CN1806358A - 用于燃料电池的管理系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统包括一个燃料电池、一个燃料供应系统、和一个燃料电池控制系统。所述燃料电池将燃料转化成电能。所述燃料供应系统被连接到所述燃料电池，并且所述燃料电池控制系统被耦合到所述燃料电池和燃料供应系统。所述燃料电池控制系统根据关于所述燃料和所述燃料供应系统至少之一的信息来管理从所述燃料供应系统供应到所述燃料电池的燃料，以便控制所述燃料转化成电能。

Description

用于燃料电池的管理系统及其方法
发明领域
本发明通常涉及燃料电池，并且特别涉及燃料电池的管理系统及其方法。
发明背景
燃料电池技术为用于便携式电源和电子应用的耐用能源的商业开发提供了机会。随着消费电子产品越来越轻便的趋势，一些燃料电池技术提供有前途的选择性能源来满足对于便携式电源日益增长的需求。燃料电池能够潜在地替代目前在消费电子产品中被使用的各种类型的高密度电池，比如镍氢和锂电池系统以及相对便宜的碱性电池，或者能够有利地与之竞争。这些类型的电池由于其的低功率密度、短循环寿命、再充电性能或者费用的任何一个原因，而对于诸如膝上型电脑和便携式电话的消费电子产品而言是不太令人满意的电源。另外，所有这些类型的电池都带来环境安全问题和进行适当处理的费用问题。
燃料电池系统是通过电化学反应将化学能转化成可用的电能的电力生产设备，电化学反应涉及到诸如天然气、甲醇、乙醇或氢的燃料反应物，以及氧化剂，通常氧来自周围的空气。燃料电池系统可以被分成“基于重整装置的”系统，即，其中燃料在被引入到电池之前被以一些方式处理的那些系统，或者“直接氧化”系统，即，其中燃料不经内部处理便被直接供应给电池的那些系统。当前最可用的稳定的燃料电池是基于重整装置的燃料电池。然而，这种电池的燃料处理要求限制了那些电池对于相对大的系统的适用性。这样，不需要重整燃料的直接氧化燃料电池对于手持便携式电子产品而言是具有吸引力的能源。
尽管直接氧化燃料电池系统是一种有前途的能源，但是它们因以下事实而受到限制，即它们被设计为使用一种指定的燃料或者数量有限的适当燃料来操作。在前的燃料电池系统尚未被设计来确保只有一种兼容的燃料被传递给该燃料电池系统。
另外，因为在前的燃料电池系统未被设计为按照与该燃料电池系统接收燃料的能力一致的方式去调节燃料的传递，所以它们已经受到限制。结果，这些在前的燃料电池系统的性能未被最优化。
而且，在前的燃料电池系统未被设计为确保只使用能够安全地将燃料传递给燃料电池系统的设备。结果，当使用不适当的再次装填设备时，在前的燃料电池系统给操作员造成危险。
在前的燃料电池系统还存在燃料电池系统操作的管理问题。例如，在前的燃料电池系统不能监控剩余燃料的水平或量，这样便不能在需要一个新的燃料罐时发信号通知操作员，或者在燃料被耗尽时自动补充燃料。另外，在前的燃料电池系统不能监控燃料的特性并且不能根据所监控的数据去调整燃料供应特性。
发明概述
根据本发明的实施方案的一种燃料电池系统包括一个燃料电池、一个燃料供应系统和一个燃料电池控制系统。所述燃料电池将燃料转化成电能。所述燃料供应系统与所述燃料电池进行流体通信并且所述燃料电池控制系统被耦合到所述燃料电池和所述燃料供应系统。所述燃料电池控制系统根据关于所述燃料和燃料供应系统至少之一的信息去管理从所述燃料供应系统供应到所述燃料电池的燃料，从而控制所述燃料到电能的转化。
根据本发明的实施方案的一种控制燃料电池系统操作的方法包括：供应燃料、将被供应的燃料转化成电能、以及根据关于被供应燃料的信息去调节所述供应从而控制燃料到电能的转化。
本发明提供了一种在燃料电池系统中有效地并且高效地管理补给燃料和燃料传递的系统和方法。根据本发明，诸如剩余燃料的体积、燃料浓度以及燃料罐或盒的使用历史的、被读出、被计算或者被记录的信息，能够从所述燃料罐或盒被获得，以及/或者被发送到所述燃料罐或盒。另外，诸如制造日期和标识燃料罐或盒或燃料电池的序号的静态信息能够从所述燃料罐或盒被获得以及/或者被发送到所述燃料罐或盒。本发明还能够确定何时需要再装满所述燃料罐或盒，并且能够控制所述再装满操作以及还能够移除废燃料。而且，根据本发明，所述燃料供应系统能够在安装地点执行操作软件升级。
附图简述
图1A是一个根据本发明的实施方案具有一个燃料罐的燃料电池系统的框图；
图1B是一个根据本发明的实施方案具有一个燃料盒的燃料电池系统的框图；
图2A-2D是根据本发明的实施方案用于管理具有一个燃料罐的燃料电池的方法的流程图；以及
图3A-3B是根据本发明的实施方案用于管理具有一个燃料罐的燃料电池的方法的流程图。
详细说明
在图1A和1B中表示了根据本发明的实施方案的燃料电池系统10(1)和10(2)。在这些实施方案中，燃料电池系统10(1)包括燃料罐14(1)和燃料电池处理系统17(1)，并且燃料电池系统10(2)包括燃料盒14(2)和燃料电池处理系统17(2)，不过燃料电池系统10(1)和10(2)也可以包括其它部件、其它数量的部件，以及以其它方式被耦合到一起的部件的其它组合。燃料电池处理系统17(1)和17(2)还具有到一个从燃料电池处理系统17(1)和17(2)接收电力的电器的连接，并且因此可以利用在所述电器中的任何计算、存储、或显示功能，以便执行计算、存储信息、显示数据、或者接收与燃料电池系统10(1)或10(2)的操作有关的输入。本发明提供了用于在燃料电池系统中有效地并且高效地管理补给燃料和燃料传递的系统和方法。
更具体地参考图1A，燃料电池系统10(1)包括可拆地耦合到燃料电池处理系统17(1)的燃料罐14(1)。在燃料罐14(1)和17(1)之间可以建立各种不同的通信路径，诸如从燃料罐14(1)到燃料电池处理系统17(1)的单路通信、从燃料电池处理系统17(1)到燃料罐14(1)的单路通信、或者在燃料罐14(1)和燃料电池处理系统17(1)之间的双路通信。燃料电池处理系统17(1)还被耦合到一个从它接收电力的电器，并且因此可以利用在所述电器中的任何计算、存储、或显示功能以便执行计算、存储信息、显示数据、或接收与燃料电池系统10(1)的操作有关的输入。
燃料罐14(1)被可拆地连接并且为燃料系统10(1)存储燃料和任何废燃料。尽管只有燃料罐14(1)被显示，但是取决于诸如参考图1B被更详细描述的燃料盒14(2)的具体燃料电池系统，而可以使用各种不同类型的燃料存贮系统。燃料罐14(1)的一个例子在Acker等人的美国专利6,460,733：Multiple Walled Fuel Container andDelivery System(多壁燃料容器和传递系统)中被揭示，其全部内容在此合并作为参考。
燃料罐14(1)包括补充控制系统12、容器控制系统20、传感器系统22、燃料补充源容器15、和废燃料存储器19，不过燃料罐14(1)也可以包括其它部件、其它数量的部件、以及以其它方式被耦合到一起的部件的其它组合。补充控制系统12被耦合到容器控制系统20。容器控制系统20被耦合到传感器系统22，传感器系统22被耦合到燃料补充源容器15和废燃料存储器19。燃料补充源容器15和废燃料存储器19与传递调节系统32进行流体通信，传递调节系统32与燃料电池电力产生系统或燃料电池18、燃料箱34、和废燃料箱36进行流体通信。在这个具体的实施方案中，燃料罐14(1)具有一个可拆地耦合到容器控制系统20的通信接口，以便在燃料罐14(1)和燃料处理系统17(1)之间提供一条通信链路。能够被使用的一种类型的可拆的电连接的例子是一种PCMCIA连接系统，不过诸如红外线或无线通信链接的其它类型的可拆的连接也可以被使用。
补充控制系统12具有处理器24、存储器26、备用电池28、用户输入设备29、I/O接口系统30、以及显示器31，它们通过一条或多条总线被耦合在一起，不过补充控制系统12也可以具有其它部件、其它数量的部件、以及以其它方式被耦合在一起的部件的其它组合。在补充控制系统12中，存储器26存储用于根据如在此被描述和表示的本发明的实施方案去控制燃料电池系统10(1)的操作的被编程指令和数据，以便由所述处理器执行，不过这些指令和数据中的一些或全部也可以被存储在其它地方。可以使用各种不同类型的存储设备，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或软盘、硬盘、CD ROM，或者通过磁、光或耦合到所述处理器的其它读和/或写系统来读出和/或写入的其它计算机可读媒体。备用电池28可以被用于在燃料电池18不产生电力时为系统10提供电力。在补充控制系统12中或者来自与补充控制系统12通信的其它设备的用户输入系统29(诸如键盘或鼠标)使得操作员管理者能够将请求和数据输入到补充控制系统12中。诸如图形用户接口或打印机的显示器31允许管理者观看信息，诸如关于燃料容器、燃料的量或水平、或燃料浓度的信息。处于补充控制系统12中的I/O接口系统30通过使用一种或多种不同通信协议的网络35而被耦合到燃料容器14中的容器控制系统20，并且被耦合到在传递调节系统16中的传递控制系统32。
补充控制系统12通过通信网络35被耦合到燃料电池18、容器控制系统20和传递控制系统32，不过补充控制系统12也可以被以其它方式耦合到其它部件。各种不同类型的连接系统和通信协议可以供这些部件使用。
在这个具体的实施方案中，在燃料罐14(1)中的容器控制系统20具有一个处理器、存储器、和一个I/O接口系统，它们通过一条或多条总线被耦合在一起，并且具有诸如导管或其它管道、阀门和泵的流体管理部件，用于控制燃料和废燃料去往和来自补充源容器15和废燃料存储器19的流动，不过容器控制系统20也可以具有其它部件、其它数量的部件、以及以其它方式被耦合在一起的部件的其它组合。例如，容器控制系统20可以是一个存储关于燃料罐14(1)的数据的集成电路或芯片。在容器控制系统20中，所述存储器存储关于燃料罐14(1)的信息，诸如序号、燃料类型、以及燃料罐14(1)先前使用的历史，并且具有用于根据如在此被描述和表示的本发明的实施方案去控制传感器系统22和燃料电池系统10(1)的操作的被编程指令，以便由所述处理器执行，不过这些指令中一些或全部可以被存储在其它地方。可以使用各种不同类型的存储设备，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或软盘、硬盘、CD ROM、或者通过磁、光或耦合到所述处理器的其它读和/或写系统来读出和/或写入的其它计算机可读取媒体。通过使用一个或多个不同通信协议的网络35，容器控制系统20中的I/O接口系统被耦合到补充控制系统12中的I/O接口系统30并且被耦合到传递调节系统16中的传递控制系统32。
传感器系统22在燃料罐14(1)中或者会与燃料罐14(1)通信，并且被用于获得信息，诸如在燃料补充源容器15中剩余燃料的水平或量或者燃料浓度的测量，以及在废燃料存储器19中剩余的废燃料的量或浓度的测量。传感器系统22被耦合到容器控制系统20，不过传感器系统22也能够以其它方式被连接，诸如被直接耦合到补充控制系统12。因为不同类型的传感器系统，诸如那些用于测量燃料水平或量或者燃料浓度测量的系统，是本领域的普通技术人员所熟知的，所以在此将不再详细描述。在燃料电池系统中传感器系统的一个例子在Acker等人的美国专利申请09/725,728：Fuel Cell Control andMeasurement Apparatus Using Dielectric Constants(使用介电常数的燃料电池控制和测量设备)中被揭示，其全部内容在此合并作为参考。
燃料电池处理系统17(1)包括传递调节系统16、燃料电池18、补充箱34、以及废燃料箱36，不过燃料电池处理系统14(1)也可以包括其它部件、其他部件数量、以及以其它方式被耦合在一起的部件的其它组合。
传递调节系统16包括导管或其它管道、阀门、泵，以及传递控制系统32，后者控制这些阀门和泵的操作，诸如哪些阀门开和关以及哪些泵被接通。所述传递调节系统在燃料补充源容器15和燃料箱34之间以及在废燃料存储器19和废燃料箱36之间以流体方式被连接。传递调节系统16用沿着管道的阀门和/泵或者用其它传递机制来调节液体、固体或蒸气形式的燃料从燃料补充源容器15到燃料电池18或者到燃料箱34、从燃料箱34到燃料电池18的燃料供应或流动，废燃料从燃料电池18到废燃料箱36，以及废燃料从废燃料箱36到废燃料存储器19的供应或流动，不过传递调节系统16也可以被用于以其它方式以及在其它部件之间调节所述流动。因为具有用于调节流动的诸如管道、阀门和泵的部件的传递调节系统是本领域的普通技术人员所熟知的，所以在此将不再详细描述。在燃料电池系统中的传递调节系统的一个例子在Gottesfeld的美国专利申请09/855,982：Methods andApparatuses for a Pressure Driven Fuel Cell System(用于压力驱动的燃料电池系统的方法和设备)中被揭示，其全部内容在此合并作为参考。
在传递调节系统16中的传递控制系统32具有一个处理器、存储器、和一个I/O接口系统，它们通过一条或多条总线被耦合到一起，不过传递控制系统32也可以具有其它部件、其他部件数量，以及以其它方式被耦合到一起的其它部件的组合，并且其它类型的传递控制系统，诸如MEMS设备也可以被用于控制在传递调节系统16中阀门和泵的操作。在传递控制系统32中，所述存储器已经存储了用于根据如在此被描述和表示的本发明实施方案来控制传递调节系统16的操作的被编程指令，以便由所述处理器执行，不过这些指令和数据中的一些或者全部也可以被存储在其它地方。也能够使用各种不同类型的存储设备，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或软盘、硬盘、CD ROM、或者通过磁、光或被耦合到处理器的其它读和/或写系统来读出和/或写入的其它计算机可读媒体。通过使用一个或多个不同通信协议的网络35，在传递控制系统32中的I/O接口系统被耦合到在补充控制系统12中的I/O接口系统30，并且被耦合到燃料罐14(1)中的容器控制系统20。
燃料箱34是一个燃料储备，它可以被用于补充燃料电池18中的燃料。该燃料箱包括传感器系统37，它处于燃料箱34中，或与燃料箱34通信。传感器系统37被用于获得诸如在燃料箱34中剩余燃料的水平或量或者燃料浓度的测量的信息。废燃料箱36是一个临时燃料储存库，可以被用于保存来自燃料电池18的废的或不能用的燃料。废燃料箱36包括传感器系统38，它处于废燃料箱36中，或与废燃料箱36通信。传感器系统38被用于获得诸如在废燃料箱36中剩余燃料的水平或量或者燃料浓度的测量的信息。传感器系统37、38被耦合到传递控制系统32。因为本领域的普通技术人员熟知不同类型的传感器系统，诸如那些用于测量燃料水平或量或者燃料浓度测量的系统，所以在此将不再详细描述它们。
燃料电池18将燃料转化成电能。燃料电池的一个例子在2002年10月1日出版的Ren等人的美国专利6,458,479：Air BreathingDirect Methanol Fuel Cell(吸气的直接甲醇燃料电池)中被揭示，其内容在此合并作为参考。因为本领域的普通技术人员熟知燃料电池，所以在此将不再详细描述它们。
尽管燃料电池系统10(1)的一个例子被显示，但是在燃料电池系统10(1)中部件的其它划分也是可能的，诸如如果所述燃料传递控制全部被包括在燃料电池处理系统17(1)中，则将容器控制系统20和传递控制系统32中的全部燃料控制元件布局在一个集中的位置。在另一个例子中，补充控制系统12可以被全部包括在燃料电池处理系统17(1)中。
参考图1B，它表示根据本发明的实施方案的燃料电池系统10(2)。除了在此被描述的外，燃料电池系统10(2)等同于燃料电池系统10(1)。与图1A中被显示和被描述的元件同样的图1B中的元件将具有同样的编号，并且在此将不再被详细显示和描述。
燃料电池系统10(2)包括可拆装的燃料盒14(2)，它可拆地耦合到燃料电池处理系统17(2)。在这个实施方案中，燃料盒14(2)包括燃料补充源容器15和废燃料存储器19，然而和实施方案10(1)不同，在燃料电池处理系统17(1)中没有其它用于存储燃料或废燃料的存储箱。另外，更换控制系统12被包括在燃料电池处理系统17(1)中。如将被本领域的普通技术人员认识到的，燃料电池系统的划分可以用其它方式定义，诸如将补充控制系统12的一些或全部包含在燃料盒14(2)中。
下面讨论根据本发明的实施方案用于控制燃料电池系统10(1)或10(2)的操作的方法。通过例子，参考图1A和2A-2D而特别引用系统10(1)。尽管也可以使用导致相同的基本功能性的其它序列。更具体地参考图2A，所述操作在步骤100中开始。在步骤102中，燃料罐14(1)可拆地耦合到燃料处理系统17(1)，并且被存储在容器控制系统20中的关于燃料罐14(1)的标识的信息被传递控制系统32读取。
在步骤104中，传递控制系统32检验关于燃料罐14(1)的标识的信息以便确定在燃料罐14(1)中的燃料是否是适合于燃料处理系统17(1)的类型。传递控制系统32具有被存储在存储器中的标识信息，该信息可以被检索并且与来自燃料罐14(1)的标识信息相比以便确定是否匹配，不过也可以使用用于确定燃料罐14(1)中的燃料是否是适合于燃料处理系统17(1)的类型的其它技术。如果在步骤104中，传递控制系统32确定燃料罐14(1)不是适合于燃料电池系统10的类型，则随后取“否”分支而进到步骤106。
在步骤106中，传递控制系统32、补充控制系统12以及从燃料电池处理系统17(1)接收电力的电器的每一个可以使用显示器31或者通过燃料电池17(1)可用的任何其它手段将错误通知给燃料电池系统10(1)的操作员。尽管在这个例子中显示器31被用于将错误通知给操作员，但是也可以使用诸如灯或蜂鸣器的其它类型的通知系统来告诉操作员已经安装错误类型的燃料罐14(1)。因此，本发明有助于确保在燃料电池系统10(1)中使用具有正确燃料的正确的燃料罐14(1)。
在步骤108中，补充控制系统12、传递控制系统32以及所述电器中可以每个都在存储器26中或者在它们各自的存储器子系统中存储一个确定安装错误类型的燃料罐14(1)的错误代码以备将来使用，不过也可以使用用于记录所述错误的其它技术。当现在的燃料罐14(1)被移去并且一个新的燃料罐14(1)被安装在燃料处理系统17(1)中时，系统10(1)返回到步骤100并且再次开始。
如果在步骤104中传递控制系统32根据获得的标识信息确定燃料罐14(1)是适合于燃料处理系统17(1)的类型，则随后取“是”分支而进到步骤110。在步骤110中，传递控制系统32从容器控制系统20读取诸如燃料罐14(1)的序号、燃料罐14(1)的制造日期或者到期日期、燃料罐14(1)中剩余的燃料水平或量的测量以及在燃料罐14(1)中燃料浓度的测量的信息，不过其它类型的信息也可以被获得。容器控制系统20具有此静态信息中的一些，诸如被存储在容器控制系统20中的存储器中的燃料罐14(1)的序号以及燃料罐14(1)的制造日期或到期日期。其它动态信息，诸如在燃料补充源容器中剩余燃料的水平或量和废燃料存储器中可用空间的量以及燃料浓度的测量中的每一个通过传感器系统22被获得，并且被发送到容器控制系统20。因为本领域的普通技术人员熟知传感器系统22监控和测量诸如燃料罐中剩余燃料的水平或量的测量以及燃料罐14(1)中燃料浓度的测量的信息的方式，所以在此将不再详细描述。
参考图2B，在步骤140中，传递控制系统32确定在废燃料箱36是否有剩余的废燃料。这个信息被中继到补充控制系统12。如果没有剩余的废燃料，则在步骤140中取“否”分支，并且传递控制系统32移到步骤112。如果有剩余的废燃料，则随后在步骤140中取“是”分支并且传递控制系统32移到步骤142。
在步骤142中，传递控制系统32检验容器控制系统20以便感测废燃料存储器19是否是满的。如果废燃料存储器19不满，则随后在步骤142中取“否”分支并且控制移到步骤146。如果废燃料存储器19是满的，则随后取“是”分支而进到步骤144。在步骤144中，通过将信息写到补充控制系统12，燃料罐14(1)被禁用，并且通过显示器31或者其它可用的装置将一个适当的输出信号递送给用户，随后序列移到步骤100。
在步骤146、148中，传递控制系统32与容器控制系统20合作通过打开废燃料阀门并且将废燃料从废燃料箱36泵到废燃料存储器19而将废燃料从废燃料箱36传递到废燃料存储器19。如果在燃料箱34中没有可用的燃料，则随后传递控制系统12将通知补充控制系统12利用备用电池按需要给阀门或泵通电。如本领域的普通技术人员所熟知的，通过适当的选择阀门或泵而发生废燃料的递送，使得有一条实质的连接来移动物质的任何形式，如固体、液体或气体形式的燃料。
在步骤150中，传递控制系统32确定在废燃料存储器19中是否有可用的空间。如果废燃料存储器19未满，则在步骤150中取“否”分支，并且控制移到步骤152。如果在这个步骤期间废燃料存储器19变满，则在步骤150中取“是”分支并且控制移到步骤144。
在步骤152中，传递控制系统32检验废燃料箱36是否变空。如果废燃料箱36变空，则在步骤152中取“是”分支，并且控制移到步骤112。如果废燃料箱36不空，则在步骤152中取“否”分支而回到步骤150，其中废燃料的传递继续，直到废燃料存储器19被装满或者废燃料箱36变空，无论哪一个先出现。
再参考图2A，在步骤112中，传递控制系统32确定在燃料罐14(1)中是否有剩余的燃料。在这个具体的实施方案中，传感器系统22一经请求就感测在燃料罐14(1)中的燃料补充源容器15中剩余的燃料量，并且将这个关于剩余燃料的量的信息发送到容器控制系统20，不过传感器系统22也可以以其它方式操作，诸如提供在燃料罐14(1)中特定特征的定期的读数。容器控制系统20发送这个信息到补充控制系统12以及传递控制系统32。如果在燃料罐14(1)中基本上所有的燃料已经被使用，则取“否”分支而进到步骤114。
在步骤114中，传递控制系统32传送信息到燃料罐14(1)中的容器控制系统20和补充控制系统12，以便记录指示燃料罐14(1)至少基本上为空的信息，诸如通过设置一个被存储在容器控制系统20中的存储器中和被存储在存储器26中的比特来表示一种空设置。如果燃料罐14(1)被重新插入燃料处理系统17(1)中，则被记录的、燃料罐14(1)为空的信息可以被读出。在这个实例中，传递调节系统16例如将通过关闭连接管道中的一个或多个阀门和/或关掉一个泵或多个泵，而切断从燃料罐14(1)到燃料处理系统17(1)的燃料传递。同时，如果燃料电池18缺乏燃料并且因此不产生电力，则补充控制系统12连接备用电池28直到能够供应更多的燃料为止。当空的当前的燃料罐14(1)被移去以及用一个新的燃料罐14(1)更换时，系统10(1)返回到步骤100并且再次开始。
在步骤116中，传递控制系统32确定给燃料电池18提供燃料的燃料箱34是否装满燃料。处于燃料箱34中或者与燃料箱34通信的传感器系统37读出在燃料箱34中剩余的燃料量并且将这个关于剩余燃料量的信息发送到补充控制系统12。如果燃料箱34装满燃料，则随后取“是”分支而进到步骤118。
在步骤118中，如前面提及的，在显示器31或者任何其它显示器上通知燃料电池系统10(1)的操作员：燃料箱34装满燃料，不过其它指示燃料状态的方式也可以被使用。一旦步骤118被完成，则随后如前面所描述的、燃料电池系统10(1)进到步骤100。
在图2C中，如果在步骤116中燃料箱34未充分装满燃料，则随后取“否”分支而进到步骤120。在步骤120中，在传递调节系统16中的传递控制系统32与容器控制系统20联系以便打开一个或多个阀门和/或打开一个或多个泵，从而允许燃料从燃料罐14(1)流到燃料箱34。在传递调节系统16中的传递控制系统32打开一个或多个阀门和/或打开一个或多个泵以便允许燃料从燃料补充源容器15流到废燃料箱34。
在步骤122中，传递控制系统32确定燃料箱34是否已经基本被再装满燃料。此外，处于燃料箱34中或者与燃料箱34通信的传感器系统37读出其中的燃料量并且通过传递调节系统16将这个关于剩余的燃料量的信息发送到补充控制系统12。如果燃料箱34未被充分装满燃料，则随后取“否”分支而进到步骤123的开始。传递调节系统16在步骤122中不断检验，直到燃料箱34已经被基本装满燃料。如果燃料箱34被基本装满燃料，则随后取“是”分支而进到步骤124。
在步骤123中，补充控制系统使用传感器系统22确定燃料补充源容器15是否是空的。如果燃料补充源容器15被确定是空的，则随后取“是”分支并且控制移到步骤114。如果燃料补充源容器15被确定为不是空的，则随后在步骤123中取“否”分支，并且当燃料补充源容器15不空而燃料箱34不满时，在步骤122和123中继续传送燃料。同时，如果燃料箱34变满，则随后在步骤122中，取“是”分支并且控制移到步骤124。
在步骤124中，在传递调节系统16中的传递控制系统32联系容器控制系统20以便关闭所述一个和多个阀门和/或关闭一个或多个泵，从而终止燃料从燃料罐14(1)流到燃料箱34。
在步骤126中，传递控制系统32确定已经被可拆地连接到燃料处理系统17(1)的燃料罐14(1)是否具有任何新的被存储在补充控制系统12中的存储器中的指令。如果在燃料罐14(1)中的补充控制系统12具有新的指令要被下载，则随后取“是”分支而进到步骤128。
在步骤128中，在燃料罐14(1)中的补充控制系统12发送或下载所述新的指令到传递调节系统16以便在存储器中存储。这些新的指令可以包括用于管理燃料电池系统10(1)的控制的新的或被更新的步骤和/或数据。
如果在步骤126中，传递控制系统32确定在燃料罐14(1)中的补充控制系统12没有新的指令要被下载，则随后取“否”分支而进到步骤130，或者如果在步骤128中所述信息已经被下载，则随后燃料电池系统10(1)进入步骤130。
在步骤130中，补充控制系统12在显示器31上通知燃料电池系统10(1)的操作员断开该可拆地连接的燃料罐14(1)，不过补充控制系统16和传递调节16也可以用其它方式通知操作员，包括在由所述燃料电池提供电力的电器上进行显示。
在步骤132中，补充控制系统12增加一个燃料填充计数器以记录关于再充填操作的信息，它包括但不限于被传递到燃料箱34的燃料量、被从废燃料箱36传递的废燃料的量以及每个操作被执行的次数。
参考图2D，在步骤134中，传递调节系统16获得在燃料罐34中的燃料浓度的测量或读数。根据被测量的燃料浓度，传递调节系统16确定被调整的、从燃料箱34到燃料电池18的燃料传递参数。传递调节系统16使用这些被调整的参数来控制传递控制系统32如何控制多少阀门被打开以及泵操作的速度，以便允许燃料从燃料罐34流到燃料电池18。因此，根据本发明，随着剩余燃料属性的改变，燃料电池系统10(1)的操作能够继续被最优化。
在步骤136中，所述传递调节系统使用可能已经被下载的任何新的指令来执行所述指令，以便管理燃料电池系统10(1)的控制。
在步骤138中，传递调节系统16定期地轮询以便了解燃料罐14(1)是否已经被可拆地连接，不过也可以使用用信号通知燃料罐14(1)的连接的其它方式。
在步骤139中，传递控制系统32使用传感器系统37检验燃料箱34是否是处于一种空状况中。如果燃料箱34是空的或者低于一个设置水平，则将在显示器31或者另一个显示器上通知燃料电池系统10(1)的操作员：需要连接一个燃料容器14(1)以便供应更多的燃料。
在步骤141中，传递控制系统32还使用传感器系统38来确定是否废燃料箱36是处于一种满状况中。如果燃料箱34是满的或者高于一个设置水平，则将在显示器31上或在另一个显示器上通知燃料电池系统10(1)的操作员：需要连接一个燃料容器14(1)以便移去废燃料。尽管在此已经描述了如通过特定控制系统12、20和32完成的不同步骤，但是，对于本领域的普通技术人员而言，显而易见的是：可以使用完成这些步骤的其它安排。
下面参考图1B和3A-3B讨论一种根据本发明的实施方案控制燃料电池系统10(2)的操作的方法。特别参考图3A，所述操作在步骤200中开始。在步骤202中，燃料盒14(2)可拆地耦合到燃料处理系统17(2)，并且被存储在容器控制系统20中的关于燃料盒14(2)的标识的信息被补充控制系统12读取。
在步骤204中，补充控制系统12确定燃料盒14(2)是否被正确地安装。一种确定燃料盒14(2)是否被正确安装的方法是确定是否能够建立在补充控制系统12和容器控制系统20之间的通信，不过也可以使用做出这个确定的其它方式。如果在步骤204中补充控制系统12确定燃料盒14(2)未被正确安装，则随后取“否”分支而进到步骤206。
在步骤206中，补充控制系统12在存储器26中存储诸如确定燃料盒14(2)未被正确安装、确定安装了错误类型的燃料盒14(2)、燃料盒14(2)已经用空、或者在燃料盒14(2)中的燃料不合格的错误的错误代码，不过也可以使用其它记录所述错误的技术。
在步骤208中，补充控制系统12使用显示器31将所述错误通知给燃料电池系统10(2)的操作员。尽管在这个例子中显示器31被用于将所述错误通知给操作员，但是诸如不同的照明显示器或者不同声音的其它类型的通知系统也可以被用于将所述特定的错误通知给操作员。当新的燃料盒14(2)在燃料处理系统17(1)中被安装时，系统10(2)回到步骤100并且再次开始。
如果在步骤204中补充控制系统12根据所述被获得的标识信息，确定燃料盒14(2)被正确地安装用于燃料处理系统17(2)，则随后取“是”分支而进到步骤210。
在步骤210中，补充控制系统12确定是否燃料盒14(2)曾经被腾空。在这个具体的实施方案中，容器控制系统20一经请求便发送被存储的关于盒14(2)的历史以及在燃料补充源容器15中剩余的燃料水平的数据，并且将这个信息传送到补充控制系统12。如果全部燃料已经基本被使用或者燃料盒14(2)是空的，则随后如前面描述的，取“是”分支而进到步骤206。如果在燃料盒14(2)中基本所有燃料未被使用，则随后取“是”分支而进到步骤212。
在步骤212中，补充控制系统12确定在燃料盒14(2)中的燃料是否合格或者是否是适合于燃料处理系统17(2)的类型。补充控制系统12具有被存储在存储器26中的标识信息，它可以被检索并且与关于来自燃料盒14(2)的燃料的标识信息相比较，从而确定是否匹配，不过确定燃料盒14(2)中燃料是否合格的其它技术也可以被使用。如果在步骤212中补充控制系统12确定燃料盒14(2)中的燃料不合格，则随后如较早描述的，取“否”分支而进到步骤206。如果在步骤212中补充控制系统12确定燃料盒14(2)中的燃料是合格的，则随后取“是”分支而进到步骤214。
参考图3B，在步骤214中，传感器系统22感测或者测量燃料补充源容器15中燃料的水平并且传送这个关于剩余燃料量的信息到补充控制系统12。补充控制系统12在存储器26中存储这个信息并且触发在盒14(2)中的一个计数器的递增。根据这个关于剩余燃料量的信息，补充控制系统还可以启动将燃料从燃料补充源容器15传送到燃料箱34。如果燃料电池电力产生系统18实质上缺少燃料，则备用电池28可以在任何时间被使用以便为计算或者起动泵和阀门来提供电力。
在步骤216中，补充控制系统12确定已经被可拆地连接到燃料处理系统17(2)的燃料盒14(2)是否具有被存储在容器控制系统20中的存储器中的新的指令。如果在燃料盒14(2)中的容器控制系统20具有新的指令要被下载，则随后取“是”分支而进到步骤218。
在步骤218中，燃料盒14(2)中的容器控制系统20发送或者下载所述新的指令到补充控制系统12以便在存储器26中存储。这些新的指令可以包括用于管理燃料电池系统10(2)的控制的新的或者被更新的步骤和/或数据。
如果在步骤216中补充控制系统12确定在燃料罐14(1)中的容器控制系统20没有新的指令要被下载，则随后取“否”分支而进到步骤220，或者如果在步骤218中所述信息已经被下载，则随后燃料电池系统10(2)进行到步骤220。
在步骤220中，补充控制系统12使用可能已经被下载的任何新的指令去执行用于管理燃料电池系统10(2)的控制的指令。补充控制系统12还定期轮询以便查看燃料盒10(2)是否已经被移去，不过也可以使用用信号通知燃料盒14(2)的移去的其它方式。而且，补充控制系统12使用传感器系统22监控燃料盒14(2)中燃料补充源容器15和废燃料存储器19中的空燃料状况。
在步骤222中，补充控制系统12确定给燃料电池18供应燃料的燃料盒14(2)中的燃料补充源容器15是否缺少燃料。处于燃料补充源容器15中或者与其通信的传感器系统20读出燃料罐14(2)中剩余燃料的量，并且将这个关于剩余燃料量的信息发送到补充控制系统12。如果燃料补充源容器15不缺乏燃料，则随后取“否”分支而进到步骤220。如果燃料补充源容器15缺乏燃料，则随后取“是”分支而进到步骤224。
在步骤224中，补充控制系统12发送信息到燃料盒14(2)中的容器控制系统20，以便记录指示燃料盒14(2)至少基本上是空的信息，诸如通过设置一个被存储在容器控制系统20中的存储器中的比特来表示一种空设置。如果燃料盒14(2)被重新插入燃料处理系统17(2)中，则被记录的燃料盒14(2)是空的信息能够被读出。补充控制系统12还可以通知传递调节系统16例如通过关闭在连接管道中的一个或多个阀门和/或一个或多个泵，而切断从燃料盒14(2)到燃料电池18的燃料传递。同时，如果燃料电池18缺少燃料并且不产生电力，则补充控制系统12连接备用电池28直到能够供应更多的燃料为止。当现在空的燃料盒14(2)被移去并且以一个新的燃料盒14(2)更换时，系统10(2)回到步骤100，并且再次开始。
因此，如上所示，本发明提供了一种在燃料电池系统10中有效并且高效地管理加燃料和燃料传递的系统和方法。根据本发明，诸如剩余燃料量、燃料浓度、安装日期、以及燃料容器14的标识的信息，能够从燃料容器14被获得。此外，诸如燃料容器14的使用历史的信息能够从燃料容器14被获得。关于燃料容器14的这个信息的部分或全部可以被用于管理去往和来自所述燃料电池的燃料或废燃料的传送。而且，根据本发明所述燃料供应系统能够在安装地点执行操作软件升级。
因此，已经描述的本发明的基本概念对于本领域的技术人员是显而易见的，前述详细揭示旨在通过例子表示本发明，而不是用于限制本发明。尽管在此没有明显地陈述，但是各种改变、改进和修改将出现并且供本领域的技术人员使用。这些改变、改进和修改被提出，并且在本发明的精神和范围内。此外，处理单元或序列的所陈述的顺序，或者数字、字母或其它名称的使用并非用于将所要求保护的方案限制为除权利要求中规定的任何顺序。因此，本发明只被所附权利要求及其等价物限制。

Claims (27)

1.一种燃料电池系统，包括：
将燃料转化成电能的燃料电池；
与燃料电池通信的燃料供应系统；以及
被耦合到所述燃料电池和所述燃料供应系统的燃料电池控制系统，所述燃料电池控制系统根据关于所述燃料和所述燃料供应系统至少之一的信息来管理从所述燃料供应系统供应到所述燃料电池的燃料，以便控制燃料到电能的转化。
2.如权利要求1中所述的系统，其中，所述燃料控制系统根据所述信息而确定来自所述燃料供应系统的燃料是否适合于所述燃料电池。
3.如权利要求2中所述的方法，其中，如果所述燃料控制系统确定所述燃料不合适，则所述燃料控制系统阻止燃料供应系统供应燃料。
4.如权利要求1中所述的系统，其中，所述燃料供应系统还包括一个用于燃料的容器。
5.如权利要求4中所述的系统，其中，所述燃料电池控制系统还包括：
在所述容器和燃料电池之间连接的传递调节系统，所述传递调节系统调节从所述容器到所述燃料电池的燃料；
被连接到所述容器的容器控制系统，所述容器控制系统获得关于所述容器和所述燃料至少之一的信息；
被耦合到所述传递调节系统的传递控制系统，所述传递控制系统控制所述传递调节系统以便调节从所述容器到所述燃料电池的燃料；以及
被耦合到所述容器控制系统和传递控制系统的补充控制系统，所述补充控制系统根据来自所述容器控制系统的信息去控制所述传递控制系统。
6.如权利要求1中所述的系统，还包括一个获得所述信息的传感器系统，所述传感器系统在所述容器中并且被耦合到所述燃料电池控制系统。
7.如权利要求1中所述的系统，其中，所述信息是所述容器中燃料量的读数。
8.如权利要求7中所述的系统，还包括一个被连接到燃料供应系统的补充源，如果读数的量低于设置的补充水平，则所述燃料电池控制系统控制所述补充源去补充燃料。
9.如权利要求7中所述的系统，其中，所述燃料电池控制系统还包括一个显示系统，当所述读数指示燃料基本上被用光时，所述显示系统提供一个空信号。
10.如权利要求1中所述的系统，其中，所述信息是燃料供应系统中燃料浓度的测量。
11.如权利要求10中所述的系统，其中，所述燃料电池控制系统根据燃料浓度的测量来调整燃料供应系统供应的燃料。
12.如权利要求1中所述的系统，还包括一个被连接到燃料供应系统的废燃料存储器，所述燃料电池控制系统管理燃料电池中耗费的至少一部分燃料到所述废燃料存储器的移除。
13.如权利要求1中所述的系统，其中，所述燃料电池控制系统确定当所述燃料供应系统被连接时管理从燃料供应系统供应的燃料的新指令是否是可用的。
14.如权利要求13中所述的系统，其中，当所述燃料电池控制系统确定新的指令可用时，所述燃料电池控制系统从所述燃料供应系统获得新的指令。
15.如权利要求1中所述的系统，其中，所述容器是可更换的容器。
16.一种用于控制燃料电池系统的操作的方法，所述方法包括：
供应燃料用于转化成电能；
将所供应的燃料转化成电能；以及
根据关于所供应的燃料的信息去调节所述供应以便控制所述燃料到电能的转化。
17.如权利要求16中所述的方法，还包括获得关于所述燃料的信息。
18.如权利要求16中所述的方法，还包括根据所述信息来确定所述燃料是否是适合的类型。
19.如权利要求18中所述的方法，还包括如果所述确定是确定出所述燃料不是合适的类型，则阻止所述供应。
20.如权利要求16中所述的方法，其中，所述信息是供应之前剩余的燃料量的读数。
21.如权利要求20中所述的方法，还包括如果所述读数的量低于一个设置的补充水平，则补充燃料。
22.如权利要求20中所述的方法，还包括如果所述读数的量指示对该燃料的容器基本上是空的，则停止供应。
23.如权利要求16中所述的方法，其中，所述信息是被供应的燃料浓度的测量。
24.如权利要求23中所述的方法，还包括根据所述燃料浓度的测量来调整所述调节。
25.如权利要求16中所述的方法，还包括移除在所述转化后被耗费的至少一部分燃料。
26.如权利要求16中所述的方法，还包括确定关于所述调节的新指令是否是可用的。
27.如权利要求26中所述的方法，还包括如果所述确定是确定出所述新的指令是可用的，则获得所述新的指令。
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