專利名稱：用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本創(chuàng)作是利用電子電路來實(shí)現(xiàn)控制電壓電流穩(wěn)定輸出的裝置，其中該電子電路具有轉(zhuǎn)換燃料電池輸出于負(fù)載時(shí)，調(diào)節(jié)瞬間電壓電流的功效，用以驅(qū)使后級(jí)電路能工作于正常的操作電壓下。
背景技術(shù)：
在公知技術(shù)中，通過燃料電池(FUEL CELL)的工作特性得知(如圖1所示)，當(dāng)外接丨負(fù)載時(shí)，其電壓電流特性會(huì)于瞬間電壓曲線處，有陷落壓降的現(xiàn)象，稱之為超越量(overshoot)。該現(xiàn)象是受到外接負(fù)載影響燃料電池輸出電流所致，故電壓降陷落的瞬間到達(dá)穩(wěn)定，有一段不明確且不穩(wěn)定的電壓，此段燃料電池輸出電壓若低于額定后級(jí)的驅(qū)動(dòng)輸入電壓，將使得后級(jí)電路無法正常工作，故本創(chuàng)作是利用一控制燃料電池輸出電流的單元，以一電路裝置來實(shí)現(xiàn)一可穩(wěn)定輸出的電壓。
因此本創(chuàng)作有鑒于上述公知技術(shù)的缺點(diǎn)，因而亟思發(fā)明，以一電路裝置，以控制燃料電流的單元，使提供一穩(wěn)定電壓的輸出，與之前公知技術(shù)相比，更能使電路有效工作的優(yōu)點(diǎn)。
新型內(nèi)容本創(chuàng)作是一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，該裝置主要使用電子電路來實(shí)現(xiàn)，并改變?nèi)剂想姵氐奶匦郧€，該特性曲線是外接丨負(fù)載時(shí)，燃料電池的輸出電壓隨負(fù)載電流變化的情形。原先燃料電池外接負(fù)載時(shí)，電流瞬間由0安培到達(dá)一穩(wěn)定的相對(duì)于負(fù)載的電流輸出，然電壓變化并未于該電流變化瞬間，達(dá)到一穩(wěn)定的電壓，而是，先產(chǎn)生一超越量的現(xiàn)象，該超越量的現(xiàn)象是低于所述所提及的后級(jí)電路穩(wěn)定操作電壓，又，當(dāng)該電壓由額定電壓到達(dá)一穩(wěn)定電壓期間，有一時(shí)間差及電壓差，該時(shí)間差與電壓下降的電壓差所形成的變化率(斜率)，受外接負(fù)載所影響。所述電壓的變化，是由外接負(fù)載相對(duì)于燃料電池的電流來決定，然電壓瞬間變化現(xiàn)象所出現(xiàn)的超越量會(huì)影響后級(jí)驅(qū)動(dòng)裝置的正常工作，故本創(chuàng)作以電子電路來控制燃料電池接負(fù)載時(shí)的電流，其中上述電子是由電感、比較器、FET或BJT及芯片控制電路。通過燃料電池的輸出電壓，經(jīng)由比較器與參考電壓相比較，若輸入電壓低于參考電壓時(shí)，比較器送出一信號(hào)，并經(jīng)由芯片控制電路，處理比較器所得到的電子信號(hào)，進(jìn)而控制FET或BJT的開關(guān)，通過上述開關(guān)的動(dòng)作，可調(diào)整燃料電池輸出的電流，并根據(jù)不同的參考電壓得到不同段的輸出電流，又，其參考電壓的個(gè)數(shù)及切換時(shí)間，可經(jīng)由已知或主動(dòng)偵測外接負(fù)載的方式，而求得其所需的參考電壓個(gè)數(shù)及切換時(shí)間。亦可并聯(lián)一二次電池于負(fù)載端，當(dāng)燃料電池所提供的輸出功率不足時(shí)，可搭配該二次電池，使負(fù)載端所需的功率維持在一穩(wěn)定值。


圖1是公知燃料電池接負(fù)載時(shí)電壓電流特性曲線圖；圖2是本創(chuàng)作燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置的方塊示意圖；圖3是本創(chuàng)作燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置的電壓轉(zhuǎn)換電路示意圖；圖4是本創(chuàng)作燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置的經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后的電流電壓特性圖。
符號(hào)說明210燃料電池本體220電壓轉(zhuǎn)換電路230負(fù)載端 240二次電池310電感器 320場效應(yīng)晶體管330電壓比較器 340參考電壓電路350芯片電路t2時(shí)間t3時(shí)間 I1電流值V1電壓值
具體實(shí)施方式
參考圖2顯示，其是為本創(chuàng)作燃料電池電壓轉(zhuǎn)換裝置的方塊示意圖200，其中包含燃料電池210、電壓轉(zhuǎn)換單元220、負(fù)載230及二次電池240。該燃料電池210是一利用富氫燃料與氧燃料的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力的電源產(chǎn)生裝置，以直接甲醇燃料電池作為實(shí)施例來說，其是利用甲醇燃料與氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電力；該電壓轉(zhuǎn)換單元220是具有一電壓轉(zhuǎn)換單元以及一限制電流的單元，該電壓轉(zhuǎn)換單元是用以達(dá)到將該燃料電池210輸出的電壓轉(zhuǎn)換為特定電壓的輸出，且該限制電流的單元是用以達(dá)到限制該燃料電池210輸出的電流以小于特定電流值的形式輸出；該負(fù)載230是一電子裝置，其消耗來自燃料電池210所產(chǎn)生的電力；以及該二次電池240是一可充電式電池，用以補(bǔ)足燃料電池210所不足的電力。再者，所述的電壓轉(zhuǎn)換單元220利用一限制電流單元，使燃料電池210因負(fù)載230所產(chǎn)生的相對(duì)電流，可減少燃料電池210電壓響應(yīng)的超越量，而使得后級(jí)的電路穩(wěn)定工作。
再次參考圖2所示，該燃料電池210透過一電性連接與電壓轉(zhuǎn)換單元220連接，使燃料電池210可透過該連接將電源送至電壓轉(zhuǎn)換單元220，而電壓轉(zhuǎn)換單元220的另一輸出端透過電性連接到為負(fù)載230，而負(fù)載230所需的額定電壓，是透過電壓轉(zhuǎn)換單元220處理后的穩(wěn)定電壓，而負(fù)載230又電性連接該二次電池240，當(dāng)該燃料電池210所提供的電力功率不足時(shí)，透過該二次電池240來補(bǔ)足于該負(fù)載230所需的電力功率。
所述的電壓轉(zhuǎn)換單元可以是選擇一升壓(booster)電路單元、降壓(buck)電路單元升壓電路單元以及可升壓及降壓的電路(SEPIC或ZELTA)單元中的任一單元，其中該升壓電路單元是用以將燃料電池輸出電力的電壓轉(zhuǎn)換提升為較高電壓的電力輸出；該降壓電路單元是一將燃料電池輸出電力的電壓轉(zhuǎn)換降低為較低電壓的電力輸出；以及該可升壓及降壓的電路單元是可選擇性地將燃料電池輸出電力的電壓轉(zhuǎn)換提升為較高電壓的電力輸出或降低為較低電壓的電力輸出。
參考圖3顯示，其是為本創(chuàng)作電壓轉(zhuǎn)換電路示意圖300，所述電壓轉(zhuǎn)換單元的電壓轉(zhuǎn)換單元與限制電流單元是利用一電路單元所達(dá)成，其最佳實(shí)施電路包含一電感器310、場效應(yīng)晶體管FET 320、電壓比較器330、參考電壓電路340及芯片電路350，且該電壓轉(zhuǎn)換單元是一升壓電路單元，其主要?jiǎng)幼髟頌楫?dāng)場效晶體管FET 320開啟時(shí)，燃料電池電流做用于電感器310時(shí)，場效晶體管FET 320的導(dǎo)通電阻(RDS(ON))與電感電流將產(chǎn)生一導(dǎo)通電壓降，以下稱為VRDS(ON)，與參考電壓電路340相比較，于電壓比較器330內(nèi)進(jìn)行電壓比較，將比較結(jié)果傳送到芯片電路350，并控制場效應(yīng)晶體管FET 320的開關(guān)，即當(dāng)VRDS(ON)低于參考電壓電路340提供的電壓時(shí)，則場效應(yīng)晶體管FET 320開啟，而當(dāng)VRDS(ON)高于參考電壓時(shí)，則場效應(yīng)晶體管FET 320關(guān)閉，且于該電感器310產(chǎn)生一反感應(yīng)電勢(shì)，依此方式可得到如參考圖4所示的特性曲線圖。即當(dāng)參考電壓位于第一段切換電壓時(shí)，經(jīng)由燃料電池本體傳遞來的電壓，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換電路中與比較電路相比，當(dāng)?shù)陀赩RDS(ON)時(shí)，輸出一穩(wěn)定的電流，當(dāng)VRDS(ON)高于該比較參考電壓時(shí)，則關(guān)閉該電子開關(guān)，等切換到第二段參考電壓時(shí)，又再經(jīng)由VRDS(ON)與參考電壓相比，切換過程中，燃料電池輸出電流因參考電壓而被限制在一定值，若需要能有效運(yùn)作，則至少需要兩段參考電壓，方能達(dá)成此限制電流單元。
參考圖4顯示經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換后的電流電壓特性圖400，其中接負(fù)載時(shí)的電流瞬間上升，所造成的電壓瞬間陷落情形，因電壓轉(zhuǎn)換電路300的作用，并非馬上跳到相對(duì)該負(fù)載的電流值，而是在第一段電壓比較時(shí)間的時(shí)間t2內(nèi)，先跳至一低于相對(duì)負(fù)載電流值的電流，該參考電壓和時(shí)間t2是于參考電壓電路控制，由圖中可看到電壓無瞬間陷落使其低于后級(jí)穩(wěn)定操作電壓，而于時(shí)間t2結(jié)束后，參考電壓切換至下一參考電壓，并于時(shí)間t3內(nèi)為一相對(duì)應(yīng)負(fù)載的電流值I1，而電壓曲線也顯示出電壓再次陷落至穩(wěn)定電壓處V1，雖然無法避免出現(xiàn)電壓超越量的情形，然本電壓轉(zhuǎn)換裝置使電壓超越量，仍高于工作電壓，是故后級(jí)端仍能正常工作。又另一實(shí)施例可為一主動(dòng)式電壓轉(zhuǎn)換器，其是利用負(fù)載230所對(duì)應(yīng)的燃料電池所產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓電流特性，利用該得到電壓差與時(shí)間差的變化率(如圖1所示)，來主動(dòng)調(diào)整參考電壓，使其達(dá)到一符合的電流分段數(shù)。
所述的限制電流單元是包括負(fù)載判斷單元，該負(fù)載判斷單元是利用燃料電池反應(yīng)負(fù)載端電力需求而產(chǎn)生的電壓響應(yīng)，以判斷負(fù)載大小，并根據(jù)負(fù)載大小調(diào)整所需的參考電壓的電壓值設(shè)定以及分段數(shù)目，用以避免燃料電池的電壓響應(yīng)產(chǎn)生過度的超越量。
所述限制電流單元中，不同階段的電流值限制所持續(xù)的最佳時(shí)間，是持續(xù)到每階段的電壓響應(yīng)的瞬時(shí)響應(yīng)結(jié)束后。
雖然本創(chuàng)作已以具體實(shí)施例揭露如上，然其所揭露的具體實(shí)施例并非用以限定本創(chuàng)作，任何熟悉該技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾，其所作的更動(dòng)與潤飾都屬于本創(chuàng)作的范疇，本創(chuàng)作的保護(hù)范圍當(dāng)根據(jù)權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括一燃料電池，其是提供一供給負(fù)載端的電壓；以及一電壓轉(zhuǎn)換單元，其是包括一電壓轉(zhuǎn)換單元以及一限制電流單元；其中該燃料電池電性連接該電壓轉(zhuǎn)換單元，且該燃料電池經(jīng)過該電壓轉(zhuǎn)換單元而輸出特定的電壓。
2.如權(quán)利要求1的一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該電壓轉(zhuǎn)換單元包括一電感器；一電子開關(guān)，是用于控制輸出的開啟與關(guān)閉；一電壓比較器，是用于比較輸入與參考電壓；一參考電壓的電壓電路，是控制并選擇參考電壓與切換的時(shí)間；以及一芯片控制電路，是用以驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)的開啟與關(guān)閉；其中電感器、電子開關(guān)、電壓比較器、參考電壓的電壓電路以及芯片控制電路構(gòu)成該電壓轉(zhuǎn)換單元以及該限制電流單元。
3.如權(quán)利要求2的一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該電子開關(guān)是選擇場效晶體管以及晶體管中的任一電子組件。
4.如權(quán)利要求2的一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該限制電流單元的參考電壓包括有兩段的電壓。
5.如權(quán)利要求2的一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該限制電流單元位于電壓轉(zhuǎn)換電路中，包括負(fù)載判斷單元，該負(fù)載判斷單元經(jīng)燃料電池反應(yīng)負(fù)載端電力需求而產(chǎn)生的電壓響應(yīng)，以判斷負(fù)載大小，并根據(jù)負(fù)載大小調(diào)整所需的參考電壓的電壓值設(shè)定以及分段數(shù)目。
6.如權(quán)利要求2的一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在予，進(jìn)一步包括一二次電池。
7.如權(quán)利要求6的一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該二次電池是一鋰電池。
8.如權(quán)利要求1的一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該電壓轉(zhuǎn)換單元可以是選擇一升壓電路單元、降壓電路單元以及可升壓及降壓電路單元中的任一單元。
9.如權(quán)利要求1的一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，于電壓轉(zhuǎn)換電路的限制電流單元中，各個(gè)階段的電流值限制所持續(xù)的最佳時(shí)間，是持續(xù)到每階段的電壓響應(yīng)的瞬時(shí)響應(yīng)結(jié)束后。
專利摘要一種用于燃料電池的電壓轉(zhuǎn)換裝置，包括一燃料電池以及一電壓轉(zhuǎn)換單元，其中該燃料電池電性連接該電壓轉(zhuǎn)換單元。該裝置是利用電子電路來實(shí)現(xiàn)控制電壓電流穩(wěn)定輸出的裝置，其中該電子電路具有轉(zhuǎn)換燃料電池輸出于負(fù)載接入時(shí)，調(diào)節(jié)瞬間電壓電流的功效，用以驅(qū)使后級(jí)電路能使其能穩(wěn)定操作于正常的工作電壓下，即主要使用電子電路來實(shí)現(xiàn)，并改變?nèi)剂想姵氐奶匦郧€，該特性曲線系外接丨負(fù)載時(shí)，燃料電池的電壓電流變化情形，從而達(dá)到電壓電流穩(wěn)定輸出。
文檔編號(hào)G05F1/10GK2935616SQ200620115338
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者童俊卿 申請(qǐng)人:思柏科技股份有限公司, 勝光科技股份有限公司