TW201128845A - Parallel fuel cell electrical power system - Google Patents

Description

201128845 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係為一種並聯式燃料電池電力系統，特別為一種將 固定功率之燃料電池堆組合成不同功率輸出之並聯式燃料電 【先前技術】 種無污染的綠色發電技術，而此 ，直接將燃料中的化學能轉換成 燃料電池（Fuel Cell)為一 一發電技術是利用電化學原理 電能’並釋放出熱能的裝置。 燃料電池疋透過氧化劑與質子源形式的燃料進行電化學 ，應來^電流及水的電化學裝置。其中，最f見的燃料是氣 氣—而最吊見的氧化劑疋氧氣’並且—般是以氣流形式輸送。 於貫務上係將燃料輸送至燃料f池的陽極區域，將氧化劑輸送 至燃料電池的陰極區域’且用-種離子可滲透的電絕緣膜將陽 純域與陰極區域分開，而電絕緣膜則可視其適合的特性並依 照燃料電池的設計與操作條件來挑選。 、、&m料電池所產生的電流可藉由將二或多個燃料電 連、。在起來增補。通常將相連的複數個燃料電池稱作燃料 /也堆’而燃料電池堆裡的燃料電池—般是以串聯連結。此 夕’可將簡電池堆併人燃料電㈣統内，韻電池系統通常 :括：於燃料電池堆的氫氣或其它燃料來源，且一般亦包括其 匕用“幫助燃料與氧化劑轉換成電力的、組件。 燃料電池堆之設計通常輸出的功率大小皆為固定，於應用 201128845 上，常會因使用功率需求範圍不同而造成使用上之困難。有鑑 於此，如何有效地將固定功率之燃料電池堆組合成不同功率輸 出之電壓，實為重要之研發課題。 【發明内容】 本發明係為一種並聯式燃料電池電力系統，利用並聯方式 連接複數組燃料電池電力模組，以將固定功率之燃料電池堆組 合成不同功率輸出之燃料電池電力系統。 ® 本發明係為一種並聯式燃料電池電力系統，藉由控制進入 各燃料電池堆之燃料（氫氣）流量相同以及進入各燃料電池堆之 空氣流量之相同，以使各燃料電池堆之電力輸出平衡。 本發明係為一種並聯式燃料電池電力系統，藉由提供相同 之反應物壓力及濃度，以有效地提供電力及延長燃料電池堆之 壽命。 本發明係為一種並聯式燃料電池電力系統，藉由設置電流 φ 開關及逆電流保護元件，用以保護燃料電池堆，進而避免因其 個別差異而受損。 為達上述功效，本發明係提供一種並聯式燃料電池電力系 統，其包括：複數組燃料電池電力模組，其具有共同之一燃料 進氣管路，又每一燃料電池電力模組具有：一燃料電池堆，其 陰極輸入端連接有一空氣泵；一電流開關，串聯於燃料電池堆 之輸出端；以及一逆電流保護元件，單向導通串聯於電流開關 之輸出端；以及一直流匯流排，電性連接於此些燃料電池電力 模組之輸出端且使每一燃料電池電力模組相互並聯。 201128845 藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效： 一、 ==堆的輸出功率大小皆為固定，於應用上，常 曰因使用功率需求範圍不同而造成使： 料電池堆組合成不同什，以達到以固定功率之燃 二、 ==各燃料電池堆之燃料(氨氣)流量相同以及進 間之電力輸出::空氣流量之相同，以達到各燃料電池堆 三、 物壓力及濃度’以有效地提供電力及 以實相關技藝者了解本發明之技術内容並據 从貫知，且根據本說明蚩命 不 式，任何熟習相關姑n 揭路 谷、申請專利範圍及圖 ^ "可輕易地理解本發明相關之目的及優 1因此將在錢方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優 【實施方式】 第1圖係為本發明之—、 構之第一實施例圖。第2 :::燃料電池電力系統100架 電力系統⑽之控制$ = 1為本^之—種並聯式燃料電池 A 、/ 執仃動作之第一實施流程圖。第3圖 制：J <一種並聯式燃料電池電力系統1〇〇,之第二實施 例圖。第4圖係為本發明^ 發月之—種亚聯式燃料電池電力系統100, 之控制裔9執行動作之第 弟—戶' 轭流程圖。第5圖係為本發明之 種亚聯式燃料電池電力系統贈，之第三實施例圖。 6 201128845 如第1圖所示，本實施例係為一種並聯式燃料電池電力系 統1〇〇之第一實施例，其包括：一燃料供應裝置1、複數組燃 料電池電力模組2、一直流匯流排3以及一電力調節器4a。… 一燃料供應裝置1可為一氫氣高壓觀，經過一重組器後產生 氫氣，以作為供應燃料電池電力模組2所需之燃料。

如第1圖所示，複數組燃料電池電力模組2，其具有共同 之一燃料進氣管路5，又每-_電池電力触2衫：二燃 料電池堆20、電流開關21以及逆電流保護元件22， 姆 料電池電力模組2係相互並聯排列。 …、 管5具有一電磁闊5〇，此電磁閥5〇係與燃料供 ^置及燃料進氣管5連接’用以控制燃料進人複數組電池 電力杈組2’以使進入複數組電池電力模組〕之燃料壓 。 燃料電池堆20,其陽極輸入端與燃料進氣管路 :氫氣係經由燃料進氣管路5輸送至燃料電池堆2〇 料電池堆2〇之陰極輸人端連接有―空㈣6。空μ _ ==2°之陰極輸入端所需之空氣(氧氣)，其流速可由； 乳泵6之轉速調整，以供應燃料電池堆2q不同之 ^ 且用以控制各燃料電池堆2〇的空氣 ' Τ電池堆2。_力輸_=:= 可為氣冷式電池堆或一水冷式電池土隹。 …、 電流開關21，串聯於燃料電池堆2〇 於單一燃料電池堆20產生之電能超過其 其連動迴路，以避免單一燃料電池堆扣 成電力失去平衡。 用以 切斷 ，造 之陽極輸出端， 電流限度值時， 堆輸出過多電能 201128845 逆電流保護元件22 ’係單向導通串聯於電流開關η之輸 出^，以防止電流逆流回至燃料電池電堆2〇 佳地，，電流保護元件22為一單向導通元件或一二極體。 直流匯流排3,電性電連於此些燃料電池電力模组& 出端且使每一燃料電池電力模组 別 堆2〇所產生之電能。 相互私，以匯集燃料電池 電壓=節ra，係串聯於直流匯流排3之輸出端，以進行 =ΓΓ，並將直流匯流排3内之電厂_成適 田之電壓後，以供負載使用。 又迥 如第1圖所示，本實施例進一 由一雙向轉換器δ與直流匯流耕 、、、組7，其藉 電力模組2 #涧 ，，π f性連接且與此些燃料電池 雙向轉換8;將雷;:料電池電力模組2正常供電之情況下， 電：節成蓄電池組7適用之範圍後，對蓄 且7進订充電，俾使當燃料電池堆畜 可改由蓄電池組7提供負載 切斷時， 如第1圖所-J 以維持電力的供應。 ^ P 不，本貫施例進一步包括—控制考9，係 机開關2 i連接，且用以讀取每_ ?益9’仿、與電 並控制對應之電流開關21之開啟；關閉。，隹2〇之—狀態訊號 如第2圖所示，#t告丨丨哭〇 步驟S10，讀取每二:2_行下列步驟··首先，進行 驟_。步驟S20, 任隹0之狀態訊號，接著進行步 提供負載所需之電力蓄電池组7,以改由蓄電池組7 201128845 21時，連動關閉其餘二=:= 电仇開關21，以阻止負巷ώn , 床川對應之 著進行步驟崎⑽電力。接 應。之後=:行=每;=::止_ 空氣=後可料-步物__5Q，_ 統：，t圖=例本rr，聯式燃料二 _ 池電力—:::、’一其 ▲ 罝L匯机排3、一電力調節器4a、一 料電池及一控制器9,其中燃料供應裝置卜複數纽燃 ，電力模組2、-直流匯流排3、—電力調節器仏、一蓄 組7以及-控制器9之大致結構及作動方式均與第一實施 例相同，在此不再贅述，僅就不同之處作說明。 〃如第3圖所示，本實施例與第一實施例不同之處在於本實 改以複數流量控制器51取代電磁閥5〇之使用，並且每— 流量控制器51皆與燃料進氣管路5連通’並且分別對應設置 於「燃料電池堆20之陽極輸入端，用以控制燃料進入複數組 電池電力模組2的流量大小，以使進入複數組電池電力模組2 之燃料流量相同，進而可達到各燃料電池堆2〇間電力輸出平 衡。 如第4圖所示，本實施例係為一種並聯式燃料電池電力系 統之控制器執行動作之第二實施流程，其控制器9之執行步驟 201128845 大致與第—實施流程相 明。 在此不再头述，僅就不同之處作說 於二。Γ所示’㈣器於執行步驟S5G後執行步驟s70， 於&制态9執行連動關閉每一 工轧泵6後進一步連動關閉此些 才工制為51，以關閉氫氣供應。 統圖，’本實施例係為—種並聯式燃料電池電力系 數_^雷^二㈣例’其亦包含：—燃料供應置卜複 一C /電力极組2、一直流匯流排3、-電力調節器4b、 辦以及一控制器9，其中燃料供應裝置丨、複數組( :、，，電力核組2、一直流匯流排3、-蓄電池組7以及一 j益9之大致結構及作動方式均與第一實施例相同，在此不 冉賢述，僅就不同之處作說明。 如第5圖所示，本實施例與第一實施例不同之處在於每一 燃料電池電力模組2之輸出端串聯有-電力調節器4b，以使得 燃料電池堆20所輸出之電力在經由電流開關21及逆電流保護 兀件U後，先進入至電力調節器仆，並藉由電力調節器仆 將電力調整成相同電壓後，再Μ集於直流匯流排3上， 載使用。 八、 、—综上所述，並聯式燃料電池電力系統，利用並聯方式連接 複數組燃料電池電力模組’以將固定功率之燃料電池堆組合成 不同功率輸出之電壓，以供負載使用，且藉由控制進入各燃料 電池堆之燃料（氫氣）流量相同以及進入各燃料電池堆之空氣流 里之相同，以達到各燃料電池堆間之電力輸出平衡。再者，藉 由提供相同之反應物壓力及濃度，以有效地提供電力及延長燃 10 201128845 料電池之壽命。 惟上述各實施例係用以說明本發明之 習該技術者能瞭解本發明之内容並據以實施:而 關’故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完叙等 私飾或修改，仍應包含在町所述之申請專職園中。 【圖式簡單說明】 第1圖係為本發明之—種並聯式_電池電力祕架構 實施例圖。 牙 池電力系統之控制器執 池電力系統之第二實施 第2圖係為本發明之一種並聯式燃料電 行動作之第一實施流程圖。 第3圖係為本發明之一種並聯式燃料電 例圖。 器執 第4圖係為本發明之一種並聯式職電池電力纽之控制 打動作之第二實施流程圖。 第5圖 例圖。 係為本發明之—種並聯式燃料電池電力祕之第三實施 【主要元件符號說明】 仞〇、100’、100”.........並聯式燃料電池電力系統 1..................................燃料供應裝置 .............................燃料電池電力模組 3"· 直流匯流排 4a、4b 電力調節器 201128845 5 ..................................燃料進氣管路 6 ..................................空氣泵 7 ..................................蓄電池組 8 ..................................雙向轉換器 9 ..................................控制器 20 ................................燃料電池堆 21 ................................電流開關 22 ................................逆電流保護元件 50 ................................電磁間 51 ................................流量控制器

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Claims (1)

1. 201128845 七、申請專利範圍： 一種並聯式燃料電池電力系統，其包括·· 複數組_電池電力模組，其具有共同之一燃料進氣管 路，又每一該燃料電池電力模組具有： 一燃料電池堆，其陰極輸入端連接有一空氣泵； 一電流開關，串聯於該燃料電池堆之輸出端；以及 一逆電流保護元件，單向導通串聯於該電流_之 端；以及 直流匯流排，電性連接於該些_電池電力模組之輪出 端且使每一該燃料電池電力模組相互並聯。 J 2’如申ef專利範圍第丨項所述之並聯式燃料電池電力系統， 其中該逆電流保護元件為—單向導通元件或—二極體。 3.=申4專職圍第丨項所述之並聯式燃料電池電力系統， 其進-步具有一電力調節器，串聯於該直流匯流排之輪出 4.如申請專利範圍第i項所述之並聯式燃料電池電力系统 =-步具有-蓄電池組，其藉由—雙向轉換器與該直产 匯〜排電性連接且與該些燃料電池電力模組並聯。^ .如申4專缝圍第丨項所述之並聯式燃料電池電力 其進-步具有-控制器，用以讀取每一該燃料電池堆之一 狀態m控制對應之該電流開關之開啟/關閉。 如申租專利範圍第5項所述之並聯式燃料電 其中該控制器用以執行下列步驟： 力糸統’ 讀取每-該燃料堆之該狀態訊號； 13 6· 201128845 當任一該燃料電池堆 a ^ 對應之該電流開關；以及"吊之該狀態訊號時，關閉 啟動一蓄電池組，該 直流匯流排電性連接並^ :也組藉由—雙向轉換器與該 7. 如申請專利範圍第6項所 電,電力杈組亚耳:。 其中該控制器進-步用/ '式‘然料電池電力系統， 者 ,、 執仃下列步驟： 對應之該電流開S’也=出=之該狀態訊號且關閉其 之該電流開關；以及 餘該些燃料電池堆對應 連動關閉每一該空氣泵。 8. 如申請專利範圍第 其令該燃料進氣管路具有式燃料電池電力系統， 該空氣泵後進—步連動關閉=器執行連動 月㈣㈣第7項所述之並 其中該燃料進氣管路I古… "·、'，電力系統， 押n "路具有稷數流量控制器，且每一 控制盗係對應設置於-該燃料電池堆之陽祕“罝 控制器執行連動關閉# &極輸入端，且該 流量控制器。 5亥空氣粟後進一步連動關閉該些 10‘如申凊專利範圍第〗 其進-步且右U 亚聯式燃料電池電力系統， 於―_料電池電力模組之輸出端。母電力_器係串聯 14