专利名称：燃料电池功率产出控制方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池功率产出控制方法及其应用，尤其涉及透过直流电压转换器来控制直流电压转换器的输入端的电流值，使其维持一个定电流范围之内，由此，让燃料电池在低于或处于最大功率输出或是最佳效率输出状态下运作，并可配合其它电力能源输出装置以节能状态进行电力供应。
背景技术：
现有直流电压转换器(DC Converter)例如用于二次电池的现有直流电压转换器，在设计时通常只须考虑到输出定电压的稳定性设计，其输出x流可依负载变化，而不用担心二次电池所产生的电力的电压对于现有直流电压转换器的影响，且因为二次电池是属于一种充电后便可储存能量的能量容器，使得在使用时因放电而释出能量，并在二次电池放电时若是电量充足，则二次电池的输出电流能够维持在一定电流，因此二次电池在电力足够之下可视为一定电压组件。然而，燃料电池是属于一种能量转换器，其并不先行预储能量，这样，如果燃料电池搭配使用现有直流电压转换器时，由于燃料电池的所产生电力其电流值会因为外界负载而有很大的变化，这样，此时，现有直流电压转换器仍是利用燃料电池变化后的输入电流来进行转换，现有直流电压转换器虽然仍能够提供负载所需的功率，但所造成的结果却是让燃料电池不见得是在最佳功率输出状态下运作。
再者，通常在使用燃料电池的电子系统中，会搭配其它电力能源输出装置，例如可充电式锂电池的二次电池。特别在可携式的电子系统中，因为无法确知何时可以补充二次电池的电力，且二次电池的寿命会因为频繁的充放电而减短，但是燃料电池的燃料是可随时填充的，所以必须尽量降低二次电池的电力输出，且电力输出供应以燃料电池为主，进而达到二次电池的节能目的。
本发明的发明人有鉴于现有直流电压转换器无法对燃料电池来提供最佳功率输出状态运作的操作模式，乃亟思发明而改良一种燃料电池功率产出控制方法，使得燃料电池是在最佳功率输出状态下来一直运作，并将此控制方法应用在结合燃料电池与其它电力能源输出装置的多能源供应系统。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种燃料电池功率产出控制方法及其应用，让直流电压转换器除了提供输出电流能够维持在一定电流的功能外，同时让燃料电池是在最佳功率输出状态下来一直运作。
为了达成本发明上述目的，本发明提供一种燃料电池功率产出控制方法及其应用，包括下列步骤提供直流电压转换器(DC Converter)与燃料电池，并且将直流电压转换器的输入端与燃料电池的输出端相连接；直流电压转换器利用燃料电池的输出电力，转换输出为输出定电压；以及，直流电压转换器使得直流电压转换器的输入端维持在一个定电流预定范围之内，亦即使燃料电池的输出电流维持在一个定电流预定范围之内，其中，定电流预定范围是依据燃料电池的膜电极组数量以及膜电极组所产出最佳功率区以下的电流范围，来设定该定电流预定范围其电流范围值。其中，该最佳功率区是选择膜电极组在单位燃料消耗量下可产生最大电力功率输出以及膜电极组最大功率输出中的任一状态。
再者，本发明亦可应用于燃料电池配合其它电力能源输出装置而提供多能源输出。
为使本领域的普通技术人员了解本发明的目的、特征及功效，现通过下述具体实施例，并配合所附的图式，对本发明详加说明如后。
图1为本发明燃料电池功率产出控制方法及其应用于一负载的电路连接示意图。
图2为本发明燃料电池功率产出控制方法所使用的燃料电池单一膜电极组的电流-功率特性曲线图。
图3为本发明燃料电池功率产出控制方法及其应用的流程图。
图号编号说明燃料电池1燃料电池输出端11第二电池2第二电池输出端21直流电压转换器3直流电压转换器输入端31直流电压转换器输出端32负载4101、103、105步骤具体实施方式
图1为本发明燃料电池功率产出控制方法及其应用于一负载的电路连接示意图。请参考图1所示，本发明的至少一燃料电池1以及至少一第二电池2分别电气连接至一直流电压转换器3(DC Converter)，用以进行该燃料电池1与第二电池2所输出电力的电压转换，再利用该直流电压转换器3电气连接至一负载4，用以将该直流电压转换器3转换电压后的电力供给该负载4使用。其中，该燃料电池1是通过富氢燃料(如甲醇燃料)、氧燃料以及触媒物质进行电化学反应而产生电力的一种能量转换器，该燃料电池1具有燃料电池输出端11，用以输出该燃料电池1所产生的电力；该第二电池2为另一电力产生装置，其可以是可将储存的化学能转换为电能的一次电池或二次电池，并具有第二电池输出端21，用以输出该第二电池1所产生的电力，举例来说，该第二电池2可以为碱性电池的一次电池或者是锂电池的二次电池；该直流电压转换器3具有分别对应该燃料电池1与第二电池2的数个直流电压转换器输入端31以及具有对应负载4的直流电压转换器输出端32，且该直流电压转换器3可透过降压逻辑(buck logic)或者是升压逻辑(boost logic)的运作，配合负载4所需的电压，而将该燃料电池1或第二电池2所输出的电力转换形成对应的电压大小；以及该负载4可以为一电子组件或电子系统，并通过该直流电压转换器3所输出稳定电压的电力，而可执行该负载4的运作。
上述燃料电池1的燃料电池输出端11电气性连接于该直流电压转换器3中的一直流电压转换器输入端31，以及该第二电池2的第二电池输出端21电气性连接于该直流电压转换器3中的另一直流电压转换器输入端31，由此将燃料电池1与第二电池2所产生的电力传输至该直流电压转换器3中，并透过该直流电压转换器3中的直流电压转换器输出端32电气性连接于该负载4，由此将特定电压的电力传输至该负载4使用。
上述的燃料电池1为一利用印刷电路板制程所制造的燃料电池。
图2为本发明燃料电池功率产出控制方法所使用的燃料电池单一膜电极组的电流-功率特性曲线图；以及图3为本发明燃料电池功率产出控制方法及其应用的流程图。请参考图1所示，依据本发明的控制方法所提供的直流电压转换器3，其除了具备输出定电压提供给负载4的功能以外，还能够将直流电压转换器输入端31的电流值一直维持在一个定电流范围之内，且在负载4以特定的功率与工作电压的运作下，即会经由降压逻辑(buck logic)或者是升压逻辑(boost logic)产生这个对应的电流值。再者，该直流电压转换器3具有限制运作的燃料电池1的最大电流输出值。请进一步参考图2所示，该燃料电池1中的每一个膜电极组的电流输出值会对应一个功率输出值，其中当燃料电池1中的每一个膜电极组产生输出电流值Imax时，会对应产生最大输出功率Pmax，且该直流电压转换器3限制燃料电池1运作的最大电流输出值即维持在小于或等于最大功率输出的电流值Imax，此即表示着此时的燃料电池1是在小于或等于最大输出功率Pmax的状态下来运作。其中，本发明的控制方法包括有步骤101、步骤103以及步骤105，分别说明如以下内文。请参考图1及图3所示，步骤101提供直流电压转换器3与燃料电池1，并将直流电压转换器3的直流电压转换器输入端31与燃料电池1的燃料电池输出端11相连接，且该燃料电池1中的膜电极组经由电化学反应而产生电力透过燃料电池输出端11输出电流至直流电压转换器输入端31。
步骤103为直流电压转换器3利用燃料电池1的输出电力，转换输出为输出定电压。直流电压转换器3将燃料电池1所产生的电力，利用电路手段并透过降压逻辑(buck logic)或者是升压逻辑(boost logic)，将此电力转换为定电压输出，并将这输出定电压经由直流电压转换器输出端32向外输出，以提供给负载4使用。当然，直流电压转换器3的输出定电压，并不受限于只输出一种定电压，依据负载的实际需求，直流电压转换器3亦可以更改成具备不同输出定电压的能力。
步骤105为直流电压转换器3使得直流电压转换器输入端31维持在一个定电流预定范围之内，也就是使得燃料电池输出端11维持在该定电流预定范围之内，其中该定电流预定范围是依据燃料电池1的膜电极组数量以及该膜电极组所产出最大功率区以下的电流范围值Imax，来限定该定电流预定范围值。
上述步骤中，该直流电压转换器3透过判断该负载4所需的电流大小或功率大小是否大于燃料电池1所对应的电流值Imax或者是最大输出功率Pmax。若该负载4所需的电流大小或功率大小小于或等于燃料电池1所对应的电流值Imax或者是最大输出功率Pmax，即燃料电池1所输出的电力足以供给负载4所需；若该负载4所需的电流大小或功率大小大于燃料电池1所对应的电流值Imax或者是最大输出功率Pmax，即燃料电池1所输出的电力不足以供给负载4所需。
上述步骤中，当燃料电池1所输出电流值维持在小于或等于电流值Imax，且燃料电池1所输出的电力足以供给负载4所需时，该直流电压转换器3选择停止第二电池2提供电力的状态，且透过该直流电压转换器3将燃料电池1所输出的电力转换为稳定电压与电流，经由其直流电压转换器输出端32供给该负载4所需电力。
上述步骤中，当燃料电池1所输出电流值维持在小于或等于电流值Imax，且燃料电池1所输出的电力不足以供给负载4所需时，该直流电压转换器3选择第二电池2提供电力的状态，且透过该直流电压转换器3将燃料电池1以及第二电池2所输出的电力转换为稳定电压与电流，经由其直流电压转换器输出端32供给该负载4所需电力。
另外，上述步骤中，也可以透过燃料电池1输出的功率值，决定选择第二电池2提供电力与否。亦即，当燃料电池1所输出功率值维持在小于或等于Pmax，且燃料电池1所输出的电力足以供给负载4所需时，该直流电压转换器3选择停止第二电池2提供电力的状态，且透过该直流电压转换器3将燃料电池1所输出的电力转换为稳定电压与电流，经由其直流电压转换器输出端32供给该负载4所需电力。再者，当燃料电池1所输出功率值维持在小于或等于Pmax，且燃料电池1所输出的电力不足以供给负载4所需时，该直流电压转换器3选择第二电池2与燃料电池1并联供电的状态，且透过该直流电压转换器3将燃料电池1以及第二电池2所输出的电力转换为稳定电压与电流，经由其直流电压转换器输出端32供给该负载4所需电力。
上述步骤中，在燃料电池1足以单独供应该负载4所需的电力时，该直流电压转换器3可选择停止第二电池2继续供给电力至负载4，并选择该燃料电池1可同时供给电力至第二电池2，由此进行第二电池2的充电。
上述步骤中，为直流电压转换器3使得直流电压转换器输入端31维持在一个定电流预定范围之内，也就是使得燃料电池输出端11维持在该定电流预定范围之内，其中该定电流预定范围是依据燃料电池1的膜电极组数量以及该膜电极组所产出最佳工作效率的功率输出区以下的电流范围值，来限定该定电流预定范围值。其中，此膜电极组所产出最佳工作效率的功率输出，是指膜电极组在单位燃料消耗量下，可产生最大电力功率输出的状态。
虽然本发明以具体实施例说明如上，然其所叙述的具体实施例并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，其所作的更动与润饰皆属于本发明的范畴，本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种燃料电池功率产出控制方法，其特征在于，包括下列步骤提供一直流电压转换器与一燃料电池，并将直流电压转换器的输入端与燃料电池的输出端相连接；该直流电压转换器将该燃料电池的输出电力，转换输出为一输出定电压；以及该直流电压转换器使得直流电压转换器的输入端维持在一个定电流预定范围之内，其中，该定电流预定范围是依据燃料电池的膜电极组数量以及该膜电极组所产出最佳功率区以下的电流范围值，来限定该定电流预定范围值。
2.如权利要求1所述的燃料电池功率产出控制方法，其特征在于，该最佳功率区是选择膜电极组在单位燃料消耗量下可产生最大电力功率输出以及膜电极组最大功率输出中的任一状态。
3.如权利要求2所述的燃料电池功率产出控制方法，其特征在于，进一步包括下列步骤进一步提供一第二电池，并将直流电压转换器的另一输入端与第二电池的输出端相连接；维持该燃料电池所输出电流值在小于或等于电流值Imax，且燃料电池所输出的电力足以供给负载所需时，该直流电压转换器选择停止第二电池提供电力的状态；以及维持该燃料电池所输出电流值在小于或等于电流值Imax，该燃料电池所输出的电力不足以供给负载所需时，该直流电压转换器选择以第二电池与燃料电池并联供电的状态。
4.如权利要求3所述的燃料电池功率产出控制方法，其特征在于，进一步包括下列步骤在燃料电池足以单独供应该负载所需的电力时，该直流电压转换器选择停止第二电池继续供给电力至负载，并选择该燃料电池供给电力至第二电池，由此进行第二电池的充电。
5.如权利要求1所述的燃料电池功率产出控制方法，其特征在于，该燃料电池为一利用印刷电路板制程所制造的燃料电池。
6.如权利要求3所述的燃料电池功率产出控制方法，其特征在于，该第二电池为选择一次电池以及二次电池中的任一电池。
全文摘要
本发明公开了一种燃料电池功率产出控制方法及其应用，其提供直流电压转换器与燃料电池，并且将直流电压转换器的输入端与燃料电池的输出端相连接；直流电压转换器利用燃料电池的输出电流，转换输出为输出定电压；以及，直流电压转换器使得直流电压转换器的输入端维持在一个定电流预定范围之内，亦即，使燃料电池的输出电流维持在一个定电流预定范围之内，其中定电流预定范围是依据燃料电池的膜电极组数量以及膜电极组所产出最佳功率区间下的电流范围以下，来设定该定电流预定范围其电流范围值。再者，本发明亦可应用于燃料电池配合其它电力能源输出装置而提供多能源输出。
文档编号H01M8/04GK1933282SQ20051010345
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月15日 优先权日2005年9月15日
发明者童俊卿, 邓丰毅, 王裕进, 汤毓麟 申请人:思柏科技股份有限公司, 胜光科技股份有限公司