燃料源、燃料電池系統(tǒng)與相關方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃料源(100)、一種液位計配接器(300)、一種燃料電池系統(tǒng)(200)和一種相關方法。所述燃料源(100)具有包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器(106)的計量器(104)。所述燃料電池系統(tǒng)(200)和方法涉及從所述燃料源(100)接收燃料，判定(212)所述燃料電池系統(tǒng)(200)的燃料消耗，根據(jù)所述燃料消耗計算(214)所述燃料源的物質(zhì)含量以及根據(jù)所述物質(zhì)含量更新(216)所述燃料源的所述液位計的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器。
【專利說明】燃料源、燃料電池系統(tǒng)與相關方法
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料源或一種液位計配接器，其包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器，諸如電泳油墨顯示器。
[0002]—些常規(guī)燃料電池系統(tǒng)利用諸如燃料反應器的燃料源，該燃料源儲存固態(tài)反應物和液態(tài)反應物，且在需要燃料時混合反應物來產(chǎn)生氫氣。隨后將氫氣作為燃料而供應給燃料電池系統(tǒng)。
[0003]除燃料反應器以外，還可提供機械布置以便顯示剩余的反應物的量。提供此類機械布置的缺點在于其通常需要提供活動部件和可能需要校準，此二者會增加燃料反應器的設計和制造的復雜度。
[0004]可選地，當使用時，燃料電池系統(tǒng)可估計其燃料消耗，且因此可計算和顯示燃料源中剩余燃料的量。然而，在此類方案中，可能需要將剩余燃料含量儲存在燃料盒上的存儲器裝置中，以便當燃料源連接至燃料電池系統(tǒng)時，燃料含量為系統(tǒng)所知。另外，當燃料源未連接至燃料電池裝置時，不可能顯示剩余燃料含量。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于燃料電池系統(tǒng)的燃料源，所述燃料源具有包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的計量器。
[0006]根據(jù)第一方面的燃料源可提供在無需電源的情況下可從可替換燃料源獲得燃料的指示。因此，可在燃料源從燃料電池堆棧斷開時顯示燃料含量。然而，此類計量器可能不需要任何活動部件，且因此可提供更容易制造且更可靠的計量器。另外，因電子多穩(wěn)態(tài)顯示器在穩(wěn)定狀態(tài)下時不消耗功率，因此計量器的功率消耗比使用其他顯示器技術(shù)更低。
[0007]電子多穩(wěn)態(tài)顯示器可包括電子紙顯示器。所述電子紙顯示器可包括電泳油墨。燃料源可包括回讀單元。所述回讀單元可經(jīng)配置以通過測量電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的電性質(zhì)來判定燃料源的物質(zhì)含量。所述電性質(zhì)可涉及電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的一個或多個圖象元素。所述電性質(zhì)可為電子多穩(wěn)態(tài)顯不器的電阻或電容。以此方式，物質(zhì)含量(或反應物含量)可在燃料源并未處于使用中時儲存在顯示器中，從而使得存儲器裝置儲存冗余含量。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種燃料電池系統(tǒng)，其經(jīng)配置以從燃料源接收燃料且包括控制器，所述控制器經(jīng)配置以:
[0009]判定所述燃料電池系統(tǒng)的燃料消耗；
[0010]根據(jù)所述燃料消耗計算所述燃料源的物質(zhì)含量;和
[0011]根據(jù)所述物質(zhì)含量更新所述燃料源的液位計的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器。
[0012]所述燃料電池系統(tǒng)可與第一方面的燃料源組合使用。
[0013]所述控制器可經(jīng)配置以從電子多穩(wěn)態(tài)顯示器接收物質(zhì)含量。所述控制器可經(jīng)配置以根據(jù)燃料消耗和讀出的物質(zhì)含量計算流體儲存裝置的后續(xù)物質(zhì)含量。顯示器的物質(zhì)含量可包括測量顯示器的一個或多個圖象元素的電性質(zhì)。所述控制器可經(jīng)配置以根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的輸出電壓、電流或功率判定燃料消耗。
[0014]所述燃料電池系統(tǒng)可包括流量計，所述流量計可設置在燃料入口管線上。所述控制器可經(jīng)配置以根據(jù)計量流量判定燃料消耗。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于操作燃料電池系統(tǒng)的方法和計算機程序，所述方法包括:
[0016]從燃料源接收燃料；
[0017]判定燃料電池系統(tǒng)的燃料消耗；
[0018]根據(jù)燃料消耗計算燃料源的物質(zhì)含量;和
[0019]根據(jù)物質(zhì)含量更新燃料源的液位計的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種液位計配接器，其包括:
[0021]液位計，其包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器；
[0022]流動路徑，其在配接器的入口與出口之間；
[0023]流體性質(zhì)測量裝置，其經(jīng)配置以測量流動路徑中的流體的性質(zhì);和 [〇〇24] 控制器，其經(jīng)配置以:
[0025]根據(jù)流體的性質(zhì)計算流體儲存裝置的液面;和 [〇〇26] 根據(jù)液面更新液位計的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器。
[0027]提供此類液位計配接器使得電子多穩(wěn)態(tài)顯示器能夠具備常規(guī)燃料源，且因此提供參考本發(fā)明的第一方面所描述的改進的制造容易度、降低的功率消耗和更大效用的優(yōu)點。 [〇〇28] 所述控制器可周期性地更新顯示器。所述液位計配接器可包括發(fā)電機，所述發(fā)電機經(jīng)配置以使用穿過流動路徑的流體流量產(chǎn)生電力。所述液位計配接器可包括可再生能源。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，我們提供一種物質(zhì)儲存容器，所述容器具有包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的計量器，所述容器包括回讀單元，所述回讀單元經(jīng)配置以通過測量電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的電性質(zhì)來提供對容器中的物質(zhì)含量的判定。
[0030]此情況是有利的，原因在于物質(zhì)儲存容器并不需要單獨的存儲器和顯示器，因為其能夠使用電子多穩(wěn)態(tài)顯示器來儲存容器中的可消耗物質(zhì)的含量?；刈x單元可經(jīng)配置以使得容器能夠讀取顯示器并且提供信息給另一系統(tǒng)?？蛇x地，回讀單元可包括傳感器連接，所述傳感器連接允許與物質(zhì)儲存容器連接的系統(tǒng)(消耗其中的物質(zhì)的此類系統(tǒng))測量顯示器的電性質(zhì)。所述物質(zhì)可為燃料或任何其他可消耗品。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，我們提供一種系統(tǒng)，其經(jīng)配置以從物質(zhì)儲存容器接收物質(zhì)，所述容器具有包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的計量器，所述系統(tǒng)經(jīng)配置以通過測量電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的電性質(zhì)來判定容器中的物質(zhì)含量。
[0032]此情況是有利的，原因在于所述系統(tǒng)能夠使用多穩(wěn)態(tài)顯示器來直接推導物質(zhì)含量。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，我們提供一種判定儲存容器中物質(zhì)的物質(zhì)含量的方法， 所述儲存容器包括經(jīng)配置以顯示物質(zhì)含量的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器，所述方法包括；[0〇34]測量電子多穩(wěn)態(tài)顯不器的電性質(zhì)和從其推導物質(zhì)含量。
[0035]所述方法可包括判定從儲存容器消耗的物質(zhì)的量和用更新的物質(zhì)含量更新電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的步驟。[〇〇36]現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明，其中:
[0037]圖1說明用于燃料電池系統(tǒng)的燃料源的示意圖；
[0038]圖2a說明經(jīng)配置以從燃料源(諸如圖1中所示出的燃料源)接收燃料和更新所述燃料源的計量器的燃料電池系統(tǒng)；
[0039]圖2b說明用于操作圖2a的燃料電池系統(tǒng)的方法；
[0040]圖3a說明液位計配接器的內(nèi)部的示意圖；且 [0041 ]圖3b說明液位計配接器的外部的示意圖。
[0042]圖1說明用于燃料電池系統(tǒng)的燃料源100。典型地經(jīng)提供作為燃料反應器的燃料源 1〇〇可儲存固態(tài)反應物和流體反應物(液體和/或氣體)且混合所述反應物來產(chǎn)生氫燃料，隨后經(jīng)由出口 102供應所述氫燃料。此類燃料源為流體儲存裝置的實例。[〇〇43] 所述燃料源具有包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器106的計量器104,所述顯示器在此實例中顯示燃料源中的剩余反應物含量。示出的計量器采用條形圖形式的104,但應了解可使用任何合適的表不。
[0044]電子多穩(wěn)態(tài)顯示器106能夠維持多個穩(wěn)定狀態(tài)中的一個而無需消耗功率。即，多穩(wěn)態(tài)顯示器具有多個被動顯示狀態(tài)。當處于儲存中或不處于使用中時，顯示器將使其狀態(tài)維持持續(xù)時間或幾個月，或可能幾年。然而，耗盡功率以便更改顯示器的圖象元素的狀態(tài)。多穩(wěn)態(tài)顯示器有時在此項技術(shù)中描述為電子紙顯示器且(例如)用于亞馬遜Kindle(RTM)電子閱讀器。電泳油墨顯示器為一類電子紙顯示器，其為計量器104提供合適對比度和功率消耗特征。此類顯示器的背景可由反射介質(zhì)提供，且因此許多應用程序無需背光。此類顯示器因此被認為是白天可讀的。如果需要，可在屏幕上提供彩色濾光片。
[0045]燃料電池系統(tǒng)可在燃料電池處于使用中時更新計量器，如下文將進一步參考圖2a 和圖2b的燃料電池系統(tǒng)和相關方法所論述。
[0046]由于計量器104由電子多穩(wěn)態(tài)顯示器106提供，故即使在并未連接至燃料電池系統(tǒng)時，即當無功率可用時，剩余燃料輸出容量的量也可顯示于燃料源1〇〇上。通過在燃料盒1〇〇 上提供電子多穩(wěn)態(tài)顯示器106，可將控制電路與顯示器電路分離;控制器可經(jīng)提供作為燃料電池系統(tǒng)的一部分(并非作為燃料源的一部分)且在許多燃料源之間共享。各燃料源僅需要在其與燃料電池系統(tǒng)接合和提供燃料時訪問控制器。如此，可減少系統(tǒng)和燃料源的組合組件計數(shù)，且具有可更容易和更便宜地制造燃料源的效果。
[0047]燃料源100可具備回讀單元(未示出)，所述回讀單元經(jīng)配置以通過測量電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的電性質(zhì)來判定燃料源的物質(zhì)含量(或反應物含量)。舉例來說，圖象元素的電容或電阻可與其色彩或灰度值相關。響應于來自回讀單元的較小電信號測量電容和電阻的組合使得能夠判定儲存在每一像素中的物質(zhì)含量。因此，通過測量顯示器106的部分或所有個別圖象元素的一個或多個電性質(zhì)，回讀單元可判定當裝置最后上電時燃料計量器的狀態(tài)。 以此方式，當燃料源未處于使用中時，物質(zhì)含量可儲存在顯示器中而非在存儲器單元中。當燃料源100插入燃料電池系統(tǒng)中時，可通過燃料電池系統(tǒng)詢問回讀單元。以此方式，燃料電池系統(tǒng)可判定可從燃料源提取的燃料量而無需注意燃料電池系統(tǒng)中燃料源100的歷史狀態(tài)動向或?qū)⑷剂显? 〇〇的歷史狀態(tài)儲存在燃料源1 〇〇上的存儲器模塊中。[〇〇48]圖2a說明包括燃料電池組件202和控制器204的燃料電池系統(tǒng)200。燃料電池系統(tǒng) 200經(jīng)配置以從可卸除式或可替換燃料源(諸如上文參考圖1所描述的燃料源)接收燃料。燃料電池系統(tǒng)200的端口 206可經(jīng)配置以按常規(guī)方式與燃料源的出口接合。[〇〇49]控制器204經(jīng)配置以執(zhí)行參考圖2b所描述的方法?？刂破?04可至少部分由計算機程序提供。當首先將燃料源插入時，控制器可執(zhí)行從燃料源的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器接收210物質(zhì)含量的任選步驟。在燃料源為燃料反應器的情況下，如在圖1的實例中，物質(zhì)含量可為燃料源中剩余的反應物的含量。可選地，在燃料源為罐或槽的情況下，物質(zhì)含量可為剩余燃料的含量。
[0050]當燃料源連接至燃料電池系統(tǒng)200時，電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的狀態(tài)指示物質(zhì)含量，因為顯示器的狀態(tài)與上次由先前連接的燃料電池系統(tǒng)設定的狀態(tài)相同。控制器可從如圖1中所描述的燃料源的回讀單元接收210物質(zhì)含量?？蛇x地，控制器自身可執(zhí)行回讀單元的功能且通過測量顯示器的一個或多個圖象元素的一個或多個電性質(zhì)來接收210物質(zhì)含量。[〇〇511所述方法還包括判定212燃料電池系統(tǒng)200的燃料消耗的步驟?？筛鶕?jù)燃料電池系統(tǒng)的輸出電壓、電流或功率執(zhí)行判定212，如此項技術(shù)中已知的?？蛇x地，可根據(jù)來自燃料源或燃料電池系統(tǒng)200內(nèi)的燃料流量判定212燃料消耗?？墒褂眠B接至燃料端口 206的燃料入口管線208上的流量計(未示出)測量燃料流量。[〇〇52]隨后根據(jù)燃料消耗計算214燃料源的物質(zhì)含量。舉例來說，控制器204可從保存在存儲器中的歷史物質(zhì)含量推斷隨時間推移的流體消耗的積分。在燃料電池系統(tǒng)200從顯示器接收物質(zhì)含量的情況下，控制器204可根據(jù)燃料消耗和讀出的物質(zhì)含量計算214燃料源的后續(xù)物質(zhì)含量。[〇〇53]圖2b的方法的最后步驟涉及根據(jù)物質(zhì)含量更新216燃料源的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器。 可經(jīng)由連接(例如串行鏈路)經(jīng)與燃料源接合的端口 206發(fā)送更新。更新步驟216可包括向用于多穩(wěn)態(tài)顯示器的顯示器驅(qū)動硬件發(fā)出指令?？蛇x地，燃料電池系統(tǒng)可包括顯示器驅(qū)動硬件且直接向顯示器發(fā)送信號。[〇〇54]圖3a和圖3b分別說明液位計配接器300的內(nèi)部和外部的示意圖。液位計配接器300 具有入口 301和出口 302。配接器300包括液位計304,所述液位計包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器 306。配接器300的入口 201因此可附連至流體儲存裝置(諸如燃料源或流體圓筒)，以便為流體儲存裝置提供液位計功能性。[〇〇55] 如圖3a的內(nèi)部視圖中可以看出，配接器300具有在入口 301與出口 302之間的流動路徑308和經(jīng)配置以測量流動路徑中的流體的性質(zhì)的流體性質(zhì)測量裝置310。流體的性質(zhì)可為流體壓力，例如在此情況下，流體性質(zhì)測量裝置310可為氣壓計。可選地，流體的性質(zhì)可為流體的流動速率，在此情況下，流體性質(zhì)測量裝置310可為流量計。[〇〇56]發(fā)電機可提供于流動路徑308中，所述發(fā)電機經(jīng)配置以使用穿過流動路徑308的流體流量產(chǎn)生電力。在一些實例中，流體性質(zhì)測量裝置310和發(fā)電機可由一體式裝置提供。在此等實例中，功率、電壓或電流輸出的量可指示穿過流動路徑308的流體流量。[〇〇57]除發(fā)電機之外或作為對發(fā)電機的替代，液位計配接器300還可包括可再生能源(未示出)。太陽能面板和風力渦輪機為可再生電源的實例。更廣泛來說，術(shù)語可再生電源可涵蓋可再生的任何電源，諸如蓄電池電源。[〇〇58] 控制器312提供于液位計配接器300內(nèi)。控制器經(jīng)配置以執(zhí)行一種方法，(雖然)所述方法類似于圖2b的方法。即，控制器312經(jīng)配置以從流體性質(zhì)測量裝置310接收流體的性質(zhì)、根據(jù)所述性質(zhì)判定流體流動速率和根據(jù)所述流體流動速率計算連接至入口的流體儲存裝置的液面?？刂破?12隨后根據(jù)所述液面更新液位計304的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器306。
[0059]開關314提供于液位計配接器300的外部上以允許提供使用者輸入。使用者輸入可指示液位計配接器300連接至滿流體儲存裝置?？刂破鹘?jīng)配置以從開關接收使用者輸入且因此可設定電子多穩(wěn)態(tài)顯示器306以在接收到用戶輸入時顯示滿計量指示。在此實例中，計量器304采用餅圖形式，但應了解可使用任何合適的表示。
[0060]通過在接收到使用者輸入時測量流體的性質(zhì)，控制器212可設定流體的滿量性質(zhì)。 控制器312隨后比較從流體性質(zhì)測量裝置310接收的流體的性質(zhì)與所述滿量性質(zhì)以便判定流體儲存裝置中剩余的流體的比例?？刂破骺山?jīng)配置以周期性地而不是連續(xù)地更新顯示器。控制器的周期性操作可減少控制器的功率消耗且因此限制對發(fā)電機或可再生燃料源的需求。
[0061]應了解，關于一個實例描述的特征可關于另一實施方案來描述。雖然本文所描述的實施方案涉及一種儲存用于燃料電池系統(tǒng)的燃料的燃料反應器，但儲存任何物質(zhì)的任何物質(zhì)儲存容器可具備此類多穩(wěn)態(tài)顯示器。由此，多穩(wěn)態(tài)顯示器或儲存容器可包括回讀單元， 所述回讀單元使得顯示器自身能夠由儲存容器或容器所連接的系統(tǒng)讀取。因此，取自或添加至容器的物質(zhì)的量可由系統(tǒng)判定且被從由顯示器讀取的物質(zhì)含量減去或加上。多穩(wěn)態(tài)顯示器隨后可經(jīng)更新以顯示且因此儲存更新的物質(zhì)含量。容器隨后可從系統(tǒng)斷開，同時保持和顯示其物質(zhì)含量。
【主權(quán)項】
1.一種用于燃料電池系統(tǒng)的燃料源，所述燃料源具有包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的計量器。2.如權(quán)利要求1所述的燃料源，其中所述電子多穩(wěn)態(tài)顯示器包括電子紙顯示器。3.如權(quán)利要求2所述的燃料源，其中所述電子紙顯示器包括電泳油墨。4.如前述任一權(quán)利要求所述的燃料源，其包括回讀單元，所述回讀單元經(jīng)配置以通過 測量所述電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的電性質(zhì)來判定所述燃料源的物質(zhì)含量。5.—種燃料電池系統(tǒng)，其經(jīng)配置以從如權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃料源接收燃料 且包括控制器，所述控制器經(jīng)配置以:判定所述燃料電池系統(tǒng)的燃料消耗；根據(jù)所述燃料消耗計算所述燃料源的物質(zhì)含量;和 根據(jù)所述物質(zhì)含量更新所述燃料源的所述液位計的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器。6.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其中所述控制器經(jīng)配置以:從所述電子多穩(wěn)態(tài)顯示器接收物質(zhì)含量;和根據(jù)所述燃料消耗和所述讀出的物質(zhì)含量計算所述燃料源的后續(xù)物質(zhì)含量。7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中接收所述顯示器的所述物質(zhì)含量包括測量 所述顯示器的一個或多個圖象元素的電性質(zhì)。8.如權(quán)利要求5至7中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制器經(jīng)配置以根據(jù)所述 燃料電池系統(tǒng)的輸出電壓、電流或功率判定所述燃料消耗。9.如權(quán)利要求5至7中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其包括燃料入口管線上的流量計， 且其中所述控制器經(jīng)配置以根據(jù)計量流量判定所述燃料消耗。10.—種用于操作燃料電池系統(tǒng)的方法，其包括:從如權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃料源接收燃料；判定所述燃料電池系統(tǒng)的燃料消耗；根據(jù)所述燃料消耗計算所述燃料源的物質(zhì)含量;和 根據(jù)所述物質(zhì)含量更新所述燃料源的所述液位計的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器。11.一種計算機程序，其經(jīng)配置以執(zhí)行如權(quán)利要求10所述的方法。12.—種液位計配接器，其包括:液位計，其包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器；流動路徑，其在所述配接器的入口與出口之間；流體性質(zhì)測量裝置，其經(jīng)配置以測量所述流動路徑中的流體的性質(zhì);和 控制器，其經(jīng)配置以:根據(jù)所述流體的所述性質(zhì)計算流體儲存裝置的液面;和 根據(jù)所述液面更新所述液位計的所述電子多穩(wěn)態(tài)顯示器。13.如權(quán)利要求12所述的液位計配接器，其中所述控制器周期性地更新所述顯示器。14.如權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的液位計配接器，其包括發(fā)電機，所述發(fā)電機經(jīng)配 置以使用穿過所述流動路徑的流體流量產(chǎn)生電力。15.如權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的液位計配接器，其包括可再生能源。16.—種物質(zhì)儲存容器，所述容器具有包括電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的計量器，所述容器包括 回讀單元，所述回讀單元經(jīng)配置以通過測量所述電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的電性質(zhì)來提供對所述容器中的物質(zhì)含量的判定。17.—種系統(tǒng)，其經(jīng)配置以從物質(zhì)儲存容器接收物質(zhì)，所述容器具有包括電子多穩(wěn)態(tài)顯 示器的計量器，所述系統(tǒng)經(jīng)配置以通過測量所述電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的電性質(zhì)來判定所述容 器中的物質(zhì)含量。18.—種判定儲存容器中物質(zhì)的物質(zhì)含量的方法，所述儲存容器包括經(jīng)配置以顯示所 述物質(zhì)含量的電子多穩(wěn)態(tài)顯示器，所述方法包括；測量所述電子多穩(wěn)態(tài)顯示器的電性質(zhì)和從其推導所述物質(zhì)含量。19.一種如本文根據(jù)附圖所描述的燃料源、液位計配接器或燃料電池系統(tǒng)。20.—種如本文根據(jù)附圖所描述的用于操作燃料電池系統(tǒng)的方法。
【文檔編號】H01M8/04298GK106030881SQ201580008196
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月11日
【發(fā)明人】戴維·埃德加
【申請人】智慧能量有限公司