[发明专利]控制直接液体燃料电池中的燃料浓度的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年10月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2007-0109804的优先权，其全部内容通过引用纳入本文之中。

技术领域

本发明涉及燃料电池，并且更为具体地涉及用于控制直接液体燃料电池(DLFC)中的燃料浓度的方法和装置。

背景技术

DLFC是在其阳极中直接使用液体燃料的燃料电池，典型地包括直接甲醇燃料电池(DMFC)。因为DLFC使用固态聚合物作为电解质，所以它没有电解质腐蚀或者电解质蒸发的风险，并且在小于100℃的工作温度工作。因而，它适合作为便携式电子设备或者小型电子设备的电源。鉴于这些优势，对DLFC进行了积极的研究。

DLFC的性能会受到提供给阳极的燃料浓度的影响。由于DLFC通过使液体燃料和氧化剂进行电化学反应而发电，所以在其工作期间燃料浓度可能会降低。因此，由于低燃料浓度导致的燃料供应不足会损害阳极电极，有可能使DLFC的工作性能恶化。所以，为了获得令人满意的工作性能，燃料浓度需要维持在适当的范围内。

而且，随着便携式电子设备，例如便携式终端、便携式多媒体播放器(PMP)等等，变得越来越小，DLFC也需要小型化，以使它们能被用作这些便携式电子设备的电源。

为了满足现时需求，需要小型DLFC和用于控制在制备好的燃料电池中控制燃料浓度的浓度传感器两者。然而，最传统的浓度传感器随着使用时间的增加其感测能力会迅速降低。而且，由于浓度传感器的大小通常相对较大，所以将其用于小型DLFC是一个难题。

发明内容

根据本发明提供了一种用于控制DLFC中的燃料浓度的方法和装置，其能够使用响应于每单位面积的燃料电池输出电流的突然变化的燃料电池堆的燃料电池输出电压，容易地控制燃料浓度。

根据本发明还提供了一种高性能小型DLFC，其使用了如上所述的用于控制DLFC中的燃料浓度的方法。

根据本发明的示例性实施例，一种用于控制DLFC中的燃料浓度的方法，包括：(a)监视燃料电池堆的燃料电池输出电流和燃料电池输出电压；(b)感测每单位面积的燃料电池输出电流是否变得下降了大于某一幅度并且维持了一定时间；(c)感测从每单位面积的电流下降的时间点之前且临近该时间点的原始燃料电池输出电压到新的燃料电池输出电压，该新的燃料电池输出电压随着每单位面积的电流的下降而增大，然后维持在新的每单位面积的电流；(d)将新的燃料电池输出电压与在原始燃料电池输出电压和新的燃料电池输出电压之间感测的瞬变电压进行比较；以及(e)如果瞬变电压等于或者小于新的燃料电池输出电压，则增大提供给燃料电池堆的液体燃料中的燃料浓度。

在示例性实施例中，根据本发明的用于控制DLFC中的燃料浓度的方法进一步包括，如果瞬变电压大于新的燃料电池输出电压，则维持提供给燃料电池堆的液体燃料中的燃料浓度。

根据本发明的另一示例性实施例，一种用于控制DLFC中的燃料浓度的方法包括：(a)限制燃料电池输出电流，以使燃料电池堆的每单位面积的燃料电池输出电流下降大于某一幅度；(b)感测从每单位面积的电流下降的时间点之前且临近该时间点的原始燃料电池输出电压到新的燃料电池输出电压，该新的燃料电池输出电压随着每单位面积的电流的下降而增大，然后维持在恒定电平；(c)将新的燃料电池输出电压与在原始燃料电池输出电压和新的燃料电池输出电压之间感测的瞬变电压进行比较；以及(d)如果瞬变电压小于或者等于新的燃料电池输出电压，则增大提供给燃料电池堆的液体燃料中的燃料浓度。

根据本发明的另一示例性实施例，一种用于控制DLFC中的燃料浓度的装置，其控制直接提供给燃料电池堆阳极的液体燃料的燃料浓度，所述装置包括恒流电路单元，用于使燃料电池堆中的每单位面积的电流阶梯式下降。传感器感测从每单位面积的电流下降的时间点之前且临近该时间点的原始燃料电池输出电压到新的燃料电池输出电压，该新的燃料电池输出电压从所述时间点增大，并且然后稳定在新的燃料电池输出电压。比较器感测原始燃料电池输出电压和新的燃料电池输出电压之间的瞬变电压与新的燃料电池输出电压，并且，如果瞬变电压小于或者等于新的燃料电池输出电压，则工作控制器增大提供给燃料电池堆的液体燃料中的燃料浓度。