TWI453986B - 燃料電池電力控制系統 - Google Patents

Description

燃料電池電力控制系統

本揭露是有關於一種燃料電池電力控制系統，特別是有關於一種用於監控燃料電池之輸出電力的電力控制系統。

隨著科技的進步與經濟的發達，傳統能量如媒、石油及天然氣的消耗量持續升高，造成地球嚴重的污染，並導致溫室效應及酸雨等環境的惡化。因此，為了減少環境污染，世界先進國家無不致力於研發新的替代能源，而燃料電池組便是其中一種重要且具發展潛力之選擇。與傳統之內燃機相較，燃料電池具有能量轉換效率高、無污染、噪音低等多項優點。

然而，燃料電池的發電方式與其他的發電系統並不相同，因此目前的電力控制系統(控制箱)無法提供一個完整的方案來解決燃料電池電力監控的問題。故，需要一種新的電力控制系統來監控燃料電池的供電狀態。

本發明之一方面是在提供一種燃料電池電力控制系統，其可係用以監控燃料電池的供電狀態。

根據本發明之一實施例，此燃料電池電力控制系統包含電流偵測模組、電壓偵測模組、溫度偵測模組燃料、流量偵測模組以及中央控制單元。電流偵測模組係用以偵測燃料電池之輸出電流值。電壓偵測模組係用以偵測燃料電池之每一電池區段之輸出電壓值。溫度偵測模組係用以偵測燃料電池之工作溫度值。燃料流量偵測模組係用以偵測燃料電池之燃料流量值。中央控制單元係用以根據電流閥值、電壓閥值、溫度閥值、流量閥值以及所測得之輸出電流值、輸出電壓值、工作溫度值與燃料流量值來判斷燃料電池是否發生異常，並產生工作狀態資料。工作狀態資料包含上述之輸出電流之值、輸出電壓之值、工作溫度之值以及燃料流量之值。當燃料電池發生異常時，中央控制單元關閉燃料電池之燃料閥來停止供應燃料至燃料電池。

由以上說明可知，本發明實施例之燃料電池電力控制系統係對燃料電池之每一個電池區段進行監控。若有電池區段出現異常時，燃料電池電力控制系統便會關閉燃料閥來停止提供燃料至燃料電池之電池區段，以停止燃料電池的工作。

請同時參照第1圖和第2圖，第1圖係繪示根據本發明實施例之燃料電池供電系統100的功能方塊示意圖。第2圖係繪示根據本發明實施例之燃料電池電力控制系統200的功能方塊示意圖。燃料電池供電系統包含燃料儲存裝置110、燃料閥120、洩水閥130、燃料電池140以及冷卻裝置150。燃料儲存裝置110係用以提供燃料至燃料電池140。燃料閥120係用以控制燃料的提供。燃料電池140用以接收燃料和氧化劑來產生化學反應，以產生電能。燃料電池140包含多個電池區段，而每個區段包含多個電池單元(fuel cell)。當燃料電池140進行化學反應時，會產生水，而洩水閥130係用以控制水的排出。

在本實施例中，電池區段124所使用的燃料為氫氣或酒精，而氧化劑則為氧氣，但本發明之實施例並不受限於此。

燃料電池電力控制系統200係用以監控燃料電池100的工作狀況，並進行適當的控制。燃料電池電力控制系統200包含電流偵測模組210、電壓偵測模組220、溫度偵測模組230、燃料流量偵測模組240以及中央控制單元250。電流偵測模組210係電性連接至燃料電池140之電力輸出端，以偵測燃料電池140之輸出電流值。電壓偵測模組220係電性連接至燃料電池的每一電池區段，以偵測每一電池區段之輸出電壓值。溫度偵測模組230係用以偵測燃料電池140之表面工作溫度。燃料流量偵測模組240係偵測燃料電池140的燃料流量值。中央控制單元250則接收電流偵測模組210、電壓偵測模組220、溫度偵測模組230以及燃料流量偵測模組240所測得的值，以判斷是否有異常狀態發生。在本實施例中，中央控制單元250係以8051晶片來實現，但本發明之實施例並不受限於此。

請參照第3圖，其係繪示根據本發明實施例之電流偵測模組210的功能方塊示意圖。電流偵測模組210包含分流器212和訊號轉換器214。分流器212係電性連接至燃料電池140的電流輸出端，以偵測燃料電池120的輸出電流值。訊號轉換器214係電性連接至分流器212，以將分流器212所測得之值用0至5伏特之電壓值來表示。分流器212所測得之電流值經訊號轉換器214處理後即傳送至中央控制單元250。

請參照第4圖，其係繪示根據本發明實施例之溫度偵測模組230的功能方塊示意圖。溫度偵測模組230包含溫度感測器232和訊號轉換器234。溫度感測器232係用以偵測燃料電池120的表面工作溫度。訊號轉換器234係電性連接至溫度感測器232，以將溫度感測器232所測得之值用0至5伏特之電壓值來表示。溫度感測器232所測得之工作溫度值經訊號轉換器234處理後即傳送至中央控制單元250。

請回到第2圖，當中央控制單元250接收到電流偵測模組210、電壓偵測模組220、溫度偵測模組230以及燃料流量偵測模組240所傳送的電流值、電壓值、溫度值以及燃料流量值後，中央控制單元250會根據電流值與電壓值來計算出燃料電池的輸出功率，並將電流值、電壓值、溫度值以及燃料流量值與內存之預設電流閥值、電壓閥值、溫度閥值以及燃料流量閥值進行比較。若中央控制單元250所接收到的值其中一者超過相應的閥值時，中央控制單元250便會判斷燃料電池的工作產生異常，並關閉燃料電池供電系統100的燃料閥120來停止供應燃料至燃料電池140。對於使用者而言，使用者可設定在某些異常狀況發生時，進行燃料電池的關閉動作。當然，使用者亦可設定為只提供異常訊息而不關閉燃料閥120。例如，當燃料電池140的工作溫度過高時，中央控制單元250發出異常訊息，然後提高冷卻裝置的冷卻效果，以降低燃料電池的工作溫度。

另外，在本發明之其他實施例中，燃料電池電力控制系統200可更包含有一個人電腦，此個人電腦包含有主機和顯示器。個人電腦之主機可利用，如RS232等通訊協定來與中央控制單元250進行資料連接。當中央控制單元250接收到電流偵測模組210、電壓偵測模組220、溫度偵測模組230以及燃料流量偵測模組240所傳送的電流值、電壓值、溫度值以及燃料流量值後，便會據此產生一筆工作狀態資料，並透過RSR232來傳輸至個人電腦。當個人電腦的主機接收到此筆工作狀態資料後，便會利用預設的圖形介面來顯示輸出電流值、輸出電壓值、輸出功率值、溫度值以及燃料流量值。此外，當異常狀況發生時，中央控制單元250會產生一異常訊息，並傳送至個人電腦的主機，以透過顯示器來顯示異常訊息。

又，在本發明之其他實施例中，中央控制單元250可根據燃料電池的工作情況來控制洩水閥130的動作。例如，根據燃料電池的輸出功率來控制洩水閥130的開關時間比例。當燃料電池的輸出功率較高時，洩水閥130的開啟時間比例較高，而當燃料電池的輸出功率較低時，洩水閥130的開啟時間比例較低。

值得一提的是，當燃料為氣體時(例如氫氣)，中央控制單元250可根據氣體流量值來計算出氣體壓力值，並透過顯示器來顯示氣體壓力值。例如，中央控制單元250可預先儲存氣體壓力與流量的對應關係方程式，如此即可根據接收的流量值來計算出壓力值。當然，燃料電池電力控制系統200亦可包含氣體壓力偵測系統，以偵測燃料的壓力值。

由上述說明可知，本實施例之燃料電池電力控制系統200係針對燃料電池供電系統100來提供提供一種整合性的解決方案。本實施例之燃料電池電力控制系統200不但可提供燃料電池整體與各區段工作情況的即時監測，更可於燃料電池工作異常時，停止燃料電池的工作。

請同時參照第5圖和第6圖，第5圖係繪示根據本發明實施例之燃料電池供電系統500的功能方塊示意圖。第6圖係繪示根據本發明實施例之燃料電池電力控制系統600的功能方塊示意圖。燃料電池供電系統500係類似於燃料電池供電系統100，但不同之處在於燃料電池供電系統500更包含有換流器510。換流器510係電性連接至燃料電池140，以將燃料電池140所輸出之直流電轉換為交流電。燃料電池電力控制系統600亦類似於燃料電池電力控制系統200，但更包含另一電壓偵側器610與電流偵測器620，以偵測換流器510所輸出的電壓值以及電流值，並將其傳送至中央控制單元250。中央控制單元250則將電壓偵側器610與電流偵測器620測得的值列入異常狀況的判斷。例如，將電壓偵側器610與電流偵測器620所測得的電壓值和電流值與預設之交流電壓閥值和交流電流閥值進行比較，以判斷是否有異常狀況發生。

由上述說明可知，燃料電池供電系統500可提供交流電，因此燃料電池供電系統500非常適合運用於一般的家電用品，而本實施例之燃料電池電力控制系統600則針對燃料電池供電系統500來提供提供一種整合性的解決方案。燃料電池電力控制系統600不但可提供燃料電池整體與各區段工作情況的即時監測，更可於燃料電池工作異常時，停止燃料電池的工作。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．燃料電池供電系統

110．．．燃料儲存裝置

120．．．燃料閥

130．．．洩水閥

140．．．燃料電池

150．．．冷卻裝置

200．．．燃料電池電力控制系統

210．．．電流偵測模組

212．．．分流器

214．．．訊號轉換器

220．．．電壓偵測模組

230．．．溫度偵測模組

232．．．溫度感測器

234．．．訊號轉換器

240．．．燃料流量偵測模組

250．．．中央控制單元

500．．．燃料電池供電系統

510．．．換流器

600．．．燃料電池電力控制系統

610．．．電壓偵側器

620．．．電流偵測器

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖係繪示根據本發明實施例之燃料電池供電系統的功能方塊示意圖。

第2圖係繪示根據本發明實施例之燃料電池電力控制系統的功能方塊示意圖。

第3圖係繪示根據本發明實施例之電流偵測模組的功能方塊示意圖。

第4圖係繪示根據本發明實施例之溫度偵測模組的功能方塊示意圖。

第5圖係繪示根據本發明實施例之燃料電池供電系統的功能方塊示意圖。

第6圖係繪示根據本發明實施例之燃料電池電力控制系統的功能方塊示意圖。

120．．．燃料閥

130．．．洩水閥

140．．．燃料電池

150．．．冷卻裝置

200．．．電力控制系統

210．．．電流偵測模組

220．．．電壓偵測模組

230．．．溫度偵測模組

240．．．燃料流量偵測模組

250．．．中央控制單元

Claims (10)

1. 一種燃料電池電力控制系統，用以控制一燃料電池供電系統所輸出之電力，其中該燃料電池供電系統包含一燃料電池以及一燃料閥，該燃料電池包含複數個電池區段，該燃料電池電力控制系統包含：一電壓偵測模組，用以偵測每一該些電池區段之一輸出電壓之值；一溫度偵測模組，用以偵測該燃料電池之一工作溫度之值；一電流偵測模組，用以偵測該燃料電池之一輸出電流之值；一燃料流量偵測模組，用以偵測該燃料電池之一燃料流量之值；以及一中央控制單元，用以根據一電流閥值、一電壓閥值、一溫度閥值、一流量閥值以及該輸出電流之值、該輸出電壓之值、該工作溫度之值與該燃料流量之值來判斷該燃料電池是否發生異常，並產生一工作狀態資料，該工作狀態資料包含每一該些電池區段之該輸出電壓之值、該輸出電流之值、該工作溫度之值以及該燃料流量之值；其中，當該燃料電池發生異常時，該中央控制單元關閉該燃料閥來停止供應燃料至該燃料電池。
2. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池電力控制系統，更包含一顯示系統，用以接收該中央控制單元之該工 作狀態資料，並顯示每一該些電池區段之該輸出電流之值、該輸出電壓之值、該工作溫度之值與該燃料流量之值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之燃料電池電力控制系統，其中該顯示系統包含一個人電腦，用以透過一通訊協定來從該中央控制單元接收該工作狀態資料，並利用一使用者介面來將每一該些電池區段之該輸出電流之值、該輸出電壓之值、該工作溫度之值與該燃料流量之值顯示於該個人電腦之一顯示器上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之燃料電池電力控制系統，其中當該燃料電池發生異常時，該中央控制單元產生一異常訊息，並將該異常訊息傳送至該個人電腦，以利用該個人電腦之該顯示器來顯示該異常訊息。
5. 如申請專利範圍第4項所述之燃料電池電力控制系統，其中當該個人電腦之接收到該異常訊息時，該個人電腦係儲存該異常訊息。
6. 如申請專利範圍第3項所述之燃料電池電力控制系統，其中該通訊協定為RS232。
7. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池電力控制系統，其中該中央控制單元為8051控制器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池電力控制系 統，更包含一換流器，用以將該燃料電池所輸出之一直流電流轉換為交流電流。
9. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池電力控制系統，其中該燃料為氫氣。
10. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池電力控制系統，其中該燃料為酒精。