專利名稱：燃料電池控制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池控制裝置及其方法，主要是根據(jù)該燃料電池的 工作狀態(tài)控制電氣回路狀態(tài)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的燃料電池^支術(shù)中，燃料電池進^亍活化程序時須停止對外部電子 裝置供應(yīng)電力，反之，對外部電子裝置供應(yīng)電力時須停止活化程序，中斷活 化組件的電力供應(yīng)。再者，燃料電池于非工作/效能低落/未完成活化時，若 燃料電池有任何負載(包含測量燃料電池狀態(tài)所需的測量電路負載)，會令燃 料電池產(chǎn)生負電位，進而破壞燃料電池，因此必須提供根據(jù)燃料電池的工作 狀態(tài)判斷電氣回路狀態(tài)的控制機制。
故本發(fā)明的發(fā)明人有鑒于此乃亟思發(fā)明而提供一種燃料電池控制裝置及 其方法，用以控制燃料電池的負載隔離，使燃料電池避免被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種燃料電池控制裝置及其方法，其可確保該燃料電池進行 活化程序時與相關(guān)活化裝置電氣連接且與外部電子裝置處于電氣斷路的狀 態(tài)，而輸出電力供應(yīng)至外部電子裝置時與外部電子裝置電氣連接且與相關(guān)活 化組件處于電氣斷路的狀態(tài)。本發(fā)明的燃料電池控制裝置亦可在燃料電池處 于非工作狀態(tài)時確立無任何負載(包含測量燃料電池狀態(tài)所需的測量電路負
載)跨接，使燃料電池避免被破壞。
本發(fā)明是一種燃料電池控制裝置，該裝置包括一電力產(chǎn)生部，用以將化
學能轉(zhuǎn)換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換器； 一負載回^各，其電氣連接該電力產(chǎn)生部，
供應(yīng)外部電子裝置所需的電力； 一活化回路，其電氣連接至該電力產(chǎn)生部， 用以電氣傳遞活化程序所需的信號及電力；以及一控制單元，其電氣連接該 負載回路與該活化回^各，用以輸出控制信息而控制該電力產(chǎn)生部是否電氣導(dǎo)通該負載回路或該活化回路，使得該負載回路及該活化回路產(chǎn)生相對應(yīng)的運 載回路對電力產(chǎn)生部抽取電力。
本發(fā)明提供一種燃料電池控制方法，該方法包括提供一燃料電池，用 以執(zhí)行電力供應(yīng)，該燃料電池包括一電力產(chǎn)生部、 一控制單元、 一負載回路 以及一活化回路；該控制單元判斷該電力產(chǎn)生部最近一次的使用狀況，并且 判斷是否完成活化程序；未完成活化程序則開啟該活化回路與該電力產(chǎn)生部 的電氣連接并關(guān)閉該負載回i 各與該電力產(chǎn)生部的電氣連接，用以經(jīng)由該活化 回路進行該電力產(chǎn)生部的活化程序；已完成活化程序則關(guān)閉該活化回路與該 電力產(chǎn)生部的電氣連接并開啟該負載回路與該電力產(chǎn)生部的電氣連接，用以
置；以及該電力產(chǎn)生部處于非工作狀態(tài)時則關(guān)閉該負載回路及該活化回路與 該電力產(chǎn)生部的電氣連接，用以確立無任何負載聘、接于電力產(chǎn)生部，避免燃 料電池產(chǎn)生負電位，進而破壞燃料電池。
為使熟悉該項技術(shù)的人員了解本發(fā)明的目的、特征及效果，茲借由下述 具體實施例，并配合附圖，對本發(fā)明詳加說明如后。


圖l是本發(fā)明燃料電池控制裝置的元件關(guān)聯(lián)圖； 圖2是本發(fā)明燃料電池控制裝置的細部元件關(guān)聯(lián)圖； 圖3是本發(fā)明燃料電池控制裝置的細部元件關(guān)聯(lián)圖； 圖4是本發(fā)明燃料電池控制方法的流程圖。
主要元件附圖標記說明
電力產(chǎn)生部2 控制單元4 負載回路6 第一開關(guān)62
6活化回路8
第二開關(guān)82
活化組件84
特定負載842
電阻元件842a
外部電子裝置10
具體實施例方式
參考圖1所示，為本發(fā)明燃料電池控制裝置的元件關(guān)聯(lián)圖，其包括一電 力產(chǎn)生部2、 一控制單元4、 一負載回路6以及一活化回路8。因而使得可通 過該控制單元4的選擇性控制，選擇該電力產(chǎn)生部2與該負載回路6為電氣 導(dǎo)通狀態(tài)且該電力產(chǎn)生部2與該活化回路8為電氣斷i 各狀態(tài)，用以將該電力 產(chǎn)生部2所輸出的電力傳輸至一外部電子裝置10;或是選擇該電力產(chǎn)生部2 與該負載回路6為電氣斷路狀態(tài)且該電力產(chǎn)生部2與該活化回路8為電氣導(dǎo) 通狀態(tài)，用以經(jīng)由該活化回^各8進行該電力產(chǎn)生部2的活化程序；或是選擇 該電力產(chǎn)生部2與該負載回路6為電氣斷路狀態(tài)且該電力產(chǎn)生部2與該活化 回路8為電氣斷路狀態(tài)，用于電力產(chǎn)生部2非工作狀態(tài)/效能低落時的保護， 以確立無任何負載(包含測量燃料電池狀態(tài)所需的測量電路負載)跨接于電力 產(chǎn)生部2。
前述本發(fā)明燃料電池控制裝置中，該電力產(chǎn)生部2是通過具有觸媒物質(zhì) 的膜電極組與富氫燃料以及氧燃料進行電化學反應(yīng)，進而將化學能轉(zhuǎn)換為電 能的一種能量轉(zhuǎn)換器；該控制單元4可進行邏輯判斷，且該控制單元4電氣 連接該負載回路6與該活化回路8，用以根據(jù)輸入具有特定定義的電氣信息， 而輸出對應(yīng)的控制信息以選擇該電力產(chǎn)生部2電氣導(dǎo)通該負載回路6或該活 化回路8,使得該負載回路6及該活化回路8產(chǎn)生相對應(yīng)的運作，而達到控 制該電力產(chǎn)生部2進行電力輸出或是進行活化程序；該負載回路6是具有電 壓轉(zhuǎn)換以及電力傳輸?shù)碾娐?，其電氣連接該電力產(chǎn)生部2,用以將該電力產(chǎn) 生部2所輸出的電力進行轉(zhuǎn)換為特定電壓的輸出電力，并用以供應(yīng)該外部電 子裝置10所需；該活化回路8電氣連接至該電力產(chǎn)生部2，用以電氣傳遞活化程序所需的信號及電力，該活化回路8亦電氣連接至該控制單元4，用以 接收該控制單元4的控制信息而產(chǎn)生相對應(yīng)的運作。
前述本發(fā)明燃料電池控制裝置中，該負載回i 各6進一步包括一第 一開關(guān) 62,該第一開關(guān)62可根據(jù)控制單元4電氣傳送的控制信息選擇開啟或關(guān)閉該 負載回路6與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，當該第一開關(guān)62接收該控制單元 4的開啟信息時，則開啟該負載回路6與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，此時 該電力產(chǎn)生部2可通過該負載回路6將產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為特定電壓的輸出電 力供應(yīng)至外部電子裝置10;反之，當該第一開關(guān)62接收該控制單元4的關(guān) 閉信息時，則關(guān)閉該負載回路6與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，此時該電力 產(chǎn)生部2停止通過負載回路6將產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為特定電壓的輸出電力供應(yīng) 至外部電子裝置IO。此外，活化回路8進一步包括一第二開關(guān)82及一活化 組件84，其中該活化組件84通過該第二開關(guān)82電氣連接至該電力產(chǎn)生部2， 該第二開關(guān)82可根據(jù)控制單元4傳送的控制信息選擇開啟或關(guān)閉該活化回路 8與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，當該第二開關(guān)82"^妄收該控制單元4的開啟 信息時，則開啟該活化回^各8與該電力產(chǎn)生部2的電氣連"^妄，此時該活化組 件84根據(jù)該控制單元4所傳送的控制信息對該電力產(chǎn)生部2進行一活化程 序；反之，當該第二開關(guān)82接收該控制單元4的關(guān)閉信息時，則關(guān)閉該活化 回路8與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，此時該活化組件84停止對該電力產(chǎn)生 部2所進行的活化程序。
因為電力產(chǎn)生部2的質(zhì)子交換膜在膜電極組(MEA)制備的過程中或久未 使用會有脫水現(xiàn)象，此種情況的產(chǎn)生會導(dǎo)致薄膜的離子阻抗急劇地增加，導(dǎo) 致燃料電池性能低落。因此該活化程序主要是為了使燃料電池膜電極組通過 此程序活化質(zhì)子交換膜與觸々某層，以恢復(fù)燃料電池最佳的狀況。然而在燃料 電池進行活化過程中，當暫停供給燃料時，必須停止對燃料電池抽取電力， 且燃料電池于非工作/效能低落/未完成活化時，若燃料電池有任何負載(包含 測量燃料電池狀態(tài)所需的測量電路負載)，會令燃料電池產(chǎn)生負電位，進而破 壞燃料電池，本發(fā)明具有活化裝置的燃料電池中該負載回路6的第一開關(guān)62 及該活化回路8的第二開關(guān)82即可接收該控制單元4的控制信息控制該負載 回路6及該活化回路8的開啟或關(guān)閉，當燃料電池于非工作/效能低落/未完成活化時，使用此控制裝置與方法隔離負載可使燃料電池避免被破壞。當
燃料電池啟用時，控制單元4判斷該電力產(chǎn)生部2最近一次的使用狀況，接 著選擇進入活化程序，此時該控制單元4傳送開啟電氣信息至該第二開關(guān)82， 并開啟該活化回路8與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，該活化組件84根據(jù)該控 制單元4所傳送的控制信息對該電力產(chǎn)生部2進行活化程序，同時該控制單 元4亦傳送關(guān)閉信息至該第一開關(guān)62,并關(guān)閉該負載回路6與該電力產(chǎn)生部 2的電氣連接，此時該電力產(chǎn)生部2無法供應(yīng)電力至外部電子裝置10。在活 化的過程中，該控制單元4可根據(jù)電力產(chǎn)生部2輸出的電力是否已達到所預(yù) 設(shè)的功率范圍或電力產(chǎn)生部2的阻抗或根據(jù)其膜電極組的阻抗來判斷該電力 產(chǎn)生部2是否完成活化啟動程序，若該控制單元4判斷該電力產(chǎn)生部2已完 成活化啟動程序，則該控制單元4傳送關(guān)閉電氣信息至該第二開關(guān)82，并關(guān) 閉該活化回i 各8與該電力產(chǎn)生部2的電氣連才妄，此時該活化組件84停止對該 電力產(chǎn)生部2的活化程序，同時該控制單元4亦傳送開啟電氣信息至該第一 開關(guān)62，并開啟該負載回路6與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，此時該電力產(chǎn)
至外部電子裝置10，此外當該電力產(chǎn)生部2處于非工作狀態(tài)/效態(tài)低落時，為 確立無任何負載(包含測量燃料電池狀態(tài)所需的測量電路負載y爭接于電力產(chǎn) 生部2，以避免燃料電池產(chǎn)生負電位，進而破壞燃料電池，該控制單元4傳 送關(guān)閉電氣信息至該第一開關(guān)62及該第二開關(guān)82，并關(guān)閉該負載回路6及 該活化回路8與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，即可保護該電力產(chǎn)生部2于非 工作狀態(tài)，排除任何負載回路對電力產(chǎn)生部2抽取電力，防止負電位與漏電 流的發(fā)生。借由該控制單元4及第一、二開關(guān)(6、 8)的相互切換控制配合， 即可在燃料電池于非工作/效能低落/未完成活化時，使用此控制裝置與 方法隔離負載使燃料電池避免被破壞。
再者，參考圖2所示，該活化組件84可進一步包括一特定負載842,該 特定負載842可消耗燃料電池活化程序中該電力產(chǎn)生部2所輸出的電力，且 將該電力產(chǎn)生部2所輸出的電力傳輸至該控制單元4及該活化組件84中其它 的元件，用以供給這些裝置或元件運作所需的電力。該特定負載842可以選 擇為定電壓負載(CV)、定電流負載(CC)以及定電阻負載(CR)中任一 負載形式， 用以在該燃料電池活化程序進行的過程中，激化該電力產(chǎn)生部2的質(zhì)子交換
9膜的活性。
參考圖3所示，在該活化組件中配置前述的特定負載842,若該特定負 載842選擇使用一定電阻負載(CR),該定電阻負載可包括一電阻元件842a， 該電阻元件842a可使得該電力產(chǎn)生部2在進行燃料電池活化程序時，將該電 阻元件842a產(chǎn)生的熱能提供至該電力產(chǎn)生部2，加速該電力產(chǎn)生部2操作溫 度的提升，使得該定電阻的特定負載842亦可成為該電力產(chǎn)生部2的加熱器。
參考圖4所示，為本發(fā)明燃料電池控制方法的流程圖。步驟401中，當 燃料電池啟用時，控制單元4判斷該電力產(chǎn)生部2最近一次的使用狀況，并 且判斷是否完成活化程序，在步驟402中若未完成活化程序則執(zhí)行步驟403, 相反的若完成活化程序則執(zhí)行步驟404。步驟403中，為執(zhí)行活化程序，必 須停止對燃料電池抽取電力，該控制單元4傳送關(guān)閉信息至該第一開關(guān)62, 并關(guān)閉該負載回路6與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，該控制單元4亦傳送開 啟電氣信息至該第二開關(guān)82，并開啟該活化回路8與該電力產(chǎn)生部2的電氣 連接，此時該電力產(chǎn)生部2無法供應(yīng)電力至外部電子裝置10，而該活化組件 84根據(jù)該控制單元4所傳送的控制信息對該電力產(chǎn)生部2進行活化程序；后 再經(jīng)由步驟401控制單元4判斷電力產(chǎn)生部2是否完成活化程序，如該電力 產(chǎn)生部2完成活化程序(步驟402)后，則進入步驟404,在步驟404中該控制 單元4判斷該電力產(chǎn)生部2的工作狀態(tài)，步驟405中若該電力產(chǎn)生部2處于 工作狀態(tài)則執(zhí)行步驟406,相反的若該電力產(chǎn)生部2處于非工作狀態(tài)則執(zhí)行 步驟407。在步驟406中，該活化組件84應(yīng)停止對該電力產(chǎn)生部2的活化程
輸出電力輸出至外部電子裝置10,因此該控制單元4傳送關(guān)閉電氣信息至該 第二開關(guān)82,并關(guān)閉該活化回路8與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，并且傳送 開啟電氣信息至該第一開關(guān)62,并開啟該負載回^各6與該電力產(chǎn)生部2的電 氣連接；后再經(jīng)由步驟401控制單元4判斷電力產(chǎn)生部2是否完成活化程序。 在步驟407中該電力產(chǎn)生部2處于非工作狀態(tài)時，該控制單元4傳送關(guān)閉電 氣信息至該第一開關(guān)62及該第二開關(guān)82,并關(guān)閉該負載回i 各6及該活化回 路8與該電力產(chǎn)生部2的電氣連接，此時確立無任何負載跨接于電力產(chǎn)生部 2,避免燃料電池產(chǎn)生負電位，進而破壞燃料電池；后再經(jīng)由步驟401控制單元4判斷電力產(chǎn)生部2是否完成活化程序。根據(jù)圖4中的方法，該控制單元 4及第一、二開關(guān)(6、 8)相互切換控制配合，即可在燃料電池于非工作/效 能低落/未完成活化時，隔離負載使燃料電池避免于破壞。
雖然本發(fā)明已以具體實施例公開如上，然其所公開的具體實施例并非用 以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可 作各種的更動與潤飾，其所作的更動與潤飾皆屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的 保護范圍當視后附的權(quán)利要求的范圍所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池控制裝置，包括一電力產(chǎn)生部，用以將化學能轉(zhuǎn)換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換器；一負載回路，其電氣連接該電力產(chǎn)生部，用以將該電力產(chǎn)生部所輸出的電力進行轉(zhuǎn)換為特定電壓的輸出電力，并藉以供應(yīng)外部電子裝置所需的電力；一活化回路，其電氣連接至該電力產(chǎn)生部，用以電氣傳遞活化程序所需的信號及電力；以及一控制單元，其電氣連接該負載回路與該活化回路，用以輸出控制信息來控制該電力產(chǎn)生部是否電氣導(dǎo)通該負載回路或該活化回路，使得該負載回路及該活化回路產(chǎn)生相對應(yīng)的運作，而達到控制該電力產(chǎn)生部進行電力輸出或是進行活化程序或排除負載回路對電力產(chǎn)生部抽取電力。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，該電力產(chǎn)生部 通過具有觸媒物質(zhì)的膜電極組與富氫燃料以及氧燃料進行電化學反應(yīng)，進而 將化學能轉(zhuǎn)換為電能。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，該負載回路進 一步包括一第一開關(guān)，該第一開關(guān)可根據(jù)該控制單元電氣傳送的控制信息選 擇開啟或關(guān)閉該負載回路與該電力產(chǎn)生部的電氣連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，該活化回路進 一步包括一第二開關(guān)，該第二開關(guān)可根據(jù)控制單元傳送的控制信息選擇開啟 或關(guān)閉該活化回5^與該電力產(chǎn)生部的電氣連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，該活化回路進 一步包括一活化組件，該活化組件通過該第二開關(guān)電氣連接至該電力產(chǎn)生部， 并根據(jù)該控制單元所傳送的控制信息對該電力產(chǎn)生部進行或停止一活化程 序。
6. 如權(quán)利要求5所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，該活化組件進 一步包括一特定負載，該特定負載可將該電力產(chǎn)生部所輸出的電力傳輸至該 控制單元及該活化組件中，用以供給這些裝置或組件運作所需的電力。
7. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，所述特定負載可以選擇為定電壓負載、定電流負載以及定電阻負載中任一負載形式。
8. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池控制裝置，其特征在于，該定電阻負載 可包括一電阻元件，該電阻元件可將產(chǎn)生的熱能提供至該電力產(chǎn)生部，加速 該電力產(chǎn)生部操作溫度的提升，成為該電力產(chǎn)生部的加熱器。
9. 一種燃料電池控制方法，包括提供一燃料電池，用以執(zhí)行電力供應(yīng)，該燃料電池包括一電力產(chǎn)生部、 一控制單元、 一負載回路以及一活化回路；該控制單元判斷該電力產(chǎn)生部最近一次的使用狀況，并且判斷是否完成 活化程序；未完成活化程序則開啟該活化回路與該電力產(chǎn)生部的電氣連接并關(guān)閉該 負載回路與該電力產(chǎn)生部的電氣連接，用以經(jīng)由該活化回路進行該電力產(chǎn)生部的活化程序；已完成活化程序則關(guān)閉該活化回路與該電力產(chǎn)生部的電氣連接并開啟該 負載回路與該電力產(chǎn)生部的電氣連接，用以將該電力產(chǎn)生部產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為特定電壓的輸出電力輸出至外部電子裝置；以及該電力產(chǎn)生部處于非工作狀態(tài)時則關(guān)閉該負載回路及該活化回路與該電 力產(chǎn)生部的電氣連接，用以確立無任何負載跨接于電力產(chǎn)生部，避免燃料電 池產(chǎn)生負電位，進而^5皮壞燃料電池。
10. 如權(quán)利要求9所述的燃料電池控制方法，其特征在于，該電力產(chǎn)生 部是通過具有觸媒物質(zhì)的膜電極組與富氫燃料以及氧燃料進行電化學反應(yīng)， 進而將化學能轉(zhuǎn)換為電能。
11. 如權(quán)利要求9所述的燃料電池控制方法，其特征在于，該負載回路 進一步包括一第一開關(guān)，該第一開關(guān)可根據(jù)該控制單元電氣傳送的控制信息 選擇開啟或關(guān)閉該負載回路與該電力產(chǎn)生部的電氣連4^。
12. 如權(quán)利要求9所述的燃料電池控制方法，其特征在于，該活化回路 進一步包括一第二開關(guān)，該第二開關(guān)可根據(jù)控制單元傳送的控制信息選擇開 啟或關(guān)閉該活化回5^與該電力產(chǎn)生部的電氣連接。
13. 如權(quán)利要求9所述的燃料電池控制方法，其特征在于，該活化回路進一步包括一活化組件，該活化組件通過該第二開關(guān)電氣連接至該電力產(chǎn)生 部，并根據(jù)該控制單元所傳送的控制信息對該電力產(chǎn)生部進行或停止一活化 程序。
14. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池控制方法，其特征在于，該活化組件 進一步包括一特定負載，該特定負載可將該電力產(chǎn)生部所輸出的電力傳輸至 該控制單元及該活化組件中，用以供給這些裝置或組件運作所需的電力。
15. 如權(quán)利要求14所述的燃料電池控制方法，其特征在于，該特定負載 可以選擇為定電壓負載、定電流負載以及定電阻負載中任一負載形式。
16. 如權(quán)利要求15所述的燃料電池控制方法，其特征在于，該定電阻負 載可包括一電阻組件，該電阻組件可將產(chǎn)生的熱能提供至該電力產(chǎn)生部，加 速該電力產(chǎn)生部操作溫度的提升，成為該電力產(chǎn)生部的加熱器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池控制裝置及其方法，該裝置包括一電力產(chǎn)生部，用以將化學能轉(zhuǎn)換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換器；一負載回路，用以提供外部電子裝置所需的電力回路；一活化回路，用以電氣傳遞活化程序所需的信號及電力；一控制單元，用以控制該電力產(chǎn)生部與外部電子裝置及活化組件的電氣連接狀態(tài)。該方法包括由該控制單元判斷是否完成活化程序；未完成活化程序則開啟該活化回路并關(guān)閉該負載回路，用以經(jīng)由該活化回路進行該電力產(chǎn)生部的活化程序；已完成活化程序則關(guān)閉該活化回路并開啟該負載回路，用以將該電力產(chǎn)生部產(chǎn)生的電力輸出至外部電子裝置；該電力產(chǎn)生部處于非工作狀態(tài)時關(guān)閉該負載回路及該活化回路，用以確立無任何負載跨接于電力產(chǎn)生部。
文檔編號H01M8/04GK101540407SQ200810084670
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者簡永烈, 陳銘昇 申請人:思柏科技股份有限公司