具有燃料电池阵列、控制单元和动态电负载的用于生成电力的系统和方法技术方案

基于从燃料源(110)提供的化学燃料(F)在燃料电池阵列(120)中产生电力。该电力经由输出端子(125)保持可用。传感器单元(130)记录传感器信号(V

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有燃料电池阵列、控制单元和动态电负载的用于生成电力的系统和方法
本专利技术总体涉及基于燃料电池的电力的产生。更具体地，本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的系统和对应的方法。本专利技术还涉及计算机程序和非易失性数据载体。
技术介绍
WO2010/062251涉及用于便携式电子设备的电源。在此，该设计包括控制单元，该控制单元响应于燃料电池性能的变化并且被适配成在故障的情况下在一段时间内暂时停止或减小燃料电池电流。在燃料电池单元的出口处还设置有泄压阀。该阀被适配成响应于燃料电池单元内部的增大的压力而打开。限流器联接在燃料源与燃料电池单元之间。限流器被适配成在正常操作期间在燃料电池单元内提供低于阀的打开压力的压力。关于燃料电池性能的任何改变，这种设计提供了期望的灵活性。然而，在将化学能转化成电能的处理中，仍存在改进整体效率的空间。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种高效的能量转换解决方案。本专利技术的另一目的是提供一种用于产生电力的简单且安全的解决方案，其中，未消耗的氢逸出到周围环境中的风险被最小化。根据本专利技术的一个方面，这些目的通过最初描述的控制系统来实现，其中，该系统包含动态电负载，该动态电负载连接到输出端子。控制单元被配置成接收传感器信号，并且响应于该传感器信号来控制由燃料电池阵列产生的电力中的、被馈送到动态电负载的部分。被馈送到动态电负载的上述部分使得被接收在燃料电池阵列中的化学燃料的量与产生电力时在燃料电池阵列中消耗的化学燃料的量之间的差最小化。该系统是有利的，因为该系统以直接且可靠的方式处理暂时过剩的燃料。另外，在该处理期间无需将未使用的燃料释放到周围环境中。根据本专利技术该方面的一个实施方式，该系统包括可控阀，该可控阀被布置成影响燃料电池阵列中接收的化学燃料的量。控制单元进一步被配置成响应于传感器信号来控制可控阀。由此，可以将输入到燃料电池阵列中的燃料的总输入设定到适当的水平。自然地，这减少了对动态电负载的需求。根据本专利技术该方面的另一实施方式，燃料源包含燃料箱和化学反应器。燃料箱被配置成容纳用于化学反应的至少一种源物质，例如，氢氧化钠和水，化学反应器被配置成通过化学反应产生化学燃料，例如，氢气。以上提及的可控阀在此被布置在燃料箱与化学反应器之间用于至少一种源物质的通道中。因此，可控阀可以方便地控制被生成并传输到燃料电池阵列中的燃料的量。根据本专利技术的该方面的又一实施方式，压力传感器被布置成产生反映化学反应器中的压力水平的压力信号。在此，控制单元被配置成进一步响应于压力信号来控制可控阀。另选地或除此之外，温度传感器可以被布置成产生反映化学反应器中的温度的温度信号；并且控制单元被配置成进一步响应于该温度信号来控制可控阀。由此，进一步基于压力和/或温度水平，可以朝着期望的强度控制上述处理。根据本专利技术的该方面的进一步的实施方式，动态电负载包含可充电电池和/或超级电容器。这是有利的，特别是与电阻负载相比，因为这种动态电负载使得能够有效地存储生成的任何过量的电能以供以后使用。根据本专利技术的该方面的另一实施方式，由控制单元测量的至少一个电压包括在燃料电池阵列中的多个燃料电池中的各个燃料电池上的相应的单独的电压。如果所述相应的单独的电压中的至少一个电压低于第一阈值电压，则控制单元在此特别地被配置成减少被馈送到动态电负载中的部分。另选地或除此之外，由控制单元测量的至少一个电压包含了在输出端子处的输出电压。在这种情况下，如果输出电压低于第二阈值电压，则控制单元被配置成减少被馈送到动态电负载的部分。因此，如果出于某种原因出现电压降，则被馈送到动态电负载的能量的量将减少。继而，这使得能够将输出电压平衡到相对稳定的值。根据本专利技术的该方面的再一实施方式，控制单元被配置成通过改变流入动态电负载的电流的大小来控制电力的被馈送到动态电负载中的部分。例如，如果动态电负载包含不需要恒定电流的负载(诸如，锂离子电池)，则这是一种方便的设计。因此进一步优选地是，控制单元包括开关模式直流-直流转换器，其中，开关频率和/或占空比可以由来自传感器单元的电压控制。根据本专利技术的另一方面，上述目的是通过生成电力的方法来实现的，该方法包括：从燃料源向燃料电池阵列提供化学燃料；基于化学燃料在燃料电池阵列中产生电力，该电力经由输出端子保持可用；经由传感器单元记录传感器信号，该传感器信号反映燃料电池阵列中的化学燃料的消耗相对于被接收在燃料电池阵列中的化学燃料的量的程度；并且通过测量燃料电池阵列中的至少一个电压来监测燃料电池阵列中的电力的产生。此外，动态电负载连接到输出端子，并且该方法包括：接收传感器信号；以及响应于该传感器信号，控制由燃料电池阵列产生的电力中的、被馈送到动态电负载的部分。在此，被馈送到动态电负载的上述部分被控制，使得被接收在燃料电池阵列中的化学燃料的量与产生电力时在燃料电池阵列中消耗的化学燃料的量之间的差最小化。从上面参照所提出的控制系统的讨论中，该方法及其优选实施方式的优点是显而易见的。根据本专利技术的进一步的方面，上述目的通过计算机程序来实现，该计算机程序可以加载到通信地连接到处理单元的非易失性数据载体中。该计算机程序包括软件，该软件用于当上述程序在处理单元上运行时执行上述方法。根据本专利技术的另一方面，该目的是通过包含上述计算机程序的非易失性数据载体来实现的。根据以下描述和从属权利要求，本专利技术的进一步的优点、有益特征和应用将变得显而易见。附图说明现在将借助于优选实施方式并参照附图更详细地解释本专利技术，该优选实施方式作为示例公开。图1示出了根据本专利技术一个实施方式的系统的框图；以及图2借助于流程图例示了根据本专利技术的一般方法。具体实施方式图1示出了所提出的系统的框图的示例。该系统包含燃料源110、燃料电池阵列120、传感器单元130、控制单元140和动态电负载150。燃料源110被配置成提供化学燃料F。例如，为此，燃料源110可以包括燃料箱111和化学反应器117。燃料箱111被配置成容纳用于化学反应的至少一种源物质SS，化学反应器117被配置成通过化学反应产生化学燃料F。例如，源物质SS可以包括水(H2O)和氢氧化钠(NaOH)；并且基于此，化学反应器117可以被配置成产生呈氢气(H2)形式的化学燃料F。优选地，可控阀115被布置在燃料箱111与化学反应器117之间用于至少一种源物质SS的通道中。由此，馈送到化学反应器117中的源物质SS的量可以由控制单元140经由控制信号Ctrl-F来改变。燃料电池阵列120被配置成从燃料源110接收化学燃料F，并基于化学燃料F产生经由输出端子125保持可用的电力。燃料电池阵列120通常包含相对较大数量的燃料电池FC(比如，n+1个)，该燃料电池FC被串联地布置在燃料电池组件中。在工作中，在各个燃料电池上产生相应的电压V1、...、Vn。传感器单元130被定位在燃料电池组件中的最后一个燃料电池(在此为第(n+1)个电池)处，并且被配置成记录传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成电力的系统(100)，所述系统包括：/n燃料源(110)，所述燃料源(110)被配置成提供化学燃料(F)，/n燃料电池阵列(120)，所述燃料电池阵列(120)被配置成从所述燃料源(110)接收所述化学燃料(F)，并基于所述燃料源(110)来产生经由输出端子(125)保持可用的电力，/n传感器单元(130)，所述传感器单元(130)被配置成记录传感器信号(V

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171026 SE 1751326-81.一种用于生成电力的系统(100)，所述系统包括：
燃料源(110)，所述燃料源(110)被配置成提供化学燃料(F)，
燃料电池阵列(120)，所述燃料电池阵列(120)被配置成从所述燃料源(110)接收所述化学燃料(F)，并基于所述燃料源(110)来产生经由输出端子(125)保持可用的电力，
传感器单元(130)，所述传感器单元(130)被配置成记录传感器信号(VS)，所述传感器信号(VS)反映所述燃料电池阵列(120)中的化学燃料的消耗相对于被接收在所述燃料电池阵列(120)中的化学燃料(F)的量的程度，以及
控制单元(140)，所述控制单元(140)被配置成通过测量所述燃料电池阵列(120)中的至少一个电压(V1、…、Vn、VOUT)来监测所述燃料电池阵列(120)中的电力的产生，
其特征在于
所述系统(100)包括动态电负载(150)，所述动态电负载(150)连接到所述输出端子(125)，并且
所述控制单元(140)进一步被配置成接收所述传感器信号(VS)，并响应于所述传感器信号(VS)来控制(Ctrl-I)由所述燃料电池阵列(120)产生的所述电力中的、要被馈送到所述动态电负载(150)中的部分(PEF)，所述控制单元(140)控制要被馈送到所述动态电负载(150)中的这样的部分(PEF)，这样的部分(PEF)使得被接收在所述燃料电池阵列(120)中的化学燃料(F)的所述量与产生所述电力时所述燃料电池阵列(120)中消耗的化学燃料的量之间的差最小化。


2.根据权利要求1所述的系统(100)，所述系统(100)包括可控阀(115)，所述可控阀(115)被布置成影响被接收在所述燃料电池阵列(120)中的化学燃料(F)的所述量，并且
所述控制单元(140)被配置成响应于所述传感器信号(VS)来控制(Ctrl-F)所述可控阀(115)。


3.根据权利要求2所述的系统(100)，其中，所述燃料源(110)包括燃料箱(111)和化学反应器(117)，所述燃料箱(111)被配置成容纳用于化学反应的至少一种源物质(SS)，所述化学反应器(117)被配置成通过所述化学反应来产生所述化学燃料(F)，所述可控阀(115)被布置在所述燃料箱(111)与所述化学反应器(117)之间用于所述至少一种源物质(SS)的通道中。


4.根据权利要求3所述的系统(100)，所述系统(100)包括压力传感器(160)，所述压力传感器(160)被布置成产生反映所述化学反应器(117)中的压力水平的压力信号(PS)，并且
所述控制单元(140)被配置成进一步响应于所述压力信号(PS)来控制所述可控阀(115)。


5.根据权利要求3或4中的任一项所述的系统(100)，所述系统(100)包括温度传感器(170)，所述温度传感器(170)被布置成产生反映所述化学反应器(117)中的温度的温度信号(TS)，并且
所述控制单元(140)被配置成进一步响应于所述温度信号(TS)来控制所述可控阀(115)。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(100)，其中，所述动态电负载(150)包括可充电电池和超级电容器中的至少一者。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(100)，其中，由所述控制单元(140)测量的所述至少一个电压(V1、…、Vn、VOUT)包括：
所述燃料电池阵列(120)中的多个燃料电池(FC)中的各个燃料电池上的相应的单独的电压(V1、…、Vn)，并且所述控制单元(140)被配置成如果所述相应的单独的电压中的至少一个电压低于第一阈值电压，则减少被馈送到所述动态电负载(150)中的所述部分(PEF)。


8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(100)，其中，由所述控制单元(140)测量的所述至少一个电压(V1、…、Vn、VOUT)包括：
在所述输出端子(125)处的输出电压(VOUT)，并且所述控制单元(140)被配置成如果所述输出电压(VOUT)低于第二阈值电压，则减少被馈送到所述动态电负载(150)中的所述部分(PEF)。


9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(100)，其中，所述控制单元被配置成通过改变流入所述动态电负载(150)中的电流的大小来控制(Ctrl-I)所述电力中的、被馈送到所述动态电...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·布斯特伦，M·格兰斯，
申请(专利权)人：MYFC公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE