燃料电池系统及驱动该燃料电池系统的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种为负载系统供电的燃料电池系统，包括：利用空气和燃料来发电的燃料电池单元；为所述负载系统供电的供电单元，其以选择性的方式用所述燃料电池单元产生的电力来充电；控制单元，其监控所述供电单元的电荷状态，并在所述供电单元放电到第一预定水平或更低时，使所述燃料电池单元运转以便为所述供电单元充电；和输出单元，其将由所述供电单元输出的电力提供给所述负载系统。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统及驱动该燃料电池系统的方法
本专利技术涉及燃料电池系统，并且更特别地，涉及利用燃料电池和辅助电源来驱动负载系统的燃料电池系统及驱动该燃料电池系统的方法。
技术介绍
常规上，各种一次电池或二次电池已在小型便携式电子设备内采用。然而，由于现在的小型电子设备需要消耗大量电能以展现高性能，所以常规的小型轻量化一次电池无法适应为它们提供电能。虽然二次电池具有可再充电的优点，但能够一次性充入二次电池的可用电能的量小于一次电池的可用电能。并且，为二次电池充电需要诸如电源或充电器之类的辅助设备。另外，对常规的二次电池进行充电需要花费几十分钟到几小时的时间。所以，常规的二次电池在使用上有些不方便。为解决这个问题，已经考虑到小型燃料电池。常规上，燃料电池被发展为车辆或大型发电机的驱动源。这是因为与常规的发电系统相比，燃料电池具有更高的发电效率并排放更清洁的残余物。另外，每单位重量或每单位体积的燃料电池能够提供的电能的量，是常规一次电池或二次电池所提供的几倍或几十倍。并且，只需要通过补充燃料就能够永久地使用燃料电池，且燃料电池的充电时间短于传统二次电池。因此，将燃料电池系统作为小型电子设备的驱动源已经引起了关注。通常，燃料电池是指通过发生电化学反应，将燃料的化学能直接转换为电能的电化学设备。例如，使通过对诸如石油或天然气之类的燃料进行重整得到的纯氢或氢与空气中的氧气进行反应，能够提取电能，并可由此获得作为副产品的热量和蒸汽(水)。因此，燃料电池在通过电化学反应发电这方面与电池相-->似，同时在注入燃料以使自身运转这方面又与发动机类似。也就是说，燃料电池通过接收外部燃料并对其进行合成/分解来发电。因此，在燃料电池系统中，只需要供给燃料就可发电，无需要独立的充电操作。如果供给了足量的燃料，燃料电池就能够在足够长的时间里发电。另外，燃料电池的加燃料时间明显短于常规的可再充电电池的充电时间。尽管如此，因为现有的燃料电池技术没有能力安全地产生能够满足需求水平的电，所以燃料电池无法用作诸如便携式计算机或个人数字助理之类的便携式小型电子设备的电源。此外，在初始运转阶段，燃料电池需要预定时间段以便安全地供电，这就使得在初始运转阶段无法从燃料电池获取所需水平的电。为克服上述缺点，开发了包括交替使用的二次电池和燃料电池系统的混合型燃料电池。然而，这种混合型燃料电池系统仍然不能克服常规燃料电池系统不安全发电的技术缺陷。因此，这种混合型燃料电池系统仍然不能够满足在便携式小型电子设备中的实际使用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种为负载系统供电的燃料电池系统，包括：利用空气和燃料来发电的燃料电池单元；为所述负载系统供电的供电单元，其以选择性的方式用所述燃料电池单元产生的电力来充电；控制单元，其监控所述供电单元的电荷状态，并在所述供电单元放电到第一预定水平或更低时，使所述燃料电池单元运转以便为所述供电单元充电；和输出单元，其将由所述供电单元输出的电力提供给所述负载系统。所述控制单元可适于在所述供电单元充电到第二预定水平或更高时，中断所述燃料电池单元的运转。所述第一预定水平可不同于所述第二预定水平。所述供电单元可包括二次电池，并且所述燃料电池系统可进一步包括连接到所述供电单元上的接口单元，以便使所述供电单元与外部电源相互连接并为所述供电单元充电。-->本专利技术还提供了为负载系统供电的燃料电池系统另一实施例，该燃料电池系统包括：供电单元，适于输出电力到所述负载系统；燃料电池单元，适于接收空气和燃料、利用所接收的空气和燃料来发电并将所产生的电力输出到所述供电单元；传感器，适于测定所述供电单元的电荷状态；和连接到所述传感器的控制单元，其适于根据所测定的电荷状态控制所述燃料电池单元的发电。所述传感器可进一步适于实时监控所述供电单元的电荷状态。在一个实施例中，比较器适于将由所述传感器测定的电荷状态与预定水平进行比较，并输出比较结果给所述控制单元，并且所述控制单元适于根据所述比较结果控制所述燃料电池单元的发电。本专利技术提供了驱动用于为负载系统供电的燃料电池系统的方法的实施例，包括：利用来自所述供电单元的电力为所述负载系统供电；监控所述供电单元的电荷状态，以测定所述供电单元是否放电到低于第一预定水平；和在测定出所述供电单元放电至低于所述第一预定水平时，使所述燃料电池单元运转以发电，并利用所产生的电力为所述供电单元充电。在向所述负载系统供电时，所述燃料电池单元可关闭，并且所述监控电荷状态可以是实时的。在一个实施例中，在所述供电单元被测定为并未放电到低于所述第一预定水平时，所述监控电荷状态是实时的。一个实施例还包括，在所述供电单元充电至第二预定水平或更高时，在所述燃料电池单元运转之后关闭所述燃料电池单元。所述第二预定水平可不同于所述第一预定水平。本专利技术还提供了另一种驱动用于为负载系统供电的燃料电池系统的方法，包括：将来自所述供电单元的电力供应给所述负载系统；测定所述供电单元的电荷水平；和基于所测定的电荷水平，选择性地将来自所述燃料电池单元的电力供应给所述供电单元。所述测定电荷水平可包括：检测所述供电单元的电荷状态；和将所检测的电荷状态与第一预定电荷水平进行比较。所述选择性地向供电单元供电包括：在所检测的电荷状态等于或高于所述第一预定电荷水平时，停止所述燃料电池-->单元的运转，在所检测的电荷状态等于或低于所述第一预定电荷水平时，使所述燃料电池单元运转。一个实施例还包括用外部电源为所述供电单元充电。附图说明附图结合申请文件图解了本专利技术的示范性实施例，并结合说明书解释本专利技术的原理。图1是示出根据本专利技术实施例的燃料电池系统的示意性结构的框图。图2是示意性示出根据本专利技术实施例的通过燃料电池单元对供电单元进行充电的流程图。具体实施方式在下述说明中，通过图解的方式显示并描述了某些示范性实施例。本领域技术人员应意识到，所述示范性实施例可以在不脱离本专利技术思想或范围的基础上进行各种修改。因此，附图和说明书应被认为在本质上是描述性的，而非限制性的。图1是示出根据本专利技术实施例的燃料电池系统的示意性结构的框图。根据本专利技术实施例的燃料电池系统100包括燃料电池单元110、控制单元120、供电单元130和输出单元140。燃料电池单元110具有燃料箱111、泵112、重整器113、空气入口单元115和燃料电池堆117。在该实施例中，燃料箱111为用来储存诸如甲醇或石油之类的化学燃料的罐。泵112抽取存储在燃料箱111内的燃料，以便将燃料提供给重整器113。空气入口单元115吸入外部空气，并将空气提供给燃料电池堆117，以便促进与由燃料箱111提供的燃料的电化学反应。重整器113对通过泵112提供自燃料箱111的燃料进行重整以产生氢。在燃料电池堆117中，重整器113提供的氢和空气入口单元115提供的空气进行电化学反应，以产生-->电动势。控制单元120适于监控供电单元130的电荷状态，并适于在电荷状态满足预定基准水平时(例如，供电单元130放电到其充电容量的70％时)，打开泵112以便向重整器113输送燃料。同样，控制单元120也适于使燃料电池单元110运转并利用因此产生的电动势为供电单元130充电。供电单元130向负载系统(图中未示出)提供所需电力。当供电单元130需要充电时，其以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为负载系统供电的燃料电池系统，该燃料电池系统包括：利用空气和燃料来发电的燃料电池单元；为所述负载系统供电的供电单元，其以选择性的方式用所述燃料电池单元产生的电力来充电；控制单元，其监控所述供电单元的电荷状态，并在 所述供电单元放电到第一预定水平或更低时，使所述燃料电池单元运转以便为所述供电单元充电；和输出单元，其将由所述供电单元输出的电力提供给所述负载系统。

【技术特征摘要】
KR 2005-6-24 10-2005-00548261、一种为负载系统供电的燃料电池系统，该燃料电池系统包括：利用空气和燃料来发电的燃料电池单元；为所述负载系统供电的供电单元，其以选择性的方式用所述燃料电池单元产生的电力来充电；控制单元，其监控所述供电单元的电荷状态，并在所述供电单元放电到第一预定水平或更低时，使所述燃料电池单元运转以便为所述供电单元充电；和输出单元，其将由所述供电单元输出的电力提供给所述负载系统。2、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述控制单元适于在所述供电单元充电到第二预定水平或更高时，中断所述燃料电池单元的运转。3、根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述第一预定水平不同于所述第二预定水平。4、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述供电单元包括二次电池。5、根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括连接到所述供电单元上的接口单元，以便使所述供电单元与外部电源相互连接并为所述供电单元充电。6、一种为负载系统供电的燃料电池系统，该燃料电池系统包括：供电单元，适于输出电力到所述负载系统；燃料电池单元，适于接收空气和燃料、利用所接收的空气和燃料来发电并将所产生的电力输出到所述供电单元；传感器，适于测定所述供电单元的电荷状态；和连接到所述传感器的控制单元，其适于根据所测定的电荷状态控制所述燃料电池单元的发电。7、根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述传感器进一步适于实时监控所述供电单元的电荷状态。8、根据权利要求6所述的燃料电池系统，进一步包括比较器，其适于将由-->所述传感器测定的电荷状态与预定水平进行比较，并输出比较结果给所述控制单元，其中所述控制单元适于根据所述比较结果控制所述燃料电池单元的发电。9、一种驱动用于为负载系统供电的燃料电池系统的方法，该燃料电池系统包括燃料电池单元和供电单元，该方法包括：利用来自所述供电单元的电力为所述负载系统供电；监控所述供电单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张元赫，李钟基，李东润，李时贤，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]