專利名稱：電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)，特別是涉及一種借由控制器調(diào)節(jié)燃料電池系統(tǒng)及蓄電池的電能輸出比例，以提供負(fù)載工作所需功率的電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池(Fuel Cell, FC)是一種利用將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，燃料電池具有低污染、低噪音、高能量密度以及較高的能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點，是極具未來前瞻性的干凈能源。燃料電池可應(yīng)用的范圍包括攜帶式電子產(chǎn)品、家用發(fā)電系統(tǒng)、運輸工具、軍用設(shè)備、太空工業(yè)以及大型發(fā)電系統(tǒng)等各種領(lǐng)域。由于燃料電池的供電過程涉及反應(yīng)物、生成物的傳送與電子流的移動，因此其輸出電壓受到負(fù)載裝置很大的影響。當(dāng)負(fù)載裝置瞬間需要巨大電流時，必須立刻提高燃料電池的反應(yīng)速率，以便提供需要的電流予負(fù)載裝置。然而，因為在燃料電池中提供燃料輸送的管路以及移除反應(yīng)生成物的輸送機制很難在短時間內(nèi)提供負(fù)載裝置所需的大電流，因此很容易發(fā)生因為瞬間供電能力不足而產(chǎn)生供電失效(Power Failure)的問題。為了避免因為瞬間供電能力不足造成的供電失效的現(xiàn)象，燃料電池的使用經(jīng)常搭配電容器或是二次電池來供應(yīng)瞬間的負(fù)載電流需求。然而，由于電容器所能儲存的能量密度非常有限，只能供應(yīng)短期間的脈沖電流，因此搭配二次電池是供應(yīng)非固定負(fù)載裝置比較適合的作法。以上所述的二次電池意指可以重復(fù)充放電的電池，例如、鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池或是鋰電池等等。然而，大部分的二次電池均具有一工作電壓范圍。當(dāng)二次電池充電超出上限電壓或是放電超過下限電壓時，都會對二次電池的使用壽命造成嚴(yán)重的損害，甚至可能造成起火爆炸等危險。再者，利用直流電源轉(zhuǎn)換器(DC/DC Converter)將燃料電池的輸出電壓轉(zhuǎn)換到二次電池可以接受的電壓范圍，用以防止二次電池的電壓大于上限電壓或小于下限電壓是目前最直接有效的技術(shù)。雖然使用直流電源轉(zhuǎn)換器可以將燃料電池的輸出電壓改變到二次電池的工作電壓范圍中，但是在能量轉(zhuǎn)換的過程中卻會造成功率損耗。假設(shè)，當(dāng)燃料電池的輸出電壓與二次電壓的上限電壓之間的電壓差愈大時，能量轉(zhuǎn)換的功率損失也就愈大。若使用具有高轉(zhuǎn)換效率的直流電源轉(zhuǎn)換器，也會造成成本的增加。圖1是現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)的一種直流供應(yīng)的燃料電池備援電力系統(tǒng)的概要圖。圖2是現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)的一種燃料電池系統(tǒng)負(fù)載變化反應(yīng)時間的曲線圖。圖3是現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)的一種重組器負(fù)載變化反應(yīng)時間的曲線圖。如圖1所示，其為一種燃料電池備援電力系統(tǒng)100，其主要包括燃料電池系統(tǒng)(Fuel Cell System) 110、電力調(diào)節(jié)器(Power Condition) 120、蓄電池 130、負(fù)載(Load) 150及電源供應(yīng)裝置(Power Supply) 140o其中，電源供應(yīng)裝置140是作為負(fù)載150的主要電源來源，而燃料電池系統(tǒng)110及蓄電池130則作為輔助的備援電力系統(tǒng)(Backup PowerSystem, BPS)。此種燃料電池備援電力系統(tǒng)100的作用主要在于，當(dāng)電源供應(yīng)裝置140(如市電)因為某些情況無法持續(xù)供應(yīng)負(fù)載150電力時，可利用燃料電池備援電力系統(tǒng)100提供電力，以使得負(fù)載150的工作不中斷；而此系統(tǒng)所使用的主要備援電力系統(tǒng)則為燃料電池系統(tǒng)110。然而，有別于一般的備用電力來源，當(dāng)負(fù)載150發(fā)生變動時，燃料電池系統(tǒng)110需要一些進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)時間，并且當(dāng)達(dá)到額定時間后才可以對燃料電池系統(tǒng)110進(jìn)行某個功率的抽載，如此才可避免燃料電池系統(tǒng)110壽命的縮短。請再參閱圖2所示，其是表示燃料電池負(fù)載變動-反應(yīng)時間曲線圖。當(dāng)必須大幅度提升燃料電池系統(tǒng)110的功率輸出時，如隨之立即使燃料電池系統(tǒng)110中的燃料電池堆輸出所需的功率，將會因反應(yīng)時間不足而造成燃料電池系統(tǒng)110不可逆的傷害，在累積一段時間之后，燃料電池系統(tǒng)110就會永久損壞。在此要說明的是，負(fù)載增幅達(dá)多少以上即稱之為大幅度變動，則需依系統(tǒng)各部分參數(shù)及燃料電池系統(tǒng)110的特性而定。在圖2中負(fù)載增幅是假設(shè)為25%，當(dāng)負(fù)載150在短時間內(nèi)增幅達(dá)25%以上時，就需要給予燃料電池系統(tǒng)110中的燃料電池堆T1秒的反應(yīng)時間。然而前提則是，在燃料電池系統(tǒng)110中可隨時供應(yīng)燃料電池堆所需的氫能。因此，若此燃料電池系統(tǒng)110是使用重組器來產(chǎn)生氫氣，就必須也把重組器的反應(yīng)時間一并列入考量。而重組器的負(fù)載變動-反應(yīng)時間曲線圖是如圖3所示，以同樣25%的變動來講， 重組器所需的反應(yīng)時間(T2秒)會比燃料電池堆還長(即T2 > T1)。在此，若假設(shè)此燃料電池備援電力系統(tǒng)100所供應(yīng)的負(fù)載150變動的頻率及幅度較大，將會使得燃料電池系統(tǒng) 110中的燃料電池堆及重組器反復(fù)地做升載及降載的動作，即便是給予足夠的反應(yīng)時間，對于重組器的壽命來說將會有某種程度上的影響。由此可見，上述現(xiàn)有的電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型的電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)，實屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一， 亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)存在的缺陷，而提供一種新型的電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援系統(tǒng)，所要解決的技術(shù)問題是使電力供應(yīng)系統(tǒng)使用燃料電池備援系統(tǒng)作為其備用電力來源，并且此燃料電池備援系統(tǒng)中使用了具有充放電控制器的電池，借此適時借由電池的充放電以補足燃料電池系統(tǒng)不足的電能，非常適于實用。本發(fā)明的另一目的在于，克服現(xiàn)有的電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)存在的缺陷，而提供一種新型的電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援系統(tǒng)，所要解決的技術(shù)問題是使其利用控制器讀取負(fù)載的負(fù)載功率，并將燃料電池系統(tǒng)的輸出功率區(qū)分為多個需求位準(zhǔn)，以階梯式調(diào)節(jié)方式依照這些需求位準(zhǔn)調(diào)節(jié)燃料電池備援系統(tǒng)中燃料電池系統(tǒng)及蓄電池的輸出比例，以達(dá)到延長燃料電池系統(tǒng)使用壽命的功效，從而更加適于實用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種電力供應(yīng)系統(tǒng)，其包括一市電電源模塊，其提供一市電至一負(fù)載；以及一燃料電池備援電力系統(tǒng)，其借由一選擇開關(guān)與市電電源模塊并聯(lián)再與負(fù)載串聯(lián)，以通過選擇開關(guān)選擇性地使市電電源模塊或燃料電池備援電力系統(tǒng)與負(fù)載電性連接，其中燃料電池備援電力系統(tǒng)系包括一燃料電池系統(tǒng)，具有一第一輸出端，用以提供一第一電能；一電力調(diào)節(jié)模塊，其具有一第二輸入端及一第二輸出端，其中第二輸入端電性連接于第一輸出端；一蓄電池，其包括一充放電控制器，且蓄電池并聯(lián)于第二輸出端，用以儲存或提供一第二電能；以及一控制器，將燃料電池系統(tǒng)的輸出功率設(shè)定區(qū)分為多個需求位準(zhǔn)，并讀取該負(fù)載的一負(fù)載功率，以階梯式調(diào)節(jié)方式依照此些需求位準(zhǔn)，調(diào)節(jié)第一電能及第二電能的輸出比例以符合負(fù)載所需的負(fù)載功率。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。前述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述的燃料電池系統(tǒng)的輸出功率是設(shè)定區(qū)分為η個需求位準(zhǔn)，并且該第一電能的第m階輸出比例是定義為該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率的m/n 倍，其中η為正整數(shù)，而m為大于等于0且不大于η的整數(shù)，其中當(dāng)該負(fù)載功率介于該第一電能的第m階輸出比例及第m+1階輸出比例之間時，該控制器使該第一電能以該第m階輸出比例輸出，并使該第二電能的輸出功率等于該負(fù)載功率與該第一電能的該第m階輸出比例的功率之間的差值，又當(dāng)該負(fù)載功率等于該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率時，該控制器使該第一電能輸出該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率，并使該第二電能的輸出功率為零。前述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述的市電為零時，該選擇開關(guān)是使該燃料電池備援電力系統(tǒng)與該負(fù)載電性連接。前述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述的電力調(diào)節(jié)模塊包含一交換式電源轉(zhuǎn)換器及一調(diào)節(jié)器，且該調(diào)節(jié)器是用以控制該交換式電源轉(zhuǎn)換器以接收并轉(zhuǎn)換該第一電能后輸出。前述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述的燃料電池系統(tǒng)還包含一重組器。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種燃料電池備援電力系統(tǒng)，其是借由一選擇開關(guān)與一市電電源模塊并聯(lián)于一負(fù)載，燃料電池備援電力系統(tǒng)包括一燃料電池系統(tǒng)，具有一第一輸出端，用以提供一第一電能；一電力調(diào)節(jié)模塊，其具有一第二輸入端及一第二輸出端，其中第二輸入端電性連接于第一輸出端；一蓄電池，其包括一充放電控制器，且蓄電池并聯(lián)于第二輸出端，用以儲存或提供一第二電能；以及一控制器，將燃料電池系統(tǒng)的輸出功率設(shè)定區(qū)分為多個需求位準(zhǔn)，并讀取該負(fù)載的一負(fù)載功率，以階梯式調(diào)節(jié)方式依照此些需求位準(zhǔn)，調(diào)節(jié)第一電能及第二電能的輸出比例以符合負(fù)載所需的負(fù)載功率。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。前述的燃料電池備援電力系統(tǒng)，其中所述的燃料電池系統(tǒng)的輸出功率是設(shè)定區(qū)分為η個需求位準(zhǔn)，并且該第一電能的第m階輸出比例是定義為該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率的m/n倍，其中η為正整數(shù)，而m為大于等于0且不大于η的整數(shù)，其中當(dāng)該負(fù)載功率介于該第一電能的第m階輸出比例及第m+1階輸出比例間的功率時，該控制器使該第一電能以該第m階輸出比例輸出，并使該第二電能的輸出功率等于該負(fù)載功率與該第一電能的該第 m階輸出比例的功率之間的差值，又當(dāng)該負(fù)載功率等于該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率時， 該控制器使該第一電能輸出該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率，并使該第二電能的輸出功率為零。前述的燃料電池備援電力系統(tǒng)，其中所述的電力調(diào)節(jié)模塊包含一交換式電源轉(zhuǎn)換器及一調(diào)節(jié)器，且該調(diào)節(jié)器是用以控制該交換式電源轉(zhuǎn)換器以接收并轉(zhuǎn)換該第一電能后輸
出ο前述的燃料電池備援電力系統(tǒng)，其中所述的燃料電池系統(tǒng)還包含一重組器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)至少具有下列優(yōu)點及有益效果一、本發(fā)明借由控制燃料電池系統(tǒng)依照不同的需求位準(zhǔn)以階梯式調(diào)節(jié)方式控制其輸出電能，使燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池堆及重組器不會反復(fù)地作升載及降載的動作，進(jìn)而達(dá)到增加燃料電池系統(tǒng)使用壽命的功效。二、由于本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)僅會在所設(shè)定的階段工作，因此重組器的運作會比較單純，也不會有短時間反復(fù)升降的問題，使得重組器的使用壽命有所提升。綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)。其中電力供應(yīng)系統(tǒng)包括市電電源模塊；以及燃料電池備援電力系統(tǒng)。市電電源模塊用以提供市電給負(fù)載使用，而燃料電池備援電力系統(tǒng)則用以在市電電力不足時提供電能給負(fù)載使用。燃料電池備援電力系統(tǒng)包括燃料電池系統(tǒng)；電力調(diào)節(jié)模塊；蓄電池；以及控制器。燃料電池系統(tǒng)及蓄電池分別提供第一電能及第二電能，而控制器將燃料電池系統(tǒng)的輸出功率區(qū)分為多個需求位準(zhǔn)，并讀取負(fù)載的負(fù)載功率，再以階梯式調(diào)節(jié)方式依需求位準(zhǔn)調(diào)節(jié)第一電能及第二電能的輸出比例，以符合負(fù)載所需的負(fù)載功率。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步， 并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新設(shè)計。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)的一種直流供應(yīng)的燃料電池備援電力系統(tǒng)的概要圖。圖2是現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)的一種燃料電池負(fù)載變化反應(yīng)時間的曲線圖。圖3是現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)的一種重組器負(fù)載變化反應(yīng)時間的曲線圖。圖4是本發(fā)明一實施例的一種電力供應(yīng)系統(tǒng)的方框示意圖。圖5是本發(fā)明另一實施例的一種電力供應(yīng)系統(tǒng)的方框示意圖。圖6是本發(fā)明實施例的一種燃料電池備援電力系統(tǒng)的負(fù)載功率與第一電能及第二電能的輸出比例的示意圖。
關(guān)系圖<
圖7是本發(fā)明實施例的一種燃料電池系統(tǒng)的第一電能的輸出功率與反應(yīng)時間的
100 燃料電池備援電力系統(tǒng)
120 電力調(diào)節(jié)器
140:電源供應(yīng)裝置
200 電力供應(yīng)系統(tǒng)
220 燃料電池備援電力系統(tǒng)
110 燃料電池系統(tǒng) 130 蓄電池 150 負(fù)載
210:市電電源模塊 12 燃料電池系統(tǒng)
16:蓄電池18 控制器30 負(fù)載121 重組器141 交換式電源轉(zhuǎn)換器
14:電力調(diào)節(jié)模塊
142 調(diào)節(jié)器
161 充放電控制器
230 選擇開關(guān)
B1、B2、B3、B4、B5 負(fù)載功率
具體實施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實施方式
的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效獲得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。圖4是本發(fā)明一實施例的一種電力供應(yīng)系統(tǒng)的方框示意圖。圖5是本發(fā)明另一實施例的一種電力供應(yīng)系統(tǒng)的方框示意圖。圖6是本發(fā)明實施例的一種燃料電池備援電力系統(tǒng)的負(fù)載功率與第一電能及第二電能的輸出比例的示意圖。圖7是本發(fā)明實施例的一種燃料電池系統(tǒng)的第一電能的輸出功率與反應(yīng)時間的關(guān)系圖。首先請參閱圖4所示，本實施例是一種電力供應(yīng)系統(tǒng)200，其包括一市電電源模塊 210及一燃料電池備援電力系統(tǒng)220。市電電源模塊210，是用以提供一市電至一負(fù)載30，并且市電電源模塊210與燃料電池備援電力系統(tǒng)220是借由一選擇開關(guān)230并聯(lián)，再與負(fù)載30串聯(lián)。因此，可通過切換選擇開關(guān)230選擇性地使市電電源模塊210和燃料電池備援電力系統(tǒng)220與負(fù)載30電性連接。尤其是當(dāng)市電電源模塊210所輸出的市電為零時，即可切換選擇開關(guān)230使燃料電池備援電力系統(tǒng)220與負(fù)載30電性連接。燃料電池備援電力系統(tǒng)220，其包括一燃料電池系統(tǒng)12、一電力調(diào)節(jié)模塊14、一蓄電池16以及一控制器18。如圖4所示，燃料電池系統(tǒng)12具有一第一輸出端，用以提供第一電能，且燃料電池系統(tǒng)12中還包含一重組器121 (reformer)，其中燃料電池系統(tǒng)12可以是堿性燃料電池 (Alkaline Fuel Cell, AFC)、磷酸燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MoItenCarbonate Fuel Cell，MCFC)、固體氧化物燃料電池(Solid Oxide FuelCell，S0FC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)或是直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 如圖4及圖5所示，電力調(diào)節(jié)模塊14具有一第二輸入端及一第二輸出端，其中第二輸入端是電性連接于燃料電池系統(tǒng)12的第一輸出端。電力調(diào)節(jié)模塊14可包含一交換式電源轉(zhuǎn)換器141及一調(diào)節(jié)器142，且調(diào)節(jié)器142是用以控制交換式電源轉(zhuǎn)換器141接收并轉(zhuǎn)換第一電能，使第一電能調(diào)整為穩(wěn)定輸出的電能。如圖4所示，蓄電池16包括一充放電控制器161，且蓄電池16并聯(lián)于電力調(diào)節(jié)模塊14的第二輸出端，用以儲存/提供一第二電能。充放電控制器161是用以控制蓄電池16進(jìn)行放電，或是用以將燃料電池系統(tǒng)12產(chǎn)生的多余電力儲存于蓄電池16中。其中，蓄電池 16可以是鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池或是鋰電池等可進(jìn)行充放電機制的電池。如圖4所示，控制器18，其是用以讀取負(fù)載30的一負(fù)載功率，并且將燃料電池系統(tǒng)12的輸出功率設(shè)定區(qū)分為多個需求位準(zhǔn)，且根據(jù)這些需求位準(zhǔn)以階梯式調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)燃料電池系統(tǒng)12輸出的第一電能及蓄電池16輸出的第二電能的輸出功率，以借此滿足負(fù)載30所需的負(fù)載功率?？刂破?8是將燃料電池系統(tǒng)12的輸出功率設(shè)定區(qū)分為η個需求位準(zhǔn)，并且燃料電池系統(tǒng)12所輸出的第一電能是分為m階，第一電能的第m階輸出比例是定義為燃料電池系統(tǒng)12的總輸出功率的m/n倍，其中η為正整數(shù)，而m為大于等于0且不大于η的整數(shù)。換言之，第一電能僅有m種的輸出大小，而燃料電池系統(tǒng)12的重組器121僅工作在第一電能固定輸出的這幾個階段上。其中，當(dāng)控制器18讀取到負(fù)載30的負(fù)載功率介于第一電能的第m階輸出比例及第m+1階輸出比例之間時，控制器使第一電能以第m階輸出比例輸出，并使第二電能的輸出功率等于此負(fù)載功率與第一電能的第m階輸出比例的功率間的差值，此即代表利用蓄電池 16所輸出的第二電能補足負(fù)載功率與第m階輸出比例的功率之間的差值。當(dāng)負(fù)載功率等于燃料電池系統(tǒng)12的總輸出功率時，控制器18則使第一電能輸出燃料電池系統(tǒng)12的總輸出功率，并使第二電能的輸出功率為零。接著，如圖6所示，并同時參閱圖4及圖5。舉例來說，當(dāng)將燃料電池系統(tǒng)12的總輸出功率(Pfc)設(shè)定區(qū)分為4個需求位準(zhǔn)(分別為卩^25(%、卩^50(%、卩^75(%、卩^100(%)。 第一電能的第m階輸出比例是定義為燃料電池系統(tǒng)12的總輸出功率的m/n倍，也就是說第一電能的第0階輸出比例為總輸出功率的0/4倍(即0% )、第1階輸出比例為總輸出功率的1/4倍(即PFc*25% )，第2階輸出比例為總輸出功率的2/4倍(即PFc*50% )，第3階輸出比例為總輸出功率的3/4倍(即PF。*75%)，第4階輸出比例為總輸出功率的4/4倍(即 PFc*100 % )。當(dāng)負(fù)載30處于起始階段，且負(fù)載30所需的負(fù)載功率Bl介于燃料電池系統(tǒng)12的總輸出功率的0%至25%時，蓄電池16的第二電能的電量可以供應(yīng)負(fù)載30此時工作所需的電能。因此，在此起始階段，控制器18只須調(diào)節(jié)蓄電池16供應(yīng)第二電能功率至負(fù)載30， 而不需要啟動燃料電池系統(tǒng)12。換言之，此時第一電能是處于第0階輸出比例，而第二電能是輸出負(fù)載功率與第0階輸出比例的功率(即PF。*0% )之間的差值。又當(dāng)負(fù)載30所需的負(fù)載功率B2介于第1階輸出比例及第2階輸出比例之間的功率時，控制器18使燃料電池系統(tǒng)12輸出的第一電能固定輸出在第1階輸出比例的輸出功率(即PFc^25% )，并控制蓄電池16輸出的第二電能的電量補足負(fù)載功率與第1階輸出比例的功率(即PFc*25% )之間的差值。同理，當(dāng)負(fù)載30所需的負(fù)載功率B3介于第2階輸出比例及第3階輸出比例之間的功率時，控制器18使燃料電池系統(tǒng)12輸出的第一電能固定輸出在第2階輸出比例的輸出功率(即Pf。*50% )，并控制蓄電池16輸出的第二電能的電量補足負(fù)載功率與第2階輸出比例的功率(即Pf。*50% )之間的差值。而當(dāng)負(fù)載30所需的負(fù)載功率B4介于第3階輸出比例(即輸出75% )及第4階輸出比例(即輸出100%)之間的功率時，控制器18使燃料電池系統(tǒng)12輸出的第一電能固定
9輸出在第3階輸出比例的輸出功率(即Pf。*75% )，并控制蓄電池16輸出的第二電能的電量補足負(fù)載功率與第3階輸出比例的功率(即Pf。*75% )之間的差值。最后，如負(fù)載功率B5等于燃料電池系統(tǒng)12的總輸出功率，控制器18則使燃料電池系統(tǒng)12的第一電能以第4階輸出比例的功率(即PF。*100% )輸出，以完全輸出燃料電池系統(tǒng)12的總輸出功率進(jìn)而符合負(fù)載30的功率需求。于此同時，控制器18使蓄電池16輸出的第二電能的輸出功率為零，即完全不使用蓄電池16提供的電能。因此相比較于現(xiàn)有習(xí)知技術(shù)的圖3的曲線工作方式，如圖7所示，在本發(fā)明所揭露的實施例中的重組器121的操作會較為單純，也不會有短時間反復(fù)升降的問題產(chǎn)生，因此使得燃料電池系統(tǒng)12中的重組器121的使用壽命可以提升。在圖7中，其反應(yīng)時間T3是由燃料電池系統(tǒng)12的燃料電池堆和重組器121的反應(yīng)時間T1及T2相加起來，其主要是因為重組器121到達(dá)反應(yīng)時間T2之后，才有燃料電池堆所需求的氫氣量產(chǎn)出，此時燃料電池堆才開始進(jìn)入其本身的反應(yīng)時間，因此需要再給予T1秒的反應(yīng)時間才可以，故總反應(yīng)時間為 T3。另外，重組器121僅會在所設(shè)定的工作階段來進(jìn)行操作，因此在本發(fā)明揭露的實施例中是以設(shè)定4個工作階段來說明，也可以根據(jù)系統(tǒng)的需求來設(shè)定多個工作階段，然而不在本發(fā)明所述的實施例的限制范圍內(nèi)。因此，這也表示著燃料電池堆也僅輸出此幾種功率(例如Pf。*25%、Pf。*50%、 Pf。*75%以及PF。*100% )。若負(fù)載功率介于兩者之間，則功率差則是由蓄電池16來提供，然而在長時間供應(yīng)的情況下，蓄電池16的電量會逐漸降低，以致于無足夠的電能可供應(yīng)至負(fù)載30。此時可借由偵測蓄電池16的電量，若蓄電池16的電量低于某一位準(zhǔn)，則系統(tǒng)即啟動控制器18來調(diào)節(jié)燃料電池系統(tǒng)12輸出負(fù)載30所需的電量，使得有一穩(wěn)定的電量提供至負(fù)載30。而借由階段式的方式來控制燃料電池系統(tǒng)12的電量供應(yīng)，也可以使得燃料電池系統(tǒng) 12中的燃料電池堆及重組器121不會反復(fù)地做升載及降載的動作，而可以增加燃料電池堆及重組器121的使用壽命。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電力供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于其包括一市電電源模塊，其提供一市電至一負(fù)載；以及一燃料電池備援電力系統(tǒng)，其借由一選擇開關(guān)與該市電電源模塊并聯(lián)再與該負(fù)載串聯(lián)，以通過該選擇開關(guān)選擇性地使該市電電源模塊或該燃料電池備援電力系統(tǒng)與該負(fù)載電性連接，其中該燃料電池備援電力系統(tǒng)系包括一燃料電池系統(tǒng)，具有一第一輸出端，用以提供一第一電能；一電力調(diào)節(jié)模塊，其具有一第二輸入端及一第二輸出端，其中該第二輸入端電性連接于該第一輸出端；一蓄電池，其包括一充放電控制器，且該蓄電池并聯(lián)于該第二輸出端，用以儲存或提供一第二電能；以及一控制器，將該燃料電池系統(tǒng)的輸出功率設(shè)定區(qū)分為多個需求位準(zhǔn)，并讀取該負(fù)載的一負(fù)載功率，以階梯式調(diào)節(jié)方式依照該些需求位準(zhǔn)，調(diào)節(jié)該第一電能及該第二電能的輸出比例以符合該負(fù)載所需的該負(fù)載功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的燃料電池系統(tǒng)的輸出功率是設(shè)定區(qū)分為η個需求位準(zhǔn)，并且該第一電能的第m階輸出比例是定義為該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率的m/n倍，其中η為正整數(shù)，而m為大于等于0且不大于η的整數(shù)，其中當(dāng)該負(fù)載功率介于該第一電能的第m階輸出比例及第m+1階輸出比例之間時，該控制器使該第一電能以該第m階輸出比例輸出，并使該第二電能的輸出功率等于該負(fù)載功率與該第一電能的該第m階輸出比例的功率之間的差值，又當(dāng)該負(fù)載功率等于該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率時，該控制器使該第一電能輸出該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率，并使該第二電能的輸出功率為零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的市電為零時，該選擇開關(guān)是使該燃料電池備援電力系統(tǒng)與該負(fù)載電性連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的電力調(diào)節(jié)模塊包含一交換式電源轉(zhuǎn)換器及一調(diào)節(jié)器，且該調(diào)節(jié)器是用以控制該交換式電源轉(zhuǎn)換器以接收并轉(zhuǎn)換該第一電能后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于其中所述的燃料電池系統(tǒng)還包含一重組器。
6.一種燃料電池備援電力系統(tǒng)，其特征在于其是借由一選擇開關(guān)與一市電電源模塊并聯(lián)于一負(fù)載，該燃料電池備援電力系統(tǒng)包括一燃料電池系統(tǒng)，具有一第一輸出端，用以提供一第一電能；一電力調(diào)節(jié)模塊，其具有一第二輸入端及一第二輸出端，其中該第二輸入端電性連接于該第一輸出端；一蓄電池，其包括一充放電控制器，且該蓄電池并聯(lián)于該第二輸出端，用以儲存或提供一第二電能；以及一控制器，將該燃料電池系統(tǒng)的輸出功率設(shè)定區(qū)分為多個需求位準(zhǔn)，并讀取該負(fù)載的一負(fù)載功率，以階梯式調(diào)節(jié)方式依照該些需求位準(zhǔn)，調(diào)節(jié)該第一電能及該第二電能的輸出比例以符合該負(fù)載所需的該負(fù)載功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池備援電力系統(tǒng)，其特征在于其中所述的燃料電池系統(tǒng)的輸出功率是設(shè)定區(qū)分為η個需求位準(zhǔn)，并且該第一電能的第m階輸出比例是定義為該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率的m/n倍，其中η為正整數(shù)，而m為大于等于0且不大于η的整數(shù)，其中當(dāng)該負(fù)載功率介于該第一電能的第m階輸出比例及第m+1階輸出比例間的功率時，該控制器使該第一電能以該第m階輸出比例輸出，并使該第二電能的輸出功率等于該負(fù)載功率與該第一電能的該第m階輸出比例的功率之間的差值，又當(dāng)該負(fù)載功率等于該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率時，該控制器使該第一電能輸出該燃料電池系統(tǒng)的總輸出功率，并使該第二電能的輸出功率為零。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池備援電力系統(tǒng)，其特征在于其中所述的電力調(diào)節(jié)模塊包含一交換式電源轉(zhuǎn)換器及一調(diào)節(jié)器，且該調(diào)節(jié)器是用以控制該交換式電源轉(zhuǎn)換器以接收并轉(zhuǎn)換該第一電能后輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池備援電力系統(tǒng)，其特征在于其中所述的燃料電池系統(tǒng)還包含一重組器。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種電力供應(yīng)系統(tǒng)及其燃料電池備援電力系統(tǒng)。其中電力供應(yīng)系統(tǒng)包括市電電源模塊；以及燃料電池備援電力系統(tǒng)。市電電源模塊用以提供市電給負(fù)載使用，而燃料電池備援電力系統(tǒng)則用以在市電電力不足時提供電能給負(fù)載使用。燃料電池備援電力系統(tǒng)包括燃料電池系統(tǒng)；電力調(diào)節(jié)模塊；蓄電池；以及控制器。燃料電池系統(tǒng)及蓄電池分別提供第一電能及第二電能，而控制器將燃料電池系統(tǒng)的輸出功率區(qū)分為多個需求位準(zhǔn)，并讀取負(fù)載的負(fù)載功率，再以階梯式調(diào)節(jié)方式依需求位準(zhǔn)調(diào)節(jié)第一電能及第二電能的輸出比例，以符合負(fù)載所需的負(fù)載功率。
文檔編號H02J9/06GK102593942SQ201110004268
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者吳啟斌, 周振坤, 孫禹銘, 張晉銘, 林展逸 申請人:中興電工機械股份有限公司