CN101740793A - 燃料电池系统及检测燃料电池氢气泄漏的方法 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统及检测燃料电池氢气泄漏的方法。燃料电池系统包括一燃料电池模块，燃料电池模块包括至少一燃料电池，燃料电池各具有一独立电压。燃料电池系统还包括一阀门，耦接燃料电池模块以及一氢气来源，用以允许以及阻隔氢气传输到该燃料电池模块。燃料电池系统还包括一控制板，耦接阀门以及燃料电池模块，用以当氢气进入燃料电池模块未耦接负载时，检测燃料电池的输出电压以判断氢气是否泄漏。其中当控制板判定氢气泄漏时，则控制阀门阻隔氢气的传输。本发明是利用电路系统检测燃料电池电压的方式，可整合于一般燃料电池系统上且不会增加系统面积，增加系统可携带性。

Description

燃料电池系统及检测燃料电池氢气泄漏的方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，特别涉及一种可检测氢气泄漏的燃料电池系统及检测氢气泄漏的方法。

背景技术

燃料电池因为具有高转换效率以及低污染等优点，所以近年来已开始普遍被应用于各种领域，诸如发电机组、内燃机以及可携带电子通讯产品等。然而，氢燃料电池是以氢气作为燃料，而氢气具有易燃易爆高导热的特性，若燃料电池内的氢气外漏则有安全风险。会遇到的状况包括燃料电池本身的质子交换膜损坏，造成阳极端的氢分子穿透质子交换膜跑到阴极端，经触媒催化快速与氧气反应，形成高温高热甚至燃烧的情况。基于这个理由，防止燃料电池的氢气泄漏或检测氢气泄漏成为制造及使用燃料电池的考虑之一。除了安全性考虑外，当燃料电池的氢气外漏时，如上述交换膜损坏的例子，则会影响电池性能，例如输出电压下降。

传统检测燃料电池的氢气泄漏的方法是外接一个氢气检测器至燃料电池模块以感应电池模块内氢气的浓度，根据模块内氢气存在多寡判定是否有外漏情形。然而，对于应用在携带式的电子产品，例如笔记型电脑或移动电话等的燃料电池模块，安装氢气检测器往往会增加整体燃料电池系统的体积，造成不易整合在携带式电子产品上的缺陷。

发明内容

基于上述理由，有必要提供可以检查燃料电池氢气泄漏发生，同时具有较小的体积，以及可整合于携带式产品上的一种燃料电池系统。

有鉴于此，本发明提供一种燃料电池系统及检测燃料电池氢气泄漏的方法。

在一形态中，本发明提供一种燃料电池系统，可以检测氢气泄漏。燃料电池系统包括一燃料电池模块，燃料电池模块包括至少一燃料电池。燃料电池系统还包括一阀门，耦接燃料电池模块以及一氢气来源，用以允许以及阻隔氢气传输到该燃料电池模块。燃料电池系统还包括一控制板，耦接阀门以及燃料电池模块，用以当燃料电池模块未耦接负载时，检测燃料电池输出电压以判断氢气是否泄漏。其中当控制板判定氢气泄漏时，则控制阀门阻隔氢气的传输。

在另一形态中，本发明提供一种检测燃料电池氢气泄漏的方法，包括提供一燃料电池模块，燃料电池模块包含至少一燃料电池；移除燃料电池模块所连接的负载；取得燃料电池模块中各燃料电池的输出电压；比较燃料电池的输出电压与一预设电压；以及假如其中一个燃料电池的输出电压小于预设电压值，则判定氢气泄漏。

以上所述燃料电池系统以及检测燃料电池氢气泄漏的方法，是利用电路系统检测燃料电池电压的方式，可整合于一般燃料电池系统上且不会增加系统面积，增加系统可携带性。

附图说明

图1为示出本发明实施例的燃料电池系统的架构图；

图2为根据本发明的实施例，说明检测燃料电池氢气泄漏的方法的流程图；

图3为燃料电池模块的范例图；以及

图4为根据本发明的实施例，说明另一检测燃料电池氢气泄漏的方法的流程图。

上述附图中的附图标记说明如下：

100～燃料电池系统；110～燃料电池模块；

112～燃料电池；120～阀门；

130～控制板；132～感测及转换单元；

134～控制单元；136～电力开关；

140～储能装置；

202、204、206、208、210、212、214、216、218～方法步骤；

402、404、406、408、410、412、414～方法步骤。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1为示出本发明实施例的燃料电池系统的架构图。燃料电池系统100包括一燃料电池模块110、一阀门120、一控制板130以及一储能装置140。

燃料电池模块110具有至少一燃料电池112，每一个燃料电池各具有一个输出电压。燃料电池112数目根据系统负载的需求决定。普遍的应用是使用多个相同规格的燃料电池112串联以提升燃料电池模块110输出电压。在其他应用也可能是多组串联的燃料电池112相互并联形成一个燃料电池模块110。阀门120耦接到燃料电池模块110以及氢气来源，允许或阻隔氢气流到电池模块的一个ON/OFF装置。控制板130耦接到燃料电池模块110及阀门120。控制板130是系统的控制中枢，用以检测燃料电池模块110以及燃料电池112的输出电压，以判断电池是否有氢气泄漏的情形，若是，则控制板130会发出关闭的控制信号给阀门120。一储能装置140，例如是锂电池、镍氢电池及超级电容等，用以短暂提供电力给控制板130。

控制板130可能是独立的一个电路，可以接收、处理、传送各种信号。也可能包含数个单元，然后整合于控制板130。依据本发明实施例，控制板130包含一感测及转换单元132、控制单元134及电力开关136。感测及转换单元132用以检测串联的燃料电池112的端电压或燃料电池模块110的输出电压，并将其转换为数字信号，然后传送到控制单元134。控制单元134例如微处理器、微控制器、单片机、数字信号处理器等装置，则依据接收到的数字信号进行处理、分析及计算。依据本发明实施例，控制单元134会将串联的燃料电池112端电压的数字信号换算成各个燃料电池112的输出电压，然后比较各个燃料电池112输出电压与预设电压值，以判断输出电压是否有下降的情形。输出电压在此意指燃料电池112未接负载时的开路电压。预设电压值则是使用者依据燃料电池应用范畴或特性等所设定的电压值。举例来说，若正常燃料电池单位输出电压为0.6V至0.9V，则可设定预设电压值为0.5V。因此，假如某一个燃料电池的输出电压降低至预设电压值0.5V，表示此燃料电池112可能质子交换膜毁损导致氢分子穿透，进而使得电池的电压降低。当得到这种警讯时，控制单元134紧接着发出信号至阀门，使得阀门120阻隔氢气输入至燃料电池模块110。同样地，控制单元134也会比较燃料电池模块110的输出电压与一预设运转电压。在此输出电压是指燃料电池模块110接负载时所测量到的电压。此预设运转电压则是燃料电池模块110所接的负载可以运转的最低电压。当燃料电池模块110的输出电压小于预设运转电压，表示氢气泄漏造成燃料电池模块110电压降低。此时控制单元134也会发出信号至阀门120，以关闭阀门120。

储能装置140耦接控制板130，当燃料电池模块110未提供电力给控制板130时，储能装置140可暂时提供电力以维持电路运转。电力开关136，本质为一ON/OFF开关，设置于控制板130内，耦接控制单元134，接受控制单元134的信号可切换接点，以允许或阻隔来自燃料电池模块110的电力传送。当燃料电池模块110耦接负载时，电力开关136打开，允许燃料电池模块的电力提供给控制板130并且充电储能装置140。

图2为根据本发明的实施例，说明检测燃料电池氢气泄漏的方法的流程图。首先由方块202开始。当氢气进入燃料电池模块110后，使得燃料电池模块110可以进行发电，并将产生的电力供应给控制板130，然后启动周边装置以及充电储能装置140。接着控制板130的控制单位134命令电力开关136关闭，以切断燃料电池模块110连接控制板130，或是阻断燃料电池模块110连接到其他负载，使得燃料电池模块110形成开路。接着控制板130内的感测及转换单元132检测燃料电池112的端电压。燃料电池模块110通常是相同规格的多个燃料电池112串联组成，因此会有多个端电压形成，如图3所示。感测及转换单元132还要将感测到的燃料电池112端电压转换成数字信号才传送至控制单位134。接着控制板130的控制单元134根据所接收到的端电压数字信号计算出每个燃料电池112目前的输出电压值。

图3为燃料电池模块110的范例图，通过此范例描述燃料电池112的输出电压计算方式。如图所示，燃料电池模块110包含6个串接的燃料电池112(C1-C6)，因此分别有6个端电压V1、V2…V6产生。控制单元134接收到V1、V2…V6的数字信号之后，将V1减去V2可得到目前燃料电池C1的输出电压，以此类推可求出所有燃料电池112的输出电压。

之后再比较每个燃料电池112的输出电压与一预设电压。假如有一个燃料电池112的输出电压小于预设电压，则表示这一个燃料电池112有氢气泄漏的情形，控制单位134会命令阀门120关闭，禁止氢气继续输送。流程将到此结束。假如每一个燃料电池112的输出电压维持在大于预设电压，则表示目前没有氢气泄漏发生，流程回到方块202。控制板130再度打开电力开关136以及将燃料电池模块110连回负载。然后燃料电池模块110可继续供电给控制板130或负载以及充电储能装置140。之后重复上述流程进行检测。

图4为根据本发明的实施例，说明另一检测燃料电池氢气泄漏的方法的流程图。首先由方块402的流程开始。当氢气进入燃料电池模块110后，将产生电力供应控制板130，然后启动周边装置以及充电储能装置140。接着控制板130内的感测及转换单元132检测燃料电池模块110的输出电压并将之转换为数字信号。之后再比较燃料电池模块110的输出电压与一预设运转电压。众所皆知，当燃料电池模块110接上负载时，模块上的电压会下降，这是正常现象。但是当电压下降到一定程度而可能导致负载无法运转，那么就可能是燃料电池112氢气泄漏。这是因为当单一燃料电池112发生氢气泄漏时，相对的，燃料电池112串联电压也即燃料电池模块110电压，也会呈现下降。预设运转电压便是根据燃料电池模块110接上负载并发生氢气泄漏时所造成电压下降情况而决定的一个数值。假如燃料电池模块110输出电压小于预设运转电压，则表示这一个燃料电池模块110有氢气泄漏的情形，控制单元134会命令阀门120关闭，禁止氢气继续输送。假如燃料电池模块110的输出电压维持在大于预设运转电压，则表示目前没有氢气泄漏发生。此流程回到方块404，然后重复上述检测流程。

最后，本领域普通技术人员可认识到他们可以轻易地使用公开的观念以及特定实施例为基础而变更及设计可以实施同样目的的其他结构且不脱离本发明以及权利要求的范围。

Claims (13)

1.一种燃料电池系统，包括：

一燃料电池模块，包括至少一燃料电池；

一阀门，耦接该燃料电池模块以及一氢气来源，用以允许或阻隔氢气传输到该燃料电池模块；以及

一控制板，耦接该阀门以及该燃料电池模块，用以当该燃料电池模块未耦接负载时，检测该燃料电池的输出电压以判断氢气是否泄漏；

其中当该控制板判定氢气泄漏时，则控制该阀门阻隔氢气的传输。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该燃料电池模块是由多个燃料电池所串联。

3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中，该控制板依据所述多个燃料电池所产生的多个端电压，进一步换算出各该燃料电池所对应的输出电压。

4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其中该控制板比较所述多个燃料电池的输出电压与一预设电压，当其中一个所述多个燃料电池的输出电压低于该预设电压时，表示发生氢气泄漏。

5.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中该控制板还包含：

一感测及转换单元，用以转换所述多个燃料电池所产生的多个端电压为多个端电压数字信号；以及

一控制单元，耦接该感测及转换单元，换算所述多个端电压数字信号为各所述燃料电池所对应的输出电压数字信号，并且比较所述多个燃料电池的输出电压数字信号与一预设电压值，当其中一个所述多个燃料电池的输出电压数字信号低于该预设电压值时，表示发生氢气泄漏。

6.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中

当该燃料电池模块耦接负载时，该控制板检测该燃料电池模块的输出电压，以判断是否氢气泄漏。

7.如权利要求6所述的燃料电池系统，该控制板比较该燃料电池模块的输出电压与一预设运转电压，当该输出电压低于该预设运转电压时，表示发生氢气泄漏。

8.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中还包含一储能装置，耦接该控制板，用以在该燃料电池模块未耦接负载时提供电力给控制板。

9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中该控制板还包含：

一电力开关，用以允许或阻隔该燃料电池模块的电力传送；

一控制单元，耦接该电力开关单元，用以当该燃料电池模块耦接负载时，打开该电力开关，使得该燃料电池模块的电力提供给该控制板以及充电该储能装置。

10.一种检测燃料电池氢气泄漏的方法，包括：

提供一燃料电池模块，该燃料电池模块包含至少一燃料电池；

移除该燃料电池模块所连接的负载；

取得该燃料电池模块中各该燃料电池的输出电压；

比较该燃料电池的输出电压与一预设电压；以及

假如其中一个该燃料电池的输出电压小于该预设电压值，则判定氢气泄漏。

11.如权利要求10所述的检测燃料电池氢气泄漏的方法，还包含：

耦接该燃料电池模块至负载；

检测该燃料电池模块的输出电压；

比较该燃料电池模块的输出电压与一预设运转电压；以及

假如该燃料电池模块的输出电压小于该预设运转电压值，则判定氢气泄漏。

12.如权利要求10或11所述的检测燃料电池氢气泄漏的方法，还包含：当判定氢气泄漏时，则阻断氢气供应。

13.如权利要求10所述的检测燃料电池氢气泄漏的方法，其中取得该燃料电池的输出电压还包含：

测量串接的所述多个燃料电池的各端电压；

依据各端电压计算出各该燃料电池的输出电压。

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