TW200532981A - Cell maintenance device for fuel cell stacks - Google Patents

Description

200532981 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於燃料電池，且更具體言之，本發明係關於 一種用於燃料電池堆疊之電池維修裝置。 【先前技術】 燃料電池技術係採用化石燃料燃燒的更習知之能源的替 代能源。燃料電池通常自燃料及氧產生電、水及熱量。更 具體言之，燃料電池自化學氧化還原反應提供電並擁有在 清潔度及效率方面超過其它形式之電能產生方式的顯著優 點。通常，燃料電池採用作為燃料的氫及作為氧化劑的氧。 電能產生與反應物消耗率成比例。 抑制燃料電池之更廣泛使用的一顯著缺點為缺少普遍的 虱基本設施。氫具有相對低的體積能量密度並比目前用於 大夕數發電系統的烴類燃料更難以儲存及運輸。一種克服 此困難之方式為使用，，燃料處理器，，或，，重整器，，以將烴轉換 為萄虱氣體流，其可用作燃料電池之給料。基於烴的燃料 (諸如天然氣、LPG、汽油及柴淨）需要轉換以用作大多數燃 料電池之燃料。當前技術使用能將一最初轉換過程與若干 個淨化過程結合之多步過程。該最初過程最經常為蒸氣重 整（"SR”）、自熱式重整（”ATR”）、催化部分氧化或 非催化部分氧化（"POX”）。淨化過程通常包含脫硫、高溫水 煤氣切換、低溫水煤氣切換、選擇性C0氧化或選擇性c〇 甲烷化之-組合。替代過程包括氫選擇性膜反應器及過濾 97794.doc 200532981 因此’可使用許多類型的燃料；其中一些與化石燃料混 合^旦理想燃料為氫。若燃料為（例如）氫，則燃燒過程十分 清潔且按照實際情況在熱消能及/或消耗與電消耗後僅： 下水。最易麟得之燃料（例如’天然氣、丙院及汽油）及甚至 較不普遍的燃料（例如，甲醇及乙醇）在其分子結構中均包括 氫。因此一些燃料電池建構採用一”燃料處理器"，其能處 〃特殊i、:料以產生用於對燃料電池供燃料的相對純淨的 氫流。 在用於燃料處理器的f子交換膜（,，pEM，,）燃料電池中出 現的-問題為在稀有金屬催化反應器㈣催化劑上形成過 氧化氫。PEM燃料電池中之—衰減模式歸因於在燃料電池 陽極處形成過氧化氫。過氧化氫當前限制了 PEM燃料電池 壽命。”此機制首先在20世紀60年代由Α·Β· LaC〇nti闡明。參 見· Mechamsms 〇f membrane degradati〇n ㈣乂丽 electrolyte membrane fuel cells and systems，PEMFC)，，，Α·Β·

LaC〇ntl、Μ· Hamdan 及 R.c. McDonald ^Handbook of Fi^l _’·第3卷’第49章，第647_662頁，由w·㈣他卜a·

Lamm及 Η· Gasteiger編輯，Wiley，Chichester υκ，2〇〇3。 過氧化氫為能腐蝕燃料電池膜的強氧化劑。其通常藉由氧 自燃料電池陰極擴散至陽極來形成。圖〗中之圖表展示了即 使/、有非常低的氧分壓，過氧化物之分壓在陽極電位（〜〇·〇 伏特）處仍可相當咼。自圖i可瞭解，若陽極電位提高2⑼毫 伏特’則過氧化物濃度降低三個數量級。 更具體言之，氧化鉑對氧還原而言為相對惰性之催化 97794.doc 200532981 劑。根據以下平衡關係鉑形成了水合氧化物Pt(0H)2:

Pt+H20—PtO+2H++2e-Pt0+H20—Pt(OH)2 用於形成水合氧化物的平衡電位由以下給出：

E〇 = 0.98-.0591 pH

Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions (第二版）’ M.J.N· Pourbaix，NACE，Houston，TX 1974， 第3 79頁（’’P〇urbaix”）。Pourbaix亦展示了如何可形成更高氧 化物。此外，Pourbaix展示了 Pt、PtO、Pt〇2及pt2 +離子之間 的複雜關係。 此等反應之結果及關係在圖2中展示，該圖2係自P〇urbaix 修改而得。圖2展示了其中pt不腐蝕的抗擾性域及其中扒腐 蝕為穩定的水合氧化物的鈍化區域。該等氧化物對氧還原 並不特別具有催化性。圖2之檢測展示了使陰極電位下降至 實線200以下將使氧化鉑不穩定且使金屬穩定。若允許陰極 電位移至線2 〇 〇以上’則氧化物將變得穩定且金屬將不穩 定。該過程亦複雜，因為局部pH亦對該過程具有影響。如 可在高電流條件（例如，因為陰極質子消耗）下發生的增加 pH將有利於在較低陰極電位下形成氧化物。 此等及其它相似問題已為吾人所熟知超過4〇年。在此期 間’此項技術已設法發現對此等挑戰之一技術上可行、經 濟上可行的解決方法。來自替代技術的競爭加劇了該問 題’該等替代技術已能夠以極低的成本產生並提供功率， 此部分歸因於一已安裝的基本設施。已提出了一些途徑， 97794.doc 200532981 但無一獲得商業接受。 本發明係針對解決❹少是減少—個相有上述 【發明内容】 本發明包含一種用於維修一燃料電池堆疊之電池的方法 及設備。該設備包括一燃料電池維修裝置，其包括用於施 加一低阻抗橫跨一燃料電池堆疊之至少一電池的構件，、例 如一切換器及一脈衝產生器。該脈衝產生器能夠(例如)在切 換器閉合時透過低阻抗施加構件將脈衝輸送至該至少—電 池之陰極。該方法無障礙地維修—燃料電池堆疊之電池， 並包括順次將脈衝輸送至—燃料電池堆疊中的複數個電池 之陰極’以及在順次將脈衝輸送至該電池之陰極的同時， 對能將功率提供給該燃料電池堆疊之一負載的一致數目之 電池進行維修。 【實施方式】 ;、以下描述了本發明之說明性實施例。為清晰起見，在此 說明書巾並m —實際建構之所有特徵。當然應瞭解， =任何此實際實施例的發展中，必須作出許多建構特定決 策以達成發展者之特定目標，諸如順從系統相關及商業相 關之約束，其將隨建構不同而不$。此外，應瞭解，即使 此發展努力複雜且費時’其對於受益於此揭示内容之熟習 此項技術者而言將為一例行事業。 現參看圖式，圖3說明了本發明之特殊實施例3〇〇。在該 貫細例300中，燃料電池維修裝置維修燃料電池堆疊Mg 之電池306(僅指不一個）。該燃料電池維修裝置3〇3包含切換 97794.doc 200532981 器312及脈衝產生器315。該切換器312包括一能夠使該燃料 電池堆疊309之至少一電池306短路的繼電器318及一能夠 驅動該繼電器318的介電絕緣驅動器321。在一特殊實施例 中，繼電器318可為固態繼電器，諸如此項技術中已為吾人 所熟知之繼電器。當切換器312閉合時，脈衝產生器315能 夠透過切換器312將脈衝輸送至燃料電池堆疊3〇9之至少一 電池306的陰極324。脈衝產生器315產生了一在下文中給予 了更完整的描述的數位脈衝。 應注意到，切換器3 12在閉合時提供一低阻抗橫跨（多個） 電池306，此引起一外部電流流動。該外部電流接著將電池 電壓降低至所要值，此在下文中給予了更完整的討論。因 此，一些實施例可省略切換器312，其限制條件為其採用某 一其它機構來引入低阻抗橫跨該（該等）電池3〇6。因此，藉 由實例及說明，切換器312僅為一用於當該（該等）電池3〇6 之陰極受脈衝作用時施加一低阻抗橫跨該（該等）電池3〇6的 構件。 在圖3之實施例中所示之用於將脈衝輸送至電池3〇6之陰 極324的途徑可外推至涵蓋複數個電池寫。在圖4八中說明 了 一個此實施例400。在圖4A中，燃料電池維修裝置包含複 數個切換器312。每一切換器312均閉合以允許脈衝產生器 315將脈衝輸送至個別電池3〇6的陰極324。在所說明之實施 例中，控制電路406逐次閉合切換器312使得電池则之陰極 324順次受脈衝作用。透過―多卫器將脈衝傳輸至驅動器。 該脈衝亦用於對計數器進行計時以定址多工器，該多工写 97794.doc 200532981 順次選擇驅動器，所有均在下文中給予了更完整地揭示。 在一些實施例中，可由脈衝產生器315透過相同的切換器 3 12將脈衝輸送至燃料堆疊3〇9中之多個電池3〇6的陰極 324。在圖4B_展示了 一項此實施例412。因為僅存在一個 切換器3 12，所以不存在對圖4A之實施例3〇〇中的控制電路 406之相應物的需要。然而，以與其中將圖4A中之實施例3〇〇 外推的方式相似的方式可將實施例412外推跨越燃料堆疊 309之額外電池306。在此等實施例中，應採用實施例3〇〇中 的控制電路406之一相應物以控制切換器3丨2的串行操作。 由脈衝產生器315輸出之脈衝的電特徵可影響本發明之 效能。吾人已知，在低於〇·6 V的電池電壓下，自陰極鉑催 化劑中去除氫氧化物，且在該過程中活化了催化劑。然而， 將脈衝輸送至電池電壓及脈衝振幅大小與工作循環對此脈 衝輸送過程之效力的影響先前在此項技術中並不為吾人所 熟知。 圖5呈現了 一將一藉由脈衝輸送而運行之電池與一藉由 穩定電流而運行之電池比較的效能曲線圖。該等效能曲線 圖展示了電流-脈衝輸送導致電池效能顯著改良。應注意 到，此等數據為每一電壓下之平均電流密度。在下文中所 展示之曲線圖的脈衝輸送條件如下：在每12〇秒中5秒具有 0.05 V脈衝。該效能藉由更短、頻率更高之脈衝來改良，如 圖5中所示，其中曲線500代表經電流助推之燃料電池的效 月b且曲線5 0 5代表穩定燃料電池的效能。在以下條件下自對 2_5πχ2·5"單石墨電池所進行的測試而產生該曲線：15〇>之 97794.doc •10- 200532981 電池溫度、120°F之飽和溫度、在陰極上具有l〇 psig之背 壓、在陽極上具有8 psig之背壓、20%之Uh及30%之Uo。此 等相同的條件亦用於產生下文所呈現的資訊。 脈衝振幅大小為一重要的電特徵。在一電池上脈衝在〇·4

V與0·〇5 V之間變化且每120秒持續5秒。表1在第二及第三 行中展示了在脈衝後1 〇秒及3〇秒的電流密度。應注意到， 〇·3 V及0.4 V脈衝皆不運行得足夠長以達到穩定點。平均電 流密度已比表1中所指示的數字下降得更多。在所有其它因 素皆相等之情況下，每一電池之電位愈低，則效能就愈好。 由於實際的原因，可能每一電池難以達到〇·2 V以下，但 電路應允許該電池達到〇·3 ν以下。在一些實施例中，低_ 電壓/间電流需求可能需要一次對一個以上電池進行脈衝 輸送，如在圖4Β中之實施例412中。

、脈衝的長度及頻率亦很重要。電池之效能在每一脈衝;

減乂。在下文圖6中展示了一典型實例，其呈現在ο ν下: 1秒脈衝後立即緊隨之雷、吞 丄 桃哀減。在农減週期期間電池保4 =二此:線圖指示脈衝之間的-更短週期將有利。， 机/皿度、壓力皆保持怔定時 頻率的脈衝盥更县脐朱β $ 尺姐长展及文r 長脈衝及更長週期比較。結果展示於表: 97794.doc • 1】- 200532981 中。該表中最後-行展示了每—脈衝之間的平均電流密 度’在此時間期間電池電壓保持在G 7V。來自電池的功率 可由（1-工作循環）*平均功率來計算。因此，短頻率脈衝優 於長頻率脈衝。然@ ’電池之電容限制了脈衝可多短的程 度。如在圖7中所示之示波器數據中可見，其中上跡線700 及下跡線703分別代表電流及電壓，電池之電壓需要几至 1〇0 ms以攀升回到其基線狀態。類似地，電池之電容限制 了電池之電塵下降至其脈衝位準的速度。在圖7中，電愿需 要約100 ms以衰減至〇.4 v。

—：. _—表2·脈衝長度及頻率 脈衝長度巾畐 __ 大小（v) A

圖7展示了電池對負載電阻自約32㈤口至約i2 之變化 的回應滿谷里之電池將需要該電路之較低電阻降至〇·4 V σ人可見，電池的電壓由於電池電容而改變得呜電流鲁 慢。亦展不了在電池電壓減少至其"脈衝位準，，之前且在短 路之後，最初需要驅動稍稍較高之電流穿過電路。 該電池亦以在〇·2 ¥與〇8 ¥之間循環，其中脈衝寬度為 0.5秒、週期為15秒且工作循環為3 33%。如圖8中所示，其 中跡線800代表隨時間之電壓，且跡線803代表隨時間之電 机，電池在0.8 V下保持接近3〇〇 ASF之平均電流密度。當 脈衝輸送被中斷時’電流密度減少至丨8〇 ASF以下並繼續下 降直到重新開始脈衝輸送，纟此點纟電池的電流密度攀升 97794.doc -12- 200532981 至接近300 ASF。 本發明之任何給定實施例之建構將視燃料電池之尺寸、 燃料電池之效能及電池在峰值之間運行的電壓而定。表3指 示出在設計一用於堆疊的電池維修裝置時之一些考慮點。 通常，將電池電流密度自600變至1200 ASF已足夠將電池電 位驅動至0.2 V，從而將流保持恆定且設定為26 amps(600 ASF)。由於該等試驗在非常低的利用率下完成，所以電流 所需之實際值可能小於測試所預測的值。下文中所示的值 為基於藉由稍稍較少氣流而完成之試驗的最佳預測值。其 它考慮包括： •在一些實施例中脈衝電壓（列為〇·2 V)可能並不足以驅 動足夠電流穿過外部電路，且因此在一些實施例（例 如，圖4B的實施例312)中可能需要一次脈衝輸送一個 以上電池或每個電池具有一個以上電路。舉例而言， 為了驅動足夠電流穿過MOSFET切換器，需要增加由 燃料電池所供應之汲極至源極電壓（Vds)。藉由將脈衝 輸送至可連接至^一個以上電池（例如，2、3或更多個電 池）的MOSFET切換器可輕易實現Vds的添加。 •穿過堆疊的更大電流減少了穿過該電路所需之電流 的量以達到所要之脈衝電壓。舉例而言，在表3的第！ 及第2列中為一堆疊在每一電池〇·8 V及300 ASF下運 行的情況及一堆疊在每一電池〇·7 v及5〇〇 ASF下運 行的情況。為了將0.8 V的電池驅動低至〇·2 v，需要 貝穿外部電路之72 Amps。為了將0.7 V電池驅動至〇·2 97794.doc -13- 200532981 v ’僅需要貫穿外部電路之40 Amps。 •較小電池尺寸類似地減少了將電池驅動至適當的電 壓（<〇·3 V)所需的電流量。其它考慮仍可在其它實施 例中開始起作用。 表3.預測值 J堆4 電池區域(ft2) 堆疊 電流 V脈衝 I總 ASF助推 I電路 300 0.16 48 02 120 750 72 500 0.16 80 0.2 120 750 40 300 0.1 30 0.2 75 750 45 500 0.1 50 0.2 75 750~' 25 圖9說明了 一特殊實施例9〇〇，其中本發明用於以不影響 燃料電池堆疊906之負載（未圖示）的方式來維修燃料電池堆 疊906之電池903。燃料電池堆疊906包含複數個電池 903〇·903Ν。每一電池903(τ903Ν均具有一並聯電連接跨過電 池903〇-903Ν的個別切換器912〇_912Ν。每一切換器912均包 含一與雪崩二極體91 8(僅指示一個）並聯的金氧半場效電晶 體（’’MOSFET’’’僅指示一個）915。該MOSFET915及雪崩二 極體91 8共同作用，如圖3中之繼電器318一樣。如上文所說 明，MOSFET 915及雪崩二極體918可封裝在一起而作為一 固態繼電器。然而，一些實施例可採用離散]^〇81?£7 915 及雪崩二極體918或將MOSFET 915及雪崩二極體918整合 為-單個封裝物。每一切換器912〇_912n均亦包括一能驅動 MOSFET 915及雪崩二極體918的介電絕緣二極體92ι(僅指 示一個）。 脈衝產生器924產生一串脈衝927，根據上文所闡述之考 慮來判定該等脈衝927之特徵。控制電路933中的計數器 97794.doc -14· 200532981 接收作為時脈的脈衝串，意即，脈衝串亦驅動計數器93〇。 將計數（即，Q0-QN)輸出至控制電路933的多工器936，其亦 接收在其COM輸入處的脈衝串。多工器㈣將該脈衝串輸出 至所選之由計數器930的計數來判定的線CH0-CHn上。因 此，每次脈衝產生器924產生脈衝927時，計數器93〇的計數 均遞增且多工器936選擇下—線CHq_CHn作為其對脈衝927 的輸出。當計數器930計數至N時，其重設至Q。對於由脈衝 產生器924所產生之脈衝串中的每一脈衝927而言，一電池 9〇30-903N被脈衝輸送。在此特殊實施例中於任何給定時間 僅有一個電池903G-903N被脈衝輸送。 每一電池9〇3〇-903n的陰極939〇_939n因此個別地一次一 個逐次且連續地被脈衝輸送，意即脈衝輸送自一電池 903G-903N#換至另一電池，而非打開及關閉至單個電池 9〇30-903n。由於有且僅有一個電池9〇3「9〇3n在任何給定時 間被脈衝輸送，所以燃料電池9〇6之負載接收來自電池 9〇30-9〇3ν_]之功率。然而，應注意到，在—些實施例中 兩個電池或兩個以上電池903(r903N可以此方式（意即，逐次 且連續地）被脈衝輸送。因此電池9〇3〇_9〇3n的維修不影響負 載且至，負載之功率保持在一恆定位準，因為不被脈衝輸送 之電池903〇-903ν的數目保持恆定。 應注意到，圖9之實施匈900包括一自機料電池堆疊9〇6 開始的電壓回程942,該堆疊9〇6用以將〇(：：功率提供給（例如） 脈衝產生器924、計數器930及多工器936的電子電路。在電 壓回程942中提供電壓調節器945以將傳回之電壓調節至電 97794.doc • 15 - 200532981 子電路所利用的位準。因此實施例900無需用於電子電路的 外部功率供應。然而，一些實施例可選擇提供此外部功率 源並去除電壓回程942。

本發明亦可用以處理除在燃料堆疊中的電池陰極上形成 過氧化氫以外的其它維修問題。舉例而言，一些燃料電池 應用中的另一問題為一氧化碳在催化劑上的積聚。當存在 於PEM燃料電池陽極處時，一氧化碳較佳吸附於其催化劑 表面上。適用於氫之氧化的表面被還原且適用於氧化的區 域必須在比若整個催化劑表面可用時更高的局部電流密度 下操作由一氧化碳覆蓋之表面區域的摩擦由吸附等溫線 控制。溫度愈高，則由一氧化碳覆蓋的表面區域愈小。 此在稀有金屬催化之反應器中亦成立。此等反應器被稱 為選擇性氧化器或較佳氧化器。此等反應器用以自氣體流 移除痕塁之一氧化碳。此等反應器中的催化劑粒子之特徵 在於與σ人已歸因於燃料電池陽極相同的化學吸附現象。

在氧化奴與氧之間存在競爭吸附。隨著此等反應器中溫 度的增加，由一氧化碳覆蓋的表面區域被還原且更多表面 適用於氧化。一氧化碳至二氧化碳的化學氧化率由以下給 出：

Nc〇2^/^^=K[〇2]/[CO] 其中：

Nc〇2^A^為二氧化碳之發展速率； [〇2]為氧濃度；及 [C0]為一氧化碳濃度。 97794.doc •16· 200532981 义Be_’ 如此意謂反應速 率與一氧化碳濃度成反比。 由於一氧化碳的氧化強烈放熱，所以經常發生選擇性氧 化反應益發展一”熱點”，在此點處溫度高地足以允許足夠 的氧吸附並與化學吸附的一氧化碳反應。通常將習知之選 擇性氧化器設計使其"熱點"在反應器末端處。當所有氧消 失時’此使熱氣自催化劑出來。若當氧被移除時允許執氣 ㈣催：劑，則其將發生二次切換並自氫及二氧化碳形成 氧化奴。此使得非常難以改變選擇性氧化器中的流，而 吾人希望在負載變化條件下進行此操作。 現參看圖3’由本發明所採用之用以同時將脈衝輸送至陽 極327以及陰極324的技術。應注意到，儘管過氧化氣形成 係所有燃料電池中之問題，但是一氧化碳形成係主要在使 用重組燃料流之建構中的問題。相反，-氧化碳形成將不 成為問題’其中燃料電池堆疊由純氫來供燃料。因此，除 陰極324以夕卜，並非所有實施例均將脈衝輸送至陽極奶。 此、Q束了洋細描述。上文所揭示之特殊實施例僅具有說 明性，因為本發明可經修改或以受益於本文之教示的孰習 t項技術者所瞭解的不同但等效的方式實踐。此外，並不 意欲_本文所示之構造或設計的詳情，除非如下文申請 專利範圍中指述。因此可顯而易見，可改變或修改上文所 揭示之特殊實施例且認為所有此等變化均在本發明之範嘴 及精神内。因此，水^女卢片n , 不文所抓哥的保護如下文申請專利範圍 中所闡述。 97794.doc 200532981 【圖式簡單說明】 圖1用圖表表示了如已以習知方式而被熟知之氧對電極 電位之分壓； 圖2說明了如已以習知方式而被熟知之25t下鈾之腐 蝕、抗擾及鈍化的理論區域； 圖3說明了根據本發明之燃料電池維修裝置的一特殊實 施例； 圖4 A及圖4B說明了本發明之替代實施例；

圖5呈現了一將一藉由脈衝輸送而運行之電池與一藉由 穩定電流而運行之電池比較的效能曲線圖； 圖6用圖表表示了電池電流對比在收到一脈衝後的時間； 圖7用圖表表示了隨時間之電池電壓及電池電流，· 圖8用圖表表示了隨時間之電流密度及電池電壓，·及 圖9田說明了本發明之一特殊建構，其中以不影響該燃料電 池堆璺之負載之方式維修一燃料電池堆疊之電池。

、儘官本發明易受各種修改及替代形式影響，但是該等圖 式說明了本文中藉由實例而詳細描述之特^實施例。然而 應理解，本文特定實施例之描述並非意欲將本發明限制至 所揭示之特殊形式，而是減，本發明將包含在如由附加 之申請專利範圍所界定的本發明之精神及範缚内的所有修 改、等效物及替代物。 ^ 【主要元件符號說明】 300、400、412、900 實施例 303 燃料電池維修裝置 97794.doc 18- 200532981 306、903〇-903n 電池 309 > 906 燃料電池堆疊 312 > 912〇-912n 切換器 315 、 924 脈衝產生器 318 繼電器 321 介電絕緣驅動器 324、9390-939n 陰極 327 陽極 406 、 933 控制電路 500 、 505 曲線 700 - 703 > 800 - 803 跡線 915 MOSFET 918 雪崩式二極體 921 介電絕緣二極體 927 脈衝 930 計數器 936 多工器 942 電壓回程 945 電壓調節器 97794.doc -19-

Claims (1)

1. 200532981 十、申請專利範圍： 1 · 一種燃料電池維修裝置，其包含： 一切換器；及 脈衝產生，其能夠在該切換器閉合時透過該切換 器將脈衝輸送至一燃料電池堆疊的至少一電池之一陰 極。 2.如請求項1之燃料電池維修裝置，其中該切換器包含： 一繼電器，其能夠使一燃料電池堆疊之該電池短路；及 一能夠驅動該繼電器之介電絕緣驅動器。 3·如請求項2之燃料電池維修裝置，其中該繼電器包含一固 態繼電器。 4·如請求項2之燃料電池維修裝置，其中該繼電器進一步能 夠使該燃料電池堆疊的一第二電池短路。 5 ·如請求項1之燃料電池維修裝置，其進一步包含： 一第二切換器，當該第二切換器閉合時，該脈衝產生 器能夠透過該第二開關將脈衝輸送至一第二電池之一陰 極；及 一控制電路，其能夠控制該脈衝產生器輸出被傳輸至 該第一繼電器及該第二繼電器中之哪一者。 6.如請求項5之燃料電池維修裝置，其中該第二切換器包 括： 一第二繼電器，其能夠使一燃料電池堆疊的至少一第 二電池短路；及 一第二介電絕緣驅動器，其能夠回應於該脈衝產生器 97794.doc 200532981 輸出來驅動一第二繼電器。 7·如請求項6之燃料電池維修裝置，其中該第一繼電器及該 第二繼電器中之至少一者進一步能夠使該燃料電池堆疊 之一第三電池及一第四電池中的一者短路。 8.如請求们之燃料電池維修裝置，其中該切換器及該脈衝 產生盗中之至少一者能夠接收自該燃料電池堆疊傳回的 功率。 9·如請求項8之燃料電池維修裝置，其進一步包含一電壓調 節器，其耦接至該切換器及該脈衝產生器中之至少一 者，並經組態以接收自該燃料電池堆疊傳回的該功率。 I 〇·如明求項1之燃料電池維修裝置，其中當該切換器閉合時 該脈衝產生器能夠將脈衝輸送至一第二電池的一陰極。 II · 一種燃料電池維修裝置，其包含： 至少一繼電器，其能夠使一燃料電池堆疊的至少一電 池短路； 一能夠驅動該繼電器之介電絕緣驅動器；及 一脈衝產生器，當該介電絕緣驅動器閉合該繼電器以 使該電池短路時，該脈衝產生器能夠透過該繼電器將脈 衝輸送至該電池之一陰極。 12.如請求項11之燃料電池維修裝置，其中該繼電器包含一 固態繼電器。 1 3 ·如請求項11之燃料電池維修裝置，其中該繼電器進一步 能夠使該燃料電池堆疊之一第二電池短路。 14·如請求項11之燃料電池維修裝置，其進一步包含： 97794.doc 200532981 —第二繼電器，其能夠使一燃料電池堆疊之至少一第 一電池短路； •第—介電絕緣驅動器，其能夠回應於該脈衝產生器 輸出來驅動第二繼電器；及 控制電路，其能夠控制該脈衝產生器輸出被傳輸至 該第一繼電器及該第二繼電器中之哪一者。 15·如請求項14之燃料電池維修裝置，其中該第一繼電器及 忒第一繼電器中之至少一者進一步能夠使該燃料電池堆 疊之一第三電池及一第四電池中的一者短路。 16·如請求項丨丨之燃料電池維修裝置，其中該繼電器、該介 電絕緣•驅動器及該脈衝產生器中之至少一者能夠接收自 該燃料電池堆疊傳回的功率。 17.如請求項16之燃料電池維修裝置，其進一步包含一電壓 调郎器’该繼電器、該介電絕緣驅動器及該脈衝產生器 中之至少一者能夠透過該電壓調節器來接收自該燃料電 池堆疊傳回的功率。 1 8 ·如請求項11之燃料電池維修裝置，其中當該介電絕緣驅 動器閉合該繼電器以使該電池短路時，該脈衝產生器能 夠透過該繼電器將脈衝輸送至一第二電池之一陰極。 19 · 一種用於一包括至少一燃料電池之燃料堆疊的燃料電池 維修裝置，該燃料電池維修裝置包含： 至少一繼電器，其被並聯地電連接跨過該電池； 一介電絕緣驅動器’其與該繼電器可操作地相關聯以 驅動該繼電器；及 97794.doc 200532981 一脈衝產生器，其被電連接至該介電絕緣驅動器，以 。《亥；I電絕緣驅動恭閉合§亥繼電器時，透過該繼電器將 脈衝輸送至該電池之一陰極。 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 如請求項19之燃料電池維修裝置，其中該繼電器包含一 固態繼電器。 如請求項19之燃料電池維修裝置，其中該繼電器進一步 被並聯地電連接跨過該燃料電池堆疊之一第二電池。 如請求項19之燃料電池維修裝置，其進一步包含： 一第二繼電器，其被並聯地電連接跨過一燃料電池堆 疊之一第二電池； 一第二介電絕緣驅動器，其能夠回應於該脈衝產生器 輸出來驅動第二繼電器；及 一控制電路，其能夠控制該脈衝產生器輸出被傳輸至 該第一繼電器及該第二繼電器中之哪一者。 如凊求項22之燃料電池維修裝置，其中該第一繼電器及 忒第二繼電器中之至少一者進一步被並聯地電連接跨過 該燃料電池堆疊之一第三電池及一第四電池中的一者。 如請求項19之燃料電池維修裝置，其進一步包含一自該 燃料電池堆疊至該脈衝產生器、該繼電器及該介電絕緣 驅動器中之至少一者的功率回程。 如請求項24之燃料電池維修装置，其中該功率回程包括 一電壓調節器。 如請求項19之燃料電池維修裝置，其中： 該繼電器被並聯地電連接跨過一第二電池；及 97794.doc 200532981 "亥脈衝產生器被電連接至該介電絕緣驅動器，以當該 ;1電絕緣驅動器閉合該繼電器時，透過該繼電器將脈衝 輸送至該第二電池之一陰極。 27. —種設備，其包含： 一燃料堆疊，其包括複數個電池； 一切換器組，其包括複數個切換器，其中每一切換器 均被並聯地電連接跨過該等電池中之至少一者； 一脈衝產生器，其能夠在該個別切換器閉合時將脈衝 輸送至該等電池之該等陰極；及 一控制電路，其串聯地電連接於該脈衝產生器與該切 換器組之間以順次打開並閉合該等切換器。 28. 如睛求項27之設備，其中每一切換器包含： 一繼電器’其能夠使一燃料電池堆疊之至少一電池短 路；及 一能夠驅動該繼電器之介電絕緣驅動器。 29. 如請求項28之設備’其中該繼電器包含一固態繼電器。 3 0·如請求項28之設備，其中該繼電器進一步能夠使該燃料 電池堆疊之一第二電池短路。 31. 如請求項27之設備，其中每一切換器均能夠使複數個電 池短路。 32. 如請求項27之設備，其中該切換器組及該脈衝產生器中 之至少一者能夠接收自該燃料電池堆疊傳回的功率。 33·如請求項32之設備，其進一步包含一電壓調節器，該切 換器組及該脈衝產生器中之至少一者能夠透過藉由該電 97794.doc 200532981 34. 35. 36. 37. 38. 39. 壓調節器來接收自該燃料電池堆疊傳回的功率。 如請求項27之設備，其中該等電池為質子交換膜燃料電 池。 如請求項27之設備，其中控制電路包括： 一由一時脈驅動之計數器；及 =多工器，其回應於該計數器之該計數，將該脈衝產 生器之該輸出多工操作至該等切換器。 一種用於無障礙地維修一燃料電池堆疊之該等電池的方 法，該方法包含： 順次將脈衝輸送至一燃料電池堆疊中之複數個電池 該等陰極；及 ' 在順次將脈衝輸送至該等電池 月&將功率提供給該燃料電池堆疊 该等電池進行維修。 之该等陰極的同時，對 之一負載的一致數目之 如巧求項36之方法，其中將脈衝輸送至該等陰極包括： 產生一脈衝串；及 順次將該脈衝串供應給該 如請求項37之方法，其中順 池包括： 荨電池。 次將該脈衝串供應給該 等電 脈=::一應:=電池…-第-電“將 將該脈衝串 至一第二電池 如請求項36之 之該供應自該燃料堆疊之該第一電池切換 以將脈衝輸送至其之一陰極。 、 方法，其中順次將脈衝輸送至該等電池之 97794.doc 200532981 該等陰極包括： 將該脈衝串供應給該燃料電池堆疊之一第一電池以將 脈衝輸送至其之一陰極；及 將該脈衝串之該供應自該燃料堆疊之該第一電池切換 至一第二電池以將脈衝輸送至其之一陰極。 40. —種用於無障礙地維修一燃料電池堆疊之該等電池的方 法，該方法包含： 產生一脈衝串； 將該脈衝串供應給該燃料電池堆疊之一第一電池以將 脈衝輸送至其之一陰極；及 將該脈衝串之該供應自該燃料堆疊之該第一電池切換 至一第二電池以將脈衝輸送至其之一陰極。 41. 如請求項40之方法，其中將該脈衝串供應給該第一電池 包括對該脈衝串中的該等脈衝進行計數且切換該供應包 括回應羚該計數來切換蹿供應。 42. 如請求項4〇之方法，其中·· 將該脈衝串供應給該第一電池以將脈衝輸送至其之該 陰極包括，將該脈衝串供應給該燃料電池堆疊之一第一 對電池以將脈衝輸送至其之該等陰極，其中該第一對包 括該第一電池；及 將該脈衝串之該供應.自該燃料堆疊之該第一電池切換 至该第二電池以將脈衝輸送至其之該陰極包括，將該脈 衝串之該供應自該第一對電池切換至一第二對電池以將 脈衝輸送至其之§亥等陰極，其中該第二對電池包括該第 97794.doc 200532981 二電池。 43· —種燃料電池維修裝置，其包含： 用於施加一低阻抗橫跨一燃料電池堆疊之至少一電池 ‘的構件；及 一脈衝產生器，其能夠透過該低阻抗施加構件將脈衝 輸送至該至少一電池之一陰極。 44·如請求項43之燃料電池維修裝置，其中該低阻抗施加構 件包括一切換器，其在被閉合且自該脈衝產生器接收一 脈衝時施加該低阻抗。 45.如請求項44之燃料電池維修裝置，其中該切換器包含： 一繼電器’其能夠使一燃料電池堆疊之該電池短路； 及 一能夠驅動該繼電器之介電絕緣驅動器。 46.如請求項45之燃料電池維修裝置，其中該繼電器包含一 固態繼電器。 47·如請求項45之燃料電池維修裝置，其中該繼電器進一步 能夠使該燃料電池堆疊之一第二電池短路。 48·如請求項43之燃料電池維修裝置，其進一步包含： 用於施加一低阻抗橫跨一燃料電池堆疊之至少一第二 電池的第二構件；及 -控制電路，其能夠控制該脈衝產生器輸出被傳輸至 該第-低阻抗施加構件及該第二低阻抗施加構件中之 一者。 49. 如請求項48之燃料電池維修裳 置’其中該第二低阻抗施 97794.doc 200532981 加構件包括一第二切換器，其在閉合且自該脈衝產生器 接收一脈衝時施加該低阻抗。 5〇·如請求項49之燃料電池維修裝置，其中該第二切換器包 括： 一第二繼電器，其能夠使一燃料電池堆疊之至少一第 二電池短路；及 一第二介電絕緣驅動器，其能夠回應於該脈衝產生器 輸出來驅動一第二繼電器。 51.如請求項50之燃料電池維修裝置，其中該第一繼電器及 该第二繼電器中之至少一者進一步能夠使該燃料電池堆 疊之一第三電池及一第四電池中之一者短路。 52·如請求項43之燃料電池維修裝置，其中該低阻抗施加構 件及該脈衝產生器中之至少一者能夠接收自該燃料電池 堆疊傳回的功率。 53·如請求項52之燃料電池維修裝置，其進一步包含一電壓 °周卽裔’其麵接至该切換為及該脈衝產生器中之至少一 者，並經組態以接收自該燃料電池堆疊傳回的該功率。 54·如請求項43之燃料電池維修裝置，其中該脈衝產生器能 夠透過該低阻抗施加構件將脈衝輸送至一第二電池之一 陰極。 97794.doc