CN100434911C - 用于直接甲醇燃料电池的计算燃料浓度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于直接甲醇燃料电池的计算燃料浓度方法，包括下列步骤，提供直接甲醇燃料电池；将至少一个以上且不同的已知浓度的燃料分别提供给直接甲醇燃料电池，并使得直接甲醇燃料电池分别在各个不同已知浓度燃料的条件下，发生电化学反应而产生电力；分别量测且记录在各项不同已知浓度燃料的条件下，当时运作中的直接甲醇燃料电池的复数个物理量参数，并且选择该些物理量参数的其中三项，来建立对应的三维量测空间；依据该三维量测空间来建立插值计算手段；当未知浓度的燃料提供给直接甲醇燃料电池而发生电化学反应且产生电力，量测此时的至少该三项物理量参数，并利用插值计算手段，来计算得到位于直接甲醇燃料电池的燃料的目前浓度。

Description

用于直接甲醇燃料电池的计算燃料浓度方法

技术领域

本发明涉及一种浓度计，其特别涉及一种用于直接甲醇燃料电池的计算燃料浓度方法。

背景技术

用来量测直接甲醇燃料电池的燃料浓度所采行的熟知手段，仅揭露到利用浓度传感器作为量测燃料浓度的技艺程度而已。虽然此熟知手段可以解决燃料浓度的量测问题，但是对于轻、薄、短、小的直接甲醇燃料电池而言，浓度传感器的体积规模亦必须紧密地配合改变，否则愈来愈微型化的直接甲醇燃料电池，将无法在其内部来设置浓度传感器。

本发明发明人有鉴于上述熟知手段的缺失，乃亟思发明而发明出一种用于直接甲醇燃料电池的计算燃料浓度方法，本发明方法可以比喻为一种虚拟式燃料浓度传感器，用来量测燃料的浓度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种不用借助于实体的浓度传感器，来提供一种计算燃料浓度方法，能够用来量测进行电化学反应中的直接甲醇燃料电池，其当时所使用的燃料其浓度为何。

本发明的另一目的取代实体的浓度传感器，而来提供一种计算燃料浓度方法，能够用来量测进行电化学反应中的直接甲醇燃料电池，其当时所使用的燃料其浓度为何。

为达成本发明上述目的，本发明提供一种用于直接甲醇燃料电池的计算燃料浓度方法，包括下列步骤：(A)提供直接甲醇燃料电池的步骤；(B)将至少一个以上且不同的已知浓度的燃料分别提供给直接甲醇燃料电池，并使得直接甲醇燃料电池分别在各个不同已知浓度燃料的条件下，发生电化学反应而产生电力的步骤。(C)分别量测且记录步骤(B)在各项不同已知浓度燃料的条件下，当时运作中的直接甲醇燃料电池的复数个物理量参数，并且选择该些物理量参数的其中三项，来建立对应的三维量测空间的步骤。(D)依据该三维量测空间来建立插值计算手段的步骤，其中插值计算手段用于计算出位于直接甲醇燃料电池的燃料的未知浓度。(E)当未知浓度的燃料提供给直接甲醇燃料电池而发生电化学反应且产生电力，量测此时对应于步骤(C)的至少该三项物理量参数的步骤，并步骤(D)所建立的利用插值计算手段，来计算得到位于直接甲醇燃料电池的燃料的目前浓度的步骤。

其中该步骤(B)所提供的各个已知浓度燃料其浓度，介于3v％与8v％之间。

步骤(C)所选择的该些物理量参数，包含：一温度参数、一电压参数、一电流参数。

步骤(C)的记录步骤，记录介于10℃与80℃之间的温度参数。

步骤(C)的记录步骤，记录介于0V与0.5V之间的电压参数。

该插值计算手段，为一个以程序代码实现的插值计算手段。

该直接甲醇燃料电池，为一双极直接甲醇燃料电池。

该直接甲醇燃料电池，为一采以印刷电路板制程所制造的直接甲醇燃料电池。

该步骤(D)的插值计算手段的建立步骤，包括下列步骤：

(d1)利用在n个已知浓度C₁，C₂，...，C_k的燃料所量测到该三项物理量参数，在该三维量测空间中得到n个对应的等浓度曲面，其中k＝1，2，...，n，以及该三项物理量参数分别为一温度参数、一电压参数、一电流参数；

(d2)提供该未知浓度C的燃料供应至该直接甲醇燃料电池，以及量测此时该直接甲醇燃料电池的温度、电压、电流，其中此时的该温度、电压、电流系对应到位于该三维量测空间中的量测点P；

(d3)将该量测点P沿该三维量测空间中的电流坐标轴方向分别投影在该n个等浓度曲面上，以取得n个投影点，其中该n个投影点的电流坐标值分别为I_i，i＝1，2，...，n；以及

(d4)利用下列计算式计算该燃料的浓度C

$C=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i\≠k}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}}\frac{I-I_i}{I_k-I_i}\right)\·C_k$

其中n≥2。

本发明所述的用于直接甲醇燃料电池的计算燃料浓度方法，不用借助于实体的浓度传感器，来提供一种计算燃料浓度方法，能够用来量测进行电化学反应中的直接甲醇燃料电池，其当时所使用的燃料其浓度为何。

附图说明

图1为本发明用于直接甲醇燃料电池系统的计算燃料浓度方法的流程图；

图2为配合本发明方法所建置的直接甲醇燃料电池系统的构造；

图3为本发明计算燃料浓度方法在各种已知浓度燃料下，利用三维量测空间所得到的等浓度曲面；

图4为本发明方法的建立插值计算手段的流程图。

图中

10计    算燃料浓度方法        20   直接甲醇燃料电池

201a    阳极集电板            201b 阴极集电板

203     温控加热板            205  膜电极组

30      直接甲醇燃料电池系统  41、43、45、47 等浓度曲面

101、103、105、107、109步骤1071、1073、1075 步骤

具体实施方式

为使熟悉该项技艺人士了解本发明的目的、特征及功效，由下述具体实施例，并配合所附图式，对本发明详加说明，说明如后：

图1显示本发明用于直接甲醇燃料电池系统的计算燃料浓度方法的流程图。本发明的计算燃料浓度方法10用来计算出当时位于直接甲醇燃料电池20的燃料的浓度，而完全不必使用到实体的浓度传感器。本发明的计算燃料浓度方法10包括步骤101至步骤109，分别说明如下。步骤101提供直接甲醇燃料电池20。步骤103将至少一个以上且不同的已知浓度的燃料，分别提供给直接甲醇燃料电池20，并使得直接甲醇燃料电池20分别在各个不同已知浓度燃料的条件下，发生电化学反应而产生电力。在步骤101与步骤103中，本发明分别地将各种已知浓度的燃料供应至直接甲醇燃料电池20，并使得直接甲醇燃料电池20分别在各种已知浓度燃料下发生电化学反应。为了方便量测到本发明所需要的各项物理量参数，本发明特别提供一种配合本发明方法10所建置的直接甲醇燃料电池系统30，请参见图2。在图2中，构件201a为阳极集电板，构件201b为阴极集电板，构件203为温控加热板，构件205为膜电极组。

步骤105分别量测且记录在步骤103中各项不同已知浓度燃料的条件下，当时运作中的直接甲醇燃料电池20的复数个物理量参数，并且选择该些物理量参数的其中三项，来建立对应的三维量测空间。在步骤105中，在己知浓度燃料的条件下，本发明采用了温度参数、电压参数、电流参数等三项物理量参数，来建立对应于甲醇燃料电池20的三维量测空间。利用直接甲醇燃料电池系统30分别在每一个已知浓度燃料的供应条件下，使得甲醇燃料电池20发生电化学反应，并且同时量测与记录变化中的温度参数、电压参数、电流参数，而这些参数会传送至图2的计算机，接着，由计算机的处理，而产生对应于已知浓度以及该些温度参数、电压参数、电流参数等条件下的三维量测空间，请参见图3显示本发明计算燃料浓度方法在各种已知浓度燃料下，利用三维量测空间所得到的等浓度曲面。在图3中，等浓度曲面41、43、45、47系分别利用不同的各个已知浓度C₁、C₂、C₃、C₄的燃料所获得到的，其中三个坐标轴V分别代表电压参数、温度参数、电流参数。

在步骤105的已知浓度燃料，其浓度能够选择在介于3v％与8v％之间。同时，所要量测与记录的温度参数其范围最好是介于10℃与80℃之间，而电压参数其范围最好是介于的0V与0.5V之间。

步骤107依据该三维量测空间来建立插值计算手段，而插值计算手段用于计算出位于直接甲醇燃料电池20的燃料的未知浓度。在步骤107中，由于三维量测空间的各个等浓度曲面已经被建立出来，因此，本发明能够利用插值计算，来推算出燃料的未知浓度。步骤109当未知浓度的燃料提供给直接甲醇燃料电池20而发生电化学反应且产生电力，量测此时对应于步骤105的至少该三项物理量参数，并利用步骤107所建立的插值计算手段，能够计算得到位于直接甲醇燃料电池20的燃料的目前浓度。

图4显示本发明方法的建立插值计算手段的流程图。步骤1071利用在n个已知浓度C₀，C₂，...，C_k的燃料所量测到该些温度参数、该些电压参数、该些电流参数等值，在该三维量测空间中得到n个对应的等浓度曲面，其中k＝1，2，...，n。在图3所显示的等浓度曲面41，即为步骤1071在k＝1的情况下，所执行的具体结果。步骤1073提供该未知浓度C的燃料供应至直接甲醇燃料电池20，以及量测此时电化学反应中的直接甲醇燃料电池20的温度、电压、电流，此时所量测到的该温度、该电压、该电流会对应到位于该三维量测空间的一个坐标点，而这个坐标点是用来作为量测未知浓度的量测点P。

步骤1075将该量测点P沿该三维量测空间中的电流坐标轴方向分别投影在该n个等浓度曲面上，以取得n个投影点，其中该n个投影点之电流坐标值分别I_i，i＝1，2，...，n。步骤1077利用下列计算式来计算该燃料的浓度C.

$C=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i\≠k}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}}\frac{I-I_i}{I_k-I_i}\right)\·C_k$ 其中n≥2。

本发明的方法10在完成步骤步骤101至步骤105后，便能够确定出直接甲醇燃料电池20的所对应的该些等浓度曲面，接着，实现步骤107与步骤109所采行的手段，可以利用程序代码来加以具体实现，也就是将该些等浓度曲面以及上述插值计算式，将其编写成程序代码，以让使用于直接甲醇燃料电池20的处理器(图未显示)执行。

本发明的计算燃料浓度方法10是一种虚拟式燃料浓度传感器，透过在三维量测空间中所建立的该些等浓度曲面，利用插值计算手段来获得燃料的浓度。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明，任何熟悉本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，所作更动与润饰仍属于本发明申请专利范围之内。

Claims (7)

1.一种用于直接甲醇燃料电池的计算燃料浓度方法，包括下列步骤：

(A)提供一直接甲醇燃料电池；

(B)将至少一个以上且不同的已知浓度的燃料分别提供给所述的直接甲醇燃料电池，并使得所述的直接甲醇燃料电池分别在各个不同已知浓度燃料的条件下，发生电化学反应而产生电力；

(C)分别量测且记录该步骤(B)中各项不同已知浓度燃料的条件下，当时运作中的所述的直接甲醇燃料电池的复数个物理量参数，并且选择所述的物理量参数的其中三项，来建立对应的三维量测空间，其中，所述的物理量参数包含：一温度参数、一电压参数，一电流参数；

(D)依据所述的三维量测空间来建立一插值计算手段，其中所述的插值计算手段用于计算出位于所述的直接甲醇燃料电池的燃料的未知浓度，其中该步骤(D)还包括：

(d1)利用在n个已知浓度C₁，C₂，…，C_k的燃料所量测到该三项物理量参数，在所述的三维量测空间中得到n个对应的等浓度曲面，其中k二1，2，…，n，以及所述的三项物理量参数分别一温度参数、一电压参数、一电流参数；

(d2)提供所述的未知浓度C的燃料供应至所述的直接甲醇燃料电池，以及量测此时所述的直接甲醇燃料电池的温度、电压、电流，其中此时的所述的温度、电压、电流对应到位于该三维量测空间中之量测点P；

(d3)将所述的量测点P沿所述的三维量测空间中的电流坐标轴方向分别投影在所述的n个等浓度曲面上，以取得n个投影点，其中所述的n个投影点的电流坐标值分别为I₁，i＝1，2，…，n；以及(d4)利用下列计算式计算所述的燃料的浓度C

$c=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left[\underset{i\≠k}{\overset{n}{\underset{i=1}{\mathrm{\Π}}}}\frac{I-I_i}{I_k-I_i}\right]\·c_k$

其中，n≥2；

(E)  当未知浓度的燃料提供给该直接甲醇燃料电池而发生电化学反应且产生电力，量测此时对应于步骤(C)的至少所述的三项物理量参数，并利用步骤(D)所建立的插值计算手段，能够计算得到位于所述的直接甲醇燃料电池的燃料的目前浓度。

2.根据权利要求1所述的计算燃料浓度方法，其特征在于：(B)所提供的各个已知浓度燃料其浓度，介于3v％与8v％之间。

3.根据权利要求1所述的计算燃料浓度方法，其特征在于：步骤(C)的记录步骤，记录介于10℃与80℃之间的温度参数。

4.根据权利要求1所述的计算燃料浓度方法，其特征在于：步骤(C)的记录步骤，记录介于0V与0.5V之间的电压参数。

5.根据权利要求1所述的计算燃料浓度方法，其特征在于：所述的插值计算手段，为一个以程序代码实现的插值计算手段。

6.根据权利要求1所述的计算燃料浓度方法，其特征在于：所述的直接甲醇燃料电池，为一双极直接甲醇燃料电池。

7.根据权利要求1所述的计算燃料浓度方法，其特征在于：所述的直接甲醇燃料电池，为一采以印刷电路板制程所制造的直接甲醇燃料电池。

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