专利名称：用于燃料电池系统的分布式管理方法及燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种管理燃料电池的方法，特别是关于一种用于燃料电池系统的分布式管理方法。
背景技术：
公知燃料电池系统仅着重于燃料电池的硬件架构上的建置，例如堆栈式燃料电池系统、平面式燃料电池系统。这些相关公知技术对于如何实行燃料电池系统的硬件有其贡献，然而，如何让燃料电池系统能够被有效地管理，使其能够被控制且一直维持在最佳状态下来运作，此般技术则是公知技术仍至今阙如。
由于电力能源的有效管理，乃能够提升用电的电子装置，例如笔记型计算机、行动电话，更长的使用时间以及稳定的电力供应。因此，当燃料电池应用到这些电子装置时，立即面临到电力能源的问题，此课题对于燃料电池极为重要，悠关着燃料电池的永续发展。
本发明的发明人有鉴于上述公知燃料电池系统的缺点，以及用于燃料电池的电力能源管理的日趋重要性，乃亟思发明而发明出一种用于燃料电池系统的分布式管理方法，以及实施该方法的燃料电池系统。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于燃料电池系统的分布式管理方法，以及实施该方法的燃料电池系统，以让燃料电池系统能够不断地且稳定地输出电力。
为达成本发明上述目的，本发明是一种用于燃料电池系统的分布式管理方法。在燃料电池系统开机启用步骤中，系统开机时先由辅助电力源对主控制单元与能源管理单元提供电力。在由主控制单元所执行步骤中，主控制单元反复接收由能源管理单元所传送的燃料电池状态数据，或是主动向能源管理单元询问，来判断燃料电池系统是否发生异常运作，以及随时调控系统使其保持最佳运作状态。在由能源管理单元所执行步骤中，能源管理单元利用各项传感器来感测系统的状态，以及产生对应的状态资料，然后向主控制单元主动传送或回馈该些状态数据。在燃料电池系统关机步骤中，对仍位于流道内的燃料进行清除处理，以及对电化学反应所产生的生成物且未排出的生成物进行清除处理，并能储存燃料电池在关机前的最后状态。上述方法中，主控制单元及能源管理单元无论燃料电池系统开机或关机，皆能保持开启，以持续侦测燃料电池状态，以保安全。
图1显示本发明用于燃料电池系统的分布式管理方法的流程图。
图2显示实施本发明分布式管理方法的燃料电池系统的架构图。
图3显示本发明分布式管理方法进一步包括自我活化燃料电池系统的步骤的流程图。
图4显示本发明燃料电池系统的具体实施例。
其中10分布式管理方法 205a感测模块20燃料电池系统207辅助电力源101、102、103、104、105步骤 209燃料电池发电单元201燃料电池模块 301燃料储存装置
203主控制单元 303燃料供应装置205能源管理单元具体实施方式
为使熟悉该项技术人士了解本发明的目的、特征及功效，兹藉由下述具体实施例，并配合所附的附图，对本发明详加说明如后图1显示本发明用于燃料电池系统的分布式管理方法的流程图，以及图2显示实施本发明分布式管理方法的燃料电池系统的架构图。本发明的分布式管理方法10的主要功能乃是用来智能型有效管理燃料电池系统20，使得燃料电池系统20能够一直维持在最佳状况下来运作，并且随时监督运作中的燃料电池系统20，若有异常情况的发生，则立即发出警示信息来向外界通报。分布式管理方法10主要包含有步骤(101)、步骤(102)、步骤(103)、步骤(104)等四项主要步骤，分别说明如下内文。步骤(101)系燃料电池系统20的开机启用步骤。在步骤(101)中，当燃料电池系统20开机时，先由辅助电力源207先行提供电力给整个燃料电池系统20来使用，并激活主控制单元203及能源管理单元205。主控制单元203激活之后，会先从内存读出燃料电池系统20的出厂设定原始组态，例如设计功率、设计电压、操作浓度、操作温度等等，以及上次关机前的系统状态，例如剩余燃料容量等等，接着，再检视目前燃料电池系统20的状态，例如检视目前的燃料储存装置301内所剩余的燃料容量，如果燃料容量低于设定值下限，则会发出警示灯光或声响，提醒使用者补充燃料。激活后的主控制单元203即与能源管理单元205进行数据传输，以便随时掌控燃料电池系统20的最新运作状态。
能源管理单元205激活之后，由各种传感器所组成的感测模块205a会侦测目前燃料电池模块201的状态，透过温度传感器、液位传感器与浓度传感器，来侦测燃料电池模块201的目前温度、流道内燃料的剩余容量及浓度，再由能源管理单元205将感测数据传送给主控制单元203。
步骤(102)系由能源管理单元205所执行的步骤。在步骤(102)中的能源管理单元205一直反复地利用各项传感器来感测燃料电池模块201的状态，以及产生对应的感测资料，例如燃料剩余容量资料、燃料浓度资料、燃料电池运作中的温度资料等等感测资料。同时，在步骤(102)中的能源管理单元205一直反复地向主控制单元203传送燃料电池模块201的最新状态数据，以让主控制单元203能够正确地管理系统20的运作。
步骤(103)系由主控制单元203所执行的步骤。在步骤(103)中的主控制单元203乃系一直反复接收由能源管理单元205所传送的燃料电池模块201的最新状态资料，并且依据状态资料与出厂原始组态资料，来判断燃料电池模块201是否发生异常运作，如果为真则发出警示讯号来向外界通报，或是停止燃料电池系统20的运作。在步骤(103)中的主控制单元203一方面能够一直反复接收由能源管理单元205所传送的燃料电池模块201的最新状态资料，并且依据状态数据与出厂原始组态资料，随时对燃料电池系统20进行调控，使其保持最佳运作状态。主控制单元203另一方面同时能够向能源管理单元205询问燃料电池系统20的最新状态。在步骤(103)中的主控制单元203随时将能源管理单元205所回报的数据与安全设定值进行比较，如果温度超出系统20所设定的操作范围，则依据预设的设定，发出警告信息，如亮警示灯，或传回错误讯号至用电装置，并于设定的时间内，不激活或停止燃料电池系统20的发电功能。若系统20已设置温度控制系统(图未显示)，则激活温控系统将温度控制在操作范围之内。再者，主控制单元203会随时掌控在燃料电池模块201内所剩余的燃料浓度及残余容量，而主控制单元203会将此项信息一并连同燃料储存装置301内的燃料浓度及容量合并计算，来计算得出要补充进入燃料电池模块201内的燃料最佳补充量及燃料的最佳浓度，然后驱动燃料供应装置303，例如帮浦，将真正所需的燃料供应量输入至燃料电池模块201。
再者，由主控制单元203所执行的步骤(103)，乃进一步包括定时储存目前运作中的燃料电池系统20的燃料电池状态资料，如剩余燃料百分比、燃料浓度、剩余电量百分比…等信息，藉此，以让主控制单元203能够追踪管理系统20的运作情形。
步骤(104)系燃料电池系统20的关机步骤。在步骤(104)中，当燃料电池系统20关机时，系统20对仍位于流道内的燃料要进行清除处理，以及对燃料电池发电单元209于电化学反应所产生的生成物，仍尚未排出的生成物进行清除处理。当使用者关闭燃料电池系统20时，为避免仍电化学反应中的燃料电池发电单元209受到关机影响，必须在燃料电池发电单元209完全停止运作之前，执行关机程序，来避免燃料电池模块201因为关机而对仍留存的热与水失去控制管理。在关机程序执行中，虽然中断燃料的供应，但是在燃料电池模块201流道内仍可能留存燃料，此时燃料电池模块201会继续运作直至留存内的燃料耗尽为止，而热管理系统及水管理系统在燃料耗尽前仍继续动作，来确保系统20不会因关机所带来的急速冷却或空气流速不足等因素，而让燃料电池发电单元209在阴极端发生积水的现象。
图3显示本发明分布式管理方法进一步包括自我活化燃料电池系统的步骤的流程图。再者，本发明的分布式管理方法10乃进一步包括步骤(105)，其系自我活化燃料电池系统20的步骤。当燃料电池系统20关闭经过一段时间再开机启用时，进行系统20的自我活化程序，用来让系统20所产生的开路电压(Open Circuit Voltage)或效能能够快速到达标准值，为达成自我活化的目的，本发明可以采用内建负载，在有载(Load)与无载(Unload)之间来回切换，如此具体实现自我活化程序。在燃料电池发电单元209完成自我活化程序之后，主控制单元203即可让燃料电池模块201依据用电装置的电力需求，来对外其输出电力。完成自我活化程序之后，即可停止辅助电力源207的电力使用，改由燃料电池模块201所发电的电力来完全供应。如果所使用的辅助电力源207是二次可充电电池的话，则可藉由燃料电池模块201的电力对二次可充电电池进行充电。完成自我活化程序之后，燃料电池模块201在产生电力的同时，燃料会被不断地消耗，主控制单元203与能源管理单元205执行其任务，以确保系统20能够不断地且稳定地输出电力。
辅助电力源207可以采用一次电池，例如干电池、碳锌电池、碱性电池等，或者，辅助电力源207可以采用充电二次电池，例如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂高分子电池等。又或者，辅助电力源207可以采用其它种类的电源，例如太阳能电池、超级电容、交流转直流电源等等。
图4显示本发明燃料电池系统的具体实施例。本发明的燃料电池模块201的具体态样可以系一片双极燃料电池板，或是由二片以上双极燃料电池板所组成的燃料电池装置，且双极燃料电池板201上设置至少一个以上的膜电极组，该些膜电极组乃系燃料电池发电单元209的具体实现的范例。双极燃料电池板201亦设置燃料入口、燃料出口、与流道，以提供燃料的流通管道。能源管理单元205可以实现成单独一片的电路板。或者，能源管理单元205采行直接内建于双极燃料电池板201上，亦即，将构成能源管理单元205的该些电路组件，例如各项传感器、微控制器、定电压组件，直接焊接或设置在双极燃料电池板201。双极燃料电池板201的侧边的一部份区域，乃可以设置金手指来作为电力/讯号输出入接口的实施手段，透过金手指或连接器来与主控制单元203达成电气性连接。主控制单元203可以是一片印刷电路板，其上设置有构成主控制单元203的该些电路组件，例如微控制器、内存、电力/讯号输出入接口。燃料储存装置301可以采用槽状结构的容器，或是卡匣式容器。燃料供应装置303可以采用帮浦，来推进燃料的输送。
在本发明的分布式管理方法10中，主控制单元203及能源管理单元205无论燃料电池系统开机或关机，皆能保持开启，以持续侦测燃料电池状态，以保安全。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，所作更动与润饰仍属于本发明后附之申请专利范围之内。
权利要求
1.一种用于燃料电池系统的分布式管理方法，其中燃料电池系统至少包括一主控制单元、一能源管理单元、一辅助电力源、至少一个以上用于产生电力的燃料电池，该分布式管理方法，包括下列步骤(1)由燃料电池系统开机启用步骤燃料电池系统开机时，先由该辅助电力源对主控制单元与能源管理单元提供电力；(2)由主控制单元所执行的步骤反复接收由能源管理单元所传送的燃料电池状态资料，依据燃料电池状态资料与一出厂原始组态资料，判断燃料电池系统是否发生异常运作，如果为真则发出警示讯号及/或停止燃料电池系统的运作；反复接收由能源管理单元所传送的燃料电池状态资料，依据燃料电池状态资料与出厂原始组态资料，随时调控燃料电池系统使其保持最佳运作状态；(3)由能源管理单元所执行的步骤利用至少一个以上的传感器来感测燃料电池的状态，以及产生对应的燃料电池状态资料，其中该燃料电池状态资料系至少包括一燃料剩余容量资料、一燃料浓度资料、一燃料电池运作中的温度资料；能源管理单元向主控制单元传送燃料电池状态数据；(4)燃料电池系统关机步骤对仍位于流道内的燃料进行清除处理；对燃料电池于电化学反应所产生的生成物，仍尚未排出的生成物进行清除处理。
2.如权利要求1所述的分布式管理方法，进一步包括自我活化燃料电池系统的步骤当燃料电池系统关闭经过一段时间再开机启用时，进行燃料电池系统的自我活化程序，用以让燃料电池系统所产生的开路电压及/或效能能够快速到达标准值。
3.如权利要求1所述的分布式管理方法，其中该由主控制单元所执行的步骤，进一步包括读取燃料电池系统的出厂原始组态资料；读取前次燃料电池系统关机时所储存的关机状态资料。
4.如权利要求1所述的分布式管理方法，其中该燃料电池系统关机步骤，进一步包括主控制单元储存燃料电池系统关机时的关机状态资料。
5.如权利要求1所述的分布式管理方法，其中该由主控制单元所执行的步骤，进一步包括定时储存目前运作中的燃料电池系统的燃料电池状态资料。
6.如权利要求5所述的分布式管理方法，其中该燃料电池状态资料，至少包含一燃料百分比、一燃料浓度、一剩余电量百分比。
7.如权利要求1所述的分布式管理方法，其中该由主控制单元所执行的步骤，进一步包括主动向该能源管理单元询问该燃料电池系统的最新状态。
8.一种燃料电池系统，包括至少一个以上用于产生电力的燃料电池；一能源管理单元，包含至少一个以上的传感器，来感测燃料电池的状态，以及产生对应的燃料电池状态资料，其中该燃料电池状态资料至少包括一燃料剩余容量资料、一燃料浓度资料、一燃料电池运作中的温度资料；一主控制单元，系电气性连接能源管理单元，并用于反复接收由能源管理单元所传送的燃料电池状态资料，依据燃料电池状态资料与一出厂原始组态资料，判断燃料电池系统是否发生异常运作，如果为真则发出警示讯号及/或停止燃料电池系统的运作，以及用于反复接收由能源管理单元所传送的燃料电池状态资料，依据燃料电池状态资料与出厂原始组态资料，随时调控燃料电池系统使其保持最佳运作状态；一辅助电力源，系连接主控制单元与能源管理单元，并用于当燃料电池系统开机时，先由辅助电力源对主控制单元与能源管理单元提供电力；其中，该燃料电池系统，能够在关机执行当中，对仍位于流道内的燃料进行清除处理，以及对该些燃料电池于电化学反应所产生的生成物，仍尚未排出的生成物进行清除处理。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中，该燃料电池系统，能够在关闭经过一段时间再开机启用时，进行自我活化程序，用以让燃料电池系统所产生的开路电压能够快速到达标准值。
10.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中主控制单元进一步包括用于读取燃料电池系统的出厂原始组态资料，以及用于读取前次燃料电池系统关机时所储存的关机状态资料。
11.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中主控制单元进一步包括用于储存燃料电池系统关机时的关机状态资料。
12.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中辅助电力源，系一一次电池、一二次电池、一太阳能电池、一超级电容、一交流转直流电源的其中一种。
13.如权利要求8所述的燃料电池系统，进一步包括一燃料储存装置，以储存燃料。
14.如权利要求8所述的燃料电池系统，进一步包括一燃料供应装置，以推进燃料至该些燃料电池。
15.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中该主控制单元，进一步用于定时储存目前运作中的燃料电池系统的燃料电池状态资料。
16.如权利要求15所述的燃料电池系统，其中该燃料电池状态资料，至少包含一燃料百分比、一燃料浓度、一剩余电量百分比。
17.如权利要求8所述的燃料电池系统，其中主控制单元进一步包括用于主动向该能源管理单元询问该燃料电池系统的最新状态。
全文摘要
一种用于燃料电池系统的分布式管理方法。在燃料电池系统开机启用步骤中，先由辅助电力源对主控制单元与能源管理单元提供电力。主控制单元反复接收由能源管理单元所传送的燃料电池状态数据，或是主动向能源管理单元询问，来判断燃料电池系统是否发生异常运作，以及随时调控系统使其保持最佳运作状态。能源管理单元感测系统的状态，以产生对应的状态资料，然后向主控制单元主动传送或回馈该些状态数据。在燃料电池系统关机步骤中，对仍位于流道内的燃料进行清除处理，以及对电化学反应所产生的生成物且未排出的生成物进行清除处理，并能储存燃料电池在关机前的最后状态。主控制单元及能源管理单元始终保持开启，以持续侦测燃料电池状态。
文档编号H01M8/00GK1866595SQ200510070980
公开日2006年11月22日 申请日期2005年5月19日 优先权日2005年5月19日
发明者许锡铭, 邓丰毅, 汤毓麟, 钟雅健 申请人:胜光科技股份有限公司