專利名稱：階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計，特別是指一種階段載入系統(tǒng)組件的燃料
電池系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
燃料電池(Fuel Cell)系統(tǒng)是一種借著電化學(xué)反應(yīng)，直接利用含氫燃料和空氣產(chǎn) 生電力的系統(tǒng)。由于燃料電池組具有低污染、高效率、高能量密度等優(yōu)點，故成為近年來各 國研發(fā)和推廣的對象。 燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池組在反應(yīng)時，其性能與各項操作條件，例如溫度、濕 度、氫氣流量、空氣流量...等皆息息相關(guān)。以溫度條件而言，必需使燃料電池組維持在適 合的工作溫度下才能使其保持在較佳的運作效能。 可見燃料電池組的工作溫度對其性能有著十分顯著的影響。溫度過低時，燃料電 池組的性能會惡化；溫度升高時，雖然有利于提高燃料電池組的運作性能，但是若溫度過高 也會使燃料電池組的性能變差。因此，保持燃料電池組內(nèi)部的熱平衡，使其在一定的溫度范 圍內(nèi)工作是極其重要的。 在現(xiàn)有的技術(shù)之下，為了使燃料電池組維持在合適的工作溫度下，一般會利用氣 冷式或液冷式的方式。液冷式燃料電池系統(tǒng)的冷卻方式一般是利用冷卻循環(huán)管路來進(jìn)行， 通過將一冷卻液導(dǎo)入燃料電池組中以吸收燃料電池工作時所產(chǎn)生的熱量，并將冷卻液經(jīng)由 冷卻循環(huán)管路循環(huán)至散熱降溫用的系統(tǒng)組件進(jìn)行散熱降溫，再讓低溫的冷卻液流回至燃料 電池組中，使冷卻液不停地循環(huán)以降低燃料電池組的工作溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所欲解決的技術(shù)問題 然而，燃料電池組雖然在工作時溫度會逐漸升高，但在燃料電池系統(tǒng)啟動時，初期 燃料電池組溫度仍低，需要一段時間暖機(jī)后，溫度才會升高至合適的工作溫度。但燃料電池 系統(tǒng)在一開始啟動運作時，冷卻液即已循環(huán)于冷卻循環(huán)管路中，透過系統(tǒng)組件發(fā)揮散熱降 溫的功效。在此種情況下，使燃料電池組溫度上升的速度受到了影響，而緩慢地升溫至適合 的工作溫度，增加了燃料電池系統(tǒng)暖機(jī)所需花費的時間。 緣此，本發(fā)明的一目的在于提供一種階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)及其方
法，使燃料電池系統(tǒng)能快速升溫到達(dá)適合的工作溫度，縮短暖機(jī)時所需花費的時間。 本發(fā)明的另一 目的即是提供一種階段載入系統(tǒng)組件的方法，使燃料電池系統(tǒng)在運
作時可不予以載入部分的系統(tǒng)組件，直至需要時才將系統(tǒng)組件分階段地載入運作。 本發(fā)明的另一目的即是提供一種階段載入系統(tǒng)組件的方法，使燃料電池系統(tǒng)在運
作時可分多階方式載入系統(tǒng)組件，增加了應(yīng)用上多重的選擇性。 本發(fā)明解決問題的技術(shù)手段 本發(fā)明所采用的技術(shù)手段包括有一燃料電池組、一連接在燃料電池組空氣入口的空氣供應(yīng)源、一連接在燃料電池組氫氣入口的氫氣供應(yīng)源、至少一連接于燃料電池組冷卻液出口與入口之間的冷卻循環(huán)管路，以及至少一設(shè)置于該管路中的系統(tǒng)組件；而冷卻循環(huán)管路中包括有一路徑切換單元，此單元具有一連通于燃料電池組冷卻液出口的共同端、一經(jīng)由一旁通管路而連通于燃料電池組冷卻液入口的第二路徑端及一連通于冷卻循環(huán)管路的第一路徑端。 在啟動燃料電池系統(tǒng)，并使燃料電池組的冷卻液循環(huán)于冷卻循環(huán)管路后，通過將
感測所得的冷卻液溫度值與一預(yù)設(shè)溫度值進(jìn)行比較，以當(dāng)冷卻液的溫度值未達(dá)預(yù)設(shè)溫度值
時，可將路徑切換單元的共同端與第二路徑端形成通路，使冷卻液流經(jīng)第二路徑端與旁通
管路而循環(huán)回至燃料電池組的冷卻液入口 ；直至冷卻液的溫度值超過預(yù)設(shè)溫度值時，將路
徑切換單元的共同端與第一路徑端形成通路，使至少一部份的冷卻液流經(jīng)第一路徑端、冷
卻循環(huán)管路與系統(tǒng)組件，而循環(huán)回至燃料電池組的冷卻液入口 。 本發(fā)明對照現(xiàn)有技術(shù)的功效 經(jīng)由本發(fā)明所采用的技術(shù)手段，可調(diào)節(jié)燃料電池系統(tǒng)中冷卻液的循環(huán)路徑，使冷卻液可選擇性地不進(jìn)行循環(huán)或繞過系統(tǒng)組件而直接循環(huán)回至燃料電池組中，直至需要時才將系統(tǒng)組件載入運作，使冷卻液流經(jīng)系統(tǒng)組件進(jìn)行散熱降溫。此應(yīng)用在燃料電池系統(tǒng)啟動時的初期，可使燃料電池組快速升溫到達(dá)適合的工作溫度，縮短暖機(jī)時所需花費的時間。
再者，階段載入系統(tǒng)組件的方法分成多階，更可讓控制單元使冷卻液依比例分配至不同管路中，或是利用設(shè)置旁通管路以及輔助路徑切換單元增加可選擇的路徑，以適應(yīng)更多不同情況下的需求，使得在控制及應(yīng)用上的彈性極大。


圖1是本發(fā)明第一實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明第一實施例的控制流程圖之一；圖3是本發(fā)明第一實施例的控制流程圖之二；圖4是本發(fā)明第二實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明第三實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明第四實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖7是本發(fā)明第五實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
附圖標(biāo)號100、 100a、 100b、 100c、 100d 燃料電池系統(tǒng)
1燃料電池組11空氣入口12空氣出口13氫氣入口14氫氣出口15冷卻液出口16冷卻液入口2空氣供應(yīng)源21加濕器
3氫氣供應(yīng)源31快速接頭32壓力調(diào)節(jié)閥33電磁閥34氫氣循環(huán)器4水套41流入口42流出口5熱交換器51散熱風(fēng)扇52溫度感測單元6水泵浦7、7，、7a、7b路徑切換單元71、71'、71a、71b共同端72、72，、72a、72b第一路徑端73、73，、73a、73b第二路徑端8控制單元81溫度感測單元82處理單元83存儲單元9輔助路徑切換單元91共同端92第三路徑端93第四路徑端C冷卻液Rl、Rl'、Rl"、Rla、Rlb 冷卻循環(huán)管路
R2、R2'、R2a、R2b旁通管路R3輔助旁通管路Sl、Sla、Slb、S2控制信號T、Te溫度值T0、T3預(yù)設(shè)溫度值Tl第一預(yù)設(shè)溫度值T2第二預(yù)設(shè)溫度值
具體實施例方式
本發(fā)明所采用的具體實施例，將通過以下的實施例及附呈圖式作進(jìn)一步的說明。
請參閱圖1所示，本發(fā)明第一實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖所示，燃料電池系統(tǒng)100中至少包括有一燃料電池組l，其通過氫氣與氧氣的電化學(xué)反應(yīng)，可產(chǎn)生電源輸出。燃料電池組l具有一空氣入口 11、一空氣出口 12、一氫氣入口 13、一氫氣出口 14、一冷卻液出口 15及一冷卻液入口 16。 燃料電池組1反應(yīng)時所需的氧氣由一空氣供應(yīng)源2所供應(yīng)，而在本實施例中為一鼓風(fēng)裝置；通過鼓風(fēng)裝置將空氣弓I入至一加濕器21中，使其進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)后，由燃料電池組1的空氣入口 ll送入，經(jīng)反應(yīng)后由空氣出口 12排出。 燃料電池組1反應(yīng)時所需的氫氣由一氫氣供應(yīng)源3所供應(yīng)，而在本實施例中為一儲氫罐；氫氣供應(yīng)源3所供應(yīng)的氫氣經(jīng)由一快速接頭31、一壓力調(diào)節(jié)閥32、一電磁閥33后，由燃料電池組l的氫氣入口 13送入，經(jīng)反應(yīng)后由燃料電池組1的氫氣出口 14排出。而在燃料電池組l的氫氣入口 13與氫氣出口 14間連接有一氫氣循環(huán)器34，用以將自氫氣出口14所排出的氫氣回收循環(huán)送入燃料電池組1中，使其產(chǎn)生流動效果，藉以提高電化學(xué)反應(yīng)的性能，讓氫氣的反應(yīng)效率增加。 在燃料電池組1的冷卻液出口 15與冷卻液入口 16之間連接有至少一冷卻循環(huán)管路R1，而冷卻循環(huán)管路R1中設(shè)置有至少一系統(tǒng)組件；在本實施例中，系統(tǒng)組件包括有一水套4及一熱交換器5。燃料電池系統(tǒng)100在正常運作情況下，由燃料電池組1的冷卻液出口15所送出的冷卻液C經(jīng)由一水泵浦6帶動，自冷卻循環(huán)管路R1循環(huán)回至燃料電池組1的冷卻液入口 16，并通過系統(tǒng)組件將流經(jīng)冷卻循環(huán)管路R1的冷卻液C予以散熱降溫。
水套4包覆氫氣供應(yīng)源3，其具有一流入口 41及一流出口 42，流入口 41連通于燃料電池組1的冷卻液出口 15，而流出口 42則連接于熱交換器5。由于氫氣供應(yīng)源3在釋放氫氣時會吸收熱量而變冷，因此在設(shè)計時會將燃料電池組1反應(yīng)后熱的冷卻液C送到水套4中，通過流經(jīng)水套4的冷卻液C提供氫氣供應(yīng)源3供應(yīng)氫氣時所需吸收的熱量，以維持供應(yīng)氫氣的速率；另一方面亦使冷卻液C達(dá)到散熱降溫的目的。當(dāng)然，水套4所提供的散熱降溫效果有限，亦可以在設(shè)計時不使用水套4或是不經(jīng)過水套4 (如圖4所示)，而改采用其他的設(shè)計，看實際使用上的需求。 熱交換器5用以對冷卻液C進(jìn)行熱交換，其設(shè)置有一散熱風(fēng)扇51及一溫度感測單元52 ;散熱風(fēng)扇51用以加強(qiáng)熱交換器5的散熱效果；溫度感測單元52用以感測熱交換后冷卻液C的溫度值Te，并將該溫度值Te傳送至一控制單元8，而使控制單元8可據(jù)以調(diào)節(jié)熱交換器5及散熱風(fēng)扇51的散熱效果。熱交換器5亦可以是散熱水箱或其他的組件，用以將流經(jīng)冷卻循環(huán)管路Rl的冷卻液C予以散熱降溫后，經(jīng)由水泵浦6而循環(huán)回至燃料電池組1中。同樣地，在設(shè)計時亦可省略熱交換器5，而只設(shè)置水套4或其他的系統(tǒng)組件，看實際應(yīng)用上的需求。 冷卻循環(huán)管路Rl設(shè)置有一路徑切換單元7，其具有一共同端71、一第一路徑端72及一第二路徑端73。其中共同端71連通于燃料電池組1的冷卻液出口 15，第一路徑端72經(jīng)由一冷卻循環(huán)管路Rl連通至水套4的流入口 41，第二路徑端73經(jīng)由一旁通管路R2而連通至燃料電池組1的冷卻液入口 16。 當(dāng)然，亦可將路徑切換單元7設(shè)置于冷卻循環(huán)管路Rl中的其他位置，像是將其連接在水套4的流出口 42與熱交換器5之間(如圖5所示)。若燃料電池系統(tǒng)中只有熱交換器5而沒有水套4時，則可直接將路徑切換單元7連接在燃料電池組1的冷卻液出口 15與熱交換器5之間。 另外，本實施例中，路徑切換單元7電性連接有一控制單元8，該控制單元8包括有一溫度感測單元81、一處理單元82及一存儲單元83。溫度感測單元81用以感測冷卻液C的溫度值T，而處理單元82電性連接溫度感測單元81及存儲單元83，用以依據(jù)溫度感測單 元81所感測到冷卻液C的溫度值T經(jīng)判斷后，產(chǎn)生一控制信號SI以控制該路徑切換單元 7 ;存儲單元83儲存有至少一預(yù)設(shè)溫度值T0，其可由使用者自行定義更新，亦可同時于存儲 單元83中儲存多個預(yù)設(shè)溫度值。 請參閱圖2所示，為本發(fā)明第一實施例的控制流程圖之一，其顯示燃料電池系統(tǒng) 100依據(jù)預(yù)設(shè)溫度值TO而實施階段載入系統(tǒng)組件的方法，并請同時配合前述圖1對本發(fā)明 第一實施例的控制流程圖作一說明如下 首先，啟動燃料電池系統(tǒng)100，由空氣供應(yīng)源2將空氣供應(yīng)至燃料電池組1的空氣 入口 ll，以供應(yīng)燃料電池組l反應(yīng)時所需的氧氣；同時，由氫氣供應(yīng)源3將氫氣供應(yīng)至燃料 電池組1的氫氣入口 13，以供應(yīng)燃料電池組1反應(yīng)時所需的氫氣(步驟101)。接著，使燃 料電池組1的冷卻液C循環(huán)于冷卻循環(huán)管路Rl (步驟102)。 當(dāng)冷卻液C經(jīng)由水泵浦6帶動而自燃料電池組1的冷卻液出口 15送出時，通過控 制單元8的溫度感測單元81感測冷卻液C的溫度值T(步驟103)，以判斷燃料電池組1目 前的工作溫度。接著，由控制單元8的處理單元82將溫度感測單元81所感測到冷卻液C 的溫度值T與儲存在存儲單元83中的預(yù)設(shè)溫度值TO進(jìn)行比較(步驟104)，然后判別冷卻 液C的溫度值T與預(yù)設(shè)溫度值TO的大??？(步驟105)。 當(dāng)冷卻液C的溫度值T未達(dá)預(yù)設(shè)溫度值TO時(即T < TO)，由控制單元8的處理 單元82產(chǎn)生一控制信號SI至路徑切換單元7，使路徑切換單元7的共同端71與第二路徑 端73之間形成通路，讓冷卻液C流向第二路徑端73與旁通管路R2 (步驟106)。如此可讓 燃料電池組l在未達(dá)工作溫度之前，繞過系統(tǒng)組件(即水套4及熱交換器5)而不進(jìn)行散熱 降溫的動作，以使燃料電池組1快速升溫到達(dá)適合的工作溫度，縮短系統(tǒng)暖機(jī)的時間。
直至冷卻液C的溫度值T超過預(yù)設(shè)溫度值TO時(即T > TO)，則控制單元8使路 徑切換單元7的共同端71與第一路徑端72之間形成通路，使至少一部分的冷卻液C流向 第一路徑端72、冷卻循環(huán)管路Rl與系統(tǒng)組件(步驟107)。亦即讓冷卻液C流經(jīng)水套4及 熱交換器5進(jìn)行散熱降溫，可使燃料電池組1維持在適合的工作溫度下。接著，冷卻液C經(jīng) 水泵浦6后流向燃料電池組1的冷卻液入口 16循環(huán)回至燃料電池組1中(步驟108)，使冷 卻液C于燃料電池組1中吸收其熱量后，再由燃料電池組1的冷卻液出口 15送出而進(jìn)行周 而復(fù)始的循環(huán)。 請參閱圖3所示，為本發(fā)明第一實施例控制流程圖之二，其顯示燃料電池系統(tǒng)100 可依據(jù)預(yù)設(shè)的一第一預(yù)設(shè)溫度值Tl及一第二預(yù)設(shè)溫度值T2而實施階段載入系統(tǒng)組件的方 法，并請同時配合前述圖1對本發(fā)明第一實施例的控制流程圖作一說明如下
本發(fā)明所采用多種階段載入系統(tǒng)組件的方法，利用冷卻液C的溫度值T是否高于 預(yù)設(shè)的第一預(yù)設(shè)溫度值Tl或第二預(yù)設(shè)溫度值T2的關(guān)系，可將燃料電池系統(tǒng)100分成三個 階段的載入方式。首先，啟動燃料電池系統(tǒng)100，分別將空氣供應(yīng)至燃料電池組1的空氣入 口 ll，而將氫氣供應(yīng)至燃料電池組l的氫氣入口 13(步驟201)。接著，使燃料電池組l的 冷卻液C循環(huán)于冷卻循環(huán)管路Rl (步驟202)。 當(dāng)冷卻液C自燃料電池組1的冷卻液出口 15送出時，由控制單元8的溫度感測單 元81感測冷卻液C的溫度值T(步驟203)后，傳送至控制單元8的處理單元82中。而處 理單元82將此冷卻液C的 度值T與第一預(yù)設(shè)溫度值Tl及第二預(yù)設(shè)溫度值T2進(jìn)行比較(步驟204)。然后分別判斷冷卻液C的溫度值T與第一預(yù)設(shè)溫度值Tl及第二預(yù)設(shè)溫度值 T2的大??？(步驟205)。接著進(jìn)行如下的判別與運作 1.當(dāng)冷卻液C的溫度值T未達(dá)第一預(yù)設(shè)溫度值Tl時(即T < Tl)，由控制單元8 的處理單元82產(chǎn)生一控制信號SI至路徑切換單元7中，將路徑切換單元7的共同端71與 第二路徑端73形成通路，使冷卻液C流向第二路徑端73與旁通管路R2 (步驟206)。
2.當(dāng)冷卻液C的溫度值T介于第一預(yù)設(shè)溫度值Tl與一第二預(yù)設(shè)溫度值T2之間 時(即T2 > T > Tl)，則控制單元8依據(jù)冷卻液C的溫度值T的大小將路徑切換單元7的 共同端71同時與第一路徑端72及第二路徑端73形成通路，使冷卻液C以一預(yù)定的比例分 流至第一路徑端72、冷卻循環(huán)管路Rl與系統(tǒng)組件，以及第二路徑端73與旁通管路R2 (步驟 207)。亦即依據(jù)冷卻液溫度值T來調(diào)節(jié)冷卻液C流經(jīng)水套4及熱交換器5進(jìn)行散熱降溫的 量，提供一種過渡時期的散熱效果。 3.當(dāng)冷卻液C的溫度值T超過第二預(yù)設(shè)溫度值T2時(即T2 < T)，則控制單元8 將路徑切換單元7的共同端71與第一路徑端72形成通路，使冷卻液C全部流經(jīng)第一路徑 端72、冷卻循環(huán)管路R1與系統(tǒng)組件(步驟208)，亦即使冷卻液C完全流經(jīng)水套4及熱交換 器5進(jìn)行散熱降溫。 最后，冷卻液C同樣經(jīng)由水泵浦6流向燃料電池組1的冷卻液入口 16循環(huán)回至燃 料電池組1中(步驟209)，使冷卻液C于燃料電池組1中吸收熱量后，再由燃料電池組1的 冷卻液出口 15送出而進(jìn)行周而復(fù)始的循環(huán)。 雖然在本實施例中，路徑切換單元7具有第一路徑端72及第二路徑端73，通過路 徑切換單元7的共同端71與第一路徑端72及第二路徑端73的連通與否？而可選擇性地 使冷卻液C流向第一路徑端72、冷卻循環(huán)管路Rl與系統(tǒng)組件，或者流向第二路徑端73與旁 通管路R2。但于實際應(yīng)用時，路徑切換單元7亦可以只具有第一路徑端72，而不需具有第 二路徑端73，單純通過路徑切換單元7的共同端71與第一路徑端72的連通與否，即可達(dá)到 階段載入系統(tǒng)組件的目的。 此外，路徑切換單元7在本實施例中由控制單元8所控制，但于實際應(yīng)用時，亦可 直接應(yīng)用物理方式來設(shè)計路徑切換單元7，使其不需通過電控方式即能達(dá)到依據(jù)預(yù)設(shè)溫度 值TO來達(dá)到階段載入系統(tǒng)組件的目的。 所述應(yīng)用的物理方式，例如材料透水性、物體熱脹冷縮、物質(zhì)相變化...等。而應(yīng) 用這些物理方式的設(shè)計，例如(l)利用特殊化學(xué)材料薄膜在不同溫度下的透水性差異來 調(diào)節(jié)冷卻液通過的程度、(2)利用單一金屬的熱脹冷縮現(xiàn)象來開啟或關(guān)閉管路、(3)利用將 不同熱膨脹系數(shù)的雙金屬片結(jié)合，使之因溫度變化而有不同的彎曲，進(jìn)而達(dá)到路徑切換的 作用、以及(4)利用物質(zhì)在不同溫度時所發(fā)生的相變化，通過不同物態(tài)(例如固態(tài)、液態(tài)、 氣態(tài))下的體積差異來開啟或關(guān)閉管路，進(jìn)而達(dá)到路徑切換的作用...等。
請參閱圖4所示，是本發(fā)明第二實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。此實施例燃料電池系統(tǒng) 100a的系統(tǒng)架構(gòu)大致上與前述第一實施例相同，故相同的構(gòu)件標(biāo)示相同的元件編號以資 對應(yīng)，而整體系統(tǒng)的運作方式與上述的內(nèi)容相同，故不再贅述。其差異在于燃料電池系統(tǒng) 100a中，冷卻循環(huán)管路Rl'不經(jīng)過水套4來散熱降溫，路徑切換單元7連接于燃料電池組1 的冷卻液出口 15及熱交換器5之間，而本實施例亦可應(yīng)用于不使用水套4的燃料電池系統(tǒng) 中。另外，亦可將水套4連結(jié)于燃料電池組1的冷卻液出口 15與入口 16之間，而形成另一
9冷卻循環(huán)管路，其上亦可設(shè)置一路徑切換單元(如圖6所示)；或者，不設(shè)置路徑切換單元 亦可。 請參閱圖5所示，本發(fā)明第三實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。此實施例燃料電池系統(tǒng)100b 的系統(tǒng)架構(gòu)大致上與前述第一實施例相同，故相同的構(gòu)件標(biāo)示相同的元件編號以資對應(yīng)， 而整體系統(tǒng)的運作方式與上述的內(nèi)容相同，故不再贅述。其差異在于燃料電池系統(tǒng)100b 中，路徑切換單元7'連接在水套4的流出口 42與熱交換器5之間，其共同端71'連通于水 套4的流出口 42，第一路徑端72'經(jīng)由冷卻循環(huán)管路Rl"連通至熱交換器5，第二路徑端 73'經(jīng)由一旁通管路R2'連通至燃料電池組1的冷卻液入口 16。 請參閱圖6所示，為本發(fā)明第四實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。此實施例燃料電池系統(tǒng) 100c的系統(tǒng)架構(gòu)大致上與前述第一實施例相同，故相同的構(gòu)件標(biāo)示相同的元件編號以資 對應(yīng)，而整體系統(tǒng)的運作方式與上述的內(nèi)容相同，故不再贅述。其差異在于燃料電池系統(tǒng) 100c中，包括二條冷卻循環(huán)管路Rla、Rlb。 其中一條冷卻循環(huán)管路Rla通過水套4來進(jìn)行散熱降溫，該管路上設(shè)置有一路徑 切換單元7a，由控制單元8的處理單元82所產(chǎn)生的控制信號Sla所控制。路徑切換單元 7a的共同端71a連接在燃料電池組1的冷卻液出口 15，第一路徑端72a經(jīng)由冷卻循環(huán)管路 Rla連通至水套4的流入口 41，第二路徑端73a經(jīng)由一旁通管路R2a連通至燃料電池組1 的冷卻液入口 16。 另一條冷卻循環(huán)管路Rlb則通過熱交換器5來進(jìn)行散熱降溫，該管路上亦設(shè)置有 一路徑切換單元7b，由控制單元8的處理單元82所產(chǎn)生的控制信號Slb所控制。路徑切 換單元7b的共同端71b連接在燃料電池組1的冷卻液出口 15，第一路徑端72b經(jīng)由冷卻 循環(huán)管路Rlb連通至熱交換器5，第二路徑端73b經(jīng)由一旁通管路R2b連通至燃料電池組1 的冷卻液入口 16。通過二個路徑切換單元7a、7b并聯(lián)運作，可依不同的需要載入不同的系 統(tǒng)組件。 請參閱圖7所示，為本發(fā)明第五實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。此實施例燃料電池系統(tǒng) 100d的系統(tǒng)架構(gòu)大致上與前述第一實施例相同，故相同的構(gòu)件標(biāo)示相同的元件編號以資 對應(yīng)，而整體系統(tǒng)的運作方式與上述的內(nèi)容相同，故不再贅述。其差異在于燃料電池系統(tǒng) 100d中，更包括有一輔助路徑切換單元9。 輔助路徑切換單元9設(shè)置于冷卻循環(huán)管路Rl上，其具有一共同端91、一第三路徑 端92及一第四路徑端93。該輔助路徑切換單元9的共同端91連通于水套4的流出口 42， 而第三路徑端92連接于熱交換器5，其第四路徑端93經(jīng)由一輔助旁通管路R3而連通于燃 料電池組1的冷卻液入口 16。輔助路徑切換單元9同樣電性連接于控制單元8的處理單元 82，而處理單元82則依據(jù)冷卻液C的溫度值T，藉一控制信號S2以控制輔助路徑切換單元 9。 當(dāng)輔助路徑切換單元9的共同端91與第四路徑端93形成通路時，冷卻液C則經(jīng)由 水套4、第四路徑端93與輔助旁通管路R3而循環(huán)回至燃料電池組1的冷卻液入口 16，而不 經(jīng)由熱交換器5，提供燃料電池系統(tǒng)100d部份的散熱降溫效果，同時也提供了氫氣供應(yīng)源3 供應(yīng)氫氣時所需吸收的熱量；直至到達(dá)一預(yù)設(shè)溫度值T3時，則導(dǎo)通第三路徑端92而載入熱 交換器5進(jìn)行散熱降溫后，經(jīng)由水泵浦6而將冷卻液C循環(huán)回至燃料電池組1中。如此可 使燃料電池系統(tǒng)100d具有多種階段載入系統(tǒng)組件的方式，增加控制及應(yīng)用上的選擇性。
10
由以上的實施例可知，本發(fā)明所提供的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)及其方 法確具產(chǎn)業(yè)上的利用價值，故本發(fā)明業(yè)已符合專利的要件。以上的敘述僅為本發(fā)明的較佳 實施例說明，凡本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可依據(jù)上述的說明而作其它種種的修飾與改良，這些改 變?nèi)詫儆诒景l(fā)明的發(fā)明精神及權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
一種階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池系統(tǒng)包括一燃料電池組，具有一空氣入口、一氫氣入口、一冷卻液入口及一冷卻液出口；一空氣供應(yīng)源，連接于所述燃料電池組的空氣入口，用以供應(yīng)反應(yīng)時所需的氧氣；一氫氣供應(yīng)源，連接于所述燃料電池組的氫氣入口，用以供應(yīng)反應(yīng)時所需的氫氣；至少一冷卻循環(huán)管路，連接于所述燃料電池組的冷卻液出口與冷卻液入口之間，用以使自所述冷卻液出口所送出的冷卻液經(jīng)由所述冷卻循環(huán)管路循環(huán)回至所述冷卻液入口；至少一系統(tǒng)組件，設(shè)置于所述冷卻循環(huán)管路中，用以將流經(jīng)所述冷卻循環(huán)管路的冷卻液予以散熱降溫；至少一路徑切換單元，設(shè)置于所述冷卻循環(huán)管路中，具有一共同端及一第一路徑端，其中所述共同端連通于所述燃料電池組的冷卻液出口，所述第一路徑端連通于所述冷卻循環(huán)管路，直至所述冷卻液的溫度值超過一預(yù)設(shè)溫度值時，所述路徑切換單元的共同端與所述第一路徑端形成通路，使至少一部份的冷卻液經(jīng)由所述第一路徑端、所述冷卻循環(huán)管路與所述系統(tǒng)組件而循環(huán)回至所述燃料電池組的冷卻液入口。
2. 如權(quán)利要求1所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑切換單元更包括有一第二路徑端，所述第二路徑端經(jīng)由一旁通管路連通于所述燃料電池組的冷卻液入口 ，在所述冷卻液的溫度值未達(dá)所述預(yù)設(shè)溫度值時，所述路徑切換單元的共同端與所述第二路徑端形成通路，使所述冷卻液經(jīng)由所述第二路徑端與所述旁通管路而循環(huán)回至所述燃料電池組的冷卻液入口 。
3. 如權(quán)利要求1所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)組件包括一熱交換器。
4. 如權(quán)利要求3所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑切換單元連接于所述燃料電池組的冷卻液出口與所述熱交換器之間。
5. 如權(quán)利要求3所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)組件更包括有一水套，包覆所述氫氣供應(yīng)源，所述水套具有一流入口及一流出口 ，所述流入口連接于所述燃料電池組的冷卻液出口，所述流出口連接于所述熱交換器或所述燃料電池組的冷卻液入口 ，通過流經(jīng)所述水套的冷卻液提供所述氫氣供應(yīng)源供應(yīng)氫氣時所需吸收的熱
6. 如權(quán)利要求5所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑切換單元連接于所述燃料電池組的冷卻液出口與所述水套的流入口之間。
7. 如權(quán)利要求5所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑切換單元連接于所述水套的流出口與所述熱交換器之間。
8. 如權(quán)利要求5所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池系統(tǒng)更包括有一輔助路徑切換單元，設(shè)置于所述冷卻循環(huán)管路中，具有一共同端及一第三路徑端，其中所述共同端連通于所述水套的流出口 ，所述第三路徑端連接于所述熱交換器。
9. 如權(quán)利要求8所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助路徑切換單元更包括有一第四路徑端，所述第四路徑端經(jīng)由一輔助旁通管路連通于所述燃料電池組的冷卻液入口。
10. 如權(quán)利要求1所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)組件包括一水套，包覆所述氫氣供應(yīng)源，所述水套具有一流入口及一流出口 ，所述流入口連接 于所述燃料電池組的冷卻液出口 ，所述流出口連接于所述燃料電池組的冷卻液入口 ，通過 流經(jīng)所述水套的冷卻液提供所述氫氣供應(yīng)源供應(yīng)氫氣時所需吸收的熱量。
11. 如權(quán)利要求10所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑 切換單元連接于所述燃料電池組的冷卻液出口與所述水套的流入口之間。
12. 如權(quán)利要求1所述的階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑切 換單元更電性連接有一控制單元，所述控制單元包括一溫度感測單元，用以感測所述冷卻液的溫度值； 一存儲單元，用以儲存所述預(yù)設(shè)溫度值；一處理單元，電性連接所述溫度感測單元及所述存儲單元，用以依據(jù)所述溫度感測單 元所感測到所述冷卻液的溫度值據(jù)以控制所述路徑切換單元。
13. —種燃料電池系統(tǒng)階段載入系統(tǒng)組件的方法，其特征在于，所述燃料電池系統(tǒng)包括 有一燃料電池組、一空氣入口 、一氫氣入口 、一冷卻液出口 、一冷卻液入口 、至少一連接于所 述冷卻液出口與所述冷卻液入口之間的冷卻循環(huán)管路、以及至少一設(shè)置于所述冷卻循環(huán)管 路中的系統(tǒng)組件，所述冷卻循環(huán)管路中包括有至少一路徑切換單元，所述路徑切換單元具 有一連通于所述燃料電池組的冷卻液出口的共同端及一連通于所述冷卻循環(huán)管路的第一 路徑端，所述方法包括下列步驟a) 啟動所述燃料電池系統(tǒng)，將空氣供應(yīng)至所述燃料電池組的空氣入口，及將氫氣供應(yīng) 至所述燃料電池組的氫氣入口；b) 使所述燃料電池組的冷卻液循環(huán)于所述冷卻循環(huán)管路；c) 感測所述冷卻液的溫度值；d) 將所述冷卻液的溫度值與預(yù)設(shè)溫度值進(jìn)行比較；e) 直至所述冷卻液的溫度值超過所述預(yù)設(shè)溫度值時，將所述路徑切換單元的共同端與 所述第一路徑端形成通路，使至少一部份的所述冷卻液流向所述第一路徑端、所述冷卻循 環(huán)管路與所述系統(tǒng)組件。
14. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)階段載入系統(tǒng)組件的方法，其特征在于，步驟 d)之后更包括當(dāng)所述冷卻液的溫度值未達(dá)所述預(yù)設(shè)溫度值時，將所述路徑切換單元的共同 端與所述路徑切換單元的第二路徑端形成通路，經(jīng)由一旁通管路連通于所述燃料電池組的 冷卻液入口 ，使所述冷卻液流向所述第二路徑端與所述旁通管路的步驟。
15. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)階段載入系統(tǒng)組件的方法，其特征在于，步驟d) 之后更包括依據(jù)所述冷卻液的溫度值的大小，將所述路徑切換單元的共同端同時與所述 第一路徑端及所述路徑切換單元的另一第二路徑端形成通路，使所述冷卻液以一預(yù)定比例 分流至所述第二路徑端與一旁通管路，以及所述第一路徑端、所述冷卻循環(huán)管路與所述系 統(tǒng)組件的步驟。
16. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)階段載入系統(tǒng)組件的方法，其特征在于，步驟e) 中，包括將所述路徑切換單元的共同端與所述第一路徑端形成通路，使所述冷卻液全部 流向所述第一路徑端、所述冷卻循環(huán)管路與所述系統(tǒng)組件。
17. 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)階段載入系統(tǒng)組件的方法，其特征在于，步驟 e)之后，更包括將所述冷卻液送回至所述燃料電池組的冷卻液入口，進(jìn)行循環(huán)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種階段載入系統(tǒng)組件的燃料電池系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)包括一燃料電池組、一空氣供應(yīng)源、一氫氣供應(yīng)源、至少一冷卻循環(huán)管路、以及至少一設(shè)置于該管路中的系統(tǒng)組件，冷卻循環(huán)管路中包括有至少一路徑切換單元，用以在啟動燃料電池系統(tǒng)時，先使燃料電池組的冷卻液循環(huán)于冷卻循環(huán)管路后，直至冷卻液的溫度值超過一預(yù)設(shè)溫度值時，透過該路徑切換單元使至少一部分的冷卻液流經(jīng)系統(tǒng)組件而散熱降溫。階段載入系統(tǒng)組件的方法分成多階，可讓控制單元使冷卻液依比例分配至不同管路中，或是利用設(shè)置旁通管路以及輔助路徑切換單元增加可選擇的路徑，以適應(yīng)更多不同情況下的需求，使得在控制及應(yīng)用上的彈性極大。
文檔編號H01M8/24GK101789514SQ20091000598
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者吳玉川, 楊源生, 蕭逢祥, 郭俊杰 申請人:亞太燃料電池科技股份有限公司