燃料電池dc-dc轉換器的制造方法
【專利說明】
[0001] 優先權要求
[0002] 本申請要求McLean等于2013年3月15日提交的題為"燃料電池DC-DC轉換器 (FUELCELLDC-DCCONVERTER)"的美國專利申請序號13/844, 482的優先權益，其是以全文 引用方式并入本文中。
技術領域
[0003] 本專利申請涉及一種燃料電池供電系統，并且更具體來說，涉及用于控制電子裝 置的燃料電池供電系統的系統和方法。
[0004] 發明背景
[0005] 可使用燃料電池來對各種類型的系統或裝置（諸如便攜式電子裝置）供應電力。 在一些情況下，重要和/或有益的可以是監測并且控制供電系統和電子裝置的各種溫度。 例如，重要的可能是維持燃料電池低于特定溫度以防止燃料電池變干。在另一實例中，重要 的可能是將電子裝置的總體溫度維持在對使用者來說舒適并且在消費裝置標準內的溫度 或以下。
[0006] 可使用散熱裝置來將熱從燃料電池和/或電子裝置排出以防止（例如）過熱和/ 或超過所設操作溫度。考慮到總體空間和重量限制，散熱裝置和其它類型的溫度控制系統 可具有挑戰性。此外，散熱裝置可需要使用電力來操作，并且因此可局部增加熱負荷并且減 少燃料電池的總體凈效率。重要的可以是限制電子裝置中部件的數量和復雜性，特別是對 便攜式電子裝置來說。
[0007] 概述
[0008] 本申請涉及用于將來自一個或多個燃料電池的電力供應到便攜式電子裝置的方 法和系統。所述方法和系統包括作為所測量溫度的函數調節DC-DC轉換器的電流限值。
[0009] 為更好地說明本文中所公開的供電系統和方法，提供以下非限制性實例：
[0010] 在一個實例中，一種用于對便攜式電子裝置供應電力的系統包括：溫度傳感器，其 被配置成測量便攜式電子裝置和系統中的至少一個的溫度；一個或多個燃料電池，其被配 置成產生電力；以及DC-DC轉換器，其包括連接到所述一個或多個燃料電池的輸入端和連 接到便攜式電子裝置的輸出端。DC-DC轉換器可被配置成在輸入電流和輸入電壓下從一個 或多個燃料電池接收電力，并且在基本上固定的電壓下將輸出電力提供給電子裝置，其中 DC-DC轉換器包括作為所測量溫度的函數而變化的電流限值。
[0011] 在一個實例中，一種控制用于便攜式電子裝置的燃料電池供電系統的方法包括： 將來自一個或多個燃料電池的電流供應到DC-DC轉換器；以及作為供電系統和便攜式電子 裝置中的至少一個的所測量溫度的函數調節DC-DC轉換器的電流限值。
[0012] 在一個實例中，一種控制用于便攜式電子裝置的供電系統的方法包括：提供包括 一個或多個燃料電池和DC-DC轉換器的供電系統；從一個或多個燃料電池產生電力；將一 個或多個燃料電池連接到DC-DC轉換器，以使得來自一個或多個燃料電池的電力在變化電 壓和變化電流下提供給DC-DC轉換器；以及將來自DC-DC轉換器的輸出電力在基本上固定 電壓下提供給便攜式電子裝置。所述方法還包括：測量便攜式電子裝置和供電系統中的至 少一個的溫度；以及作為所測量溫度的函數調整DC-DC轉換器的電流限值，從而作為DC-DC 轉換器的所調整電流限值的函數調整來自一個或多個燃料電池的輸出電流。
[0013] 本申請的各種實例包括一種燃料電池供電系統，其具有簡單設計并且實現限制所 述系統內或所述系統供應電力的電子裝置內的任何一個或多個給定溫度。在各種實例中， 供電系統可在無大型散熱器或風扇或其它類型的大型排熱裝置的情況下使用，這些排熱裝 置可需要來自系統的電力。在各種實例中，供電系統可依賴于控制DC-DC轉換器的電流限 值以減少由系統產生的熱（包括來自燃料電池的熱），并且從而限制供電系統或電子裝置 中的給定溫度。通過控制電流限值，供電系統可避免或最小化從燃料電池引出大電流，引出 大電流可導致其無效率地操作或過熱。
[0014] 通過減少由系統產生的熱，通過控制電流限值，供電系統可用于限制可部分基于 消費產品的標準的給定溫度，例如，消費產品的標準可約束最大表面溫度。在本申請的各種 實例中，可限制給定溫度，而不管電力需求如何。因此，可以在以下潛在代價下實現限制溫 度：不向電子裝置供應所需求電力。
[0015] 通過聚焦于減少所產生的熱而非將熱從系統排出，供電系統可有效操作，同時減 少供電系統中部件的數量并且在電子裝置內占據較少空間。空間和簡單性對便攜式電子裝 置來說可尤其重要。在各種實例中，除節省空間以外，在一個或多個燃料電池上或附近缺少 一個或多個大型散熱器或其它排熱裝置可對所述一個或多個燃料電池的效率具有積極影 響，特別是在一個或多個燃料電池在低溫下操作時。
[0016] 本申請的各種實例包括一種燃料電池供電系統，其為電子裝置產生電力并且不需 要用于由一個或多個燃料電池產生并且不為電子裝置所需的額外電力的移能電阻器。在 各種實例中，一個或多個燃料電池可響應于來自電子裝置的低電力需求在低電力模式下操 作。與其它燃料電池系統形成對比，如果電力需求低，則不需要本申請的一個或多個燃料電 池在高溫或恒定電力下運行。在一個實例中，一個或多個燃料電池可具有不受約束的最小 操作溫度。
[0017] 本申請的各種實例包括一種燃料電池供電系統，其中基本上所有到電子裝置的電 力可來自一個或多個燃料電池。在一個實例中，系統并不包括電池組（battery)，從而實現 簡單并且具有成本效益的設計，同時最小化供電系統的空間，這對任一類型的便攜式電子 裝置來說都很重要。
[0018] 此概述旨在提供對本專利申請的主題的概述。它并不旨在提供排他性或詳盡解 釋。包括詳細說明來提供關于本專利申請的進一步信息。
[0019] 附圖簡述
[0020] 在附圖（未必按比例繪制）中，貫穿數個視圖，相似標號實質上描述類似部件。具 有不同字母后綴的相似標號表示實質上類似部件的不同情況。這些附圖以舉例方式而非限 制方式總體上示出本文件中所論述的各種實施方案。
[0021] 圖1是總體上示出用于對電子裝置提供電力的供電系統的實例的框圖。
[0022] 圖2是總體上示出用于對電子裝置提供電力的供電系統的實例的框圖。
[0023] 圖2A是總體上示出用于對電子裝置提供電力的供電系統的實例的框圖。
[0024] 圖3是總體上示出用于對電子裝置提供電力的供電系統的實例的框圖。
[0025] 圖4是總體上示出用于對電子裝置提供電力的供電系統的實例的框圖。
[0026] 圖4A是總體上示出用于對電子裝置提供電力的供電系統的實例的框圖。
[0027] 圖5是總體上示出供在圖4的供電系統中使用的數字控制系統的實例的框圖。
【具體實施方式】
[0028] 貫穿以下說明，闡述具體細節以便提供對本發明的更透徹理解。然而，可在無這些 詳情的情況下實施本發明。在其它情況中，未示出或詳細描述眾所周知的元件以便避免不 必要地使本發明含混不清。附圖以圖解方式示出其中可實施本發明的具體實施方案。可組 合這些實施方案、可利用其它元件或者可作出結構或邏輯改變，而不背離本發明的范圍。因 此，說明書和附圖應視為說明性意義而非限制性意義。
[0029] 如果此文件與以引用方式并入的那些文件之間存在不一致的用法，則所并入參考 文獻中的用法應視為對此文件的用法的補充；關于相互矛盾的不一致情況，應以此文件中 的用法為準。
[0030] 在此文件中，使用術語"一（a) "或"一（an) "來包括一個或多于一個，獨立于"至 少一個"或"一個或多個"的任何其他情況或用法。在此文件中，除非另有說明，否則使用術 語"或"來指代非排他性或，以使得"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"。在隨附方面或權利要求中，術語"第一"、"第二"和"第三"等 僅用作標記，且不旨在對其對象強加數值要求。應理解，在此文件中明確公開的任何數值范 圍應包括所明確公開范圍的任一子集，就如同也明確公開此類子集范圍一樣；例如，1-100 的公開范圍應還包括范圍1-80、2-76或在1和100之間的任何其它數值范圍。在另一實例 中，"1，000或以下"的所公開范圍應還包括小于1，000的任一范圍，諸如50-100、25-29或 200-1，000〇
[0031] 如本文中所使用，術語"基本上"可指代大部分，或大多數，如在至少約50%、 60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%或者至少約 99. 999%或以上中。
[0032] 如本文中所使用，"燃料電池"可指代單個燃料電池，或燃料電池的集合。這些燃料 電池可布置并且連接在一起，從而形成燃料電池陣列。單元電池陣列可被構造成提供變化 的電力產生燃料電池層，其中整個電化學結構含在層內。陣列可形成為任一合適的幾何形 狀。例如，單元燃料電池陣列可相鄰地布置以形成平面燃料電池層。平面燃料電池層可整 體或部分為平面，并且還可整體或部分為柔性的。陣列中的燃料電池還可按照其它平面表 面，例如管或曲線。或者或另外，陣列可包括可符合其它幾何形狀的柔性材料。
[0033] 如本文中所使用，"DC-DC轉換器"可指代具有將DC電壓和電流的電氣特性修改為 不同電壓和電流值的效果的集成電路或電子部件的組件。通常，DC-DC轉換器可增高電壓以 提供高于輸入電壓的輸出電壓，可降低電壓以提供低于輸入電壓的輸出電壓，或者可以是 可適應大范圍的輸入電壓以產生基本上恒定輸出電壓源的組合式"升降壓"轉換器。DC-DC 轉換器可通常由其輸出電壓所規定；在其它設計中，可限制DC-DC轉換器的輸出電流，如由 電路內部件（諸如電阻器）的布置所規定。限流DC-DC轉換器可用，并且已用于保護DC-DC 轉換器的輸出端附接到其的電路元件，使其免于被太多電流驅動。具有用戶可調諧輸出電 流限值的DC-DC轉換器可用作現貨產品。具有用戶可調諧輸入電流限值的DC-DC轉換器可 認為不太常見。本申請描述一種供電系統和方法，其包括作為溫度的函數調節DC-DC轉換 器的電流限值。本文中所描述的供電系統可使用DC-DC轉換器的輸入電流限值或DC-DC轉 換器的輸出電流限值操作。
[0034] 如本文中所使用，"電流限值"可指代輸入電流限值或輸出電流限值，除非另有說 明。
[0035] 本申請涉及用于使用一個或多個燃料電池對電子裝置供應電力的系統和方法。可 使用本文中所公開的系統和方法來通過調節DC-DC轉換器的電流限值來限制一個或多個 燃料電池的一個或多個溫度，或在一些實例中，電子裝置的一個或多