专利名称：多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法，特别是涉及一种以串联结合的充放电装置及方法的多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法。
背景技术：
自近代工业革命以来，电力已成为生活中不可或缺的一环。现今产生电力的方式是以火力与核能为主，而上述二种方式皆会对环境产生影响，更何况现在全球气候异状已层出不穷，因此，如何运用其他方法产生电力为目前一重大课题。由于燃料电池是利用化学反应来产生电力，并不会产生影响环境的物质，因此如何运用燃料电池为现今研发的重点方向之一。以目前现有习知的燃料电池发电系统为例， 其包含三大部份燃料电池堆、转换器与蓄电池，其中，燃料电池堆用于产生电力，转换器则将燃料电池堆所产生的不稳定电力转换成稳定的电源后再输出，而蓄电池是在负载增加时可与燃料电池堆同时提供电力以补足不足的电力，待燃料电池堆电力达到负载所需的电力时，蓄电池将停止提供电力。上述现有习知的燃料电池发电系统的缺点在于当转换器损坏时，其燃料电池堆的电力即无法输出，造成莫大的不便；再者，当要使燃料电池堆的输出电量上升时，需要时间等待燃料电池堆内的化学反应完成作用，才能达到调升的目的，倘若负载突然增加，且超过蓄电池所能承担的电力时，则会造成电力不足，并导致负载因电力不足而受到影响。再者，当燃料电池堆在添加燃料时，由于其化学作用会造成输出电力短暂地不稳定，也容易导致负载发生故障等现象。由此可见，上述现有的燃料电池发电系统在方法、产品结构及使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新的多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的燃料电池发电系统存在的缺陷，而提供一种新的多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法，所要解决的技术问题是使其借由本发明避免因单一转换器的毁损，而造成电力供应中断的情况，以及避免因添加燃料时所产生的不稳定等问题。本发明的另一目的在于，克服现有的燃料电池发电系统存在的缺陷，而提供一种新型结构的多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法，所要解决的技术问题是使其将燃料电池转换器系统模块化，并且串联燃料电池转换器系统的输出端，以达到可应用于大功率场合的功效。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种多个组燃料电池转换器串联系统，其中包括多个组燃料电池转换器系统，用以提供电力；一转换器串联开关，与各该燃料电池转换器系统的输出端电性连接，用以输出各该燃料电池转换器系统所产生的电能；一负载功率计算单元，用以电性连接于一负载，并计算该负载所需的电量；一串联控制计算单元，电性连接于该转换器串联开关，用以读取该转换器串联开关输出的电能值；以及一主控制器，与各该燃料电池转换器系统、该负载功率计算单元及该串联控制计算单元电性连接，用以读取该负载功率计算单元及该串联控制计算单元，并控制该些燃料电池转换器系统的放电量。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的多个组燃料电池转换器串联系统，其中所述的每一该燃料电池转换器系统包括一燃料电池，用以产生电能；一转换器，电性连接于该燃料电池及该转换器串联开关，用以转换该燃料电池所输出的电能，再传递至该转换器串联开关；一双向转换器，电性连接于该转换器串联开关；一蓄电池，电性连接于该双向转换器；以及一子控制器，电性连接于该主控制器、该转换器及该燃料电池，用以接收该主控制器所发出的一控制信号并依此控制该转换器，该子控制器又用以读取该蓄电池的蓄电量，以依此控制该双向转换器使该蓄电池进行放电或充电。前述的多个组燃料电池转换器串联系统，其中所述的该主控制器是依该串联控制计算单元与该负载功率计算单元所读取的信号决定需开启的该燃料电池转换器系统，并将该控制信号传递到该子控制器。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种用于多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中包含下列步骤评估负载步骤 计算一负载所需的一负载功率值与一负载输出电压值；决定燃料电池转换器系统数量步骤依照该负载功率值及该负载输出电压值决定所需的燃料电池转换器系统数量，并定义被选择的该些燃料电池转换器系统为作用中燃料电池转换器系统；计算分配输出功率步骤计算每一该作用中燃料电池转换器系统分配到所需输出的一应输出功率；放电步骤 当任一该作用中燃料电池转换器系统中的一燃料电池的可输出功率小于该应输出功率时， 则该双向转换器即会导通该蓄电池放电，使该作用中燃料电池转换器系统输出的功率达到该应输出功率；以及决定充电步骤当该蓄电池的电量小于一预设值，且该燃料电池的可输出功率大于该应输出功率时，则开始对该蓄电池进行充电。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中所述的该决定转换器系统数量步骤是将该负载功率值与该负载输出电压值除以每一该燃料电池转换器系统所能输出的最大功率与最大输出电压，以计算该些作用中燃料电池转换器系统的数量。前述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中所述的该计算分配输出功率步骤是将该负载功率值除以该些作用中燃料电池转换器系统的数量，以取得每一该作用中转换器系统需输出的该应输出功率。前述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中所述的该些作用中燃料电池转换器系统是借由一转换器串联开关彼此串联。前述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中所述的该评估负载步骤是利用一负载功率计算单元计算该负载所需的该负载功率值与该负载输出电压值。前述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中所述的该决定燃料电池转换器系统数量步骤是由一主控制器依照该负载功率值及该负载输出电压值控制需要被启动的该些作用中燃料电池转换器系统。前述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中所述的该计算分配输出功率步骤是利用该主控制器计算每一该作用中燃料电池转换器系统需输出的该应输出功率。前述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中所述的该放电步骤是由一子控制器控制该双向转换器，以借此控制该蓄电池进行放电。前述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其中所述的该决定充电步骤是由该子控制器控制该双向转换器，以借此控制该蓄电池进行充电。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下提供一种多个组燃料电池转换器串联系统，其中包括多个组燃料电池转换器系统，用以提供电力；一转换器串联开关，与各燃料电池转换器系统的输出端电性连接，用以输出各燃料电池转换器系统所产生的电能；一负载功率计算单元，用以电性连接于一负载，并计算负载所需的电量；一串联控制计算单元，电性连接于转换器串联开关，用以读取转换器串联开关输出的电能值；以及一主控制器，与各燃料电池转换器系统、 负载功率计算单元及串联控制计算单元电性连接，用以读取负载功率计算单元及串联控制计算单元，并控制燃料电池转换器系统的放电量。又，本发明再提供一种用于上述装置的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，包含下列步骤评估负载步骤计算一负载所需的一负载功率值与一负载输出电压值； 决定燃料电池转换器系统数量步骤依照负载功率值及负载输出电压值决定所需的燃料电池转换器系统数量，并定义被选择的燃料电池转换器系统为作用中燃料电池转换器系统； 计算分配输出功率步骤计算每一作用中燃料电池转换器系统分配到所需输出的一应输出功率；放电步骤当任一作用中燃料电池转换器系统中的一燃料电池的可输出功率小于应输出功率时，则双向转换器即会导通蓄电池放电，使作用中燃料电池转换器系统输出的功率达到应输出功率；以及决定充电步骤当蓄电池的电量小于一预设值，且燃料电池的可输出功率大于应输出功率时，则开始对蓄电池进行充电。借由上述技术方案，本发明多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法至少具有下列优点及有益效果1、避免因单一转换器或是单一燃料电池的毁损，而造成电力供应中断的情况。2、避免因添加燃料时所产生的电力不稳定等问题。3、依负载需求开启需要的燃料电池转换器系统，以因应不同需求的负载电压或提高功率输出。4、借由将燃料电池发电系统中的各元件模块化，并串联燃料电池转换器系统的输出端以应用于大功率的场合。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1为本发明实施例一种多个组燃料电池转换器串联系统的装置示意图。图2为本发明实施例一种多个组燃料电池转换器串联系统的方法流程图。
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10 燃料电池转换器系统10':作用中燃料电池转换器系统11 燃料电池12 转换器13 双向转换器14:蓄电池15 子控制器20 转换器串联开关30:负载功率计算单元40:串联控制计算单元50 主控制器L:负载
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法其具体实施方式
、方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。图1为本发明实施例的一种多个组燃料电池转换器串联系统的装置示意图。图2 为本发明实施例的一种多个组燃料电池转换器串联系统控制方法的流程图。请配合图1所示，本实施例为一种多个组燃料电池转换器串联系统，其包括多个组燃料电池转换器系统10、一转换器串联开关20、一负载功率计算单元30、一串联控制计算单元40及一主控制器50。燃料电池转换器系统10所产生的电力由燃料电池转换器系统10的输出端进行输
出ο转换器串联开关20与各燃料电池转换器系统10的输出端电性连接，以将各燃料电池转换器系统10所产生的电能输出到一负载L。负载功率计算单元30用以电性连接于负载L，并计算负载L所需的电量。串联控制计算单元40电性连接于转换器串联开关20，用以读取转换器串联开关 20输出的电能值。主控制器50与各燃料电池转换器系统10、负载功率计算单元30及串联控制计算单元40电性连接，并用于读取负载功率计算单元30及串联控制计算单元40的信号，并在参考此些信号后，决定需开启的燃料电池转换器系统10或是控制每一燃料电池转换器系统10的放电量。再者，每一燃料电池转换器系统10分别包括一燃料电池11、一转换器12、一双向转换器13、一蓄电池14及一子控制器15。其中，燃料电池11是依化学反应来产生电能。转换器12是电性连接于燃料电池11及转换器串联开关20，用以转换燃料电池11 所产的电能，再将转换后的电能传递到转换器串联开关20，由转换器串联开关20汇集所有燃料电池转换器系统10的输出后，再传输至负载L。
其中，双向转换器13电性连接于转换器串联开关20，而蓄电池14则电性连接于双向转换器13，以借由双向转换器13来控制蓄电池14进行放电或是充电的状态，并通过双向转换器13将电力输出至转换器串联开关20。子控制器15电性连接于主控制器50、转换器12及燃料电池11。其中，子控制器 15在接收主控制器50所发出的控制信号后，再控制转换器12的输出电量，子控制器15又用以读取蓄电池14的蓄电量，以依此蓄电量控制双向转换器13使蓄电池14进行放电或充 H1^ ο其中，主控制器50是依串联控制计算单元40与负载功率计算单元30所读取的信号进行判定后，决定需要被开启的燃料电池转换器系统10，并将控制信号传递到各子控制器15。如图2所示，本实施例亦提供一种用于前述装置的多个组燃料电池转换器串联控制方法，其包含下列步骤评估负载步骤(SlO)、决定燃料电池转换器系统数量步骤(S20)、 计算分配输出功率步骤(S30)、放电步骤(S40)及决定充电步骤(S50)。评估负载步骤(SlO)利用负载功率计算单元30计算或读取负载L所需的负载功率值与负载输出电压值。决定燃料电池转换器系统数量步骤(S20)依照负载功率值及负载输出电压值决定需要被启动的燃料电池转换器系统10的数量，并定义被选择的燃料电池转换器系统10 为作用中燃料电池转换器系统10'。其中，选择作用中燃料电池转换器系统10'所需数量的方式是由主控制器50将负载功率值与负载输出电压值除以每一燃料电池转换器系统10所能输出的最大功率与最大输出电压，即可得到应有的作用中燃料电池转换器系统10'的数量，并由主控制器50控制需开启的燃料电池转换器系统10，而此些被开启的燃料电池转换器系统10即为被定义的作用中燃料电池转换器系统10'。其中，作用中燃料电池转换器系统10'是借由转换器串联开关20将其输出端彼此串联，并将电能输出。计算分配输出功率步骤(S30)利用主控制器50计算每一作用中燃料电池转换器系统10'分配到所需输出的一应输出功率。其中，主控制器50是将负载功率值除以作用中燃料电池转换器系统10'的数量，以取得每一作用中燃料电池转换器系统10'所需输出的应输出功率。放电步骤(S40):当任一作用中燃料电池转换器系统10'中的燃料电池11的可输出功率小于应输出功率时，则双向转换器13即会导通蓄电池14，并使蓄电池14放电，以利用蓄电池14的电力补足不够的电力，而使作用中燃料电池转换器系统10'输出的功率达到应输出功率。其中，双向转换器13是由子控制器15控制，以决定蓄电池14是否进行放 H1^ ο决定充电步骤(S50)当蓄电池14的电量小于一预设值，且燃料电池11的可输出功率大于应输出功率时，即代表燃料电池11除了可提供负载L所需的电力外，还有额外的电力可储放于蓄电池14中，因此可对蓄电池14进行充电，以备日后需要。其中，双向转换器13是由子控制器15控制，以决定蓄电池14是否进行充电。借由本发明是可避免因单一转换器的毁损，而造成电力供应中断的情况，以及避免因添加燃料时所产生的不稳定等问题，并且具有可扩充性，当负载L大幅增加时，仅需增
8添多个组燃料电池转换器系统10。此外，当负载L瞬间增加，而作用中燃料电池转换器系统 10'输出的功率不足以因应负载L所需时，即可使蓄电池14放电，以维持整体电力供应的
稳定性。 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种多个组燃料电池转换器串联系统，其特征在于包括 多个组燃料电池转换器系统，用以提供电力；一转换器串联开关，与各该燃料电池转换器系统的输出端电性连接，用以输出各该燃料电池转换器系统所产生的电能；一负载功率计算单元，用以电性连接于一负载，并计算该负载所需的电量； 一串联控制计算单元，电性连接于该转换器串联开关，用以读取该转换器串联开关输出的电能值；以及一主控制器，与各该燃料电池转换器系统、该负载功率计算单元及该串联控制计算单元电性连接，用以读取该负载功率计算单元及该串联控制计算单元，并控制该些燃料电池转换器系统的放电量。
2.如权利要求1所述的多个组燃料电池转换器串联系统，其特征在于其中所述的每一该燃料电池转换器系统包括一燃料电池，用以产生电能；一转换器，电性连接于该燃料电池及该转换器串联开关，用以转换该燃料电池所输出的电能，再传递到该转换器串联开关；一双向转换器，电性连接于该转换器串联开关； 一蓄电池，电性连接于该双向转换器；以及一子控制器，电性连接于该主控制器、该转换器及该燃料电池，用以接收该主控制器所发出的一控制信号并依此控制该转换器，该子控制器又用以读取该蓄电池的蓄电量，以依此控制该双向转换器使该蓄电池进行放电或充电。
3.如权利要求2所述的多个组燃料电池转换器串联系统，其特征在于其中所述的该主控制器是依该串联控制计算单元与该负载功率计算单元所读取的信号决定需开启的该燃料电池转换器系统，并将该控制信号传递到该子控制器。
4.一种多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于包含下列步骤 评估负载步骤计算一负载所需的一负载功率值与一负载输出电压值；决定燃料电池转换器系统数量步骤依照该负载功率值及该负载输出电压值决定所需的燃料电池转换器系统数量，并定义被选择的该些燃料电池转换器系统为作用中燃料电池转换器系统；计算分配输出功率步骤计算每一该作用中燃料电池转换器系统分配到所需输出的一应输出功率；放电步骤当任一该作用中燃料电池转换器系统中的一燃料电池的可输出功率小于该应输出功率时，则该双向转换器即会导通该蓄电池放电，使该作用中燃料电池转换器系统输出的功率达到该应输出功率；以及决定充电步骤当该蓄电池的电量小于一预设值，且该燃料电池的可输出功率大于该应输出功率时，则开始对该蓄电池进行充电。
5.如权利要求4所述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于其中所述的该决定转换器系统数量步骤是将该负载功率值与该负载输出电压值除以每一该燃料电池转换器系统所能输出的最大功率与最大输出电压，以计算该些作用中燃料电池转换器系统的数量。
6.如权利要求5所述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于其中所述的该计算分配输出功率步骤是将该负载功率值除以该些作用中燃料电池转换器系统的数量，以取得每一该作用中转换器系统需输出的该应输出功率。
7.如权利要求6所述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于其中所述的该些作用中燃料电池转换器系统是借由一转换器串联开关彼此串联。
8.如权利要求7所述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于其中所述的该评估负载步骤是利用一负载功率计算单元计算该负载所需的该负载功率值与该负载输出电压值。
9.如权利要求8所述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于其中所述的该决定燃料电池转换器系统数量步骤是由一主控制器依照该负载功率值及该负载输出电压值控制需要被启动的该些作用中燃料电池转换器系统。
10.如权利要求9所述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于其中所述的该计算分配输出功率步骤是利用该主控制器计算每一该作用中燃料电池转换器系统需输出的该应输出功率。
11.如权利要求10所述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于其中所述的该放电步骤是由一子控制器控制该双向转换器，以借此控制该蓄电池进行放电。
12.如权利要求11所述的多个组燃料电池转换器串联系统控制方法，其特征在于其中所述的该决定充电步骤是由该子控制器控制该双向转换器，以借此控制该蓄电池进行充 H1^ ο
全文摘要
本发明是有关于一种多个组燃料电池转换器串联系统及其控制方法，其包括多个组燃料电池转换器系统；转换器串联开关；负载功率计算单元；串联控制计算单元；以及主控制器。借由将多个组燃料电池转换器系统经由转换器串联开关将其输出端串联，同时利用主控制器读取负载功率计算单元与串联控制计算单元的信号，进而控制要开启的燃料电池转换器系统，以输出负载所需的电能。又，本发明的方法包括评估负载步骤、决定燃料电池转换器系统数量步骤、计算分配输出功率步骤、放电步骤及决定充电步骤，借此控制多个组的燃料电池转换器系统。
文档编号H01M8/04GK102340018SQ201010232250
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者吴启斌, 周振坤 申请人:中兴电工机械股份有限公司