CN101366146A - 混合电源的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于设备中的混合电源，其通常包括被配置为通过燃料的电化学转变来产生直流电压的燃料电池装置、连接到燃料电池装置以为其供给燃料的燃料储槽、以及电连接到燃料电池装置的可再充电蓄电池。该燃料电池装置保持可再充电蓄电池基本上充满电，而可再充电蓄电池适应由于设备的运行而引起的负载的变动。这样，当燃料储槽被移除时该混合电源维持设备的运行。

Description

混合电源的方法和设备
技术领域
本发明主要涉及电源，更具体来说，涉及包含燃料电池技术的改进的电源。
背景技术
在正常的运行过程中，移动设备——例如，移动终端、个人数字助理(PDA)等——会耗尽它的主电源。由于这样的设备通常包括重要的信息例如存储在某些形式的存储器中的用户数据、配置值以及状态信息，因此希望允许更换主电源而不中断这些信息的存储。
为了保持存储，通常的移动设备一般包含某些形式的专用电力供应，例如，蓄电池或超级电容器(也被称为“超级电容”)。这些的形式的电源通常与支持电路结合使用，该支持电路配置为对备用电源充电并调节它的输出。这种支持电路占用了额外的电路板空间并且会显著增加单元的成本。
另外，这样的已知电源通常在低功率水平运行。就是说，这样的系统中的电池被设计为仅用来维持存储在设备的各种存储器元件中的某些信息；其没有被设计为提供足够的功率来让设备在正常运行模式下使用。而且，为了移除主电源，该设备通常要被关闭或切换到待机模式。这导致不方便和生产率的损失。
因此，需要克服现有技术中的这些以及其他局限性的系统和方法。
发明内容
根据本发明的混合电源通常包括带有储槽的燃料电池装置(例如，带有加充甲醇的储槽的直接甲醇燃料电池(DMFC))，该燃料电池装置被配置为通过燃料的电化学转变产生直流电压。可再充电蓄电池(例如，锂离子蓄电池)电连接到燃料电池装置上。该燃料电池装置保持可再充电蓄电池基本上充满电，而可再充电蓄电池可适应由于设备的运行而产生的负载变化。这样，当储槽被移除时该混合电源维持设备的运行。
附图说明
通过参照详细描述和权利要求，并结合下述附图，将更全面地理解本发明。在所有附图中，类似的附图标记指代相似的要素。
图1是根据本发明的一个实施方案的带有混合电源的设备的示意图。
图2是燃料储槽被移除的图1中设备的示意图。
图3是典型的直接甲醇燃料电池的示意图。
具体实施方式
以下的详细描述实质上仅是说明性的，而并不意图限制本发明或本发明的应用和用途。此外，并不意图受上述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中任何明确所述或暗示的理论的限制。
本详细描述也可能包括功能和/或逻辑模块元件以及各种操作步骤。应当理解，这样的模块元件可以通过配置用以执行特定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件元件来实现。
参见图1，根据本发明一个实施方案的包括混合电源的设备100通常包括与燃料储槽(或“储槽”)130连通并从其接收燃料的燃料电池装置(或简称“装置”)120。可再充电蓄电池(或“蓄电池”)110电连接到燃料电池装置120。可再充电蓄电池110、燃料储槽130、以及燃料电池装置120一起被称为“电源”和/或“混合电源”。
通常蓄电池的可用能量会在相对短的时间(约8小时)内耗尽，而燃料电池的可用能量会延续长得多的时间(大于20小时)。另一方面，燃料电池在处理负载波动时有困难——蓄电池并不具有的一种困难。根据本发明的混合电源因此结合了这两种技术，使得燃料电池装置120产生对蓄电池110充电的直流电压，同时，电池110可适应提供给设备100的负载电流的变化。根据本发明的混合电源因此允许在不显著牺牲运行能力的情况下将储槽130从设备102上移除。
在一个实施方案中，燃料储槽130可以从壳体102中移除，以便在例如储槽130中的燃料被耗尽时，简化储槽的更换。在图2中示出了这样的实施方案，该图显示了储槽130从壳体102移除的设备100。储槽130到壳体102上的连接可以采用任何方便的方法实现。在一个实施方案中，采用键/锁系统或其他安全设置以防止储槽130的意外或非允许的移除。
已经给出了根据本发明的混合电源的综述，下面将给出各个元件的详细描述。
燃料电池装置120包括任何能够通过燃料的电化学转变产生电能的元件，该燃料通常是液体。为此，很多类型的燃料电池可以与本发明结合使用。在一个实施方案中，燃料电池装置120是直接甲醇燃料电池(DMFC)。
DMFC是使用聚合物膜作为电解质的质子交换型燃料电池，其依赖于甲醇在催化剂层上氧化产生二氧化碳。参见图3，DMFC 120通常包括阳极304、阴极302和各自的端子308和310。阴极302和阳极304被膜306隔开，例如，聚合物电解质膜(PEM)306。在运行过程中，甲醇和水被供给到阳极304，生成二氧化碳，而氧气被供给到阴极302，生成水并产生穿过膜306的质子(H+)转移。具体来说，在DMFC 120中发生的半反应是：
阳极：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
阴极：1.5O2+6H++6e-→3H2O
净反应是：
CH3OH+1.5O2→CO2+2H2O
这样，DMFC 120使用甲醇作为燃料，产生电能、二氧化碳和水。在这方面，虽然示意性的实施方案是以DMFC讨论的，但是本发明考虑使用其它燃料电池类型，例如包括碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池、直接硼氢化物燃料电池、固体氧化物燃料电池、锌燃料电池等等。
燃料电池120的端子308和310连接到电池外部的负载。根据本发明的一个实施方案，端子308和310连接到可再充电蓄电池(例如，图1中的蓄电池110)以及设备100相关的内部电负载。就是说，当从设备100上移除储槽130时，蓄电池110接管并与燃料电池120一同提供需要的直流电。蓄电池110的正极和负极端子优选直接或间接连接到燃料电池120的阳极和阴极。
当蓄电池110被充电时，跨其端子施加电压以将蓄电池正常运行过程中(即，当蓄电池作为标准伏打电池时)典型发生的化学反应逆转。蓄电池110优选电连接到燃料电池装置120(以及其他可选择的控制电子装置，未示出)，从而燃料电池装置120保持蓄电池110基本上充满电。在本发明的一个实施方案中，燃料电池120的输出提供给本领域公知类型的蓄电池充电器电路，然后被提供给蓄电池110。
蓄电池110是目前已知的或日后开发出的任何适宜类型的可再充电蓄电池。在一个实施方案中，例如，蓄电池110是可充电锂离子蓄电池。然而，也可以使用其他类型的蓄电池，包括各种镍-镉蓄电池、镍-金属氢化物蓄电池、锂-聚合物蓄电池等等。此外，蓄电池110可以包括并联或串联的两个或更多蓄电池，这取决于应用的功率需要。
依据已知的标准来选择蓄电池110，例如根据需要的功率、需要的电压、期望的充电循环数等等。例如，设备100通常具有已知的正常负载、峰值负载、以及维持最低存储水平(即，维持设备中保存的设置和数据)所需负载的运行功率要求。对此，优选对蓄电池110和燃料电池装置120进行选择使得它们能够结合提供基本等于设备运行功率要求的功率。就是说，优选即使当储槽被移除时设备也能够充分运行。
在一个实施方案中，蓄电池110具有大约400到500毫安时的额定容量和大约3.0到5.0伏特的供给电压。这样的蓄电池在移动设备以及必须被带到没有外部电源的地方的其它此类元件中具有特别的用途，所述类型的移动设备具有输入、LCD屏幕。
尽管在上述详细描述中提供了至少一个举例性的实施方案，应当理解，还存在大量的变体。应当理解的是，这里描述的一个或多个示例实施方案并不意图限制本发明的范围、应用或配置。并且，上述详细描述会给本领域技术人员实现上述的一个或多个实施方案提供便利的路线图。应当理解，在不偏离本发明所附的权利要求和法律等价物的范围内，可以对元件的功能和配置做出各种改动。

Claims (15)

1.用于移动设备的电源，所述电源包括：
配置为通过燃料的电化学转变来产生直流电压的燃料电池装置，
连接到所述燃料电池装置用以向所述燃料电池装置提供所述燃料的燃料储槽；
连接到所述燃料电池装置的可再充电蓄电池。
2.如权利要求1所述的电源，其中所述燃料电池装置是直接甲醇燃料电池(DMFC)，且其中所述燃料储槽含有甲醇。
3.如权利要求1所述的电源，其中所述燃料电池装置是质子交换型燃料电池。
4.如权利要求1所述的电源，其中所述可再充电蓄电池是锂离子蓄电池。
5.如权利要求1所述的电源，其中对所述燃料电池装置和所述可再充电蓄电池进行配置使得所述可再充电蓄电池适应提供给移动设备的负载电流的变化。
6.如权利要求1所述的电源，其中移动设备具有运行功率要求，而所述电源能够提供基本上等于所述运行功率要求的功率。
7.如权利要求1所述的电源，其中移动设备具有1.0到25.0瓦特的运行功率要求。
8.如权利要求1所述的电源，其中所述可再充电蓄电池具有大约3.0到5.0伏特的额定电压。
9.如权利要求1所述的电源，其中所述可再充电蓄电池具有大约100到4400毫安时的额定容量。
10.如权利要求1所述的电源，其中移动设备具有壳体，并且其中所述可移除的燃料储槽被配置为可移除地连接到所述壳体，并且包括从所述燃料储槽向所述燃料电池装置提供燃料的燃料路径。
11.移动设备，包括：
壳体；
提供在所述壳体中的电源，所述电源包括具有阳极和阴极的直接甲醇燃料电池(DMFC)装置，可移除地连接到所述燃料电池装置上的向所述燃料电池装置提供所述燃料的燃料储槽，以及通过充电电路连接到所述燃料电池装置的所述阳极和阴极的可再充电蓄电池。
12.如权利要求11所述的移动设备，其中所述可再充电蓄电池是锂离子蓄电池。
13.如权利要求11所述的移动设备，其中对所述燃料电池装置和所述可再充电蓄电池进行配置使得所述可再充电蓄电池适应提供给移动设备的负载电流的变化。
14.如权利要求11所述的移动设备，其中移动设备具有运行功率要求，并且其中所述电源能够提供基本上等于所述运行功率要求的功率。
15.如权利要求11所述的移动设备，还包括连接到所述燃料电池装置和所述可再充电蓄电池的蓄电池充电器电路。
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