TWM525304U - 可攜式模組化燃料電池／鋰電池混合電力系統 - Google Patents
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Description
本創作係有關於一種模組化燃料電池增程系統，尤其是指一種將電源管理系統應用在燃料電池上之充電策略為主的模式，可應用在不同車型，任何電動載具之增程系統，有效的解決電力不足與充電耗時的問題，同時達到增進行駛里程之目標。
氫能為太陽的主要能源，未來地球能源使用也將轉移至氫能型態。在石化能源過渡至氫能的階段，燃料電池為一可行的能量轉換設備。由於氫能與燃料電池科技為一高效率而極低污染的發電裝置，不僅可發展潔淨能源產業，亦可提升能源供應的自主及安全性，各國無不大量投入燃料電池研究。全世界無不對此高科技寄予厚望，希望這項新科技能一舉解決人類能源危機、地球暖化(環境)危機，甚至部份水資源的危機。
在燃料電池之技術領域中，目前所發展出的燃料電池類型概
分為鹼性燃料電池、磷酸型燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池及質子交換膜燃料電池等不同類型。各種燃料電池各有其優劣點及應用範圍，其中質子交換膜燃料電池(PEMFC)最具商業利用價值。燃料電池之工作原理主要是利用氫氣和氧氣通過電化學反應生成水，並釋放電能，基本上可視為水電解之逆反應。在發電的過程中僅熱汲水，因此是一極環保的電力產生裝置。
目前純電動車行駛最大里程數比傳統汽油或柴油車還少，而且充電需花很長時間，加上設立的充電站不足。因為這些因素，導致有不便的現象。為了解決這些問題，於是發展燃料電池增程系統，可大大提升續航力。
燃料電池增程系統，為了保護電池，可同時監控燃料電池和二次電池的電壓。此領域已經有很多研究成果，但要達到最好的效率，是現今燃料電池電動車開發業者及研究人員要持續努力克服的重大技術。
本創作提出一種模組化燃料電池系統，為一可拆卸式之方式組裝在電動車上，可應用於多種形式之電動載具，以所需之行程做不同氣瓶數量之調整，也可對應不同二次電池之電壓裝載相應功率之燃料電池，達到最佳的使用效益。
為達到上述之目的，本創作主要係將電源管理系統的控制應用於模組化燃料電池增程系統，把二次電池的充電端與放
電端分離，透過電源管理系統來監控燃料電池，與二次電池的電壓。當二次電池電壓達到飽和電壓時即停止充電，當接近截止電壓時即發出警告，達到截止電壓時，隨即停止放電。使二次電池在操作時維持在10%~90%的電容量，藉此延長電池壽命。
本創作包括有一電源管理系統、一模組化燃料電池系統、一開關模組、一二次電池，以及一驅動器模組，二次電池提供所有線路與變動負載之電力，以及接收燃料電池充電與放電提供驅動模組之功用；電源管理系統同時控制模組化燃料電池系統與二次電池保護裝置；模組化燃料電池系統包括一燃料電池、一空氣源，以及一氫氣源，空氣源與氫氣源主要提供燃料電池發電所需之來源。
在整個系統當中以電源管理系統為最重要的部份，亦是整個系統的控制核心，能夠同時控制燃料電池和二次電池。
本創作之模組化燃料電池增程系統，是透過電源管理系統控制燃料電池和二次電池。藉由電源管理系統能夠同步監控燃料電池溫度、電壓、電流，以及空氣系統、氫氣系統、散熱系統，也藉由電源管理系統控制二次電池的保護措施，以免過放、過充及超溫，導致二次電池壽命縮短。因此，本創作之模組化燃料電池增程系統有效成為節能且無碳排放之環保燃料電池車。
1‧‧‧電源管理系統
11‧‧‧資料擷取
2‧‧‧模組化燃料電池系統
21‧‧‧燃料電池
22‧‧‧空氣源
221‧‧‧空氣調壓閥
23‧‧‧氫氣源
231‧‧‧氫氣調壓閥
3‧‧‧開關模組
31‧‧‧繼電器
32‧‧‧DC/DC
33‧‧‧繼電器
4‧‧‧二次電池
5‧‧‧驅動系統
6‧‧‧散熱系統
第1圖係模組化燃料電池增程系統式意圖
第2圖係電源管理系統之控制邏輯圖
第3圖係電源控制器細部架構圖
本創作主核心在於電源管理系統(1)，分別管理模組化燃料電池系統(2)與二次電池(4)，藉此達到較高的能量效率。
本創作之電源管理系統(1)，是透過Arduino程式語言來控制模組化燃料電池系統(2)與二次電池(4)，模組化燃料電池系統(2)包括一燃料電池(21)、一空氣源(22)、一氫氣源(23)、一散熱系統(6)，其中空氣源(22)與氫氣源(23)係提供燃料電池(21)產生電能所需之反應氣體，排放物為純水和熱能，其中熱能透過散熱系統(6)對燃料電池(21)做散熱之功效，達到有效之熱能管理。
電源管理系統(1)，透過Arduino程式語言控制空氣源(22)，依據偵測出電流值之大小，來控制空氣供給燃料電池(21)之多寡。當在加速(拉載)時，燃料電池(21)輸出電流會越大，此時，空氣源(22)之供給空氣也隨之變多；當在定速(巡航)時，空氣源(22)之供給空氣為固定量。
電源管理系統(1)，透過Arduino程式語言控制氫氣源(23)，依據偵測出電流值之大小，來控制氫氣供給(23)之多寡。當
在加速(拉載)時，燃料電池(21)輸出電流會越大，此時，氫氣源(23)之供給氫氣也隨之變多；當在定速(巡航)時，此時，氫氣源(23)之供給氫氣為固定量。
電源管理系統(1)，透過Arduino程式語言控制散熱系統(6)，散熱系統(6)分為水冷散熱與氣冷散熱，依據偵測出溫度值之大小，來控制散熱系統(6)。當燃料電池(21)溫度偏高時，水冷系統供給燃料電池(21)之水流量將增大，或氣冷系統供給燃料電池(21)之風扇轉速將提高；當燃料電池(21)溫度低於某一安全值時，電源管理系統(1)會自動把繼電器(31)斷開，使散熱系統(6)恢復至怠速狀態，以此達到對燃料電池(21)散熱之功效。
當二次電池(4)達到飽和電壓時，電源管理系統(1)會自動把繼電器(32)斷開，使燃料電池(21)無法對二次電池(4)充電，以此保護二次電池。
當二次電池(4)達到截止電壓時，電源管理系統(1)會自動把繼電器(33)斷開，使二次電池(4)無法提供電力給驅動系統(5)使用。
當二次電池(4)有超溫現象產生時，電源管理系統(1)會緊急把繼電器(32、33)同時斷開，為避免二次電池(4)損壞。
二次電池(4)為了避免過充與過放現象產生，故二次電池(4)的操作工作電壓有一定的範圍，主要目的是增加二次電池(4)之使用壽命。
燃料電池(21)作為一定功率輸出，當驅動系統(5)需求電流低於燃料電池(21)之最大輸出電流時，完全由燃料電池提供電力，多餘之電力可提供二次電池(4)充電。
當驅動系統(5)輸出電流比燃料電池(21)低時，燃料電池(21)與驅動系統(5)之電流差值，會對二次電池進行充電。
當驅動系統(5)輸出電流比燃料電池(21)高，此時，驅動系統(5)高於燃料電池(21)之差值，則由二次電池(4)輸出，以提供給驅動系統(5)。
1‧‧‧電源管理系統
2‧‧‧模組化燃料電池系統
21‧‧‧燃料電池
22‧‧‧空氣源
23‧‧‧氫氣源
3‧‧‧開關模組
31‧‧‧繼電器
32‧‧‧DC/DC
33‧‧‧繼電器
4‧‧‧二次電池
5‧‧‧驅動系統
Claims (8)
- 一種可攜式模組化燃料電池/鋰電池混合動力系統，可應用在任何電動載具上，以模組化之概念，依不同載具之規格，可裝配相應之增程系統，配合電源管理系統，調節電力輸出，延長電力系統的使用年限。
- 一種可攜式模組化燃料電池/鋰電池混合動力系統，是以電源管理系統來監控燃料電池和二次電池，達到增程效果，大幅度的提升續航力。
- 如請求項1所述之可攜式模組化燃料電池/鋰電池混合動力系統，透過電源管理系統能夠同步監控燃料電池溫度、電壓、電流，依據溫度、電壓、電流，同時監控空氣系統、氫氣系統與散熱系統，來達到最佳效率。
- 如請求項1所述之可攜式模組化燃料電池/鋰電池混合動力系統，透過電源管理系統能夠監控二次電池，當二次電池達到飽和電壓，此時，繼電器會斷開，使燃料電池不會對二次電池繼續充電。
- 如請求項1所述之可攜式模組化燃料電池/鋰電池混合動力系統，透過電源管理系統，當二次電池超溫，會自動啟動緊急保護系統，以直接斷電的方式避免電池損壞。
- 如請求項1所述之可攜式模組化燃料電池/鋰電池混合動力系統，透過電源管理系統，同時監控燃料電池與二次電池，當二次電池電壓在一定範圍內，燃料電池隨時會對二次電池充電，來達到較高的能量效率。
- 如請求項1所述之可攜式模組化燃料電池/鋰電池混合動力系統，主要根據驅動系統與燃料電池之輸出電流，對二次電池進行充電與放電。
- 如請求項1所述之可攜式模組化燃料電池/鋰電池混合動力系統，二次電池之操作工作電壓有一定的範圍，當過充、放或超溫現象產生時，電源管理系統會根據不同情況，把繼電器斷開調整電力輸出分配，目的是為 了保護二次電池免於損壞，延長使用壽命。
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| TW104210871U TWM525304U (zh) | 2015-07-03 | 2015-07-03 | 可攜式模組化燃料電池／鋰電池混合電力系統 |
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| FR3117436A1 (fr) | 2020-12-11 | 2022-06-17 | Renault | Dispositif d’alimentation électrique pour véhicule |
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2015
- 2015-07-03 TW TW104210871U patent/TWM525304U/zh not_active IP Right Cessation
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