[发明专利]燃料电池组合件

说明书

本发明涉及一种燃料电池组合件和布置成堆叠或平面阵列的多个单独燃料电池，所述堆叠或平面阵列在至少一些燃料电池之间具有可配置的或可重新配置的互连。本发明还涉及互连控制器，其经过配置以重新配置多个燃料电池之间的电互连。

常规电化学燃料电池将通常均呈气体流形式的燃料和氧化剂转化成电能和反应产物。用于使氢气与氧气反应的常见类型的电化学燃料电池包含聚合离子(质子)交换膜(PEM)，其中燃料和空气经过膜的相应侧。质子(即，氢离子)传导通过PEM，由传导通过连接燃料电池的阳极和阴极的电路的电子平衡。为了提高可用电压，可以形成包含多个所述膜的堆叠，所述膜布置有单独的阳极和阴极流体流径。所述堆叠通常呈块状形式，其包含多个单独燃料电池板，在堆叠的任一端处通过端板将所述燃料电池板面对面地固持在一起。

在替代配置中，燃料电池可以布置成平面或层状阵列；其为并排而非面对面的，从而形成例如大体上层状薄片。

根据本发明的第一方面，我们提供一种燃料电池组合件，其包含至少两个燃料电池，燃料电池组合件中的每个燃料电池具有阳极和阴极以实现与组合件的其它燃料电池或组合件输出端子的电互连，其中燃料电池组合件的多个燃料电池之间的电互连是可配置的，使得所述多个燃料电池或其子组是可连接的，而不改变燃料电池之间的空间关系，所述关系呈以下中的至少两种；

i)彼此串联；

ii)彼此并联；或

iii)与组合件断连。

任选地，燃料电池组合件包含多个布置成平面阵列或呈堆叠形式的燃料电池。平面或层状阵列布局便于提供可配置的互连。

任选地，互连包括多个开关以配置组合件的多个燃料电池之间的电互连。因此，开关实现组合件中电池的电布置的重新配置，因为只需要改变互连，所以不需要以物理方式重新配置或重新设计组合件。这提供了从单个组合件输出一定范围的电压和/或电流的能力。

因此，开关可以经过配置以控制互连，从而布置燃料电池或其子组，使其呈串联或使燃料电池中的一个或多个与组合件的输出端断连。开关可以经过配置以控制互连，从而布置燃料电池或其子组，使其呈串联或并联。开关可以经过配置以控制互连，从而布置燃料电池或其子组，使其呈并联或使燃料电池中的一个或多个与组合件的输出端断连。

任选地，开关包含晶体管。任选地，开关包含微型开关。任选地，呈端子和跨接线形式的开关提供可配置性。

任选地，开关可以主动地重新配置，使得可以在使用时改变燃料电池之间的互连。

开关可以形成集中或分布式互连控制器的部分。任选地，互连控制器经过配置以在燃料电池组合件的操作期间主动地重新配置电池之间的互连。这种情形是有利的，因为互连的重新配置可以通过安装在PCB衬底上的晶体管来进行。主动地重新配置互连也可以使阵列在使用时输出多种不同的电压或功率。这种情形可能不需要DC-DC转换器。

任选地，互连控制器经过配置以接收组合件中多个电池的电输出的测量值，并且回应于所述测量值重新配置电池之间的互连。因此，互连控制器可以经过配置以测量一些或全部燃料电池的输出电压，并且相应地重新配置互连。任选地，电输出的测量值包含燃料电池阵列的总输出或阵列中燃料电池子组的电输出。

任选地，互连控制器经过配置以重新配置燃料电池之间的互连，从而维持燃料电池阵列的预定输出电压。

任选地，将燃料电池组合件连接到蓄电池以形成混成电源，并且控制器经过配置以布置燃料电池之间的互连，以使串联燃料电池的数目提供燃料电池组合件的最大开路电压，所述最大开路电压被配置成小于或等于蓄电池的最大输出电压。

任选地，将燃料电池组合件连接到蓄电池以形成混成电源，并且控制器经过配置以布置燃料电池之间的互连，以使并联燃料电池的数目提供燃料电池组合件满功率时的电流输出，所述电流输出小于或等于当蓄电池在其操作电压下限处操作时能够满足蓄电池C倍率的电流。

任选地，控制器经过配置以主动地布置燃料电池之间的互连以控制并联布置的邻接电池组的面积，从而提供燃料电池组合件满功率时的电流输出，所述电流输出小于或等于当蓄电池在其操作电压下限处操作时能够满足蓄电池C倍率的电流。

任选地，将燃料电池组合件连接到蓄电池以形成混成电源，并且蓄电池与燃料电池组合件之间的电连接包括二极管以防止电流从蓄电池流向燃料电池组合件。

任选地，将燃料电池组合件连接到蓄电池以形成混成电源，并且蓄电池与燃料电池组合件之间的电连接缺少任何电流控制元件，所述电流控制元件经过配置以控制电流从燃料电池组合件向蓄电池的流动。