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BEZUG ZU VERWANDTER ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität aus der
taiwanesischen Patentanmeldung 97140156 ,
angemeldet am 20. Oktober 2008, die insgesamt durch die Bezugnahme
in die vorliegende Anmeldung integriert ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem,
und sie bezieht sich insbesondere auf ein Brennstoffzellensystem
und Verfahren zum Überwachen eines Wasserstoffaustritts aus
dessen Brennstoffzellen.
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Beschreibung des verwandten Standes der
Technik
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In
letzter Zeit sind Brennstoffzellen aufgrund ihrer hohen Transformationsleistung
und geringen Umweltbelastung etc. für eine Anzahl von Gebieten wie
Generatormodule, Verbrennungsmaschinen und tragbare elektronische
Kommunikationsprodukte verwendet worden. Wasserstoff-Brennstoffzellen
sind jedoch feuergefährlich, explosiv und äußerst
wärmeleitend, weswegen Wasserstoffaustritt für
Wasserstoff-Brennstoffzellen extrem gefährlich ist. Wasserstoffaustritt
kann aufgrund einer beschädigten Protonschicht in einer
Brennstoffzelle erfolgen. Insbesondere treten Wasserstoffmoleküle
in der Anode der Brennstoffzelle aufgrund der beschädigten
Protonschicht durch die beschädigte Protonschicht an die Kathode,
um von einem Katalysator katalysiert zu werden, und dann reagieren
Wasserstoffmoleküle mit Sauerstoff und verursachen so Hitze oder
Feuer. Außerdem sinkt aufgrund der beschädigten
Protonschicht die Ausgangsspannung der Brennstoffzellen.
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Ein
herkömmliches Verfahren zum Feststellen von Wasserstoffaustritt
aus Brennstoffzellen ist, einen externen Wasserstoffdetektor mit
einem Brennstoffzellmodul zu verbinden, um die Wasserstoffkonzentration
des Brennstoffzellenmoduls abzufühlen. Bei tragbaren elektronischen
Produkten jedoch vergrößert ein Wasserstoffdetektor
das Volumen. Außerdem ist die Integration eines Wasserstoffdetektors
in tragbaren elektrischen Vorrichtungen unbequem.
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Um
das oben erwähnte Problem zu lösen, ist es erforderlich,
ein Brennstoffzellensystem vorzusehen, welches die Vorteile aufweist,
dass es einen Wasserstoffaustritt überwacht und dass es
einfach in tragbare elektronische Produkte zu integrieren ist.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Eine
detaillierte Beschreibung wird zu den folgenden Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines Brennstoffzellensystems.
Das Brennstoffzellensystem umfasst: ein Brennstoffzellenmodul mit
mindestens einer Brennstoffzelle; ein mit dem Brennstoffzellenmodul
verbundenes Ventil und eine Wasserstoffquelle, um zu gestatten,
dass Wasserstoff in das Brennstoffzellenmodul gelangen kann, oder
um Wasserstoff daran zu hindern, in das Brennstoffzellenmodul zu
gelangen; und eine mit dem Ventil und dem Brennstoffzellenmodul
verbundene Steuerplatine zum Prüfen der Ausgangsspannung
der mindestens einen Brennstoffzelle, um festzustellen, ob Wasserstoff
austritt; bei welchem die Steuerplatine das Ventil steuert, wel ches
Wasserstoff daran hindert, in das Brennstoffzellenmodul einzutreten,
wenn die Steuerplatine feststellt, dass Wasserstoff austritt.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines
Verfahrens zur Überwachung eines Wasserstoffaustritts aus
Brennstoffzellen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Vorsehen
eines Brennstoffzellenmoduls, bei welchem das Brennstoffzellenmodul
mindestens eine Brennstoffzelle umfasst; Trennen der Brennstoffzelle von
einer Last oder Lasten; Erhalten entsprechender Ausgangsspannungen
von mindestens einer Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenmodul;
Vergleichen der entsprechenden Ausgangsspannungen von mindestens
einer Brennstoffzelle mit einer vorbestimmten Spannung; und Feststellen
eines Wasserstoffaustritts, wenn eine der Ausgangsspannungen der mindestens
einen Brennstoffzelle niedriger als die vorbestimmte Spannung ist.
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Das
oben genannte Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Überwachen
eines Wasserstoffaustritts aus Brennstoffzellen kann ohne Vergrößerung
des Volumens mittels Verwenden eines Schaltkreissystems zum Feststellen
von Brennstoffzellenspannungen in übliche oder herkömmliche
Brennstoffzellsysteme integriert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann durch Lesen der folgenden detaillierten
Beschreibung und der Beispiele, welche Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen nehmen, besser verstanden werden. Hierbei
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ist 1 ein
Diagramm, welches die Struktur des erfindungsgemäßen
Brennstoffzellensystems zeigt;
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stellt 2 ein
Flussdiagramm dar, welches das Verfahren zur Überwachung
eines Wasserstoffaustritts gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 3 ein
exemplarisches Diagramm eines Brennstoffzellenmoduls der vorliegenden
Erfindung; und
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ist 4 ein
Flussdiagramm, welches ein anderes Verfahren zur Überwachung
eines Wasserstoffaustritts gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
folgende Beschreibung beschreibt ein bestmögliches Verfahren
zum Ausführen der Erfindung. Diese Beschreibung soll die
allgemeinen Prinzipien dieser Erfindung darstellen und ist nicht
als begrenzend zu verstehen. Der Umfang der Erfindung ist am Besten
unter Bezugnahme auf die angehängten Ansprüche
festzulegen.
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1 ist
ein Diagramm, welches die Struktur eines Brennstoffzellensystems
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Brennstoffzellensystem umfasst ein
Brennstoffzellenmodul 110, ein Ventil 120, eine Steuerplatine 130 und
eine Speichervorrichtung 140.
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Das
Brennstoffzellenmodul 110 umfasst mindestens eine Brennstoffzelle 112,
und jede Brennstoffzelle hat eine Ausgangsspannung. Die Anzahl der
Brennstoffzellen kann je nach Lastbeanspruchung eines Brennstoffzellensystems
variieren. Allgemein wird das Verwenden einer Mehrzahl von seriell
miteinander verbundenen Brennstoffzellen mit identischem Standard
vorgezogen, um die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenmoduls 110 zu erhöhen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Brennstoffzellenmodul 110 viele
Brennstoffzellen-Gruppen umfassen, welche seriell und parallel miteinander
verbunden sind. Das Ventil 120 ist ein EIN/AUS-Schalter,
welcher mit dem Brennstoffzellenmodul 110 und einer Wasserstoffquelle
verbunden ist, um zu gestatten, dass Wasserstoff zu dem Brennstoffzellenmodul 110 gelangen
kann, oder um zu verhindern, dass Wasserstoff zu dem Brennstoffzellenmodul 110 gelangen
kann. Die Steuerplatine 130 ist mit dem Brennstoffzellenmodul 110 und
dem Ventil 120 verbunden. Die Steuerplatine 130 prüft
die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenmoduls 110 und die
Ausgangsspannungen der mindestens einen Brennstoffzelle, um festzustellen,
ob ein Wasserstoffaustritt vorliegt. Falls ja, sendet die Steuerplatine
ein Steuersignal an das Ventil 120. Eine Speichervorrichtung 140 wie
Lithium-Batterien, NiMH-Batterien und Superkondensatoren etc. wird
verwendet, um die Steuerplatine 130 zeitweise mit Strom
zu versorgen.
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Die
Steuerplatine 130 kann einen unabhängigen Schaltkreis
haben, welcher in der Lage ist, verschiedene Signale zu empfangen,
zu verarbeiten und zu senden. Die Steuerplatine 130 kann
ebenfalls mehrere integrierte Einheiten umfassen. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst
die Steuerplatine weiterhin eine Abtast- und Umwandeleinheit 132,
eine Steuereinheit 134 und einen Stromschalter 136.
Die Abtast- und Umwandeleinheit 132 wird zum Feststellen
der Klemmenspannungen der mindestens einen seriell verbundenen Brennstoffzelle
oder der Spannung des Brennstoffzellenmoduls 110 verwendet.
Die Steuereinheit 134 wie Mikroprozessoren, Mikrosteuerungen,
einzelne Chips und digitale Signalprozessoren etc. verarbeiten,
analysieren und führen Kalkulationen gemäß den
empfangenen Signalen aus. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bezieht die Steuereinheit 134 die
jeweiligen Ausgangsspannungen der mindestens einen Brennstoffzelle 112 aus
den digitalen Signalen der Klemmenspannungen der mindestens einen
seriell verbundenen Brennstoffzelle 112, und vergleicht
dann die entsprechenden Ausgangsspannungen der mindestens einen Brennstoffzel le 112 mit
einem vorbestimmten Spannungswert, um festzustellen, ob die Ausgangsspannungen
abfallen. Es ist zu beachten, dass Ausgangsspannungen hierbei eine
offene Schaltkreisspannung darstellen, wenn die mindestens eine
Brennstoffzelle 120 nicht mit irgendeiner Last verbunden ist.
Ebenfalls kann der vorbestimmte Spannungswert von Benutzern auf
einen Wert gemäß der Brennstoffzellenanwendung
eingestellt werden. Beträgt z. B. die Ausgangsspannung
einer normalen Brennstoffzelleneinheit 0,6 V bis 0,9 V, dann kann
ein vorbestimmter Spannungswert bei 0,5 V eingestellt sein. Daher
wird Wasserstoffaustritt festgestellt, wenn die Ausgangsspannung
einer Brennstoffzelle auf den vorbestimmten Spannungswert 0,5 V
abfällt. Im Anschluss daran sendet die Steuereinheit 134 ein
Signal an das Ventil 120, so dass das Ventil 120 Wasserstoff
am Eintreten in das Brennstoffzellenmodul 110 hindern kann. Ähnlich
vergleicht die Steuereinheit 134 ebenfalls die Ausgangsspannung
des Brennstoffzellenmoduls 110 mit einer vorbestimmten
Betriebsspannung. Es ist zu beachten, dass die Ausgangsspannung
hierbei die gemessene Spannung darstellt, wenn das Brennstoffzellenmodul 110 mit
einer Last oder Lasten verbunden ist. Die vorbestimmte Betriebsspannung
ist die niedrigste Spannung, welche Spannungen zu einem betreibbaren
System verbinden. Ist die Ausgangsspannung des Brennstoffzellenmoduls 110 niedriger
als die vorbestimmte Betriebsspannung, stellt die Steuerplatine
fest, dass Wasserstoff austritt. Gleichzeitig sendet die Steuereinheit 134 ein
Signal an das Ventil 120, so dass sich das Ventil 120 schließt.
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Die
Speichervorrichtung 140 ist mit der Steuerplatine 130 verbunden,
um die Steuerplatine 130 zeitweise mit Strom zu versorgen,
bevor das Brennstoffzellenmodul 110 die Steuerplatine 130 mit
Strom versorgt. Der Stromschalter 136 ist im Wesentlichen ein
EIN/AUS-Schalter, welcher auf der Steuerplatine 130 installiert
ist, welche mit der Steuereinheit 134 verbunden ist. Der
Stromschalter 136 wird verwendet, damit Strom zu der Steuerplatine 130 fließen kann
oder damit dieser blockiert werden kann. Ist das Brennstoffzellenmodul 110 mit
einer Last oder Lasten verbunden, wird der Stromschalter geöffnet,
damit Strom des Brennstoffmoduls 110 zu der Steuerplatine 130 gelangt
und die Speichervorrichtung 140 aufgeladen wird.
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Überwachung
von Wasserstoffaustritt gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei Schritt 202 tritt
der Wasserstoff in die Brennstoffzellenmodule 110 ein,
so dass das Brennstoffzellenmodul 110 anfängt,
Strom zu erzeugen und nachfolgend Strom an die Steuerplatine 130 liefert,
um die Peripherievorrichtung zu starten und die Speichervorrichtung 140 aufzuladen.
Als nächstes sorgt bei Schritt 204 die Steuereinheit 134 in
der Steuerplatine 130 dafür, dass der Stromschalter
geschlossen wird, wodurch die Verbindung zwischen dem Brennstoffzellenmodul 110 und
der Steuerplatine 130 unterbrochen wird, oder das Brennstoffzellenmodul 110 wird
daran gehindert, sich mit anderen Lasten zu verbinden, so dass das
Brennstoffzellenmodul ein offener Schaltkreis ist. Bei Schritt 206 stellt
die Abtast- und Umwandeleinheit 132 der Steuerplatine 130 Klemmenspannungen
der mindestens einen Brennstoffzelle fest. Das Brennstoffzellenmodul 110 besteht
normalerweise aus mindestens einer Brennstoffzelle mit identischen
Standards, welche seriell verbunden ist. Folglich kann sich eine
Vielzahl von Klemmenspannungen in dem Modul 110 befinden,
wie in 3 gezeigt. Die Abtast- und Umwandeleinheit 132 transformiert
die Klemmenspannungen der mindestens einen Brennstoffzelle 112 in
digitale Klemmenspannungssignale und sendet die digitalen Klemmenspannungssignale
an die Steuereinheit 134. Danach kalkuliert die Steuereinheit 134 der Steuerplatine 130 bei
Schritt 208 die vorliegenden Ausgangsspannungswerte der
mindestens einen Brennstoffzelle 112 gemäß den
digitalen Klemmenspannungssignalen.
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3 ist
ein exemplarisches Diagramm eines Brennstoffzellenmoduls der vorliegenden
Erfindung. Das exemplarische Diagramm beschreibt das Verfahren zum
Kalkulieren der Ausgangsspannungen von mindestens einer Brennstoffzelle 112.
Wie 3 zeigt, enthält das Brennstoffzellenmodul 110 sechs
Brennstoffzellen 112 (C1–C6), welche seriell miteinander
verbunden sind. Daher gibt es sechs Endpannungen V1, V2...V6. Die
Steuereinheit 134 empfängt digitale Signale von
V1, V2...V6, und subtrahiert dann V2 von V1, um die Ausgangsspannung der
Brennstoffzelle C1 zu erhalten, subtrahiert Vn+1 von
Vn, um die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle
Cn, zu erhalten, und so weiter.
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Bei
Schritt 210 vergleicht die Steuereinheit 134 jede
Ausgangsspannung der mindestens einen Brennstoffzelle 112 mit
einer vorbestimmten Spannung. Ist eine Ausgangsspannung der mindestens
einen Brennstoffzelle 112 kleiner als die vorbestimmte Spannung,
wird Wasserstoffaustritt festgestellt. Daher sendet die Steuereinheit 134 ein
Signal aus, um das Ventil 120 zu schließen, um
Wasserstoff zu blockieren, so dass es nicht übertragen
werden kann. Dadurch wird das Verfahren bei Schritt 218 beendet. Ist
jede Ausgangsspannung der mindestens einen Brennstoffzelle 112 größer
als die vorbestimmte Spannung, so wird festgestellt, dass in mindestens einer
der Brennstoffzellen 112 Wasserstoff austritt. Daher kehrt
das Verfahren zu Schritt 202 zurück. die Steuerplatine 130 öffnet
wieder den Stromschalter 136 und rückverbindet
das Brennstoffzellenmodul 110 mit einer Last oder Lasten.
Das Brennstoffzellenmodul 110 versorgt die Steuerplatine 130 oder
die Lasten mit Strom und lädt die Speichervorrichtung 140 auf.
Die nachfolgenden Schritte werden wie beschrieben wiederholt.
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches ein weiteres Verfahren zum Überwachen
von Wasserstoffaustritt nach einem erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel darstellt. Bei Schritt 402 tritt
der Wasserstoff in die Brennstoffzellenmodule 110 ein,
so dass das Brennstoffzellenmodul 110 anfangen kann, Strom
zu erzeugen und dann den erzeugten Strom zu der Steuerplatine 130 zu
bringen, um Umgebungsvorrichtungen zu starten und die Speichervorrichtung 140 aufzuladen.
Als nächstes stellt bei Schritt 404 die Abtast-
und Umwandeleinheit 132 der Steuerplatine 130 die
Ausgangsspannung der Brennstoffzellenmodule 110 fest und
wandelt die Ausgangsspannung in ein digitales Ausgangsspannungssignal
um. Bei Schritt 406 vergleicht die Steuereinheit 134 die
Ausgangsspannung des Brennstoffzellenmoduls 110 mit einer
vorbestimmten Betriebsspannung. Wie der Fachmann weiss, sinkt die
Ausgangsspannung des Brennstoffzellenmoduls, wenn das Brennstoffzellenmodul 110 mit
einer Last verbunden ist. Fällt die Ausgangsspannung jedoch
auf ein Spannungsniveau, welches bewirken kann, dass eine Last nicht
richtig arbeiten kann, kann dies auf Wasserstoffaustritt deuten.
Der vorbestimmte Betriebsspannungswert wird gemäß dem
Bereich des Abfalls der Wasserstoff Klemmenspannung festgelegt.
Bei Schritt 412 wird bei mindestens einer Brennstoffzelle
Wasserstoffaustritt festgestellt, wenn die Ausgangsspannung des
Brennstoffzellenmoduls 110 kleiner als die vorbestimmte
Betriebsspannung ist. Bei Schritt 414 sendet die Steuereinheit 134 ein
Signal, um das Ventil 120 zu schließen, um Wasserstofftransport
zu blockieren. Bei Schritt 410, wenn die Ausgangsspannung
des Brennstoffzellenmoduls 110 größer
als die vorbestimmte Betriebsspannung ist, wird festgestellt, dass
zumindest für Brennstoffzelle 112 kein Wasserstoffaustritt
vorliegt, weswegen eine Rückkehr zu Schritt 402 erfolgt.
Danach werden die Schritte wie beschrieben wiederholt.
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Während
die Erfindung beispielhaft und mittels bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, sei angemerkt, dass die Erfindung nicht auf diese
beschränkt ist. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, verschiedene
Modifikationen und ähnliche Anordnungen abzudecken (wie
für den Fachmann offensichtlich). Daher sollte dem Umfang
der angehängten Ansprüche die breitest mögliche
Interpretation zukommen, um alle Modifikationen und ähnliche Anordnungen
abzudecken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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