TWI792133B - 用於燃料電池的供電裝置及其供電方法 - Google Patents

Abstract

一種供電裝置，配置於一飛行器上。供電裝置包括一二次電池、一變壓器、一燃料電池以及一旁路開關。變壓器電性連接於二次電池與飛行器之間。燃料電池電性連接於飛行器，且適於提供一第一輸出電流給飛行器。旁路開關電性連接於二次電池之一輸出端與燃料電池之一輸出端之間，且旁路開關與變壓器並聯。變壓器具有一第一輸出電壓設定值。當燃料電池之一第一輸出端電壓低於該第一輸出電壓設定值時，且旁路開關處於不導通狀態，二次電池之一第二輸出電流經由變壓器提供給飛行器；當該燃料電池之該第一輸出端電壓低於該第一輸出電壓設定值時，且旁路開關處於導通狀態，該二次電池之第二輸出電流經由旁路開關提供給飛行器。

Description

用於燃料電池的供電裝置及其供電方法

本揭露是有關於一種用於燃料電池的供電裝置及其供電方法。

一般無人機通常以二次電池(例如鋰電池)提供飛行期間所需要的電力。然而，在有限的空間與重量下，二次電池所能提供的電力僅足以提供數十分鐘的飛行時間，因此近年來，在無人機上配置燃料電池及二次電池的混合電力架構，能提供長時間飛行所需的電能。

然而，燃料電池的供電能力下降或進行自維護時可能造成負載電壓瞬間大幅變化，使得供電品質劣化。此外，當負載電力需求過高造成二次電池的供電失效或超出變壓器的額定功率時，也會使得供電品質劣化。

本揭露係有關於一種供電裝置及其供電方法，可維持負載電壓在預定的範圍內，避免負載電壓大幅度變化。

根據本揭露之一方面，提出一種供電裝置，配置於一飛行器上，飛行器具有一平均所需功率值。供電裝置包括一二次電池、一變壓器、一燃料電池以及一旁路開關。變壓器電性連接於二次電池與飛行器之間。燃料電池電性連接於飛行器，且適於提供一第一輸出電流給飛行器。旁路開關電性連接於二次電池之一輸出端與燃料電池之一輸出端之間，且旁路開關與變壓器並聯。變壓器具有一第一輸出電壓設定值。當燃料電池之一第一輸出端電壓低於第一輸出電壓設定值時，且旁路開關處於不導通狀態，二次電池之一第二輸出電流經由變壓器提供給飛行器；當燃料電池之第一輸出端電壓低於第一輸出電壓設定值時，且旁路開關處於導通狀態，二次電池之第二輸出電流經由旁路開關提供給飛行器，其中，第一輸出電壓設定值介於燃料電池之特性曲線之一最大功率值與飛行器的平均所需功率值之間的範圍內的任一功率所對應的電壓值。

根據本揭露之一方面，提出一種供電裝置，配置於一飛行器上，飛行器具有一平均所需功率值。供電裝置包括一二次電池、一變壓器、一燃料電池以及一自維護開關。變壓器電性連接於二次電池與飛行器之間。燃料電池電性連接於飛行器，且適於提供一第一輸出電流給飛行器。自維護開關電性連接該燃料電池與該飛行器，該自維護開關適於關閉一部份燃料電池堆的電力，使該燃料電池進行自維護程序。變壓器具有一第一輸出電壓設定值以及一第二輸出電壓設定值，第二輸出電壓設定值大於第一輸出電壓設定值。當燃料電池之一第一輸出端電壓低於第一輸出電壓設定值時，二次電池之一第二輸出電流經由變壓器提供給飛行器。當預期燃料電池之第一輸出端電壓即將降低時，動態調整第一輸出電壓設定值至第二輸出電壓設定值，二次電池之第二輸出電流經由變壓器提供給飛行器。第一輸出電壓設定值介於燃料電池之特性曲線之一最大功率值與飛行器的平均所需功率值之間的範圍內的任二功率所對應的電壓值。

根據本揭露之一方面，提出一種供電裝置之供電方法。供電裝置配置在一飛行器上，該供電裝置包括一二次電池、一變壓器、一燃料電池及一旁路開關，該變壓器電性連接於該二次電池與該飛行器之間，該燃料電池電性連接於該飛行器，該旁路開關電性連接於該二次電池與該燃料電池之間，且該旁路開關與該變壓器並聯，該變壓器具有一第一輸出電壓設定值。該供電方法包括以下步驟：該燃料電池提供一第一輸出電流給該飛行器。當該燃料電池之一第一輸出端電壓低於該第一輸出電壓設定值時，該變壓器將該二次電池之一第二輸出電流提供給該飛行器。在一特定條件下，控制該旁路開關導通，使該二次電池之該第二輸出電流經由旁路開關至該飛行器，而不經由該變壓器提供該第二輸出電流。其中，該特定條件為該變壓器之一輸出額定功率不足以供應該飛行器所需電能、該變壓器的狀態異常或是該燃料電池進行自維護期間。

根據本揭露之一方面，提出一種供電裝置之供電方法。供電裝置配置於一飛行器上。供電裝置包括一二次電池、一變壓器、一燃料電池及一自維護開關。變壓器電性連接於二次電池與飛行器之間，該燃料電池電性連接於該飛行器，自維護開關電性連接於該燃料電池與該飛行器，該自維護開關適於關閉一部份燃料電池堆的電力，使該燃料電池進行自維護程序，變壓器具有一第一輸出電壓設定值以及一第二輸出電壓設定值，第二輸出電壓設定值大於第一輸出電壓設定值。供電方法包括以下步驟。燃料電池提供一第一輸出電流給飛行器。當燃料電池之一第一輸出端電壓低於第一輸出電壓設定值時，變壓器將二次電池之一第二輸出電流提供給飛行器。當預期燃料電池之第一輸出端電壓即將降低時，動態調整變壓器由第一輸出電壓設定值至第二輸出電壓設定值，二次電池之第二輸出電流經由變壓器提供給飛行器。第一輸出電壓設定值介於燃料電池之特性曲線之一最大功率值與飛行器的平均所需功率值之間的範圍內的任二功率所對應的電壓值。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本揭露欲保護之範圍。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考所附圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本揭露。 第一實施例

請參照第1A及1B圖，其中第1A圖繪示依照本揭露一實施例的供電裝置的示意圖，第1B圖繪示第1A圖之飛行器10飛行時的時間與所需功率的關係圖。供電裝置100例如配置於飛行器10上，以供電給飛行器10。飛行器10例如是無人機。

依照本揭露之一實施例，供電裝置100包括燃料電池110、二極體115、二次電池120、變壓器130、控制器140以及旁路開關R1。變壓器130電性連接於二次電池120與飛行器10之間。燃料電池110電性連接於飛行器10，可提供第一輸出電流I ₁給飛行器10。飛行器10具有平均所需功率值P _av，平均所需功率值P _av依據飛行器10的飛行模式而定，本實施例不加以限定。

請參照第1A圖，變壓器130具有第一輸出電壓設定值V _S1。當燃料電池110之輸出端110a之第一輸出端電壓Va低於第一輸出電壓設定值V _S1時，且旁路開關R1處於不導通狀態，此時二次電池120的第二輸出電流I ₂會經由變壓器130提供給飛行器10。此外，當燃料電池110之輸出端110a之第一輸出端電壓Va低於第一輸出電壓設定值V _S1時，且旁路開關R1處於導通狀態，將二次電池120的第二輸出電流I ₂經由導通的旁路開關R1提供給飛行器10，此時，變壓器130處於關閉狀態（即第二輸出電流I ₂未經由變壓器130提供給飛行器10）。

控制器140電性連接燃料電池110之輸出端110a及二次電池120的輸出端120a，以偵測第一輸出端電壓Va及第二輸出端電壓Vb。此外，控制器140電性連接旁路開關R1，適於控制旁路開關R1的導通狀況（導通或不導通）。另外，控制器140電性連接變壓器130，適於偵測變壓器130的狀態，並設定變壓器130的第一輸出電壓設定值V _S1。

此外，二極體115電性連接燃料電池110與旁路開關R1之間，二極體115的陽極連接燃料電池110，陰極連接旁路開關R1，可阻擋二次電池120之第二輸出電流I ₂回流至燃料電池110。

在一實施例中，二次電池120之輸出端120a所能提供最大的第二輸出端電壓Vb高於燃料電池110之輸出端110a所能提供最大的第一輸出端電壓Va，而變壓器130例如是降壓器。如此，當二次電池120之第二輸出端電壓Vb高於第一輸出電壓設定值V _S1時，第一變壓器130可將二次電池120之第二輸出端電壓Vb降壓至第一輸出電壓設定值V _S1。變壓器130例如是直流轉直流(DC/DC)型變壓器。

在一實施例中，旁路開關R1例如為電晶體或其他繼電器開關。旁路開關R1與變壓器130並聯連接，且旁路開關R1電性連接於燃料電池110的輸出端110a與二次電池120的輸出端120a之間。當燃料電池110之第一輸出端電壓Va低於第一輸出電壓設定值V _S1時，且旁路開關R1為導通狀態，此時二次電池120的第二輸出電流I ₂提供給飛行器10，且旁路開關R1導通之後形成一旁通路徑，故二次電池120的第二輸出電流I ₂不會流經變壓器130。

也由於旁路開關R1導通之後，二次電池120能提供較大的第二輸出電流I ₂，不受限於變壓器130的額定輸出功率，因此可盡快填補燃料電池110造成的供電不足，達到穩定供電的目的。

請參照第1A圖，變壓器130可偵測燃料電池110與飛行器10之間連線的節點c的節點電壓Vc。由於燃料電池110之輸出端110a與節點c之間的壓損可忽略不計，因此變壓器130所偵測到之節點電壓Vc大致上等於燃料電池110之輸出端110a之第一輸出端電壓Va。換言之，當變壓器130所偵測到之節點電壓Vc低於第一輸出電壓設定值V _S1，意即等同於燃料電池110之第一輸出端電壓Va低於第一輸出電壓設定值V _S1時，二次電池120的第二輸出電流I ₂經由變壓器130或旁路開關R1以提供給飛行器10。

由於在燃料電池110之第一輸出端電壓Va低於第一輸出電壓設定值V _S1的情況下，二次電池120才經過變壓器130或是旁路開關R1提供第二輸出電流I ₂給飛行器10，而當燃料電池110之第一輸出端電壓Va高於或等於第一輸出電壓設定值V _S1時，直接由燃料電池110供電，二次電池120便不提供電流給飛行器10，因此可減少電流經過變壓器130的損耗量，也可以減少二次電池120的耗電量。

請參照第1B圖，曲線C1表示飛行器10運作(如起飛過程、在空中飛行過程、下降過程)的時間與功率之關係曲線，其中P _av表示平均所需功率值，而P _U表示最高所需功率值。在飛行器10運作的一段時間T內，平均所需功率值P _av由燃料電池110提供，而平均所需功率值P _av與最高所需功率值P _U之間的瞬間功率需求則由二次電池120提供。換言之，二次電池120補足了飛行器10所需的瞬間大功率(如飛行器轉彎或抵抗陣風來襲等需要高功率的情況)。

由於燃料電池110具有高能量密度的優點，故可作為主要供電者，提供基礎負載的供電需求，但是燃料電池110具有無法瞬間拉高功率供電的缺點，當負載需求瞬間增加時，則由具有高功率密度的二次電池120提供額外的電力需求。

第1C圖繪示燃料電池110的特性曲線，其包含電流與電壓的關係(如電壓曲線所示)及功率曲線。如第1C圖所示，第一輸出電壓設定值V _S1為特性曲線中電壓曲線的其中一點數值。第一輸出電壓設定值V _S1例如是介於燃料電池110之特性曲線之最大功率值P _max與飛行器10的平均所需功率值P _av之間的範圍ΔP內的任一功率P _S1所對應的電壓值。

以下說明供電裝置100的供電方法：當飛行器10開始運轉，可由二次電池120經由變壓器130提供第二輸出電流I ₂給飛行器10，以供飛行器10運轉初期(如開始轉動葉片等)的所需電能(負載)，此時飛行器10之輸入端的節點電壓Vc接近於第一輸出電壓設定值V _S1。當燃料電池110的第一輸出端電壓Va持續上升至大於或等於第一輸出電壓設定值V _S1時，變壓器130停止對飛行器10提供第二輸出電流I ₂，以停止二次電池120對飛行器10的電流輸出。此時，燃料電池110即作為主要的供電來源提供第一輸出電流I ₁至飛行器10，燃料電池110的第一輸出端電壓Va可依據飛行器10的所需電能的高低變化而改變。當飛行器10的所需電能增加(如上升，因此葉片快速轉動)，使燃料電池110提供給飛行器10的第一輸出電流I ₁增加，進而導致燃料電池110的第一輸出端電壓Va下降。當燃料電池110之第一輸出端電壓Va低於第一輸出電壓設定值V _S1時，變壓器130將二次電池120之第二輸出電流I ₂提供給飛行器，作為輔助的供電來源。但在某一特定條件下，例如是：變壓器130輸出額定功率不足以供應飛行器10所需電能、變壓器130狀態異常或是燃料電池110進行自維護期間(容後詳述)，可控制旁路開關R1導通，以使二次電池120經由旁路開關R1提供超出變壓器130的輸出額定功率至飛行器10。在本實施例中，係為在變壓器130的輸出額定功率不足以補足飛行器10所需的輔助電能的條件下，控制器140可控制旁路開關R1導通，使二次電池120可以提供超出變壓器130的輸出額定功率至飛行器10，此時二次電池120並不經由變壓器130提供第二輸出電流I ₂。

在另一實施例中，當控制器140偵測到變壓器130的狀態異常，例如變壓器130的內部溫度達到一預定值或輸出功率達到一預定值，使變壓器130無法提供飛行器10所需的輔助電能時，控制器140亦可控制旁路開關R1導通，使二次電池120可以提供超出變壓器130的輸出額定功率至飛行器10。

請參照第1D圖，其繪示依照本揭露另一實施例的供電裝置101的示意圖。本實施例之供電裝置101與第1A圖之供電裝置100相似，但要注意的是：供電裝置101更包括自維護開關R2，自維護開關R2電性連接燃料電池110與飛行器10。自維護開關R2適於關閉一部分燃料電池堆的電力，使燃料電池110進行自維護程序，例如，燃料電池110每隔一段時間(例如10秒鐘)必須停止部分燃料電池堆的電力輸出，大約停止0.05秒~0.5秒，以進行內部潤濕操作。詳細來說，燃料電池110具有一個或一個以上的電池電堆並接輸出，且具有個別的自維護開關R2以便於關閉部分或全部電池電堆的輸出。在本實施例中，當燃料電池110準備進行自維護程序前，控制器140先導通旁路開關R1，使二次電池110之第二輸出電流I ₂經由旁路開關R1提供給飛行器10，接著再斷開自維護開關R2，以讓燃料電池110進入自維護程序中。如此，可避免燃料電池110在進行自維護程序期間飛行器10的電壓突然下降的情形。等到自維護程序結束之後，控制器140導通自維護開關R2使燃料電池110的第一輸出端電壓Va恢復正常，再斷開旁路開關R1，改由當燃料電池110之第一輸出端電壓Va低於第一輸出電壓設定值V _S1時，二次電池120之第二輸出電流I ₂經由變壓器130提供給飛行器10的方式。 第二實施例

請參照第2A圖，其繪示依照本揭露另一實施例的供電裝置102的示意圖，供電裝置102例如配置於飛行器10上，以供電給飛行器10。飛行器10例如是無人機。

供電裝置102包括燃料電池110、二極體115、二次電池120、變壓器130、控制器140以及自維護開關R2。變壓器130具有第一輸出電壓設定值V _S1及第二輸出電壓設定值V _S2，第二輸出電壓設定值V _S2大於第一輸出電壓設定值V _S1，且第二輸出電壓設定值V _S2近似但略小於燃料電池110輸出端110a之第一輸出端電壓Va(或節點電壓Vc)。供電裝置102的供電方法基本上與供電裝置101相似，但要注意的是：當燃料電池110之第一輸出端電壓Va低於第一輸出電壓設定值V _S1時，係由二次電池120之第二輸出電流I ₂經由變壓器130提供給飛行器10；當預期燃料電池110之輸出端110a之第一輸出端電壓Va即將降低時，例如是：燃料電池110自維護階段或是燃料電池110需要關閉部分燃料電池堆的電力輸出等，此時控制器140可動態調整變壓器130由第一輸出電壓設定值V _S1至數值較大的第二輸出電壓設定值V _S2來降低由二次電池120輔助供電的門檻，使得在燃料電池110之輸出端110a之第一輸出端電壓Va在停止輸出或降低輸出第一輸出電流I ₁的期間，二次電池120的第二輸出電流I ₂經由變電器130提供給飛行器10，以避免因為第一輸出端電壓Va停止輸出或降低輸出第一輸出電流I ₁造成負載端功率的大幅變動而引起飛行器10操控的問題。等到燃料電池110之輸出端110a之第一輸出端電壓Va重新高於第二輸出電壓設定值V _S2時，再將變壓器130調整至數值較小的第一輸出電壓設定值V _S1，使燃料電池110之輸出端110a之第一輸出端電壓Va恢復輸出第一輸出電流I ₁。

控制器140電性連接燃料電池110之輸出端110a及二次電池120的輸出端120a，以偵測第一輸出端電壓Va及第二輸出端電壓Vb。此外，控制器140電性連接變壓器130，適於偵測變壓器130的狀態，並設定變壓器130的輸出電壓設定值，使變壓器130具有動態調整的第一輸出電壓設定值V _S1或第二輸出電壓設定值V _S2。

此外，二極體115電性連接燃料電池110與變壓器130之間，可阻擋二次電池120之第二輸出電流I ₂回流至燃料電池110。

自維護開關R2電性連接燃料電池110與飛行器10。自維護開關R2適於關閉一部分燃料電池堆的電力，使燃料電池110進行自維護程序。控制器140適於控制自維護開關R2的導通狀況(導通或斷開)。

詳細來說，在燃料電池110進行自維護程序前，控制器140取得節點電壓Vc，並根據節點電壓Vc將變壓器130調整為第二輸出電壓設定值V _S2。當進行自維護程序時，自維護開關R2斷開，此時由變壓器130維持飛行器10的電壓在預期的第二輸出電壓設定值V _S2，並提供二次電池120的第二輸出電流I ₂給飛行器10，如此，可避免燃料電池110在進行自維護程序期間，因供電不足而造成飛行器10的電壓突然下降的情形。等到自維護程序結束，導通自維護開關R2並將變壓器130的輸出設定由第二輸出電壓設定值V _S2改回至第一輸出電壓設定值V _S1，使燃料電池110的第一輸出端電壓Va恢復供電至飛行器10。

在一實施例中，燃料電池110例如是由72個燃料電池單元所串聯而成，每個燃料電池單元的操作電壓介於0.608V~0.692V之間。因此，燃料電池110可提供介於43.8V~49.8V之間的操作電壓，但本揭露不以此為限。在一實施例中，第一輸出電壓設定值V _S1及第二輸出電壓設定值V _S2例如位於燃料電池110的操作電壓的範圍內。第一輸出電壓設定值V _S1例如為43.8V，第二輸出電壓設定值V _S1例如為46.8V。

此外，二次電池120例如是由12個二次電池單元所串聯而成，每個二次電池單元的操作電壓介於3.65V~4.15V之間。因此，二次電池120可提供介於43.8V~49.8V之間的操作電壓，但本揭露不以此為限。

第2B圖繪示第2A圖之燃料電池110的特性曲線，其包含電流與電壓的關係(如電壓曲線所示)及功率曲線。如第2B圖所示，第一輸出電壓設定值V _S1及第二輸出電壓設定值V _S2為特性曲線中電壓曲線的其中二點數值。第一輸出電壓設定值V _S1及第二輸出電壓設定值V _S2例如是介於燃料電池110之特性曲線之最大功率值P _max與飛行器10的平均所需功率值P _av之間的範圍ΔP內的任二功率所對應的電壓值。但在其他實施例中，第二輸出電壓設定值V _S2不必然需要低於飛行器10的平均功率值P _av所對應的電壓值，第二輸出電壓設定值V _S2僅需要高於第一輸出電壓設定值V _S1即可。在一實施例中，第一輸出電壓設定值V _S1例如為燃料電池110之特性曲線之最大功率值P _max所對應的電壓值，第二輸出電壓設定值V _S2例如為飛行器10的平均所需功率值P _av所對應的電壓值。

在本實施例中，當預期燃料電池110的第一輸出端電壓Va將大幅下降或預期飛行器10所需的電能大幅增加，可動態調整第一輸出電壓設定值V _S1至第二輸出電壓設定值V _S2，來降低由二次電池120輔助供電的門檻，讓二次電池120所產生的第二輸出電流I ₂能提早提供給飛行器10使用，以預防燃料電池110可能造成的供電不足。

也就是說，在本實施例中，變壓器130的輸出設定可以依據燃料電池110的第一輸出端電壓Va動態調整到適當的第一輸出電壓設定值V _S1或第二輸出電壓設定值V _S2，使得飛行器10所需的電壓不會因為燃料電池110的輸出功率的下降或第一輸出電流I ₁的變動而造成飛行器10所需的電壓的大幅變動。第二輸出電壓設定值V _S2（例如46.8V）可設定為接近自維護程序前的第一輸出端電壓Va（例如47V），使得在進入自維護操作時，燃料電池110停止第一輸出電流I ₁的輸出，由變壓器130提供第二輸出電壓設定值V _S2，以維持飛行器10的電壓不會產生大幅的變動。

上述第一實施例與第二實施例中，第一實施例的旁路開關R1及第二實施例的動態調整變壓器130的輸出電壓設定值的方式亦可合併使用。請參考第2C圖，其繪示依照本揭露另一實施例的供電裝置103的示意圖。亦即，燃料電池110在進行自維護程序前，若預期燃料電池110之第一輸出端電壓Va即將降低時，例如是：燃料電池110自維護階段或是燃料電池110需要關閉部分燃料電池堆的電力輸出等，此時控制器140可動態調整變壓器130由第一輸出電壓設定值V _S1至數值較大的第二輸出電壓設定值V _S2來降低由二次電池120輔助供電的門檻，使得在燃料電池110停止輸出或降低輸出第一輸出電流I ₁的期間，將由二次電池120之第二輸出電流I ₂經由變壓器130提供給飛行器10。等到自維護程序結束，導通自維護開關R2並將變壓器130的輸出設定由第二輸出電壓設定值V _S2改回至第一輸出電壓設定值V _S1，使燃料電池110的第一輸出端電壓Va恢復供電至飛行器10，以避免飛行器10的電壓大幅變動。在一實施例中，亦可經由旁路開關R1將二次電池120之第二輸出電流I ₂提供給飛行器10，即在進行自維護程序前，先導通旁路開關R1，二次電池120之第二輸出電流I ₂經由旁路開關R1提供給飛行器10，等到自維護程序結束之後，再斷開旁路開關R1，以恢復由燃料電池110輸出第一輸出電流I ₁的供電情形。此外，若控制器140偵測到變壓器130的狀態異常，例如變壓器130的內部溫度達到一預定值或輸出功率達到一預定值，使變壓器130無法提供飛行器10所需的輔助電能時，控制器140可控制旁路開關R1導通，使二次電池120可以直接經由旁路驅動負載，可提供超出變壓器130的輸出額定功率至飛行器10，避免因變壓器130的額定限制或失效異常造成提供負載的電力失效。

請參照第3圖，其繪示在燃料電池堆暫時停止輸出或降低輸出電力期間對於輸出點電壓（即節點電壓Vc）的電壓變化圖。要注意的是，在一般使用情形下，燃料電池110作為主要的供電者，因此節點電壓曲線基本上與燃料電池的電壓曲線相同，故第3圖中並未繪示出燃料電池的電壓曲線。圖中第一模式為在固定輸出電壓設定值的情形下，在燃料電池堆暫時停止輸出或降低輸出電力期間，受到飛行器10持續拉載所需的電能的影響，燃料電池110的電壓可能瞬間下降至變壓器130設定的固定輸出電壓設定值（例如43.8V），因此可看到在第一模式中節點電壓曲線驟降的情形發生；第二模式為採用如前述第1D圖實施例導通旁路開關R1的方式，在燃料電池110堆暫時停止輸出或降低輸出的電力期間，經由二次電池120直接供電，因此使得節點電壓曲線突然跳到接近二次電池120的電壓(例如49V)，顯示如果二次電池120比當時的節點電壓高許多，將使負載點電壓產生瞬間突昇的狀況；第三模式為採用如前述第2A圖中動態調整輸出電壓設定值的方式，顯示在燃料電池110堆停止輸出或降低輸出電力前，變壓器130的輸出設定動態調整至接近當時輸出點電壓(例如47V)，使得當燃料電池堆暫時停止輸出或降低輸出電力期間，輸出點電壓可以保持在第二輸出電池設定值(例如46.8V)，而不會有突降或突昇的狀況，能提供負載端具有穩定的節點電壓。

綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:飛行器 100-103:供電裝置 110:燃料電池 110a,120a:輸出端 115:二極體 120:二次電池 130:變壓器 140:控制器 c:節點 C1:曲線 I ₁:第一輸出電流 I ₂:第二輸出電流 R1:旁路開關 R2:自維護開關 V _S1:第一輸出電壓設定值 V _S2:第二輸入電壓設定值 Va:第一輸出端電壓 Vb:第二輸出端電壓 ΔP:範圍 T:一段時間 Vc:節點電壓 P _av:平均所需功率值 P _max:最大功率值 P _S1:功率值 P _U:最高所需功率值

第1A圖繪示依照本揭露一實施例的供電裝置的示意圖； 第1B圖繪示第1A圖之飛行器飛行時的時間與所需功率的關係圖； 第1C圖繪示燃料電池的特性曲線； 第1D圖繪示依照本揭露另一實施例的供電裝置的示意圖； 第2A圖繪示依照本揭露一實施例的供電裝置的示意圖； 第2B圖繪示第2A圖之燃料電池的特性曲線的示意圖； 第2C圖繪示依照本揭露另一實施例的供電裝置的示意圖； 第3圖繪示在燃料電池堆暫時停止輸出或降低輸出電力期間對於輸出點電壓的電壓變化圖。

10:飛行器

100:供電裝置

110:燃料電池

110a、120a:輸出端

115:二極體

120:二次電池

130:變壓器

140:控制器

I₁:第一輸出電流

I₂:第二輸出電流

R1:旁路開關

V_S1:第一輸出電壓設定值

Va:第一輸出端電壓

Vb:第二輸出端電壓

Vc:節點電壓

c:節點

Claims (22)

1. 一種供電裝置，配置於一飛行器上，該飛行器具有一平均所需功率值，該供電裝置包括： 一二次電池； 一變壓器，電性連接於該二次電池與該飛行器之間；以及 一燃料電池，電性連接於該飛行器，且適於提供一第一輸出電流給該飛行器；以及 一旁路開關，電性連接於該二次電池之一輸出端與該燃料電池之一輸出端之間，且該旁路開關與該變壓器並聯； 其中，該變壓器具有一第一輸出電壓設定值，當該燃料電池之一第一輸出端電壓低於該第一輸出電壓設定值時，且該旁路開關處於不導通狀態，該二次電池之一第二輸出電流經由該變壓器提供給飛行器；當該燃料電池之該第一輸出端電壓低於該第一輸出電壓設定值時，且該旁路開關處於導通狀態，該二次電池之該第二輸出電流經由該旁路開關提供給該飛行器； 其中，該第一輸出電壓設定值介於該燃料電池之特性曲線之一最大功率值與該飛行器的該平均所需功率值之間的範圍內的任一功率所對應的電壓值。
2. 如請求項1所述之供電裝置，更包括一二極體，電性連接該燃料電池與該旁路開關之間，該二極體的陽極連接該燃料電池，該二極體的陰極連接該旁路開關。
3. 如請求項1所述之供電裝置，更包括一自維護開關，電性連接該燃料電池與該飛行器，該自維護開關適於關閉一部分燃料電池堆的電力，使該燃料電池進行自維護程序，在該燃料電池進行自維護程序前，先使該旁路開關處於導通狀態，等到自維護程序結束之後，再斷開該旁路開關。
4. 如請求項1所述之供電裝置，更包括一控制器，電性連接該旁路開關與該變壓器，該控制器適於控制該旁路開關的導通狀況，並偵測該變壓器的狀態，當該控制器偵測到該變壓器的狀態異常，該控制器控制該旁路開關導通，使該二次電池提供超出該變壓器的輸出額定功率。
5. 如請求項4所述之供電裝置，其中該變壓器的狀態異常為該變壓器的內部溫度達到一預定值或該變壓器的一輸出功率達到一預定值。
6. 如請求項1所述之供電裝置，其中該二次電池所能提供最大的該第二輸出端電壓高於該燃料電池所能提供最大的該第一輸出端電壓。
7. 一種供電裝置，配置於一飛行器上，該飛行器具有一平均所需功率值，該供電裝置包括： 一二次電池； 一變壓器，電性連接於該二次電池與該飛行器之間； 一燃料電池，電性連接於該飛行器，且適於提供一第一輸出電流給該飛行器；以及 一自維護開關，電性連接該燃料電池與該飛行器，該自維護開關適於關閉一部份燃料電池堆的電力，使該燃料電池進行自維護程序； 其中，該變壓器具有一第一輸出電壓設定值以及一第二輸出電壓設定值，該第二輸出電壓設定值大於該第一輸出電壓設定值，當該燃料電池之一第一輸出端電壓低於該第一輸出電壓設定值時，該二次電池之一第二輸出電流經由該變壓器提供給飛行器；當預期該燃料電池之該第一輸出端電壓即將降低時，動態調整該變壓器由該第一輸出電壓設定值至該第二輸出電壓設定值，該二次電池之該第二輸出電流經由該變壓器提供給該飛行器； 其中，該第一輸出電壓設定值介於該燃料電池之特性曲線之一最大功率值與該飛行器的該平均所需功率值之間的範圍內的任二功率所對應的電壓值。
8. 如請求項7所述之供電裝置，其中，該第一輸出電壓設定值為該燃料電池之特性曲線之該最大功率值所對應的電壓值，該第二輸出電壓設定值為該飛行器的該平均所需功率值所對應的電壓值。
9. 如請求項7所述之供電裝置，更包括一旁路開關，電性連接於該二次電池之一輸出端與該燃料電池之一輸出端之間，且該旁路開關與該變壓器並聯，當該旁路開關處於導通狀態，該二次電池之該第二輸出電流經由該旁路開關提供給該飛行器。
10. 如請求項9所述之供電裝置，其中預期該燃料電池之該第一輸出端電壓即將降低的情形包含該燃料電池的自維護程序，在進行自維護程序前，先導通該旁路開關，等到自維護程序結束之後，再斷開該旁路開關。
11. 如請求項9所述之供電裝置，更包括一控制器，電性連接該旁路開關與該變壓器，該控制器適於控制該旁路開關導通狀況，並偵測該變壓器的狀態，當該控制器偵測到該變壓器的狀態異常，該控制器控制該旁路開關導通，使該二次電池提供超出該變壓器的輸出額定功率至該飛行器。
12. 如請求項11所述之供電裝置，更包括一控制器，電性連接該燃料電池、該二次電池與該變壓器，該控制器適於偵測該變壓器的狀態，控制該變壓器的輸出電壓為該第一輸出電壓設定值或第二輸出電壓設定值。
13. 一種供電裝置之供電方法，該供電裝置配置在一飛行器上，該供電裝置包括一二次電池、一變壓器、一燃料電池及一旁路開關，該變壓器電性連接於該二次電池與該飛行器之間，該燃料電池電性連接於該飛行器，該旁路開關電性連接於該二次電池與該燃料電池之間，且該旁路開關與該變壓器並聯，該變壓器具有一第一輸出電壓設定值；該供電方法包括： 該燃料電池提供一第一輸出電流給該飛行器； 當該燃料電池之一第一輸出端電壓低於該第一輸出電壓設定值時，該變壓器將該二次電池之一第二輸出電流提供給該飛行器；以及 在一特定條件下，控制該旁路開關導通，使該二次電池之該第二輸出電流經由旁路開關至該飛行器，而不經由該變壓器提供該第二輸出電流； 其中，該特定條件為該變壓器之一輸出額定功率不足以供應該飛行器所需電能、該變壓器的狀態異常或是該燃料電池進行自維護期間。
14. 如請求項13所述之供電方法，其中該飛行器具有一平均所需功率值，該第一輸出電壓設定值介於該燃料電池之特性曲線之一最大功率值與該飛行器的該平均所需功率值之間的範圍內的任一功率所對應的電壓值。
15. 如請求項13所述之供電方法，其中該二次電池所能提供最大的該第二輸出端電壓高於該燃料電池所能提供最大的該第一輸出端電壓。
16. 如請求項13所述之供電方法，其中該變壓器的狀態異常為該變壓器的內部溫度達到一預定值或該變壓器的一輸出功率達到一預定值。
17. 如請求項13所述之供電方法，其中該供電裝置更包含一自維護開關，電性連接該燃料電池與該飛行器，該自維護開關適於關閉一部分燃料電池堆的電力，使該燃料電池進行自維護程序，在該燃料電池進行自維護程序前，先使該旁路開關處於導通狀態，等到自維護程序結束之後，再斷開該旁路開關。
18. 一種供電裝置之供電方法，該供電裝置配置在一飛行器上，該供電裝置包括一二次電池、一變壓器、一燃料電池及一自維護開關，該變壓器電性連接於該二次電池與該飛行器之間，該燃料電池電性連接於該飛行器，該自維護開關電性連接於該燃料電池與該飛行器，該自維護開關適於關閉一部份燃料電池堆的電力，使該燃料電池進行自維護程序，該變壓器具有一第一輸出電壓設定值與一第二輸出電壓值，該第二輸出電壓設定值大於該第一輸出電壓設定值，該供電方法包括： 該燃料電池提供一第一輸出電流給該飛行器； 當該燃料電池之一第一輸出端電壓低於該第一輸出電壓設定值時，該變壓器將該二次電池之一第二輸出電流提供給該飛行器；以及 當預期該燃料電池之該第一輸出端電壓即將降低時，動態調整該變壓器由該第一輸出電壓設定值至該第二輸出電壓設定值，該二次電池之該第二輸出電流經由該變壓器提供給該飛行器； 其中，該第一輸出電壓設定值介於該燃料電池之特性曲線之一最大功率值與該飛行器的一平均所需功率值之間的範圍內的任二功率所對應的電壓值。
19. 如請求項18所述之供電方法，其中該第一輸出電壓設定值為該燃料電池之特性曲線之該最大功率值所對應的電壓值，該第二輸出電壓設定值為該飛行器的該平均所需功率值所對應的電壓值。
20. 如請求項18所述之供電方法，其中該第二輸出電壓設定值近似但略小於該燃料電池之該第一輸出端電壓。
21. 如請求項18所述之供電方法，其中該供電裝置更包含一旁路開關，電性連接於該二次電池與該燃料電池之間，且該旁路開關與該變壓器並聯，其中預期該燃料電池之該第一輸出端電壓即將降低的情形包含該燃料電池的自維護程序，在進行自維護程序前，先導通該旁路開關，使該二次電池之該第二輸出電流經由該旁路開關提供給該飛行器，等到自維護程序結束之後，再斷開該旁路開關。
22. 如請求項18所述之供電方法，其中該供電裝置更包含一旁路開關，電性連接於該二次電池與該燃料電池之間，且該旁路開關與該變壓器並聯，該供電方法更包含：在一特定條件下，控制該旁路開關導通，使該二次電池之該第二輸出電流經由旁路開關至該飛行器，而不經由該變壓器提供該第二輸出電流，該特定條件為該變壓器之一輸出額定功率不足以供應該飛行器所需電能、該變壓器的狀態異常或是該燃料電池進行自維護期間。

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