它的充足杠杆作用(由此带来阻止不恰当的燃料放电的安全特征)。
盒领组件118盒领组件118是将盒接口102、盒电子器件106和盒显示器108固定或附着到燃料容器110的机构。参考图8A和8B，在一个实施例中，盒领组件118附着到燃料容器110的收缩成颈状的区域112。电接口102a、机械接口102b和显示器装在盒领组件118上、盒领组件118中和/或装到盒领组件118，以有助于对燃料电池功率和管理系统10的其它部件的通信。此外，在固定到燃料容器110时，盒领组件118中的开口暴露盒阀组件104以允许盒阀组件104与例如功率单元200和/或再填充单元300之间的流体传送。
应当注意，有许多技术和架构用以将盒接口102、盒电子器件106和/或盒显示器108(或任何其它部件)固定到燃料容器110。这里图示和描述的盒领组件118是作为紧凑、轻便和高效设计的示例性技术/架构。旨在于用以将盒接口102、盒电子器件106和/或盒显示器108(和/或任何其它部件)固定到燃料盒100的燃料容器110的所有技术和架构，无论现在已知或是以后开发的，都落入本发明的范围之内。事实上，在这样的部件中的一个或多个部件无需固定到例如燃料容器110的那些情形下，为了提供单一和/或集成的燃料盒100，盒领组件118可能不是必需和/或有利的。
参考图8A、8B、9A和9B，在一个实施例中，盒接口102、盒电子器件106和盒显示器108设置于盒领组件118上、盒领组件118中和/或设置到盒领组件118。在这点上，盒显示器108可以是信息可视显示器(例如LCD或LED装置)，该显示器为用户或操作者提供了查看例如燃料盒100和/或燃料电池功率和管理系统10的其它单元的各种参数的能力。保护盖或膜108a可以设置于盒显示器108之上。此外，接触开关108b(例如接触按钮)可以用来在显示器108未连续“通”的那些情形下(例如，当燃料盒100处于“功率节省”模式和/或当燃料盒100闲置时)激活盒显示器108。
在一个实施例中，功率源160(例如电池)可以用来将功率提供到例如盒电子器件106和盒显示器108的电路系统。功率源160可以是可弃、不可更新或可更新的。盖板162保护电池免遭损坏，将功率源160固定到盒领组件118或固定于盒领组件118中，而且在电池的情况下有助于其拆卸和更换。此外，电池压缩垫162a可以用来将功率源160维持于适当的位置以及确保或增强功率源160与燃料盒100的其它电路之间的充分电接触。
参考图8A、8B、9A和9B，电接口102a包括电路板164(在此例中图示为环形印刷电路板)用以提供燃料盒100的电路系统之间的电连接。电路板164可以被安装有多个电接触点(图示为电接触垫166)以有助于对燃料盒100外部的装置的电通信。在示例性实施例中，在电路板164周围有三个等间隔的距离。装配具有适当定位的“切除”区域或开口164b的电路板盖164a，使得接触166在电路板盖164a设置于电路板164上时得以暴露。
另外，(电接口102a的)电接触垫166设置和定位于电路板164上而且经由盒领组件118中的开口暴露于外(例如参见图11B)。以此方式，功率单元200和再填充单元300的电接口202a和302a的接触销可分别接合电接触166以提供其间的适当电通信和/或连接(例如参见图11A、16B和18B)。
在此实施例中，电路板164包括在电路板164上的三个位置或定位处的三组接触垫166(例如参见图11B)。这些位置或定位与功率单元200和再填充单元300的机械接口的配合操作相一致或相符合。然而，根据本公开，本领域技术人员将认识到一组接触垫166足以提供燃料盒100与功率单元200(或再填充单元300)之间的电通信。
在一个实施例中，为了易于接触，接触垫166是镀金的。出于安全考虑，接地第一接触布局可能是有利的；然后，其它布局也是适合的。
请注意，保持环可以使用螺丝、棘爪簧和球来附着到适配器导引件。适配器导引件和保持环可以压装配于盒领组件118内，然后“夹入”燃料容器110与盒领组件118之间。以此方式，各种部件(例如电路板164和电路板盖164a)可以牢固地容纳和/或保持于盒领组件118之内。
如上所述，燃料盒100也包括机械接口102b用以与功率单元200或再填充单元300的机械接口“配合”(例如当燃料盒100是可再充电型时)以有助于燃料从燃料盒100到功率单元200(或者如果适用则从再填充单元300到燃料盒100)的受控、连续和/或不间断的交换。在一个实施例中，机械接口126b设置于盒领组件118中以提供相对紧凑的设计，该设计有助于燃料盒100(而且特别是燃料盒110和盒阀组件104)到例如功率单元200或再填充单元300的附着(例如参见图12、16B和18B)。作为盒机械接口102b一部分的适配器导引件168可以装配到盒领组件118中以帮助在燃料盒100中固定到功率单元200或再填充单元300。
参考图12，盒机械接口102b包括阴型接受器用以分别地接合功率单元200和再填充单元300的阳型机械接口202b和机械接口302b。尽管下面要详细讨论，但是示例性阳型机械接口包括具有成斜面边缘的“耳部”，该边缘装配到阴型接受器机械接口102b的凹陷中。“耳部”而且特别是成斜面的边缘设计成与阴型接受器机械接口102b的肩相适应。此后，大约四分之一转将燃料盒100固定到功率单元200或再填充单元300中。此接口设计要求很小的扭转运动和力量以将燃料盒100固定到功率单元200或再填充单元300中而且设计为在三个位置中的任一位置处取向。这样，此设计通过机械地接合机械接口102b的阴型接受器防止了在打开燃料盒100的盒阀组件104之前燃料盒100的回推。
请注意，燃料盒100的机械接口102b包括若干元件，这些元件有助于燃料盒100与功率单元200和/或再填充单元300的“平滑”接口。在这点上，机械接口102b在这一实施例中是与燃料盒100的盒阀组件104相配的“阴型接受器”。机械接口102b设计成接收功率单元200和/或再填充单元300的公延伸，如图12中图示。机械接口102b的阴型接受器提供了用以在功率单元200和/或再填充单元300中对准、插入、抓住和保持燃料盒100的方式。另外，机械接口102b的设计也有助于盒阀组件104的致动以允许或防止流体流入或流出燃料盒100。
如下面更为详细讨论的，与机械接口102b的阴型接受器相关联的是功率单元200的机械接口202b和再填充单元300的机械接口302b的阳型延伸(例如参见图12)。功率单元200的机械接口202b和/或再填充单元300的机械接口302b的阳型延伸被设计成接合燃料盒100的机械接口102b的阴型接受器以提供用于在其中对准、插入、抓住和保持燃料盒100的装置。
电接口102a和盒电子器件106参考图11B、13A-13C，在一个示例性实施例中，盒显示器108和盒电子器件106安装于电路板164上。电路板164包括电迹线用以互连各种组件，包括盒显示器108、盒电子器件106和电接口102a。
示为4-电路连接器的连接器170位于电路板164的下侧上。连接器170可以用来，除了别的以外，测试盒显示器108的部件和特征，而且盒电子器件106安装于电路板164上。
功率源接触172接合功率源160(例如电池)以将适当的电压和电流提供到通过电路板164上的电迹线来互连的电路系统和部件。
参考图14A，在一个实施例中，盒电子器件106包括控制电路系统174用以确定、监视、管理和/或控制燃料盒100、功率单元200和/或燃料电池功率和管理系统10的一个或多个操作参数。控制电路系统174可以是分立部件的组合或者可以是集成电路，例如一个或多个适当编程(就地或在配置之前)的微处理器、微控制器、状态机和/或现场可编程门阵列(“FPGA”)。控制电路系统174接收来自功率源160(例如可再充电或不可再充电的电池)的电功率。
在一个实施例中，盒电子器件106也包括存储器176，例如SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM和/或EEPROM。在这一实施例中，代表一个或多个操作参数和/或微代码的数据或信息可以存储于例如SRAM、DRAM、ROM或EEPROM中。代表一个或多个操作参数的数据或信息可以包括当前状态和/或历史数据。应当注意，存储器176可以由分立部件组成或者可以驻留于执行其它非存储器操作的集成电路例如控制电路系统174上或中。
在一个实施例中，盒存储器176可以存储或保持关联燃料盒100的一个或多个属性。例如，盒存储器176可以存储唯一地表示关联燃料盒100的数据(例如，关联序列号、制造和/或组装日期、与燃料盒100的一个或多个部件的供给商有关的数据、燃料容量、再填充次数(如果适用)及其日期、电子器件/软件的修正或系列和/或燃料类型)和/或更为一般地表示关联燃料盒100(例如机型编号)的数据。另外，盒存储器176也可以包括用于盒100的填充算法。以此方式，当盒100连接到再填充单元300或功率单元200时，盒存储器176可以得到盒100的唯一和一般特征(例如燃料容量和类型)以提供到能够确认、验证或确保正确的操作和集成的功率单元200、再填充单元300(如果适用)或用户/操作者。
如上所述，控制电路系统174可以确定、监视、管理和/或控制一个或多个操作参数，例如剩余和/或消耗燃料数量、燃料消耗速率、燃料容器110a中的燃料的温度和压力、燃料容器110a的外部温度和燃料盒100的操作状态(例如是否已经登记任何故障或错误)。例如，基于燃料盒100已经连接到并提供燃料到功率单元200和/或连接到再填充单元300并从再填充单元300接收燃料(其中燃料盒100是可再充电型)的时间数量，控制电路系统174可以计算、确定和/或监视剩余和/或消耗的燃料数量以及燃料消耗速率。此状态可以定期地更新和/或存储于存储器176中以便于例如功率单元200和/或再填充单元300的存取。
参考图14B，除此之外或取而代之，控制电路系统174可以从设置于盒容器110a、盒阀组件104和/或盒接口102上、中或附近的传感器178(例如温度、压力和/或流速型传感器)接收、采样和/或获取数据。控制电路系统174可以利用来自传感器178的数据以使用数学关系和/或建模来计算燃料盒100的一个或多个操作参数。例如，控制电路系统174可以获得代表燃料在燃料盒容器110a中的温度和压力的数据，而且基于此来计算/估计从燃料盒容器110a中消耗的和该容器中剩余的燃料数量。事实上，控制电路系统174可以获得代表了经过盒阀组件104的流体流速的数据，而且使用时间数据来计算燃料盒容器110a中剩余的燃料数量和从燃料盒100中所有燃料用尽之前的时间数量。
传感器178可以是分立元件，比如一个或多个微机电(“MEMS”)器件，或者是集成到盒容器110a、盒阀组件114和/或盒接口102中或者其部件(例如集成到和设置于盒容器110a的壁之内或阀组件壳132中的一个或多个温度元件)中的传感器。请注意，任何类型的传感器(例如MEMS)，无论现在已知还是以后开发的，都可以在这里实施。
在一个实施例中，控制电路系统174可以从燃料盒100外部的电路系统，例如经由外部装置(计算机或PDA)从用户或操作值，和/或从功率单元200或再填充单元300，接收指令和/或数据。在这点上，可以指示控制电路系统174例如确定、测量、采样一个或多个操作参数，而且随后控制和/或管理燃料盒100和/或功率单元200的操作(例如，通过接合功率单元200上设置的冷却单元来调整和/或修改燃料容器110a的燃料消耗速率和/或外部温度(以及间接地调整和/或修改燃料容器110a中的燃料温度))。
在一个实施例中，控制电路系统174提供和/或传送经测量、采样、感测和/或确定的操作参数到功率单元200、再填充单元300和/或用户或操作者。例如，控制电路系统174可以确定燃料容器110a中的填充状态或剩余燃料数量(使用上述技术)，而且随后将代表该操作参数的数据提供到功率单元200。作为响应，功率单元200可以调整其操作参数的一个或多个，例如减少功率/燃料消耗速率。
作为替选，操作者或用户(或外部装置)可以从燃料盒100接收代表燃料容器110a中的填充状态或剩余燃料数量的数据，而且响应于该数据来修改或改变功率单元200的操作特征(直接地或远程地)。以此方式，可以修改和/或改变一个或多个操作参数(例如减少燃料消耗和/或电功率输出/生成或者接合冷却单元以影响燃料容器110a的温度)。
对功率单元200的操作特征的修改或改变可以是预设、预定和/或预编程的。以此方式，该响应基于功率单元200和/或燃料盒100的条件、操作特征和/或操作参数被预设、预定和/或预编程。作为替选或者除此之外，定义了对操作特征的修改或改变的指令可以由操作者、用户或外部装置来发送或提供(例如用户基于一个或多个考虑、因素、约束和/或目标来确定恰当的修改或改变)。
参考图14C，这样的指令和/或数据可以经由通信电路系统180来接收或发送。在这点上，通信电路系统180可以利用公知的有线(例如串行输入/输出端口)和/或无线技术(例如红外、射频、蜂窝电话、蓝牙技术)。事实上，指令和/或数据可以经由无线技术来远程提供。请注意，无论现在已知或以后开发的通信技术都旨在落入本发明的范围之内。
在一个实施例中，通信电路系统180可以用来发送数据和/或命令到功率单元200、再填充单元300和/或其它外部装置(例如到本地或远程计算机)。数据可以代表一个或多个操作参数(经传感器178测量、采样、感测和/或控制电路系统174确定的)，比如温度、压力、功率单元200的燃料消耗速率和/或燃料盒100中的剩余燃料数量。该数据也可以代表燃料盒100的整体状态。如上所述，通信电路系统180可以利用有线或无线技术。
参考图14D，在另一实施例中，盒电子器件106包括存储器176用以存储和/或保持由功率单元200、再填充单元300和/或系统10外部的电路系统提供的数据。在这一实施例中，功率单元200和/或再填充单元300(适用时)可以，除了别的以外，确定、监视和/或控制一个或多个操作参数，例如燃料容器110a中的剩余和/或消耗的燃料数量、燃料消耗速率和/或燃料温度和压力。功率单元200和/或再填充单元300(适用时)可以定期或间歇地在存储器176中存储代表一个或多个操作参数的数据。在这点上，燃料盒的状态(例如剩余燃料数量)保持于燃料盒的存储器(即存储器176)之内，使得它可以为功率单元200、再填充单元300和/或系统10外部的电路系统的调用所用。请注意，包括通信电路系统180以便有助于对存储器176的访问可能是有利的(例如参见图14)。
请注意，控制电路系统174进行或执行对这里描述的特定任务和/或操作进行实施的例程或程序。例程或程序的功能可以是组合或分布的。这样的编程为本领域技术人员所熟知，特别是在根据本公开的情况下。用以确定、监视、管理和/或控制燃料盒100、功率单元200和/或再填充单元300的一个或多个操作参数和/或特征的所有编程技术及其实施，无论现在已知或以后开发的，都旨在落入本发明的范围之内。
参考图15，在一个实施例中，控制电路系统174是其中驻留有EEPROM的微控制器集成电路。功率源160在这一实施例中是将电功率提供到盒电子器件106(例如微控制器)和盒显示器108(例如LCD或LED显示器)的电路系统/装置的电池。在实施LCD显示器时，包括背光108c可能是有利的，该背光在环境光线可能不足时提供适当的发光。接触开关108b使能背光108c。也就是，当压下接触开关108b时，背光108c将照亮LCD显示器。
燃料盒100的示例性组件在燃料盒利用氢材料的情形下，在制造燃料容器110之后，适当的氢化物材料可以置于其中。这样的材料在本领域中是公知的。随后，盒阀组件104可以经由内螺纹114和阀组件壳132上的对应螺纹132c被插入并固定到容器110(例如参见图8A)。盒领组件118可以经由领附着机构116(例如通过将领组件118拧到盒容器110上)固定到容器110。
在此之后或之前，盒电子器件106可以配置用来确定、监视、管理和/或控制燃料电池功率和管理系统10的一个或多个操作参数(例如用以表征燃料盒100的填充状态)。例如，盒电子器件106可以配置用来就地(即在现场或在布置时)确定、监视、管理和/或控制一个或多个操作参数。
功率单元200在本发明的一个方面中，燃料电池功率和管理系统10包括功率单元200用以使用在燃料盒100中存储的和从燃料盒100提供的燃料生成电。功率单元200包括接口和阀组件，该组件连接到或配合于一个或多个燃料盒100的对应部件。以此方式，燃料容器110中存储的燃料(例如氢或甲醇)在压力之下供给到从中生成电的功率单元200。
参考图1A和16B，在一个实施例中，功率单元200包括配置为连接到或配合于燃料盒100的功率单元接口202和功率单元阀组件204。功率单元200也包括功率单元电子器件206和功率单元显示器208。简言之，功率电源电子器件206包括用以确定、监视、控制和/或存储例如燃料盒100和/或功率单元200的一个或多个操作参数的电路系统。例如LCD或LED显示器的功率单元显示器208可以方便地位于壳212上以有助于用户的观察和/或与用户交换从盒电子器件106和/或功率单元电子器件到用户或操作者的信息，例如一个或多个操作参数的状态。以此方式，用户或操作值可以例如查看如下数据，该数据代表了燃料盒100和/或功率单元的一个或多个操作参数的状态(例如剩余和/或消耗燃料数量、燃料消耗速率、燃料容器110a中的燃料温度和压力，以及燃料盒100的操作状态，例如其中的任何故障或错误)。
请注意，功率单元200可以包括(除显示器208之外或取而代之)可听指示器(未图示)用以将代表一个或多个操作参数的状态的信息可听地提供到用户或操作者。
功率单元也包括燃料电池210。燃料电池210利用该燃料(例如氢、氢化物或甲醇)来生成电。燃料电池210包括燃料电池堆。于2002年12月24日提交的美国专利申请第10/328,709号(通过引用将其整体结合于此)中描述和图示的燃料电池堆可以在功率单元200的燃料电池210中实施。另外，美国专利第5,683,828号、第5,858,567号、第5,863,671号和第6,051,331号(通过引用将其全部整体结合于此)中描述和图示的燃料电池堆和燃料电池堆技术也可以在燃料电池210中实施(通过或没有改型)。对于燃料电池堆和燃料电池堆技术的操作有许多设计、架构和模式。事实上，无论现在已知或是以后开发的所有燃料电池堆都旨在落入本发明的范围之内。
请注意，特定优选的燃料电池功率系统是在如上所述于2002年12月24日提交的美国专利申请第10/328,709号描述的燃料电池功率系统(如上所述，通过引用将该申请整体结合于此)。简言之，该申请特别地描述了一种通风燃料电池系统，其中设置了空气移动装置，配置用来朝着多个燃料电池的阴极端引导大气空气，由此随着它将大气空气供给到阴极端对流地冷却燃料电池，这帮助了电的生成。
参考图16A和16B，在一个实施例中，功率单元200包括具有用以接收燃料盒100的盒端口214的壳。此实施例的功率单元200(电和/或机械地)固定或连接到接收来自功率单元200(和由之生成)的电功率的外部装置(未图示)。
功率单元接口202的电接口202a和机械接口202b设置于盒端口214中。电接口202a设计成与燃料盒100的电接口102a连接。具体而言，在一个实施例中，设置于壳212上的电接口202a的电传导接触销216接合电接口102a的接触166(例如参见图11A)。以此方式，盒电子器件106的控制电路系统174和/或存储器176可以与例如功率单元电子器件206(控制电路系统(如果有)和/或存储器(如果有))和/或功率单元显示器208进行通信(例如提供代表一个或多个操作参数的数据和/或确定、监视、管理和/或控制一个或多个操作参数)。
请注意，在这一实例实施例中，功率单元200包括仅一个盒端口214用以接收一个燃料盒100。然而，如上面提到的，功率单元200可以包括多个盒端口214用以容纳和接收多于一个燃料盒100。
接触销216优选地是具有相当大的循环寿期(例如多于100,000循环)的微型弹簧单高跷(pogo)销型式。在一个实施例中，电接口202a包括五个销以提供多个电信号，包括电源和接地、热敏电阻传感器输出信号以及经由串行接口提供数据。盒电子器件106和功率单元电子器件206设计成在燃料盒100处于功率单元200中时是“通(on)”的。
请注意，提供了燃料盒100的三重接触垫配置用以支持多取向插入以及易于与电传导接触销216相结合的操作。这样，接触销216可以接合燃料盒100的电接口102a上三个接触垫中的任一个。
机械接口202b设计成容纳、保持和接合至少一个燃料盒100。以此方式，功率单元阀组件204可以连接用以提供从燃料盒100到燃料电池210(以及特别是燃料电池210的燃料电池堆)的流体传送。继续参考图16B，机械接口202b包括阳型接口用以接合燃料盒100的盒机械接口102b的阴型接受器。示例性阳型机械接口包括具有成斜面边缘220a的“耳部”或突出部220，其装配到阴型接受器机械接口102b的凹陷中(例如参见图12)。突出部220的成斜面边缘220a与阴型接受器机械接口102b的肩配合。随后，约四分之一转将燃料盒100固定到功率单元200中。请注意，此设计防止了在打开燃料盒100的盒阀组件104之前通过机械地接合机械接口102b的阴型接受器而对燃料电池100的回推。
继续参考图16B，在机械接口202b接合燃料盒100的机械接口102b同时(例如参见图12)，致动销222通过在法兰136的前表面上突出到盒阀组件104中来接合(例如推压)提动组件122的远端122a(例如参见图7E和7F)。如上所述，此动作或操作将盒阀组件104置于打开状态。一旦燃料盒100牢固地就位于功率单元200中，然后允许燃料从盒100流到功率单元200以允许燃料电池210进行操作。
请注意，功率单元200包括从功率单元阀组件204延伸到燃料电池210的管道。功率单元阀组件204包括具有调节器的阀，该调节器连接到管道以调节燃料压力和/或控制燃料到燃料电池210的燃料电池堆的流动。调节器选择和调节燃料压力，包括用于将燃料盒100中容纳的燃料馈送到燃料电池堆的参数。因此，在燃料可以在燃料盒100牢固地就位于功率单元200中之后能在压力之下流动的同时，功率单元阀组件204中的调节器对馈送到燃料电池210的燃料的压力进行调节。
参考图17A，在一个实施例中，功率单元电子器件206包括控制电路系统224用以确定、监视、管理和/或控制燃料盒100、功率单元200和/或燃料电池功率和管理系统10的一个或多个操作参数。控制电路系统224可以类似于燃料盒100的控制电路系统174被实施和/或配置。因此，与控制电路系统174的特征、实施、实施例、操作和配置有关的讨论完全适用于控制电路系统224；也就是，控制电路系统224可以以与控制电路系统174相同或相似的方式来实施或配置和/或执行与控制电路系统174相同或相似的操作。出于简洁的缘故，这些讨论将不再重复而是仅在下面结合控制电路系统224加以概述。
控制电路系统224确定、监视、管理和/或控制一个或多个操作参数，例如剩余和/或消耗燃料数量、燃料消耗速率、燃料容器110a中的燃料温度和压力、燃料容器110a的外部温度和燃料盒100的操作状态(例如是否已经登记任何故障或错误)和/或功率单元200的操作状态。在一个实施例中，使用与燃料盒10连接到且提供燃料到功率单元200的时间数量有关的信息，控制电路系统224可以计算、确定和/或监视燃料盒110中剩余的燃料数量以及燃料消耗速率。
除此之外或取而代之，控制电路系统224可以从设置于盒容器110a、盒阀组件104和/或功率单元阀组件204上、中或附近的传感器178和/或传感器230(例如温度、压力和/或流速型传感器)接收、采样和/或获取数据(例如参见图17B)。控制电路系统224可以利用来自传感器178和/或传感器230的数据以使用数学关系和/或建模来计算一个或多个操作参数。例如，控制电路系统224可以获得代表燃料在燃料盒容器110a中的温度和压力的数据，而且基于此来计算/估计从燃料盒容器110a中消耗的和该容器中剩余的燃料数量。事实上，控制电路系统224可以获得代表穿过燃料盒阀组件104的流体流速的数据，而且使用时间数据来计算燃料盒容器110a中剩余的燃料数量和从燃料盒100中所有燃料用尽之前的时间数量。
请注意，控制电路系统224可以是分立部件的组合或者可以是集成电路，例如一个或多个适当编程(就地或在布置之前)的微处理器、微控制器、状态机和/或FPGA。
在一个实施例中，功率单元电子器件206也包括存储器226，例如SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM和/或EEPROM。以此方式，代表一个或多个操作参数和/或微代码的数据或信息(为控制电子器件224所用)可以存储于例如SRAM、DRAM、ROM或EEPROM中。代表一个或多个操作参数的数据或信息可以包括当前状态和/或历史数据。应当注意，存储器226可以由分立部件组成或者可以驻留于执行其它非存储器操作的集成电路例如控制电路系统224上或中。
参考图17B，传感器230可以是分立元件，比如一个或多个微机电(“MEMS”)器件，或者是设置于盒容器110a附近和/或设置于功率单元阀组件204和/或盒接口202中或者其部件(例如集成到和设置于阀组件204的壳中的一个或多个温度元件)中的传感器。
在一个实施例中，控制电路系统224可以例如从用户或操作者接收指令和/或数据。在这点上，可以指示控制电路系统224例如确定一个或多个操作参数，而且随后控制和/或管理燃料盒100和/或功率单元200的操作(例如，通过接合功率单元200上设置的冷却单元来调整和/或修改燃料容器110a的燃料消耗速率和/或外部温度(以及间接地调整和/或修改燃料容器110a中的燃料温度))。这样，增强了系统10的效率和/或控制。
在一个实施例中，控制电路系统224提供和/或传送经测量、采样、感测和/或确定的操作参数到用户或操作者。例如，控制电路系统174可以从传感器178和/或传感器230获取数据，而且随后确定燃料容器110a中的填充状态或剩余燃料数量。控制电路系统224可以将代表该操作参数的数据提供到用户或操作者。作为响应，用户或操作者可以调整功率单元200的操作参数的一个或多个，例如减少功率/燃料消耗量和/或减少或调整燃料电池210的输出功率。
作为替选，操作者或用户(或外部装置)可以从控制电路系统224接收代表燃料容器110a中的填充状态或剩余燃料数量的数据(如在该控制电路系统中计算的)，而且响应于该数据来指示功率单元200修改或改变其操作特征(直接地或远程地)，例如减少燃料消耗和/或电功率输出/生成，或者接合冷却或加热单元以影响燃料容器110a的温度(例如，在燃料在操作期间的温度可能不适当和/或不是最佳的那些情形下)。对功率单元200的操作参数的修改或改变可以被预设、预定和/或预编程。该修改或改变也可以依据发送或提供到控制电路系统224的指令(例如，用户基于一个或多个考虑、因素、约束和/或目标来确定适当的修改或改变)。
参考图17C，这样的指令和/或数据可以经由通信电路系统228来接收或发送。在这点上，通信电路系统228可以利用公知的有线(例如串行输入/输出端口)和/或无线技术(例如红外技术)。事实上，指令和/或数据可以经由无线技术来远程提供。
在一个实施例中，通信电路系统228可以用来发送数据和/或命令到功率单元200、再填充单元300和/或其它外部装置(例如到本地或远程计算机)。数据可以是(经传感器178测量、采样、感测和/或控制电路系统224确定的)一个或多个操作参数，比如温度、压力、功率单元200的燃料消耗速率和/或燃料盒100中的剩余燃料数量。该数据也可以代表功率单元200和/或燃料盒100的整体状态。
请注意，从成本和重量的观点来看，在燃料盒100或功率单元200中而不是在两者中实施控制电路系统可能是有利的。例如，参考图17D，在一个实施例中，功率单元200包括如上所述的功率单元电子器件206(例如参见图17A、17B和/或17C)，而燃料盒100包括存储器176(例如参见图14D和14E)用以存储和/或保持由功率单元电子器件206提供的数据。在这一实施例中，控制电路系统224可以特别地监视一个或多个操作参数，例如剩余和/或消耗的燃料数量、燃料消耗速率和/或燃料容器110a中燃料的温度和压力、燃料容器110a的外部温度和/或燃料盒100的操作状态(例如是否已经登记任何故障或错误)。控制电路系统224可以定期或间歇地在存储器176中存储代表一个或多个操作参数的数据。在这点上，燃料盒的状态(例如剩余燃料数量)保持于燃料盒的存储器(即存储器176)之内，使得它可以为功率单元200(例如，没有给定燃料盒100的状态“历史”的另一功率单元200)和/或再填充单元300的调用所用。
控制电路系统224也可以确定、监视、管理和/或控制功率单元的其它特征或操作，例如热管理、燃料泄漏检测、燃料清除、过电流保护和/或电压调节。在这点上，控制电路系统224可以接收代表了功率单元200的一个或多个元件(例如燃料电池210)的温度的信息，而且响应于该信息来调整和/或管理功率单元200的操作(例如调整燃料消耗数量和/或电的生成)。
传感器230可以包括燃料泄漏传感器用以将燃料路径的完整性状态(即是否存在泄漏)的数据提供到控制电路系统224。响应于该数据，控制电路系统224可以向用户/操作者报警泄漏(或可能泄漏)和/或可以安全地终止功率单元200的操作。
作为替选，控制单元224可以基于来自传感器230的数据来确定燃料泄漏(或潜在燃料泄漏)的存在。控制电路系统224可以利用为本领域技术人员所熟知的各种技术来评估是否有燃料泄漏。同样，控制电路系统224可以向用户/操作值报警泄漏(或可能泄漏)和/或可以立即和安全地终止功率单元200的操作。
控制电路系统224也可以监视过电流保护和/或电压调节的状态以评估燃料电池210的功率生成的状态。在一个实施例中，控制电路系统224可以从提供与电的生成和/或其消耗有关的信息的传感器230接收代表电流消耗和/或电压电平的信息。作为响应，控制电路系统224可以适当地管理和/或控制功率单元200的操作。
请注意，控制电路系统224可以进行或执行对这里描述的特定任务和/或操作进行实施的例程或程序。例程或程序的功能可以是组合或分布的。这样的编程为本领域技术人员所熟知，特别是在根据本公开的情况下。用以确定、监视、管理和/或控制燃料盒100和/或功率单元200的一个或多个操作参数和/或特征的所有编程技术及其实施，无论现在已知或以后开发的，都旨在落入本发明的范围之内。
再填充单元参考图1B，在一个实施例中，除燃料盒100和功率单元200之外，燃料电池功率和管理系统10还包括再填充单元300。在这点上，在燃料盒是可再填充型的那些情形下，在一些或所有燃料从燃料盒100耗尽之后(例如被功率单元200所消耗)，燃料盒可以使用再填充单元300来填充以燃料(例如氢、甲醇或其它含氢化合物)。
在一个实施例中，再填充单元300包括再填充单元接口302、再填充单元阀组件304、再填充单元电子器件306和再填充单元显示器308(例如两行LD器件的24字符)。简言之，参考图1B，在一个实施例中，再填充单元接口302和再填充单元阀组件304配置用以与燃料盒100的关联或对应部件连接配合(例如参见图11A和12)。再填充单元接口302和再填充单元阀组件304的配置、架构和设计可以分别与功率单元接口202和功率单元阀组件204相同。出于简洁的缘故，将不重复该讨论。
再填充单元300可以是独立桌面型或壁装式装置，该装置例如安装在一设施处或车辆中而且由此为一个或多个燃料盒100提供再填充能力。参考图18A和18B，在一个实施例中，再填充单元300包括一个或多个再填充端口310(图示了四个再填充端口)用以容纳一个或多个燃料盒100。如上所述，再填充单元300在操作中补充一个或多个耗尽的燃料盒100而且使燃料盒100返回到填充更多的状态或完全再填充的状态以便在功率单元200中的使用。
在再填充单元300包括多于一个再填充端口310的那些情形下，每个再填充端口310可以独立于其它端口来起作用和/或被操作。以此方式，具有不同燃料填充和/或容量条件的燃料盒100可以独立地返回到填充更多或完全再填充的状态。另外，燃料盒100可以随机地安装于再填充端口310中。
再填充端口310包括用于在未使用时提供流体或燃料关断的独立螺线管阀和用以感测燃料盒100是否插入的开关。螺线管/开关组合允许对任何再填充端口310的随机接入、再填充操作的半自动启动和终止，而且提供正向的流体供给关断。可能有利的是将再填充单元300维持在一位置，由此燃料盒100相关于燃料盒110a的中心轴处于通常水平的取向。以此方式，可以防止外物引入到阀组件304和再填充端口310的区域中而且减少和/或最小化这样的外物所造成的可能故障或对再填充端口中和附近的部件的损坏。
在一个实施例中，再填充单元300包括主燃料/流体输入端口314用以连接到主要压缩燃料源(例如“K”瓶大小的罐)。主燃料/流体输入端口314可以位于壳312的外表面上以有助于连接到主要压缩燃料源。主燃料/流体输入端口314可以提供局部压力调节例如250PSI，而且包括流体关断器用以将主要压缩燃料源的输入从再填充单元300和/或燃料盒100隔离。另外，主燃料/流体输入端口314也可以提供无源过压保护以防止对可以设置于其中的再填充单元300和/或燃料盒100的不经意的过压暴露。
请注意，再填充单元300也可以包括辅燃料/流体输出端口316用以在无需现场修改(例如大型燃料罐支持再填充单元300上的垂准(plumbing)修改以容纳附加再填充单元300)的情况下有助于一个或多个附加再填充单元30的扩展和操作。辅助燃料/流体输出端口316可以设置和/或安装于壳312的外表面上用于连接到一个或多个附加再填充单元300(未图示)。以此方式，一连串流体连接可以是从一个再填充单元到另一再填充单元的菊花链而且连接到一个大型燃料罐供给(例如“K”瓶大小的罐)。
再填充单元300可以包括一个或多个输入压力调节器，用以接受来自高压罐的低压调节气体；具有过压保护的通常闭合的主关断螺线管阀，；以及气体分布歧管，用以提供流体到多个再填充端口300中的每一个。多个螺线管阀可以用来在使用中为每个再填充端口310提供关断能力。请注意，在一个实施例中，多个电销可以用来感测燃料盒100在给定再填充端口310中的存在。
在一个实施例中，可能有利的是包括通风或冷却单元318(例如有源或无源型单元)用以从燃料盒100去除在再填充操作期间产生或生成的热。在这点上，在再填充过程期间控制一个或多个燃料盒100的温度可以提高再填充的效率而且由此减少再填充时间。例如，冷却单元318可以利用一个或多个冷却循环扇，这些扇可适当地设置用来在一个或多个燃料盒100连接到再填充单元300和正备再填充的同时从中去除热。
请注意，再填充单元300可以包括加热单元(未图示)用以满足再填充操作期间的温度可能不适当和/或不是最佳的那些情形。在这点上，加热单元可以将热供应到燃料盒100用以例如增加再填充操作的效率而且由此减少再填充时间。
再填充单元300可以使用多种技术来以电方式供以动力，这些技术包括未调节的外部AC壁/桌式变压器(连接到壳312的外表面上设置的DC功率输入端口)、电池和/或燃料电池，该燃料电池利用了用来补充一个或多个燃料盒100的相同燃料。在一个实施例中，要求从变压器输出的最大优选电压将是12伏直流(VDC)。请注意，用于给再充电单元300供电的所有技术都旨在落入本发明的范围之内。
在一个实施例中，再填充单元电子器件306包括用户接口320用以有助于监视、管理和控制再填充操作。在这点上，用户接口320可以包括用于每个再填充端口310的多个按钮开关和具有多色能力(例如橙/绿色能力，用于指示再填充(橙)或填充(绿))的多个双色LED 322。该双色LED 322可以设置于与对应再填充端口310相关联的区域中以反映再填充操作的状态(例如参见图18B)。
另外，对于用户接口320可能有利的是包括双色LED 322(例如红/绿色)以反映或指示再填充单元300的电源状态。在这点上，电源“开”可以通过绿色来指示，而电源开报警可以通过红色来指示。
用户接口320也允许用户或操作者选择、编程和/或设置待由再填充单元300实现的各种功能。例如，用户或操作者可以使用接口320来启动燃料盒再填充循环、使能和/或设置报警限制、清除报警、使能/去能可听报警和监视燃料传感器活动。
再填充单元电子器件306可以被使能用来监视再填充端口310中设置的再填充单元300和/或一个或多个燃料盒100的内部环境。例如，再填充单元电子器件306可以测量再填充单元300的内部温度(使用内部环境温度传感器)或者测量、检测或接收数据，该数据代表再填充端口310中设置的一个或多个燃料盒100的温度。响应于超过预定值或限制的温度，再填充单元电子器件306可以使能冷却单元318。此外，再填充单元电子器件包括一个或多个气体检测传感器(例如氢检测传感器)。在这些情况下，在泄漏事件中，再填充单元电子器件306可以感测超过预定限制的燃料浓度。在触发报警的情况下，适当的报警消息可以显示于再填充单元显示器308上。除此之外或取而代之，可听报警可以发声。
请注意，一个或多个输入/输出(I/O)端口可以设置于再填充单元300的壳310的外表面上。I/O端口可以由用户或操作者用来使能再填充单元30的某些功能、操作、编程和/或测试。
请注意，当燃料盒100包括氢型燃料时，可能有利的是在约30到125(0℃至+52℃)的温度以及10％到95％的相对湿度之间操作燃料电池功率和管理系统10。尽管燃料电池功率和管理系统10的各种部件可以暴露于超过这些范围的存储和/或操作环境，但是在这些条件之下可能利用适当的补充保护措施。
参考图19A，在一个实施例中，再填充电子器件306包括控制电路系统324用以确定、监视、管理和/或控制燃料盒100、再填充单元300和/或燃料电池功率和管理系统10的一个或多个操作参数。控制电路系统324可以类似于燃料盒100的控制电路系统174或者类似于功率单元200的控制电路系统224来实施和/或配置。因此，与燃料盒电子器件106和/或功率单元电子器件206的控制电路系统的特征、实施、实施例、操作和配置有关的讨论完全适用于控制电路系统324；也就是，控制电路系统324可以以与控制电路系统174和/或控制电路系统724相同或相似的方式来实施或配置和/或执行与它们相同或相似的操作。出于简明的缘故，这些讨论将不再重复而是仅在下面与控制电路系统324有联系地加以概述。
再填充电子器件306的控制电路系统324可以确定、监视、管理和/或控制一个或多个操作参数，例如燃料容器110a中的剩余燃料数量、燃料容器110a中的燃料的温度和压力、燃料容器110a的外部温度和/或燃料盒100的操作状态(例如是否已经登记任何故障或错误)。在一个实施例中，控制电路系统224可以基于存储器176中的数据来计算、确定和/或监视燃料盒110中的燃料数量、阀组件104和/或304中的燃料流速和/或燃料盒100已经连接到再填充单元300的时间数量。
参考图19B和19C，除此之外或取而代之，控制电路系统324可以从设置于盒容器110a、再填充单元阀组件304和/或再填充单元接口302上、中或附近的传感器178和/或传感器330(例如温度、压力和/或流速型传感器)接收、采样和/或获取数据。控制电路系统324可以利用来自传感器178和/或传感器330的数据以使用数学关系和/或建模来计算一个或多个操作参数。例如，控制电路系统324可以获得代表燃料在燃料盒容器110a中的温度和压力的数据，而且以之为基础来计算/估计燃料盒容器110a中的燃料数量。该信息可以用来确定为了再填充燃料盒容器110a所需的时间。
另外，响应于代表燃料盒容器110a中的燃料温度的数据(例如来自传感器178或传感器330)，控制电路系统324可以接合再填充单元300的冷却单元318。冷却单元318(例如扇、散热器、热电装置或制冷单元)可以用来在再填充过程期间从燃料盒容器110a去除热。以此方式，可以增强再填充过程的效率而且由此减少所需时间。
在一个实施例中，再填充单元电子器件306也包括存储器326，例如SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM和/或EEPROM。存储器326可以存储代表一个或多个操作参数的数据或信息和/或微代码(为控制电子器件324所用的)可以存储于例如SRAM、DRAM、ROM或EEPROM中。应当注意，存储器326可以由分立部件组成或者可以驻留于执行其它非存储器操作的集成电路例如控制电路系统324上或中。
参考图19B和19C，传感器330可以是分立元件，比如一个或多个微机电(“MEMS”)器件或者是集成到再填充单元阀组件304和/或再填充单元接口302中或者其部件(例如集成到且设置于阀组件304的壁内的一个或多个温度元件)中的传感器。
在一个实施例中，控制电路系统324可以例如从用户或操作者接收指令和/或数据。在这点上，可以指示控制电路系统324例如测量、采样和/或感测一个或多个操作参数，而且随后控制和/或管理燃料盒100和/或功率单元300的操作(例如，通过接合冷却单元318来调整和/或修改燃料容器110a的燃料再填充速率和/或外部温度(以及间接地调整和/或修改燃料容器110a中的燃料温度))。
在一个实施例中，控制电路系统324提供和/或传送经测量、采样、感测和/或确定的操作参数到用户或操作者。例如，控制电路系统324可以指示传感器178和/或传感器330测量、采样、感测和/或确定燃料容器110a中的填充状态或剩余燃料数量。随后，控制电路系统324可以将代表操作参数的数据提供到用户和/或提供代表预期再填充时间的数据。作为响应，用户或操作者可以指示再填充单元300修改或改变其操作特征的一个或多个(直接地或远程地)，，例如增加/减少燃料到容器110中的流速和/或接合冷却单元318以影响燃料容器110a中的燃料温度。
请注意，对再填充单元300的操作参数的修改或改变可以是预设、预定和/或预编程的。作为替选，该变更或改变可以依据所发送的指令或者借助指令来提供(例如，用户基于一个或多个考虑、因素、约束和/或目标来确定适当的变更或改变)。
在一个实施例中，存储器176可以存储和/或保持由功率单元电子器件206和再填充单元电子器件306提供的数据，例如代表一个或多个操作参数比如燃料盒100的填充状态的数据(例如参见图14D、14E和19D)。在这点上中，控制电路系统324可以特别地监视一个或多个操作参数，例如燃料容器110a中的剩余燃料数量。控制电路系统324可以定期或间歇地在存储器176中存储代表一个或多个操作参数的数据。以此方式，燃料盒的状态(例如剩余燃料数量)保持于燃料盒的存储器(即存储器176)之内，使得它可以为功率单元200和/或再填充单元300的调用所用。
请注意，控制电路系统324可以进行或执行对这里描述的特定任务和/或操作进行实施的例程或程序。所述例程或程序的功能可以被组合或分布。这样的编程为本领域技术人员所熟知，特别是在根据本公开的情况下。用以确定、监视、管理和/或控制燃料盒100、功率单元200和/或再填充单元300的一个或多个操作参数和/或特征的所有编程技术及其实施，无论现在已知或以后开发的，都旨在落入本发明的范围之内。
事实上，控制电路系统324也可以确定、监视、管理和/或控制再填充单元300的其它特征或操作，例如燃料泄漏检测和/或燃料清除。在这点上，传感器330可以包括燃料泄漏传感器用以将燃料路径的完整性状态(即是否存在泄漏)的数据提供到控制电路系统324。响应于该数据，控制电路系统324可以向用户/操作者报警泄漏(或可能泄漏)和/或可以安全地终止再填充单元300的操作。
作为替选，控制单元324可以基于来自传感器330的数据来确定燃料泄漏(或潜在燃料泄漏)的存在。控制电路系统324可以利用为本领域技术人员所熟知的各种技术来评估是否有燃料泄漏。同样，控制电路系统324可以向用户/操作值报警泄漏(或可能泄漏)和/或可以立即和安全地终止再填充单元300的操作。
请注意，控制电路系统324可以进行或执行对这里描述的特定任务和/或操作进行实施的例程或程序。例程或程序的功能可以是组合或分布的。这样的编程为本领域技术人员所熟知，特别是在根据本公开的情况下。用以确定、监视、管理和/或控制燃料盒100、功率单元200和/或再填充单元300的一个或多个操作参数和/或特征的所有编程技术及其实施，无论现在已知或以后开发的，都旨在落入本发明的范围之内。
有许多发明描述和图示于此。尽管已经描述和图示了发明的某些实施例、特征、材料、配置、属性和优点，但是应当理解本发明的许多其他以及不同和/或相似实施例、特征、材料、配置、属性、结构和优点根据说明书、附图和权利要求书是明显的(对于在考虑和/或察阅本公开之后的本领域技术人员是可能的)。这样，这里描述和图示的发明的实施例、特征、材料、配置、属性、结构和优点并非穷举，而且应当理解为本发明的这样的其他、相似以及不同实施例、特征、材料、配置、属性、结构和优点在本发明的范围之内。
例如，因此希望开发一种能够比常规电池在更久的时间段供给电的氢燃料电池电生成装置。也希望开发一种标准化氢化物存储盒，该存储盒能够容易地提供和固定到燃料电池系统以供给用于转换到电的氢以及提供和固定到氢再填充单元以快速地被再填充以氢。进而希望提供一种提供对其填充状态相对准确的读出的氢盒，使得用户了解从氢盒有多少能量可用。
此外，本领域技术人员根据本公开将认识到，燃料盒100可以集成到在通过引用将其结合于此的国际公开第WO02/19451A2号中描述的用于燃料电池的集成式模块化BSP/MEA/歧管板和顺应性接触中。另外，于2003年3月5日提交的美国专利申请第10/382,549号的容错燃料电池网络功率系统也可以根据本发明的教导来改型为将本发明的燃料盒100包括于这里描述的系统中。出于简洁的缘故，将不重复这些讨论。事实上，氢化物盒和其他附件可以集成到其中的另一燃料电池系统在2003年3月28日提交的美国专利申请第10/402,726号中有所描述。通过引用将这些美国专利申请整体结合于此。
另外，可以对盒阀组件进行许多改型。所有这样的改型旨在落入本发明的范围之内。例如，参考图20，在一个实施例中，温度传感器释放端口组件194可以集成和/或并入到盒阀组件104的阀组件壳132中。温度传感器释放端口组件194设计成通过熔化或蒸发由温敏材料组成的塞194从燃料容器腔110a提供通道192(而且由此释放在燃料容器腔110a中可能逐渐形成的不可接受之压力)。在一个实施例中，塞194由基于焊料的材料组成，该材料在燃料容器腔110a之内的压力达到危险或不可接受的限制之前完全融化。
此外，控制单元174也可以确定、监视、管理和/或控制燃料盒100的其他操作或特征，例如燃料泄漏检测和/或燃料清除。在这点上，传感器178可以包括燃料泄漏传感器用以将盒阀组件104和/或燃料容器110的密封完整性状态的数据提供到控制电路系统174。响应于该数据，控制电路系统174可以向用户/操作者报警泄漏(或可能泄漏)和/或可以安全地终止燃料盒100和/或功率单元200或再填充单元300(如果适用)的操作。
作为替选，控制电路系统174可以基于来自传感器178、230和/或330的数据来确定燃料泄漏(或潜在燃料泄漏)的存在。控制电路系统178可以利用为本领域技术人员所熟知的各种技术来评估是否有燃料泄漏。同样，控制电路系统178可以向用户/操作者报警泄漏(或可能泄漏)和/或可以立即和安全地终止燃料盒100和/或功率单元200或再填充单元300(如果适用)的操作。
本发明的以上实施例仅为示例性实施例。它们并不旨在穷举或将本发明限制于公开的确切形式、技术、材料和/配置。许多改型、置换和变形根据以上教导是可能的。例如，燃料盒100、功率单元200和/或再填充单元300可以包括或可以不包括一个或多个电或机械部件，如例如显示单元(参见图14E、17D和19D)。因此，应当理解可以运用其他实施例而且可以进行操作改变而不脱离本发明的范围。这样，对本发明示例性实施例的在前描述是出于图示和描述之目的而呈现的。许多改型和变形根据以上教导是可能的。旨在于本发明的范围不唯一地限于该详述的说明书。
请注意，图示中的任选互连以虚线格式来代表。
还应当注意，术语“电路”可以，除了别的以外，意味着单个或多个部件(不管以集成电路形式或其他形式)，这些部件是有源和/无源而且耦合在一起提供或执行预期功能。术语“电路系统”可以，除了别的以外，意味着电路(集成的或其他)、这样的电路的组、一个或多个处理器、一个或多个状态机、实施软件的一个或多个处理器、或者一个或多个电路(集成的或其他)、一个或多个状态机、一个或多个处理器和/或实施软件的一个或多个处理器的组合。术语“数据”可以，除了别的以外，意味着模拟或数字形式的电流或电压信号。
权利要求
1.一种基于氢的燃料电池管理系统，包括基于氢的燃料盒，用以存储基于氢的燃料，该基于氢的燃料盒包括燃料容器，适于存储基于氢的燃料；存储器，用以存储代表该基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的数据；以及控制电路系统；以及功率单元，耦合到该基于氢的燃料盒，该功率单元包括基于氢的燃料电池，适于接收该基于氢的燃料而且从其生成电功率。
2.权利要求1的系统，其中该至少一个操作参数是该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。
3.权利要求2的系统，其中该控制电路系统使用该基于氢的燃料盒将基于氢的燃料提供到功率单元的时间数量来监视该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。
4.权利要求2的系统，其中该控制电路系统使用代表该燃料容器中燃料的压力和温度的数据来监视剩余的基于氢的燃料的数量。
5.权利要求1的系统，其中该至少一个操作参数是该功率单元对该基于氢的燃料的消耗速率。
6.权利要求5的系统，其中该控制电路系统使用一个或多个传感器来监视该功率单元对该基于氢的燃料的消耗速率，所述传感器提供代表该燃料的流速、该容器中燃料的压力和该容器中燃料的温度的数据。
7.权利要求1的系统，其中该存储器还存储代表基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征的数据。
8.权利要求7的系统，其中基于氢的燃料盒的该一个或多个唯一特征包括该燃料盒的序列号、该燃料盒的制造日期、该燃料盒的组装日期、燃料容器中容纳的燃料类型、该燃料盒的燃料容量和该燃料盒已经经历的再填充操作次数中的至少一个。
9.权利要求1的系统，其中该存储器还存储代表基于氢的燃料盒的一般特征的数据。
10.权利要求1的系统，其中该基于氢的燃料盒还包括用以可视地显示代表该至少一个操作参数的信息的显示器。
11.权利要求1的系统，其中该控制电路系统是微处理器或微控制器。
12.权利要求11的系统，其中该控制电路系统间歇地、连续地或定期地确定该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数，而且间歇地、连续地或定期地在该存储器中存储代表该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数的数据。
13.权利要求11的系统，其中该存储器和该控制电路系统设置于相同的集成电路装置上。
14.权利要求1的系统，其中该功率单元还包括用以确定该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数的控制电路系统。
15.权利要求14的系统，其中该功率单元的该控制电路系统间歇地、连续地或定期地确定该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数，而且间歇地、连续地或定期地在该燃料盒的存储器中存储代表该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数的数据。
16.权利要求14的系统，其中该至少一个操作参数是该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。
17.权利要求16的系统，其中该功率单元的该控制电路系统使用该基于氢的燃料盒将基于氢的燃料提供到功率单元的时间数量来确定该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。
18.权利要求16的系统，其中该功率单元的该控制电路系统使用代表该燃料容器中燃料的压力和温度的数据来确定剩余的基于氢的燃料的数量。
19.权利要求14的系统，其中该至少一个操作参数是已经从该燃料容器消耗的基于氢的燃料的数量。
20.权利要求1的系统，其中该基于氢的燃料盒还包括用以将代表该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数的数据提供到外部电路系统的通信电路系统。
21.权利要求20的系统，其中该通信电路系统使用无线通信技术。
22.一种基于氢的燃料电池管理系统，包括基于氢的燃料盒，用以存储基于氢的燃料，该基于氢的燃料盒包括燃料容器，适于存储基于氢的燃料；存储器，用以存储代表该基于氢的燃料盒的至少一个操作参数的数据；以及控制电路系统；以及功率单元，耦合到该基于氢的燃料盒，该功率单元包括基于氢的燃料电池，适于接收该基于氢的燃料且从其生成电功率；以及再填充单元，适于与该基于氢的燃料盒连接，用以提供燃料到该基于氢的燃料盒以存储于该燃料容器中。
23.权利要求22的系统，其中该至少一个操作参数是该基于氢的燃料盒的该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。
24.权利要求23的系统，其中该功率单元包括用以使用该基于氢的燃料盒将基于氢的燃料提供到功率单元的时间数量来确定该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量的控制电路系统。
25.权利要求22的系统，其中该至少一个操作参数是该功率单元对该基于氢的燃料的消耗速率。
26.权利要求22的系统，其中该存储器还存储代表基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征的数据。
27.权利要求26的系统，其中基于氢的燃料盒的该一个或多个唯一特征包括该燃料盒的序列号、该燃料盒的制造日期、该燃料盒的组装日期、燃料容器中容纳的燃料类型、该燃料盒的燃料容量和该燃料盒已经经历的再填充操作次数中的至少一个。
28.权利要求22的系统，其中该存储器还存储代表基于氢的燃料盒的一般特征的数据。
29.权利要求22的系统，其中该基于氢的燃料盒还包括用以可视地显示代表该至少一个操作参数的信息的显示器。
30.权利要求22的系统，其中该功率单元包括用以确定该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数的控制电路系统。
31.权利要求30的系统，其中该功率单元的该控制电路系统间歇地、连续地或定期地确定该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数，而且间歇地、连续地或定期地将代表该至少一个操作参数的数据存储在该燃料盒的该存储器中。
32.权利要求31的系统，其中该至少一个操作参数是该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量，且其中该功率单元的该控制电路系统使用该基于氢的燃料盒将基于氢的燃料提供到功率单元的时间数量来确定该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。
33.权利要求31的系统，其中该功率单元的该控制电路系统使用代表该燃料容器中燃料的压力和温度的数据来确定剩余的基于氢的燃料的数量。
34.权利要求31的系统，其中该至少一个操作参数是已经从该燃料盒消耗的基于氢的燃料的数量。
35.权利要求22的系统，其中该再填充单元包括用以确定该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数的控制电路系统。
36.权利要求35的系统，其中该再填充单元的该控制电路系统间歇地、连续地或定期地确定该基于氢的燃料盒的该至少一个操作参数，而且间歇地、连续地或定期地在该燃料盒的该存储器中存储代表该至少一个操作参数的数据。
37.权利要求35的系统，其中该至少一个操作参数是该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量，以及其中该再填充单元的该控制电路系统使用该基于氢的燃料盒从再填充单元接收基于氢的燃料的时间数量来确定该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。
38.权利要求35的系统，其中该再填充单元的该控制电路系统使用代表该燃料容器中燃料的压力和温度的数据来确定剩余的基于氢的燃料的数量。
39.权利要求35的系统，其中该至少一个操作参数是已经从该燃料容器消耗的基于氢的燃料的数量。
40.一种基于氢的燃料电池管理系统，包括基于氢的燃料盒，用以存储基于氢的燃料，该基于氢的燃料盒包括燃料容器，适于存储基于氢的燃料；盒接口，包括机械接口；盒阀组件；控制电路系统；以及存储器，用以存储代表该基于氢的燃料盒的多个操作参数的数据；以及功率单元，耦合到该基于氢的燃料盒，该功率单元包括功率单元接口，包括用以机械地连接到该盒接口的机械接口的机械接口；功率单元阀组件，用以接合该盒阀组件和用以使得基于氢的燃料能够从该基于氢的燃料盒流到该功率单元；以及基于氢的燃料电池，耦合到该功率单元阀组件以从该燃料盒接收该基于氢的燃料且从其生成电功率。
41.权利要求40的系统，其中该多个操作参数中的至少一个是该燃料容器中剩余的基于氢的燃料的数量。
42.权利要求40的系统，其中该多个操作参数中的至少一个是该功率单元对基于氢的燃料的消耗速率。
43.权利要求40的系统，其中该存储器存储代表基于氢的燃料盒的一个或多个唯一特征的数据。
44.权利要求43的系统，其中基于氢的燃料盒的该一个或多个唯一特征包括该燃料盒的序列号、该燃料盒的制造日期、该燃料盒的组装日期、燃料容器中容纳的燃料类型、该燃料盒的燃料容量和该燃料盒已经经历的再填充操作次数中的至少一个。
45.权利要求43的系统，其中该存储器存储代表基于氢的燃料盒的一般特征的数据。
46.权利要求40的系统，其中该基于氢的燃料盒还包括用以可视地显示代表该基于氢的燃料盒的该多个操作参数中一个或多个的信息的显示器。
47.权利要求40的系统，其中该功率单元还包括用以间歇地、连续地或定期地确定该基于氢的燃料盒的该多个操作参数中一个或多个的控制电路系统。
48.权利要求47的系统，其中该功率单元的该控制电路系统间歇地、连续地或定期地在该燃料盒的该存储器中存储代表多个操作参数中一个或多个的数据。
全文摘要
这里描述和示出了多个发明。在一个方面中，本发明针对于一种便携燃料电池功率和管理系统(例如基于氢和/或甲醇的系统)及其部件和/或元件以及用于控制和/或操作这样的系统的技术。燃料电池功率管理系统(及其控制和/或操作方法)主动地监视、管理和/或控制燃料电池系统的一个或多个操作参数。例如，该系统监视、管理和/或控制系统对燃料的消耗和/或消耗速率，而且响应于此可以向用户提供和/或报警剩余燃料数量、消耗燃料数量、消耗速率和/或在所有燃料用尽之前的剩余时间(或其估计)。以此方式，用户可以相应地调度或计划。
文档编号H02J7/24GK1910803SQ200580002935
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月18日 优先权日2004年1月22日
发明者格伦·M·邓恩, 保罗·格彻尔, 邓肯·D·麦格雷戈, 辛克莱·D·麦格雷戈, 肯尼思·E·皮尔逊 申请人:雅多能源系统公司