控制燃料電池系統(tǒng)中的溫度的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于控制燃料電池系統(tǒng)，例如平板式燃料電池陣列的內(nèi)部工作溫度的方法、制品和陣列。熱量管理系統(tǒng)將熱量從燃料電池導(dǎo)出，而不干擾燃料電池層周圍氣體的流動(dòng)，并且不需要干擾燃料電池層周圍氣體的流動(dòng)的設(shè)備。本發(fā)明還提供了一種熱傳遞系統(tǒng)，其相對(duì)于燃料電池層具有低熱質(zhì)量，或者與燃料電池層熱隔離，以便在啟動(dòng)過程中該熱傳遞系統(tǒng)不從燃料電池層除去大量的熱，并且可以只有在需要的時(shí)候才被激活以從燃料電池散熱。
【專利說明】控制燃料電池系統(tǒng)中的溫度
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求享有2012年6月28日提交的13/535，733號(hào)美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，它通過引用被整體結(jié)合于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的主題涉及在寬環(huán)境條件范圍內(nèi)保持燃料電池性能的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0004]連續(xù)幾代的便攜式電子設(shè)備的尺寸趨向于越來越小，但性能不斷提升。由于電子器件的尺寸被設(shè)計(jì)得越來越小，并且集成尖端而復(fù)雜的技術(shù)，因此對(duì)相關(guān)電源的需求通常也在增加。例如，電源可能需要占用較小的體積，或者擁有較小的封裝，以便整個(gè)設(shè)備可以容納額外的技術(shù)或者總尺寸減小。此外，額外的技術(shù)可能要求電源持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間，或者以均勻的速度供電，以獲得穩(wěn)定的電子元件性能。
[0005]電源的一個(gè)例子是燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)燃料電池層，每層包括一個(gè)或多個(gè)陽極和陰極，電解質(zhì)薄膜布置在(一個(gè)或多個(gè))陽極和(一個(gè)或多個(gè))陰極之間。小型的層狀燃料電池系統(tǒng)必須穩(wěn)健，同時(shí)適應(yīng)減小的空間要求。
[0006]在寬范圍的工作條件內(nèi)保持平板式燃料電池的一致性性能面臨困難的技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是對(duì)于用在小型手持電子設(shè)備中的系統(tǒng)，其中空間約束限制了系統(tǒng)的大小。
[0007]因此需要一種穩(wěn)健的小型層狀燃料電池系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及用于控制燃料電池系統(tǒng)的內(nèi)部工作溫度的方法、制品和系統(tǒng)。
[0009]在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明包括控制燃料電池系統(tǒng)的工作溫度的方法。該方法包括提供燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括平板式燃料電池陣列，與平板式燃料電池陣列直接熱連通的傳熱構(gòu)件，與傳熱構(gòu)件直接熱連通并與平板式燃料電池陣列間接熱連通的散熱裝置，以及與平板式燃料電池陣列和傳熱構(gòu)件間接熱連通并設(shè)置用來從散熱裝置除熱的除熱裝置。該方法還包括使平板式燃料電池陣列與燃料接觸以產(chǎn)生熱和電，直到平板式燃料電池陣列達(dá)到期望的工作溫度，其中在平板式燃料電池陣列低于期望的工作溫度時(shí)，除熱裝置不被激活。如果平板式燃料電池陣列超過期望的工作溫度，則通過激活除熱裝置從散熱裝置除熱。
[0010]在其他實(shí)施方式中，本發(fā)明包括燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括平板式燃料電池，該電池具有陽極側(cè)、陰極側(cè)、以及側(cè)邊；與平板式燃料電池的側(cè)邊直接熱連通的傳熱構(gòu)件，其中傳熱構(gòu)件不接觸平板式燃料電池的陽極側(cè)或陰極側(cè)；與傳熱構(gòu)件直接熱連通的散熱裝置；以及被設(shè)置用來從散熱裝置除熱的除熱裝置。
[0011]本發(fā)明通過保持一致性的內(nèi)燃料電池工作溫度，提供在寬工作溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生更恒定的功率輸出的燃料電池系統(tǒng)。通過保持燃料電池和傳熱部件的熱質(zhì)量相對(duì)較低，可以確保燃料電池會(huì)總是過熱而且燃料電池的內(nèi)部溫度可以用“單冷(cooling only)”策略來管理，與熱量更多的系統(tǒng)所需的加熱/冷卻系統(tǒng)相比，“單冷”策略更緊湊、更便宜、并且更易于安裝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]在無須按比例繪制的附圖中，類似的數(shù)字在幾幅圖中始終表示基本上相似的部件。具有不同字母后綴的相似數(shù)字表示基本上相似部件的不同實(shí)例。附圖通過舉例而不是作為限制大概展示了本文件中描述的各個(gè)實(shí)施方式。
[0013]圖1展示了本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖。
[0014]圖2展示了本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的一部分的橫截面視圖。
[0015]圖3展示了本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的一部分的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]為了提供對(duì)本發(fā)明更徹底的了解，通過以下描述，闡明了細(xì)節(jié)。但是，沒有這些特殊的細(xì)節(jié)，本發(fā)明也可以實(shí)施。在其他實(shí)施例中，為了避免不必要地搞混本發(fā)明，公知的元件沒有顯示或者描述。附圖通過圖解顯示了在其中可以實(shí)施本發(fā)明的具體的實(shí)施方式。只要不脫離本發(fā)明的范圍，這些實(shí)施方式可以組合，其他元件可以使用，或者結(jié)構(gòu)或者邏輯改變可以進(jìn)行。因此，說明書和附圖視為說明性的，而不應(yīng)當(dāng)視為限制性的。
[0017]本文件中參考的所有公開、專利和專利文獻(xiàn)通過引用被整體結(jié)合于此，恰如通過引用分別結(jié)合。如果該文件和通過引用而結(jié)合的這些文件之間的使用不一致，那么被結(jié)合的引用中的使用應(yīng)該被看做對(duì)本文件的補(bǔ)充；對(duì)于不能調(diào)和的不一致，以本文件中的使用為準(zhǔn)。
[0018]在本文件中，術(shù)語“a/an ( — / 一種/ 一個(gè))”用于包括一個(gè)或多于一個(gè)，獨(dú)立于任何其他實(shí)例或者“至少一個(gè)”或者“一個(gè)或多個(gè)”的用法。在該文件中，術(shù)語“或”用于指非排他性的，或者以便“A，B或C”包括“僅A”，“僅B”，“僅C”，“A和B”，“B和C”，“A和C”，以及“A，B和C”，除非另有指明。在附加的方面或權(quán)利要求中，術(shù)語“第一”，“第二”和“第三”等僅僅被用作標(biāo)號(hào)，而不打算把數(shù)字要求強(qiáng)加于它們的對(duì)象上。應(yīng)當(dāng)理解，本文件中明確地公開的任何數(shù)值范圍應(yīng)該包括明確公開的范圍的任何子集，就像這樣的子集范圍也被明確公開一樣；例如，1-100的公開范圍應(yīng)該也包括范圍1-80，2-76，或者落在I和100之間的任何其他數(shù)值范圍。在其他例子中，“1000以下”的公開范圍應(yīng)該也包括小于1000的任何范圍，例如 50-100，25-29，或者 200-1000。
[0019]當(dāng)各結(jié)構(gòu)在此處被描述為處于“直接熱連通”時(shí)，意指各結(jié)構(gòu)處于物理接觸，以便熱量可以通過從第一結(jié)構(gòu)到第二結(jié)構(gòu)的直接傳導(dǎo)而在各結(jié)構(gòu)之間流動(dòng)，熱量無需通過任何中間的第三結(jié)構(gòu)即可傳導(dǎo)或者流動(dòng)。例如，如果散熱裝置被描述為與傳熱裝置直接熱連通，意指散熱裝置與傳熱裝置物理接觸，并且熱量可以在散熱和傳熱裝置之間通過傳導(dǎo)而流動(dòng)。
[0020]當(dāng)各結(jié)構(gòu)在此處被描述為處于“間接熱連通”時(shí)，意指各結(jié)構(gòu)沒有物理接觸，而且從第一結(jié)構(gòu)到第二結(jié)構(gòu)的任何熱量必須首先通過至少一個(gè)中間結(jié)構(gòu)而傳導(dǎo)。例如，如果散熱裝置被描述與平板式燃料電池層間接熱連通，意指散熱裝置沒有與燃料電池層物理接觸，但是熱量可以在散熱裝置和燃料電池層之間流動(dòng)(例如，熱量通過與燃料電池層和散熱裝置都直接熱連通的中間傳熱設(shè)備流動(dòng))。
[0021]如在此處使用的那樣，“燃料電池”可以指單個(gè)燃料電池，或者燃料電池的集合。燃料電池可以布置和連接在一起，從而形成燃料電池陣列。單元電池的陣列可以構(gòu)造為提供不同的生成功率的燃料電池層，其中整個(gè)電化學(xué)結(jié)構(gòu)被包容在層內(nèi)。陣列可以形成為任何合適的幾何結(jié)構(gòu)。例如，單元燃料電池陣列可以相鄰地布置，從而形成平板式燃料電池層。平板式燃料電池層可以整體上或者部分是平的，并且也可以整體上或者部分是撓性的。陣列中的燃料電池也可以遵從其他平的表面，例如管或者曲線。備選地或者另外地，陣列可包括可以符合其他幾何結(jié)構(gòu)的撓性材料。
[0022]本發(fā)明涉及控制燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部工作溫度的方法、制品和系統(tǒng)，例如由McLean等人在他們的名稱為“具有位于催化劑層下方的電流承載層的電化學(xué)電池”的美國(guó)專利7，632，587中和在他們的名稱為“具有位于電化學(xué)反應(yīng)層下方的電流承載結(jié)構(gòu)的電化學(xué)電池”的美國(guó)專利申請(qǐng)公開2010/0183955中描述的，或者由Schrooten等人在他們的名稱為“包括節(jié)省空間的流體增壓室的燃料電池系統(tǒng)及相關(guān)方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)公開2009/0081493中和在他們的名稱為“電化學(xué)電池和相關(guān)薄膜”的美國(guó)專利申請(qǐng)公開2011/0003229中描述的，或者由Schrooten等人在他們的名稱為“燃料電池和具有不對(duì)稱構(gòu)造的燃料電池部件及其方法”的PCT專利申請(qǐng)公開W02011/079377中描述的，或者由McLean在其名稱為“集成燃料電池和熱沉組件”的美國(guó)專利7，205，057中描述的，或者由McLean等人在他們的名稱為“管理便攜式電子設(shè)備中的熱量的系統(tǒng)和方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)公開2009/0297895中描述的燃料電池和系統(tǒng)。這些專利文獻(xiàn)中的每一篇都通過引用被整體結(jié)合于此。更具體地說，本發(fā)明涉及適應(yīng)性除熱系統(tǒng)，其可用于通過在不干擾燃料電池層的陰極區(qū)周圍的被動(dòng)氣流的情況下控制從平的燃料電池層中除熱的速度，并使燃料電池層內(nèi)的溫度梯度的形成減到最小，來保持穩(wěn)定的工作溫度。
[0023]燃料電池的內(nèi)部工作溫度尤其是由燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的熱量、燃料電池工作的環(huán)境溫度、以及與燃料電池或者燃料電池組件(例如，燃料電池層)一起使用的任何熱量管理系統(tǒng)的特性的函數(shù)。在啟動(dòng)時(shí)，燃料電池的內(nèi)部溫度可與工作環(huán)境的溫度相同或者相近。隨著放熱的燃料電池反應(yīng)釋放出熱量，燃料電池的內(nèi)部溫度可上升，并最終超過工作環(huán)境的溫度。
[0024]令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)燃料電池具有這樣的最佳的工作溫度:在這樣的最佳的工作溫度下電池會(huì)產(chǎn)生更高的功率量，而且出于不同的原因，低于或者高于該最佳溫度的偏差會(huì)降低電池產(chǎn)生的功率。例如，如果工作溫度落于最佳工作溫度之下，那么電池內(nèi)或者部件周圍的不利的溫度梯度可導(dǎo)致水汽凝結(jié)在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)。凝結(jié)的水可能限制電池內(nèi)的物質(zhì)輸送活動(dòng)，導(dǎo)致功率出產(chǎn)降低，或者甚至是燃料電池的完全液泛。另一方面，如果電池的工作溫度升到高于最佳溫度，那么電池可能不能向環(huán)境排出足夠的熱量，或者薄膜可能變干，導(dǎo)致薄膜電阻增加，并且最終降低燃料電池的功率出產(chǎn)。為此，燃料電池常常使用預(yù)加熱器和散熱裝置。預(yù)加熱器在啟動(dòng)過程中使燃料電池變暖，以便燃料電池能夠達(dá)到更高的工作溫度。散熱裝置(例如，大的熱沉或者冷卻風(fēng)扇)用于從燃料電池除熱，以便它不會(huì)過熱。
[0025]但是，已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)散熱裝置，例如大的熱沉，實(shí)際上可抑制系統(tǒng)的性能。例如，盡管當(dāng)(一個(gè)或多個(gè))燃料電池在高溫下操作時(shí)熱沉可按要求在低溫下工作，但是熱沉可消散過多的熱量，并且實(shí)際上將延長(zhǎng)系統(tǒng)啟動(dòng)，或者甚至不斷阻止燃料電池達(dá)到最佳的工作溫度。其他熱量管理系統(tǒng)通過修改接觸燃料電池層的氣流(例如，冷卻風(fēng)扇將空氣吹到燃料電池層上)而從燃料電池層除熱。修改陰極表面之上的氣流可改變陰極內(nèi)的水輸送性質(zhì)。類似地，修改陽極表面之上的空氣流動(dòng)可以導(dǎo)致在燃料電池層內(nèi)形成嚴(yán)重的溫度梯度，潛在地會(huì)導(dǎo)致水凝結(jié)和/或某些情況下燃料電池性能降低。
[0026]本發(fā)明建立在這樣的洞察:通過限制燃料電池系統(tǒng)的熱質(zhì)量可以獲得有利的燃料電池性能。通過使燃料電池系統(tǒng)的熱質(zhì)量保持為是小的，可以消除對(duì)各類系統(tǒng)部件(例如，用于提高燃料電池工作溫度的部件)的需要。這些目標(biāo)可以通過使用如下的熱量管理系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn):i)其在啟動(dòng)過程中不延長(zhǎng)或者阻止燃料電池達(dá)到要求的工作溫度，ii)其不影響燃料電池的陽極或者陰極表面之上的氣體流動(dòng)，并且iii)其在燃料電池層內(nèi)不產(chǎn)生大的溫度梯度。
[0027]本發(fā)明提供了一種燃料電池?zé)崃抗芾硐到y(tǒng)，其將熱量從燃料電池導(dǎo)出，而不干擾燃料電池層周圍氣體的流動(dòng)，并且不需要干擾燃料電池層周圍氣體的流動(dòng)的設(shè)備。本發(fā)明還提供了一種傳遞熱系統(tǒng)，其相對(duì)于燃料電池層具有低的熱質(zhì)量，或者與燃料電池層熱隔離，以便在啟動(dòng)過程中該傳遞熱系統(tǒng)不會(huì)從燃料電池層除去大量的熱，并且可以只有在需要的時(shí)候才被激活以從燃料電池散熱。在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種即使在冷環(huán)境中也總是會(huì)過熱的燃料電池系統(tǒng)。因此，本發(fā)明提供了一種可以在低溫下工作而不需要單獨(dú)加熱的燃料電池系統(tǒng)。
[0028]圖1展示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其包括燃料電池系統(tǒng)10。燃料電池系統(tǒng)10包括燃料電池20，傳熱構(gòu)件60，散熱裝置70，和用于除熱的裝置80。在展示的實(shí)施方式中，燃料電池20是平板式燃料電池，例如在上述的結(jié)合于本文的專利文獻(xiàn)中的一篇或多篇中描述的平板式燃料電池之一。燃料電池20可以選擇性地包括單元燃料電池陣列，例如燃料電池層。燃料電池20包括呼吸空氣的陰極表層22，消耗燃料的陽極表層24，和燃料分配總管26。燃料可以是氫氣。在某些實(shí)施方式中，燃料電池20具有約0.3瓦/克或者更大，0.4瓦/克或者更大，0.5瓦/克或者更大，或者I瓦/克或者更大(例如，1.5瓦/克，2瓦/克，或者大于2瓦/克)的功率重量比。
[0029]傳熱構(gòu)件60是導(dǎo)熱材料或者流體充填的導(dǎo)管(duct)或者管道(pipes)。在某些實(shí)施方式中，傳熱構(gòu)件60是薄的銅箔。在其他實(shí)施方式中，傳熱構(gòu)件60是具有至少為100W/mK直到2000W/mK的導(dǎo)熱率的材料。
[0030]燃料電池20經(jīng)由傳導(dǎo)熱傳遞元件62和64附連到傳熱構(gòu)件60，并與之熱連通。傳熱構(gòu)件60的熱傳遞元件62和64都附連到燃料電池20的側(cè)面50，并與之熱連通。熱傳遞元件62連接到呼吸空氣的陰極表層22的側(cè)面，而熱傳遞元件64連接到消耗氫氣的陽極表層24的側(cè)面。在某些實(shí)施方式中，熱傳遞元件64連接到氫氣分配總管26的側(cè)面。在別的實(shí)施方式中，傳熱元件64連接到氫氣分配總管26的側(cè)面和消耗氫氣的陽極表層24的側(cè)面，或者跨越這兩個(gè)側(cè)面。
[0031]傳熱構(gòu)件60附連到散熱裝置70，并與之熱連通。散熱裝置70可以是例如熱沉。散熱裝置70附連到用于除熱的裝置80，并與之熱連通。用于除熱的裝置可以是例如風(fēng)扇或者固態(tài)傳熱機(jī)構(gòu)(例如Peltier冷卻器)。在某些實(shí)施方式中，散熱裝置70和用于除熱的裝置80—起是使用傳熱流體(例如，除了空氣之外的流體)的冷卻系統(tǒng)。
[0032]傳熱構(gòu)件60和散熱裝置70設(shè)計(jì)成使得它們的聯(lián)合熱質(zhì)量相對(duì)于燃料電池20的熱質(zhì)量為低。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，傳熱構(gòu)件60和散熱裝置70的聯(lián)合熱質(zhì)量可以是比燃料電池20的熱質(zhì)量大小于200%的值。
[0033]工作時(shí)，氧化劑和燃料被導(dǎo)入與燃料電池20接觸，然后燃料電池反應(yīng)開始，從而導(dǎo)致燃料電池20開始產(chǎn)生功率和熱量。由于在燃料電池20內(nèi)構(gòu)造熱質(zhì)量，燃料電池20的內(nèi)部工作溫度升高，進(jìn)一步推進(jìn)燃料電池反應(yīng)并增加燃料電池20產(chǎn)生的功率量和熱量。由于傳熱構(gòu)件60和散熱裝置70的聯(lián)合熱質(zhì)量相對(duì)于燃料電池20的熱質(zhì)量要低，因此在該起動(dòng)階段期間由燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的熱量中的很多停留在燃料電池20內(nèi)。這樣，傳熱構(gòu)件60和散熱裝置70不會(huì)阻止燃料電池20的工作溫度增加。
[0034]由燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生的熱量從燃料電池20的側(cè)面除去，傳導(dǎo)通過傳熱構(gòu)件60并導(dǎo)入散熱裝置70。如果燃料電池20的內(nèi)部工作溫度超過期望值，用于除熱的裝置80開始工作，從系統(tǒng)10除熱，直到燃料電池20的內(nèi)部工作溫度恢復(fù)到期望值。由于燃料電池系統(tǒng)10的熱量管理部件只從燃料電池20的側(cè)面除熱，因此陰極和陽極表層22、24上的氣體流動(dòng)不受干擾。
[0035]以這種方式，燃料電池20可以在相對(duì)低的溫度(例如，低于0°C或者介于約0°C和約45 0C之間的溫度)下開始工作，達(dá)到期望的內(nèi)部工作溫度(例如，約5 0C和45 0C之間或者45°C和約55°C之間的溫度)，并且在不需要使用預(yù)加熱器，并且在燃料電池20內(nèi)不產(chǎn)生大的溫度梯度的情況下被保持在該期望的內(nèi)部工作溫度或其附近，而不干擾氧化劑或者燃料向燃料電池20流動(dòng)。
[0036]在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，散熱裝置可以位于燃料電池系統(tǒng)的其余部分附近。圖2展示了本發(fā)明的這一實(shí)施方式，如燃料電池系統(tǒng)200。散熱裝置270位于燃料電池系統(tǒng)200的其余部分附近。系統(tǒng)200包括燃料電池220，傳熱構(gòu)件260，和散熱裝置270。燃料電池220可以是平板式燃料電池，例如上述的結(jié)合于本文的專利文獻(xiàn)中的一篇或多篇中描述的平板式燃料電池之一。燃料電池220包括呼吸空氣的陰極表層222，消耗氫氣的陽極表層224，和氫氣分配總管226。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)200包括與散熱裝置270熱連通的用于除熱的裝置(未展示)，類似于圖1中展示的系統(tǒng)10的用于除熱的裝置80。
[0037]傳熱構(gòu)件260連接到燃料電池220的相對(duì)側(cè)面上，并且將熱量從電池220的這些側(cè)面?zhèn)鲗?dǎo)到散熱裝置270的側(cè)面。隔離層290布置在平板式燃料電池220和散熱裝置270兩者的主平面之間并且在兩者的主平面上。當(dāng)散熱裝置270直接位于氫氣分配總管226后面時(shí)，散熱裝置270通過隔離層290與燃料電池1220之間的直接傳熱隔離。在某些實(shí)施方式中，隔離層290厚度小于I毫米和/或具有10W/mK或者更小的導(dǎo)熱率。
[0038]圖3展示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，其包括燃料電池系統(tǒng)300。燃料電池系統(tǒng)300包括燃料電池320 (其可以是平板式燃料電池)，傳熱構(gòu)件360，散熱裝置370，和用于除熱的裝置380。和先前展示的實(shí)施方式一樣，傳熱構(gòu)件360附連到燃料電池320和散熱設(shè)備370，并與二者熱連通。用于除熱的裝置380由控制器330控制并與之電連?？刂破?30通過監(jiān)視線340監(jiān)視燃料電池320的內(nèi)部工作溫度。在工作期間，控制器330基于測(cè)得的燃料電池320的工作溫度激活用于除熱的裝置380。當(dāng)燃料電池320的工作溫度升高到高于允許限度時(shí)，如由控制器330測(cè)量，用于除熱的裝置380被激活，直到電池320的工作溫度跌至較低的預(yù)定值。
[0039]以上描述意在說明，而非限制。其他實(shí)施方式也可以使用，例如由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀以上描述之后。例如，描述的一個(gè)實(shí)施方式的兀件可以與描述的其他實(shí)施方式的元件結(jié)合使用。此外，在以上的【具體實(shí)施方式】中，各個(gè)特征可以集合在一起從而精簡(jiǎn)所公開的內(nèi)容。這不應(yīng)該被解釋為打算讓未要求保護(hù)的公開的特征對(duì)任何權(quán)利要求來說是必不可少的。相反，創(chuàng)新性的主題可以小于公開的特殊實(shí)施方式的所有特征。因此，以下權(quán)利要求在此被并入【具體實(shí)施方式】，每個(gè)權(quán)利要求自身作為單獨(dú)的實(shí)施方式存在。發(fā)明的范圍應(yīng)該參照附加的權(quán)利要求書以及賦予這些權(quán)利要求的相等物的全部范圍來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種控制燃料電池系統(tǒng)的工作溫度的方法，該方法包括: 提供燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括 平板式燃料電池陣列， 與平板式燃料電池陣列直接熱連通的傳熱構(gòu)件， 與傳熱構(gòu)件直接熱連通并與平板式燃料電池陣列間接熱連通的散熱裝置，以及與平板式燃料電池陣列和傳熱構(gòu)件間接熱連通并且設(shè)置成從散熱裝置除去熱量的除熱裝置； 使平板式燃料電池陣列與燃料接觸以產(chǎn)生熱和電，直到平板式燃料電池陣列達(dá)到期望的工作溫度，其中當(dāng)平板式燃料電池陣列低于期望的工作溫度時(shí)，除熱裝置不被激活； 如果平板式燃料電池陣列超過期望的工作溫度，則通過激活除熱裝置從散熱裝置除去熱量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中反應(yīng)物和燃料電池反應(yīng)產(chǎn)物的流動(dòng)不因傳熱構(gòu)件、散熱裝置或者除熱裝置的工作而改變。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該系統(tǒng)沒有改變平板式燃料電池陣列的陰極表層上的氣流的風(fēng)扇。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將平板式燃料電池陣列保持在期望的工作溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中熱量從平板式燃料電池陣列的陰極層的邊緣和從平板式燃料電池陣列的陽極層的邊緣傳導(dǎo)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中散熱裝置是熱沉。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中除熱裝置是風(fēng)扇。
8.如權(quán)利要求1的所述方法，其中除熱裝置是固態(tài)傳熱裝置。
9.如權(quán)利要求1的所述方法，其中除熱裝置是包括傳熱流體的冷卻系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9的所述方法，其中傳熱流體不是空氣。
11.如權(quán)利要求9的所述方法，其中燃料電池系統(tǒng)還包括位于散熱裝置和平板式燃料電池陣列之間的隔離層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中燃料電池系統(tǒng)還包括位于平板式燃料電池陣列的陽極側(cè)上的氫氣分配總管，并且其中氫氣分配總管和散熱裝置都與隔離層接觸，并且位于隔離層的相對(duì)側(cè)上。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中隔離層的厚度小于I毫米。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括監(jiān)測(cè)平板式燃料電池陣列的工作溫度。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括根據(jù)平板式燃料電池陣列的工作溫度調(diào)節(jié)從散熱裝置除熱的速度。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中燃料電池系統(tǒng)包含在手持式電子設(shè)備中。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中平板式燃料電池陣列具有至少0.4瓦/克的功率重量比。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中燃料電池系統(tǒng)還包括位于散熱裝置和平板式燃料電池陣列之間的隔離層。
19.一種燃料電池系統(tǒng),包括: 具有陽極側(cè)、陰極側(cè)和側(cè)邊的平板式燃料電池； 與平板式燃料電池陣列的側(cè)邊直接熱連通的傳熱構(gòu)件，其中傳熱構(gòu)件不接觸平板式燃料電池的陽極側(cè)或陰極側(cè)； 與傳熱構(gòu)件直接熱連通的散熱裝置；以及 設(shè)置成從散熱裝置除去熱量的除熱裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的燃料電池系統(tǒng),其中傳熱構(gòu)件具有第一端和與第一端相對(duì)的第二端，其中第一端附連到側(cè)邊，而第二端附連到散熱裝置。
21.如權(quán)利要求19所述的燃料電池系統(tǒng)，其中散熱裝置是熱沉。
22.如權(quán)利要求21所述的燃料電池系統(tǒng)，其中燃料電池系統(tǒng)還包括位于散熱裝置和平板式燃料電池陣列之間的隔離層。
23.如權(quán)利要求22所述的燃料電池系統(tǒng)，其中燃料電池系統(tǒng)還包括位于平板式燃料電池陣列的陽極側(cè)上的氫氣分配總管，并且其中氫氣分配總管和散熱裝置都與隔離層接觸，并且位于隔離層的相對(duì)側(cè)上。
24.如權(quán)利要求19所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括設(shè)置成測(cè)量平板式燃料電池的工作溫度并激活除熱裝置的溫度傳感器。
25.—種產(chǎn)生功率的方法,該方法包括: 提供燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括 平板式燃料電池陣列， 與平板式燃料電池陣列直接熱連通的傳熱構(gòu)件， 與傳熱構(gòu)件直接熱連通并與平板式燃料電池陣列間接熱連通的散熱裝置，以及與平板式燃料電池陣列和傳熱構(gòu)件間接熱連通并且設(shè)置成從散熱裝置除去熱量的除熱裝置，其中燃料電池系統(tǒng)處在5°C或5°C以下的初始溫度下； 使平板式燃料電池陣列與燃料接觸以產(chǎn)生熱和電，直到平板式燃料電池陣列達(dá)到期望的工作溫度，其中期望的工作溫度大于5°C，并且在平板式燃料電池陣列低于期望的工作溫度時(shí)，除熱裝置不被激活； 如果平板式燃料電池陣列超過期望的工作溫度，則通過激活除熱裝置而從散熱裝置除去熱量。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK104412436SQ201380034251
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】J·施魯特恩, J-L·伊康艾斯, P·索貝杰庫, 譚煥宏, G·F·麥克萊恩 申請(qǐng)人:法商Bic公司