TW200302594A - Portable disposable fuel-battery unit for a fuel cell system - Google Patents

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200302594 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） L 日月戶斤々頁3 發明領域

本發明係有關於可攜式燃料電池且更特別地有關於啟 5 動可攜式燃料電池。燃料電池將電化學能轉換成電力，典 型上係藉由將氫催化以分離電子、傳導該等電子通過陽極 至外部電路且使氫離子與在氧被催化時已被形成之氧離子 作用。 I：先前技術3 10 發明背景 傳統上，燃料電池已被用於靜止電力、汽車電力或太 空计晝用途。由於單一燃料電池典型上產生相當小的能量 ’該燃料電池系統一般具有一堆疊之電瓶與支撐系統，稱 之為Balance of Plant(BOP)。BOP系統具有如加熱器與吹 15 風為之電力耗用元件以供應壓力。為啟動一可攜式燃料電 池系統，該系統需要被提供電力至該燃料電池產生足夠的 電力而滿足B0P系統之需要為止。在啟動時該電力可被附 掛於該燃料電池之一電瓶提供。因而，類似於其中一汽車 電瓶被用以提供能源以啟動引擎且在引擎運轉時被充電的 20汽車系統，該燃料電池需要辅助電力來啟動。 雖然電動+已被發展，其運用以辅助電池被連接至馬 達之一電力電池及經由一能量電瓶控制開關以並聯被連接 至該電力電池之燃料電池所形成的一能源電瓶，此種混合 式系統需要使用者取得及維護該電力電池以操作該電動車。 5 200302594 玖、發明說明 可攜式燃料電池必須夠小且重量夠輕以促成一般人能 容易攜帶。因此，具有使操作者免於分別地取得一電力電 池及必須維護該Balance 〇f Plant之可攜式燃料電池系統將 是有用的。 5 【發明内容】 發明概要 本發明提供方法用於提供一可攜帶拋棄式燃料電池單 元、具有至少一燃料電池之一燃料電池系統用的一可攜帶 拋棄式燃料電池單元、一燃料電池堆疊、及具有一可攜帶 1〇拋棄式燃料電池單元之有一燃料電池系統的手持裝置。在 -貫施例中，言亥可攜帶拋棄式燃料電池單元提供一燃料室 用於為該至少-燃料電池提供燃料及一可抛棄式電力電池 被口定於4燃料室，用於為該至少一燃料電池提供啟動能 量° 15 圖式簡單說明 扪圖為本技藝所習知之一燃料電池實施例的方塊圖。 第2圖為一燃料電池堆疊實施例之方塊圖，依照本發 ^有在可抛棄式燃料容器之室内的輕重量輔助電力電 池及一手持式裝置用於運用該燃料電池電瓶。 2 0 第3圖為依照本發明之_方法的步驟實施例之流程圖。 第4圖為依照本發明之一方法的步驟另一實施例之流 程圖。 第圖為依照本發明之一可攜帶拋棄式燃料電池單元 實施例的方塊圖。 200302594 玖、發明說明 第6A圖為依照本發明之具有可攜帶抛棄式燃料電池單 疋之燃料電池系統另一實施例的方塊圖；第6B圖為該燃料 電池系統一實施例之侧面圖；以及第6C圖為該可攜帶拋棄 式燃料電池單元一實施例之側面圖。 5 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 在本發明之實施例中，一燃料電池系統被提供輕重量 辅助電力電池，其被配置於一可拋棄式燃料容器之室内。 在所欲時，該輔助電力電池於該燃料電池堆疊已被啟動並 1〇產生充足的能源以確保在燃料電池内充足的電力而操作成 為電瓶及具有額外電力可被用於點滴式充電後被加以點滴 式充電。在用完該燃料供應後，該可攜式燃料電池單元被 拋棄，讓新的燃料電池單元被供應每一燃料再充填。因此 ，该起動電瓶僅須提供有限次數之放電--再充電週期且比 15起使用與該可拋棄式燃料容器分離之電瓶可以較低成本被 實施。 典型上’如氫或甲醇之燃料可被使用。 在如第1圖顯示之習知技藝實施例中，燃料電池100具 有一空氣或氧氣輸入114與一燃料輸入116用於輸入燃料至 2〇陽極1〇4。例如氫或甲醇可被作為該燃料電池之燃料。在 貝施例中’一變換器102可被搞合至陽極104以變換燃料 成為氫，其再被送陽極104。在氫被使用的情形中，該變 換器102可由燃料電池1〇〇被取消。 在第1圖顯示之實施例中，該質子交換媒體（PEM)108 7 200302594 玖、發明說明 以一第一觸媒110位於陰極112與PEM 1〇8間及以一第二觸 媒106位於陽極104與PEM 108間而將陽極104與陰極112隔 離。PEM封鎖電子，使得在陽極1〇4處由氫氣分離之電子 通過陽極104流動至外部電氣負載118。在陽極形成之氫離 5子通過PEM 1〇8與該第一觸媒110，氫離子在此與氧離子合 成，且由負載流過第一觸媒110至陰極112内之電子流形成 水’其經由陰極112之受控制的出口 12〇被排放。 典型上，單燃料電池產生低的電壓輸出。為提供較大 的電壓，一般是數個燃料電池以串聯被組合以形成一燃料 10電池堆豐。為提供較多的電流，一般是數個燃料電池以並 聯被組合以形成一燃料電池堆疊。為提供特別的電力要求 ，數個燃料電池以串聯與並聯的組合被組成以形成一燃料 電池堆宜。如弟2圖顯示者，本發明提供一燃料電池系統 2〇〇，具有數個燃料電池202形成一燃料電池堆疊被耦合於 15可拋棄式燃料電池單元220，其中一可拋棄式輔助電力電 池204被配置於該燃料電池單元22〇之一室内。例如，類似 第1圖顯示之燃料電池100的數個燃料電池可被堆疊以形成 该燃料電池堆疊。該可拋棄式之燃料容器22〇具有一室2〇8 用於如氫之燃料及另一室用於輔助電力電池2〇4。 2〇 該等數個燃料電池2〇2之堆疊如需要地以串聯與（或）並 聯被耦合。典型上，燃料電池系統2〇〇被置於一殼218内， 其具有一蓋216，例如為具有彈性扣件（未晝出）之蓋。該蓋 216提供對殼218内在該燃料電池堆疊2〇2附近對一室22〇的 搆取。δ矣盍216提供在該燃料電池系統2〇〇内之該室2〇〇的 200302594 玫、發明說明 構取，其中該可抛棄式燃料電池單元220可被嵌入。該輔 助電力私池204之功能為··⑴對如“⑽?!血元件（為簡 單I見未被旦出）提供啟動電力，⑺為燃料電池系統細無 法夠决反應之過渡性需求提供備份電力，及⑶在燃料電池 5堆璺正在供電時提供瞬間電力。 第3圖為依知本發明之一方法的步驟實施例之流程圖 λ方法提t、用於可攜式燃料電池電瓶之具有燃料源的啟 動能源單元接合。在一實施例中，該方法包括製作302 - 夕至今w用於可攜式燃料電池電瓶、儲存3〇4燃料於該 10容器之一第一室、及配置306 一輕重量辅助電力電池於該 容器之一第二室。該燃料例如可為氫或甲醇。在想要時， 當該可攜式燃料電池單元已被啟動且產生足夠的能源，該 可攜式燃料電池堆疊可被用作為對該可拋棄式電瓶之點滴 式充電的能源。 15 程圖 第4圖為依照本發明之—方法的步驟另—實施例之流 。本發明可製作—可攜帶抛棄式燃料電池單元用於一 燃料電池電瓶’使得該可攜帶拋棄式燃料電池單元可為該 燃料電池電瓶同時提供啟動能源與燃料。在第4圖之實施 例中，該方法包括之步驟為製作4〇2 一可拋棄式多室容器 用於-可攜帶抛棄式燃料電池單元及在該多室容器之一第 -室提供404燃料及在-第二室之輕重量辅助電:電池。 典型的燃料例如可為氫或甲醇。如上述者，在所欲時，該 燃料電池堆疊於啟動以提供充分能源時可被使㈣㈣為 對該可拋棄式電瓶之點滴式充電的能源。在—實施例中， 20 200302594 玖、發明說明 該燃料電池電瓶包含數個成堆疊之燃料電池。 10 第5圖為依照本發明之可攜帶抛棄式燃料電池單元實 施例的方塊圖。該電瓶賦能之可拋棄式燃料容器被用以為 -燃料電池電瓶提供啟動能源。一般而言，可攜帶拋棄式 燃料電池單WOO包括—燃料容器5()2用於該燃料電池堆疊 (未旦出）纟中β亥燃料容器具有一輔助電瓶被附掛於此 。再次地說’燃料例如可為氫或甲醇。如上述者，在所欲 τ 4 料電池電瓶可提供對該電瓶賦能之可拋棄式燃料 容器500之輔助電瓶5〇4提供點滴式充電。如第2圖顯示者 ’該電瓶賦能之可拋棄式燃料容器可包括—電路用於接收 來自該燃料電池堆疊之點滴式充電。此外，該電瓶賦能之 可拋茶式燃料容器可包括對該燃料電池堆疊之堆疊後燃料 電池的一燃料連接系統。 第6 Α圖為依知本發明之具有可攜帶拋棄式燃料電池單 15兀之燃料電池系統另一實施例的方塊圖；第6B圖為該燃料 電池系統一實施例之側面圖；以及第6C圖為該可攜帶拋棄 式燃料電池單元一實施例之側面圖。該釋例性燃料電池包 括一燃料電池堆疊002如本技藝習知地被耦合至Baiance 〇f Plant(BOP)。該可攜帶拋棄式燃料電池單元包括一室用於 20甲醇燃料606與一辅助電瓶（BAT)608。該可攜帶拋棄式燃 料電池單元第6C圖用連接該室與甲醇燃料606之一燃料連 接系統610及連接該可攜帶抛棄式燃料電池單元與Bop 604 之電氣糸統（未畫出）之一系列電氣接點612和該燃料電池（ 第6B圖）彈扣在一起。燃料電池堆疊為熟習本技藝者習知 10 200302594 玖、發明說明 的且在此處不進一步被討論。在6圖顯示之實施例中，一 直接甲醇燃料電池被運用。然而，其他型式之燃料電池可 被運用。例如，氫燃料電池可被使用。如熟習本技藝者習 知者，Balance of Plant包括設施以除了提供水與二氧化碳 5排放外用於混合及遞送燃料至該堆疊。該可攜帶拋棄式燃 料電池單元包括一甲醇燃料室6〇6與一辅助電瓶6〇8，其藉 由僅是被更換而用每一個新的燃料充填被更新。包含用於 可攜π拋棄式燃料電池單元之甲醇燃料6〇6之室以促進燃 料/、電氣連接之方式彈扣於該燃料電池上。雖然此連接僅 有貫知例被顯示，很多其他適合的連接可被使用且被了 解將為本發明之一部分。在所欲時，當該燃料電池正在操 作牯，该辅助電瓶（ΒΑΤ)608可被點滴式地充電，而延長該 輔助電瓶之壽命。 因而，用於提供一可攜帶拋棄式燃料電池單元、用於 15具有至少一燃料電池之燃料電池電瓶的一可攜帶拋棄式燃 料电池單TL、一燃料電池堆疊及具有一燃料電池堆疊與一 可攜帶拋棄式燃料電池單元之一手持式裝置的方法已依據 本毛明被描述。很多修改與變化可不偏離本發明之精神與 領域地對此處所描述及說明之技術與構造被做成。因之， 2〇其應被了解到用於提供此處被描述的一可攜帶拋棄式燃料 電池單元、用於具有至少一燃料電池之燃料電池電瓶的一 可攜帶拋棄式燃料電池單元、一燃料電池堆疊及具有一燃 料私池堆璺與一可攜帶拋棄式燃料電池單元之一手持式裝 置的方法僅為說明性的且不會對本發明之領域加以限制。 200302594 玖、發明說明 【圖式簡單說明】 第1圖為本技藝所習知之一燃料電池實施例的方塊圖。 第2圖為一燃料電池堆疊實施例之方塊圖，依照本發 明具有在一可拋棄式燃料容器之室内的輕重量輔助電力電 5 池及一手持式裝置用於運用該燃料電池電瓶。 第3圖為依照本發明之一方法的步驟實施例之流程圖。 第4圖為依照本發明之一方法的步驟另一實施例之流

程圖。 第5圖為依照本發明之一可攜帶拋棄式燃料電池單元 10 實施例的方塊圖。 第6A圖為依照本發明之具有可攜帶拋棄式燃料電池單 元之燃料電池系統另一實施例的方塊圖；第6B圖為該燃料 電池系統一實施例之側面圖；以及第6C圖為該可攜帶抛棄 式燃料電池單元一實施例之側面圖。

15 【圖式之主要元件代表符號表】 100···燃料電池 118…電氣負載 102…變換器 120…出口 104…陽極 200…燃料電池系統 106…觸媒 202…燃料電池 108···質子交換媒體(PEM) 204…輔助電力電池 110…觸媒 208…室 112…陰極 216…蓋 114···空氣或氧氣輸入 218···殼 116…燃料輸入 220…燃料容器 12 200302594 玖、發明說明 222…電路 502…燃料容器 224···燃料連接系統 504…輔助電瓶 240···手持式裝置 602…燃料電池堆疊 302···製作步驟 604··-Balance of Plant 304···儲存步驟 606…甲醇燃料 306···配置步驟 608…輔助電瓶 402···製作步驟 610…燃料連接系統 404…提供步驟 612…電氣接點 406···使用步驟 614…燃料電池電瓶 500…可攜帶拋棄式燃料電池單元 616…燃料容器

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Claims (1)

1. 200302594 拾、申請專利範圍 h —種可攜帶抛棄式燃料電池單元（灣，用於具有至 J ~燃料電池之一燃料電池系統，包含： 一燃料室（502)，用於為一燃料電池堆疊提供燃料 ;以及 一可拋棄式電力電池（504)，被固定於該燃料室， 用於為該燃料電池系統提供啟動能源。 2.如申請專利範圍^項所述之可攜帶拋棄式燃料電池單 M500)，其中該燃料電池堆疊在啟動以提供充足能源 之際為對該可拋棄式電瓶之點滴式充電的能源。 3·-種燃料電池系統（200)，具有_可攜帶拋棄式燃料電 ’也单元（220)，包含： 數個燃料電池（202)被輕合於該可攜帶抛棄式燃料 電池單元（220)，用於提供電能，其中該可攜帶抛棄式 燃料電池單元（220)包含： —燃料室（208)，用於為一燃料電池堆疊提供燃料 ;以及 -可拋棄式電力電池(2〇4) ’被固定於該燃料室， 用於為該等數個燃料電池（2〇2)提供啟動能源。 4·如申請專利範圍第3項所述之燃料電池系、统()，其中 該等數個燃料電池（202)在啟動以提供充足能源之際為 對該可拋棄式電力電池(204)之點滴式充電的能源。 5· 一種方法（300)，用於以-能源接合—啟動能源單元用 於於一可攜式燃料電池系統，包含的步驟為： 製作(302)-多室容器用於該可攜式燃料電池系統； 14 200302594 拾、申請專利範圍 儲存（304)燃料於該容器之一第一室内；以及 配置（306)—輔助電力電池於該容器之一第二室内。 6. 如申請專利範圍第5項所述之方法（300)，其中該燃料電 池系統在啟動以提供充足能源之際為對該可拋棄式電 5 瓶之點滴式充電的能源。 7. —種以電瓶賦能之可拋棄式燃料容器（500)，用於一燃 料電池系統，包含：一燃料容器（502)用於該燃料電池 系統，其中該燃料容器（502)具有一輔助電瓶（504)被附 掛於此。 10 8.如申請專利範圍第7項所述之以電瓶賦能之可拋棄式燃 料容器（500)，進一步包含一電路（222)用於由該燃料電 池系統接收點滴式充電。 9. 如申請專利範圍第7項所述之以電瓶賦能之可拋棄式燃 料容器（500)，進一步包含一燃料連接系統（224)至該燃 15 料電池系統中之數個成堆疊的燃料電池。 10. 如申請專利範圍第7項所述之以電瓶賦能之可拋棄式燃 料容器（500)，其中該燃料電池電瓶（614)可以彈扣式連 接至該以電瓶賦能之可拋棄式燃料容器（616)以建立燃 料（610)與電氣（612)連接。 15