具有燃料监控系统的燃料电池及使用方法技术方案

燃料电池（９）包括可移动且可更换的其内含有燃料的燃料源（１２）。提供了一种监控燃料的各种参数如温度、压力、以及溶解氧水平的系统。多个传感器（３０）置于可与在燃料电池处的控制器（１８）和存储器（１３）进行通讯的燃料源处。在另一种实施方式中，至少一个用于测量燃料的系统参数的传感器与　ＲＦＩＤ标签（５０）进行远程通讯或通过硬接线链路进行通讯。传感器和／或ＲＦＩＤ　标签可用不受腐蚀性的燃料影响的物质涂层。一ＲＦＩＤ阅读器站收集数据。可包括控制器来即时应用数据以改变系统参数，例如泵抽吸速率或排出，或触发信号以告知使用者空的燃料源。在另一实施方式中，可采用光学传感器（６１，１０２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及燃料电池和监控技术。特别是，连接至远程控制系统及信息储存装置的传感器阵列被用于监控燃料电池内的系统参数。
技术介绍
燃料电池是一种将反应剂，即燃料和氧化物的化学能直接转换成直流电(DC)的设备。对于越来越多的应用场合来说，燃料电池比常规的发电装置如化石燃料的燃烧以及便携式的电能存贮装置如锂离子电池具有更高的效率。 一般来讲，燃料电池技术中包括有多种不同类型的燃料电池，如碱性燃料电池、聚合物电解型燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融型碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池以及酶燃料电池。现今更重要的燃料电池可大致划分为几种类型，即(i)采用压缩的氢(H2)作为燃料的燃料电池；(ii)质子交换膜(PEM)燃料电池，其采用的是醇类如甲醇(CH3OH)、金属氢化物如硼氢化钠(NaBH4)、碳氢化合物或者是其它能转换成氢燃料的燃料；(iii)能够直接消耗非氢燃料的PEM燃料电池或者是直接氧化燃料电池；以及(iv)能在很高的温度下直接将碳氢化合物燃料转换成电力的固体氧化物燃料电池(SOFC)。 压缩的氢通常处于高压状态，因此其操作非常困难。此外，其通常需要很大的贮备盒，因此对于消费类电子设备而言无法做到足够小。常规的转换型燃料电池需要转换剂以及其它的蒸发和辅助系统来将燃料转换成氢从而与燃料电池中的氧化剂反应。最新的进展使转换剂或转换型燃料电池很有希望用于消费类电子设备。最常用的直接氧化燃料电池是直接甲醇燃料电池或DMFC。其它的直接氧化燃料电池包括直接乙醇燃料电池和直接原碳酸四甲酯燃料电池。以甲醇直接与氧化剂在燃料电池中进行反应的DMFC有望在消费类电子设备中作为电源应用。SOFC在高热下转换碳氢化合物燃料如丁烷而产生电力。SOFC需要在1000℃范围内的相对高温来使燃料电池反应发生。 用来生成电力的化学反应对每一类燃料电池来说都是不同的。对于DMFC来说，每一个电极处的化学-电学反应以及直接甲醇燃料电池的总反应可描述如下 阳极的半反应 CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- 阴极的半反应 1.5O2+6H++6e-→3H2O 总燃料电池的反应 CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O 由于氢离子(H+)穿过PEM从阳极迁移到阴极，并且由于自由电子(e-)不能穿过PEM，因此电子流过外部电路，从而产生电流。该外部电路可用来给许多有用的消费类电子设备提供电力，如移动电话或蜂窝电话、计算器、个人数字助理、膝上电脑以及动力工具等。 美国专利U.S.5,992,008和U.S.5,945,231均对DMFC进行了描述，这两篇专利以引用的方式全文并入这里。通常来讲，PEM由聚合物制成，如DuPont公司的 或者是其它合适的膜，前者是厚度在0.05mm到0.5mm之间的全氟化磺酸聚合物。阳极通常由用聚四氟乙烯处理的碳纸制成，其上支撑并沉积有很簿的一层催化剂，如铂-钌。阴极通常是气体扩散电极，其中有铂颗粒粘接到该膜的一侧上。 在另一直接氧化燃料电池中，硼氢化物燃料电池(DBFC)反应如下 阳极的半反应 BH4-+8OH-→BO2-+6H2O+8e- 阴极的半反应 2O2+4H2O+8e-→8OH- 在化学金属氢化物燃料电池中，通常重新形成硼氢化钠水溶液并反应如下 NaBH4+2H2O→(热或催化剂)→4(H2)+(NaBO2) 阳极的半反应 H2→2H++2e- 阴极的半反应 2(2H++2e-)+O2→2H2O 适合于该反应的催化剂包括铂和钌以及其它的金属。硼氢化钠转换中产生的氢燃料在燃料电池中与氧化剂如O2进行反应，产生电(或者是电子流)和副产品水。该过程中还会产生副产品硼酸钠(NaBO2)。硼氢化钠燃料电池在美国专利U.S.4,261,956中进行了描述，其以引用的方式并入这里。因此，使用金属氢化物水溶液的已知化学氢化物反应具有约9-12重量％的储存寿命，且需要密切监控用于湿化学反应体系中的液体及催化剂。此外，很难在一段长的时间内维持金属氢化物溶液的稳定，这是因为根据提供反应半衰期的式t1/2-pH*log(0.034+kT)，水解反应总是进行得很慢。并且，如果溶液稳定，反应则不完全。 在氢化物储存方法中，反应如下 金属+H2→氢化物+热 不过，这样的反应只有约5重量％的储存寿命。并且，这类反应可能昂贵且难以对其进行封装。 产生氢气的另一已知的方法是干氢化物反应。通常，干反应包含以下反应 X(BH4)→H2，其中X包括但不限于Na，Mg，Li等。 但干反应也具有一些缺点，例如只有约10重量％的储存寿命，且必须密切监控压力。 另一种产生氢气的方法是压力储存法，使用公式PV＝nRT，其中P是压力，V是体积，n是摩尔数，R是气体常教，以及T是温度。该方法需要恒定的压力监控。 燃料电池的一个最重要的特征是燃料的储存。另一重要特征是对从燃料盒运送出燃料至燃料电池进行调节。为了能够进行商业应用，燃料电池如DMFC或PEM体系应当能够存贮足够的燃料以满足消费者的正常使用。例如，对于移动电话或蜂窝电话，笔记本电脑以及个人数字助理(PDA)来说，燃料电池至少应能给这些设备提供像当前所使用电池那样长的电力，并且越长越好。此外，燃料电池应具有更换方便或者可再填充的燃料罐，从而减少或避免现今充电电池那样长时间的充电。 在燃料电池的操作中，出于很多原因，迫切需要对各种系统参数实施即时监控。首先，对燃料使用历史的追踪指示出燃料源中剩余的燃料量，并向使用者提供关于燃料源的剩余使用期限的信息。专利文献披露了很多用于容纳可消耗物质的容器，这些容器包含电子存储器元件。在此经引用而全文并入的美国专利申请公开第U.S.2002/0154815号中披露了各种容器，可包含只读存储器、可编程只读存储器、电子可擦写式可编程只读存储器、非易失性随机访问存储器、易失性随机访问存储器、或其它类型的电子存储器。这些电子存储器装置可用于保留对容器的编码的再利用、再更新和/或再充装指示、以及容器使用的记录。容器可包括用于印相机的液体墨水或粉末调色剂。或者，容器或燃料源可包括燃料电池或用于其的燃料源。 另外，最有可能对燃料从燃料源至燃料电池的传送产生影响的是燃料的粘度。例如，甲醇的粘度在1标准大气压及0℃下约8.17 x 10-4Pa-s，而在1标准大气压及40℃下降至约4.5 x 10-4Pa-s，表现出约50％的降低。如果系统可以即时检测出燃料源内所含的燃料的温度和/或压力，那么燃料电池就可进行自调节，从而决定燃料泵应当运转多久以提供适当的燃料量。当以最优速率供应燃料时，系统的效率增加。并且，监控燃料源内的燃料压力可以警告使用者或系统不可接受的过高或过低的压力水平。再者，如果对燃料的暴露限于操作所需要的量，则可以增加燃料电池的使用寿命。换句话说，燃料电池中如果注满过量的燃料的话，则可能伤害到燃料电池。 监控系统的其它选择之一是使用射频识别(RFID)系统。使用RFID技术的系统是众所周知的，特别用于例如追踪存货如图书馆或零售店存货，自动付费系统如收费站通行证，以及安全系统如用于启动汽车的智能型钥匙。如此的系统可以是使用电池供电的收发器电路的大的主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池系统的监控系统，包括：　一燃料电池，具有一控制器；　一燃料源，连接至燃料电池；　多个传感器，可操作地连接至燃料源；以及　一传感器通讯链路，连接传感器和控制器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁J库瑞罗，查尔斯鲁尼斯，申勇，迈克尔居里娄，佛洛伊德菲尔班克斯，
申请(专利权)人：法商BIC公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]