專利名稱：具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種關于具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特別是 利用不同電力供給裝置相互配合，來提供負載端需要的電力需求。
背景技術：
在習知技術中，藉由燃料電池的工作特性得知，當燃料電池外接一 負載時，其電壓電流特性會隨著負載的或輕或重而變化。當燃料電池不 足以供應負載端的電力需求，燃料電池將無法產(chǎn)生足夠的電動勢，有可 能間接傷害到燃料電池本身的運作，固本發(fā)明利用混合電力裝置，利用 其它二次電池或其它直流電源供應器來輔助，以確保負載端的電力供給 無虞。
然該上述的目的仍無法精準確定該輸出電壓電流的穩(wěn)定性，因此， 本發(fā)明有鑒于習知的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的缺失，乃亟 思發(fā)明一種能精準的動態(tài)控制該輸出電壓電流且仍穩(wěn)定其電壓輸出的混 合電力裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置包括一第一電力供給回 路以及一第二電力供給回路，該第一電力供給回路與該第二電力供給回 路可分別輸出電力，以提供由該第一電力供給回路與該第二電力供給回路所構成的混合電力系統(tǒng)，并依據(jù)輸出端的一負載的電力需求而輸出對 應的電力。
為達上述目的，本發(fā)明提供一燃料電池輸出控制的混合電力裝置， 包括一第一電力單元、 一第一電壓轉換單元、 一感測單元以及一控制單 元，其中該第一電力單元為利用富氫燃料與氧進行化學反應而產(chǎn)生電力
輸出的一電力產(chǎn)生裝置；該第一電壓轉換單元為一直流電力的電壓轉換 裝置，且可包括有直流電力升壓回路或是直流電力降壓回路，藉以將該 第一電力單元輸入該第一電壓轉換單元的輸入端的直流電力轉換為具有 特定電壓的直流電力輸出；該感測單元為一電力感測裝置，用以感測該 第一電力供給回路所傳輸?shù)碾娏μ匦?，并輸出對應該電力特性的電氣?號。其中該第一電力供給回路與該第二電力供給回路電氣并聯(lián)輸出，且 該控制單元依據(jù)該感測單元所回饋的訊號而調節(jié)該第一電壓轉換單元輸 出電壓與該第二電壓轉換單元輸出電壓之間的差值，使得該第一電力供 給回路與該第二電力供給回路協(xié)同輸出電力至該負載。
因此，本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置可使得該第一電 力單元維持穩(wěn)定的電力輸出，且同時可透過該第一電壓轉換單元與該第 二電壓轉換單元的電壓控制以及配合該第二電力供給回路的電力輸出， 而達到滿足該負載分別在低載區(qū)與高載區(qū)的電力需求。
再者，前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該第二 電力供給回路包括一第二電力單元以及一第二電壓轉換單元，其中該第 二電力單元可以是另一電力產(chǎn)生裝置，諸如機械式發(fā)電機、 一次電池或 二次電池，并可輸出電力至該第二電壓轉換單元；以及該第二電壓轉換 單元為電力的電壓轉換裝置，且可包括有直流電力升壓回路或是直流電力降壓回路，藉以將該第二電力單元輸入該第二電壓轉換單元的輸入端 的電力轉換為具有特定電壓的直流電力輸出。
該第一 電力單元所輸出的直流電力可經(jīng)由該第一 電力供給回路傳輸 至該第一電壓轉換單元，以進行直流電力的電壓轉換而輸出一特定電壓 的直流電力，而傳輸至該負載，以供該負載所需的直流電力。再者，該 感測單元可偵測該第一電力供給回路的電流、電壓或電力功率電力狀態(tài)， 并將所偵測得的結果以一對應的訊號饋給至該控制單元，該控制單元則 會依據(jù)該感測單元所饋給的訊號，輸出對應的電壓訊號至該第一電壓轉 換單元，藉以控制該第一電壓轉換單元的運作。前述的感測單元可用以 感測該第一電力單元所輸出的直流電力的電壓或電流，使得可依據(jù)該感 測單元回饋的電氣訊號，控制該第一電壓轉換單元的直流電力轉換比例， 如此將可控制第一 電力單元所輸出的直流電力的電壓或電流的大小，進 而保護該第一電力單元。
另外，前述的控制單元可由另一微控制器所取代，且該微控制器可 透過邏輯演算，進行對應的控制。
為使熟悉該項技藝人士了解本發(fā)明的目的、特征及功效，茲藉由下 述具體實施例，并配合圖式，對本發(fā)明詳加說明如后。


圖1為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第一具體 實施例的組件關聯(lián)圖2為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第二具體 實施例的組件關聯(lián)圖；圖3為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第三具體 實施例的組件關聯(lián)圖； -
圖4為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的訊號控制 示意圖5為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的另一訊號 控制示意圖6為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第四具體 實施例的組件關聯(lián)圖7為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第五具體 實施例的組件關聯(lián)圖8為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第六具體 實施例的組件關聯(lián)圖9為顯示本發(fā)明第六具體實施例的局部組件示意圖；以及
圖10為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第七具體 實施例的組件關聯(lián)圖。
主要組件符號說明
第一電力供給回路IOO 第一電力單元ll 第一電壓轉換單元12 電壓轉換回路121 電壓轉換控制裝置122 判斷裝置123 感測單元13
電阻組件131電壓差動放大器132 微處理器143 控制單元14 分壓單元141
第一電阻組件141a 第二電阻組件141b 第三電阻組件141c 電壓訊號輸出端141d 電壓產(chǎn)生裝置142 脈沖訊號產(chǎn)生裝置142a 脈沖訊號轉換電壓訊號回路142b 第二電壓差動放大器142d 第二電力供給回路200 第二電力單元21 第二電壓轉換單元22 負載300
第一電力供給回路400
第一電力單元41
第一電壓轉換單元42 控制單元44
感測單元43 第二電力供給回路500
第二電力單元51
第二電壓轉換單元52 負載600
第一電力供給回路700 第一電力單元71 第一電壓轉換單元72第一感測單元73 控制單元74 微控制器74a 第一控制單元74b 第二控制單元74c 第二電力供給回路800 第二電力單元81 第二電壓轉換單元82 負載900
第一電力供給回路輸出功率1001 負載損耗功率1002 第二電力供給回路輸出功率1003 第一電力供給回路輸出電壓設定值1004 第一電壓設定值1004a 第二電壓設定值1004b 第三電壓設定值1004c 第四電壓設定值1004d
第二電力供給回路輸出電壓設定值1005
具體實施例方式
參考圖1所示，為本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置第一 具體實施例的組件關聯(lián)圖。本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置 包括一第一電力供給回路100以及一第二電力供給回路200，該第一電力 供給回路100與該第二電力供給回路200可分別輸出電力，以提供由該 第一電力供給回路100與該第二電力供給回路200所構成的混合電力系 統(tǒng)，并依據(jù)輸出端的一負載300的電力需求而輸出對應的電力。前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該第一電力供
給回路100包括一第一電力單元1K 一第一電壓轉換單元12、 一感測單 元13以及一控制單元14，其中該第一電力單元11是利用富氫燃料與氧 進行化學反應而產(chǎn)生電力輸出的一電力產(chǎn)生裝置；該第一電壓轉換單元 12是一端電氣連接該第一電力單元11的一直流電力的電壓轉換裝置，且 可包括有直流電力升壓回路或是直流電力降壓回路，藉以將該第一電力 單元11輸入該第一電壓轉換單元12的輸入端的直流電力轉換為具有特 定電壓的直流電力輸出；該感測單元13是一電力感測裝置，用以感測該 第一電力供給回路100所傳輸?shù)碾娏μ匦?，并輸出對應該電力特性的?氣訊號，舉例來說，該電力特性可以是該第一電力供給回路100局部回 路的電流大小、電壓大小或功率大??；以及該控制單元14可依據(jù)輸入的 電氣訊號并可輸出對應的電壓訊號，且該控制單元14電氣連接該感測單 元13與該第一電壓轉換單元12，并依據(jù)該感測單元13所提供的電力特 性訊號，產(chǎn)生一對應的電壓訊號，再將此電壓訊號回饋至該第一電壓轉 換單元12，藉以選擇該第一電壓轉換單元12的電壓轉換后所輸出的電力 的電壓大小。
再者，前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該第二 電力供給回路200包括一第二電力單元21以及一第二電壓轉換單元22， 其中該第二電力單元21可以是另一電力產(chǎn)生裝置，諸如機械式發(fā)電機、 一次電池或二次電池，并可輸出電力至該第二電壓轉換單元22;以及該 第二電壓轉換單元22是一端電氣連接該第二電力單元21的一電力的電 壓轉換裝置，且可包括有直流電力升壓回路或是直流電力降壓回路，藉 以將該第二電力單元21輸入該第二電壓轉換單元22的輸入端的電力轉 換為具有特定電壓的直流電力輸出。因此，該第一電力單元11所輸出的直流電力可經(jīng)由該第一電力供給
回路100傳輸至該第一電壓轉換單元12，以進行直流電力的電壓轉換而 輸出一特定電壓的直流電力，而傳輸至該負載300，以供該負載300所需 的直流電力。再者，該感測單元13可偵測該第一電力供給回路100的電 流、電壓或電力功率電力狀態(tài)，并將所偵測得的結果以一對應的訊號回 饋至該控制單元14，該控制單元14則會依據(jù)該感測單元13所饋給的訊 號，輸出對應的電壓訊號至該第一電壓轉換單元12，藉以控制該第一電 壓轉換單元12的運作。其中以偵測該第一電力供給回路100的電流為實 施方式時，且當該感測單元13所偵測的電流大小在一第一預設范圍內時， 該控制單元14會對應輸出一電壓訊號，藉以控制該第一電壓轉換單元12 將輸入的直流電力轉換為穩(wěn)定電壓的電力輸出；以及，當該感測單元13 所偵測的電流大小落在一第二預設范圍內時，該控制單元14會對應輸出 另一電壓訊號，藉以控制該第一電壓轉換單元12將輸入的直流電力轉換 為特定電壓的電力輸出，并使得該感測單元13所偵測的電力特性可以回 復到該第一預設范圍內。通常，所定義的第二預設范圍會高于所定義的 第一預設范圍，而使得可限制該第一電力單元ll輸出的電流，藉以控制 該第一電力單元11的輸出電力且保護該第一電力單元11。
前述的感測單元13可用以感測該第一電力單元11所輸出的直流電 力的電壓或電流，使得可依據(jù)該感測單元13回饋的電氣訊號，控制該第 一電壓轉換單元12的直流電力轉換比例，以達到負載300在輕載時由第 一電力供給回路100供應，而重載時由第一電力供給回路100及第二電 力供給回路200混合電力供電的效果，進而保護該第一電力單元11。
進一步參考圖2所示，為本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝 置的第二具體實施例的組件關聯(lián)圖。前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該第一電壓轉換單元12可進一步包括一電壓轉換回路
121，該電壓轉換回路121是可將輸入的直流電力進行儲能與釋能機制的 電路，且該電壓轉換回路121形成電氣串聯(lián)在該第一電力供給回路100 中，并由該控制單元14所提供的電壓訊號控制該電壓轉換回路121的運 作。
再者，前述的第一電壓轉換單元12可進一步包括一電壓轉換回路
121、 一電壓轉換控制裝置122以及一判斷裝置123。其中該電壓轉換回 路121是一直流電力儲能與釋能機制的電路，并可將輸入端的電力轉換 為特定大小的電壓的電力輸出；該電壓轉換控制裝置122是一控制該電 壓轉換回路121選擇進行儲能狀態(tài)或釋能狀態(tài)的電氣回路；以及該判斷 裝置123 —端電氣連接該控制單元14的電壓訊號輸出端，并依據(jù)該控制 單元14所輸出的電壓訊號，饋出一對應的電氣訊號至該電壓轉換控制裝 置122。以該電壓轉換回路121為一升壓回路為例，該感測單元13輸出 的電氣訊號經(jīng)過該控制單元14后會轉換為一電壓訊號并饋至該第一電壓 轉換單元12的判斷裝置123。接著，該判斷裝置123依據(jù)該控制單元14 所輸出的電壓訊號，再饋出一對應的電氣訊號至該電壓轉換控制裝置
122。 最后，該電壓轉換控制裝置122依據(jù)該判斷裝置123所輸出的電氣 訊號選擇開啟或關閉該第一電壓轉換單元12的直流電力儲能與釋能機 制。故，使得當該感測單元13所偵測的電流量小于或等于一預設范圍時， 該電壓轉換回路121會將輸入的直流電力轉換為固定電壓值的輸出電力； 以及當該感測單元13所偵測的電流量大于該預設范圍時，會使得該電壓 轉換回路121降低輸出電力的電壓大小，且該感測單元13所偵測的電流 量可以回復到該預設范圍內，而可達到控制該電壓轉換回路121為維持 固定輸出電壓的電力升壓轉換運作或是降低該電壓轉換回路121電力升壓轉換運作后的輸出電壓值，藉以進一步限制該第一電力供給回路100 的電流量。
另外，前述的判斷裝置123可以是一電壓差動放大器123a,且該電 壓差動放大器123a的一輸入端電氣連接該控制單元14的輸出端，該電 壓差動放大器123a的另一輸入端電氣連接一參考電壓123b，且該電壓差 動放大器123a的一輸出端電氣連接該電壓轉換控制裝置122。其中該判 斷裝置123可將轉換結果輸出至該電壓轉換控制裝置122,且該電壓轉換 控制裝置122依據(jù)該判斷裝置123的轉換結果輸出一工作周期訊號，進 行控制該電壓轉換回路121選擇為儲能或釋能機制，進而達到電壓轉換。
前述的感測單元13可進一步包括一電阻組件131和一電壓差動放大 器132。其中該電阻組件131是電氣串聯(lián)于該第一電力供給回路100中的 電阻；以及該電壓差動放大器132是一運算放大器所構成的電壓差動放 大回路，且該電壓差動放大器132的兩個輸入端電氣并聯(lián)該電阻組件131 的兩端，用以比較該電阻組件131兩端電壓差，并可依據(jù)該電阻組件131 兩端電壓差而自該電壓差動放大器132的輸出端輸出一對應的電氣訊號。
前述實施例中，該感測單元13主要可將所偵測到的第一電力供給回 路100電力特性如電流大小的特性轉換輸出一數(shù)字或模擬訊號的電氣訊 號，依據(jù)該感測單元13輸出的電氣訊號以及該第一電壓轉換單元12的 電壓轉換回路121所輸出的電壓訊號，該控制單元14會輸出一對應的控 制訊號，藉以控制該第一電壓轉換單元12中的電壓轉換回路121，因而 該電壓轉換回路121會輸出特定的電壓訊號。其中該控制單元14可以是 任何可將輸入的電氣訊號轉換為對應的電壓訊號即可，這類的裝置還包 括有數(shù)字轉模擬的轉換器。
前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該控制單元14可進一步包括一分壓單元141、一電壓產(chǎn)生裝置142以及一微處理器143， 且該分壓單元141進一步包括一第一電阻組件141a、 一第二電阻組件 141b、 一第三電阻組件141c以及一電壓訊號輸出端141d，該第一電阻組 件141a的另一端電氣連接于該第一電力供給回路100中的電壓轉換回路 121的輸出端，該第二電阻組件141b的另一端電氣連接于該電壓產(chǎn)生裝 置142的輸出端，以及該第三電阻組件141c的另一端電氣連接一電壓位 準端；該電壓產(chǎn)生裝置142依據(jù)該感測單元13所輸出的電氣訊號，對應 輸出一電壓訊號至該分壓單元141中的第二電阻組件141b;以及該微處 理器143具有邏輯演算以及邏輯控制的手段，用以依據(jù)該電壓差動放大 器132輸出的電氣訊號進行邏輯演算，且輸出一對應的電氣訊號，藉以 控制該控制單元14輸出對應的電壓訊號，使得可在該微處理器143的控 制下，以及該第一電壓轉換單元12產(chǎn)生對應的運作，而達到監(jiān)控該第一 電力供給回路100的電流量。因此，該電壓訊號輸出端141d的電壓應與 參考電壓一致，而該電壓轉換回路121所輸出的電壓會因為第一電阻組 件141a、第二電阻組件141b和第三電阻組件141c所形成的該分壓單元 141而與該控制單元14的輸出端形成電壓相依的狀態(tài)。
更具體來說，前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中， 該控制單元14中的電壓產(chǎn)生裝置142進一步包括一脈沖訊號產(chǎn)生裝置 142a以及一脈沖訊號轉換電壓訊號回路142b。其中該脈沖訊號產(chǎn)生裝置 142a是一產(chǎn)生脈沖訊號的電氣裝置，且該脈沖訊號產(chǎn)生裝置142a依據(jù)該 微處理器143所提供的控制訊號輸出具有特定工作周期(duty cycle)的 脈沖訊號；以及該脈沖訊號轉換電壓訊號回路142b依據(jù)該脈沖訊號產(chǎn)生 裝置142a所提供的脈沖訊號大小與脈沖訊號工作周期而輸出一對應的電 壓訊號，并將所輸出的電壓訊號傳輸至該分壓單元141與控制單元14的電氣連接端。
前述的脈沖訊號轉換電壓訊號回路142b更可以是一電壓隨耦器，藉 以降低輸出端的影響。
前述的控制單元14中的脈沖訊號產(chǎn)生裝置142a可透過輸出的脈沖 訊號的寬度調變，而調節(jié)該脈沖訊號轉換電壓訊號回路142b輸出給該分 壓單元141的電壓大小。
前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該電壓差動放 大器132的兩輸入端跨接于該電阻組件131的兩端，且該電阻組件131 電氣串聯(lián)于該第一電力供給回路100。再者，該感測單元13的電阻組件 131電氣串聯(lián)于該第一電力供給回路100中且可設置于相對該第一電力單 元11或負載300的高電位端(high side)或低電位端(lowside)。
前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該感測單元13 中的電阻組件131與該電壓差動放大器132所構成的電流感測回路也可 為其它任何可感測該第一電力供給回路100的輸出電流的裝置，而無須 局部電氣串聯(lián)于該第一電力供給回路100。舉例來說，該感測單元13可 包括有一霍爾組件，并藉以偵測該第一電力供給回路100的輸出電流。
前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該第一電壓轉 換單元12中的電壓轉換回路121可以是一直流電力升壓電路、 一直流電 力降壓電路或一直流電力升壓與降壓電路的合成電路。
前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該微處理器143 可同時提供控制該第二電力供給回路200的第二電壓轉換單元22的電壓 轉換運作，使得本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置可透過控制 各個電壓轉換單元而決定對應的電力供給回路的輸出電壓，以及控制該 第一電力單元ll的輸出功率，并因而可選擇各個電力供給回路之間的切換，或是分配各個電力供給回路的功率輸出。
基于前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，該微處理器
143是接受到該感測單元13的訊號與預設的電壓、電流或功率值比較， 而輸出一相對應的控制訊號至該控制單元14中的脈沖訊號產(chǎn)生裝置 142a，使得該脈沖訊號產(chǎn)生裝置142a輸出具有特定工作周期的電氣訊號 至該脈沖訊號轉換電壓訊號回路142b，并傳輸至該分壓單元141;接著， 該分壓單元141依據(jù)柯西荷夫電流定理，該分壓單元141的電壓訊號輸 出端141d的電壓值會隨著該電壓轉換回路121的電力輸出端的電壓而改 變，該電壓轉換控制裝置122則會依據(jù)輸入該電壓訊號輸出端141d的電 壓值，進行選擇開啟或關閉該電壓轉換回路121的直流電力儲能與釋能 機制，使得該電壓轉換回路121產(chǎn)生對應的電壓轉換運作，且該判斷裝 置123判斷該電壓訊號輸出端141d的電壓值的大小，而輸出一對應判斷 結果的電氣訊號至該電壓轉換控制裝置122;以及該電壓轉換控制裝置 122會依據(jù)該判斷裝置123所回饋的電氣訊號，進行選擇開啟或關閉該第 一電壓轉換單元12的直流電力儲能與釋能機制，藉以達到該第一電壓轉 換單元12的直流電力的電壓轉換以及限制該第一電力供給回路100的電 流量。其中，當在前述的限電流的機制下，該第一電力供給回路100所 輸出的電力功率不足以提供該負載300的電力需求時，該第二電力供給 回路200會自動輸出該第二電力單元21的電力，而補足電力需求。
參考圖3所示，為本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第 三具體實施例的組件關聯(lián)圖?；谇笆霰景l(fā)明具燃料電池輸出控制的混 合電力裝置中，該控制單元14的電壓產(chǎn)生裝置142中可進一步包括一第 二電壓差動放大器142d，且該第二電壓差動放大器142d具有一參考電壓 以及一輸入端電氣連接該感測單元13的輸出端，該第二電壓差動放大器142d的輸出端電氣連接該分壓單元141的第二電阻組件141b，使得該第 二電壓差動放大器142d可以比較該感測單元13的輸入電壓與參考電壓 后，該第二電壓差動放大器142d會對應輸出一電壓訊號至該第二電阻組 件141b，該分壓單元141的電壓訊號輸出端141d的電壓訊號的位準則會 因此被調變，因此該分壓單元141的電壓訊號輸出端141d將會反應該電 壓轉換回路121輸出端的電壓。
前述的實施例中，其中該電壓轉換控制裝置122、該判斷裝置123、 分壓單元141、控制單元14及感測單元13可電氣相連結組成一集合電路 (IC)。
配合參考圖l，同時另外再參考圖4所示，為本發(fā)明具燃料電池輸出 控制的混合電力裝置的訊號控制示意圖。基于前述本發(fā)明具燃料電池輸 出控制的混合電力裝置中，該第一電力供給回路100的第一電力單元11 產(chǎn)生電力并經(jīng)由該第一電壓轉換單元12進行電力轉換而輸出電力，為一 第一電力供給回路輸出功率1001，且輸出電壓為第一電力供給回路輸出 電壓設定值1004，該負載300運作所消耗的功率為負載損耗功率1002， 該第二電力供給回路200的第二電力單元21產(chǎn)生的電力可經(jīng)由該第二電 壓轉換單元22進行電力轉換，而輸出電力為一第二電力供給回路輸出功 率1003，且輸出電壓為一第二電力供給回路輸出電壓設定值1005。參考 圖4所示的訊號控制示意圖中，當?shù)谝浑娏┙o回路輸出功率1001等于 或大于負載損耗功率1002時定義為低載區(qū)，當?shù)谝浑娏┙o回路輸出功 率1001小于負載損耗功率1002時定義為高載區(qū)；當在低載區(qū)的狀況中， 該第一電力供給回路輸出電壓設定值1004是略高于該第二電力供給回路 輸出電壓設定值1005，而使得該第二電力供給回路200所輸出的第二電 力供給回路輸出功率1003為零，而該第一電力供給回路輸出功率1001則可滿足該負載300的負載損耗功率1002;以及當在高載區(qū)的狀況中， 該控制單元14會依據(jù)該感測單元13所回饋的訊號調節(jié)該第一電壓轉換 單元12的電壓轉換比，使得該第一電力供給回路輸出電壓設定值1004 是與該第二電力供給回路輸出電壓設定值1005之間產(chǎn)生一差值，且使得
該第一電力供給回路100與該第二電力供給回路200協(xié)同輸出電力至該 負載300，同時使得該第一電力供給回路輸出功率1001與該第二電力供 給回路輸出功率1003的輸出功率總和等于該負載300的負載損耗功率 1002。因此，本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置可限制該第一 電力單元11的最大供應電力，且同時可透過該第一電壓轉換單元12的 電壓控制以及配合該第二電力供給回路200的電力輸出，以維持穩(wěn)定的 電力輸出，進而達到滿足該負載300分別在低載區(qū)與高載區(qū)的電力需求。 更具體來說，當在穩(wěn)態(tài)輸出下的高載區(qū)輸出分配比例中，使得該第 一電力供給回路輸出功率1001高于該第二電力供給回路輸出功率1003 時，該第一電力供給回路輸出電壓設定值1004在高載區(qū)中是采一第一電 壓設定值1004a，且該第一電壓設定值1004a略高于該第二電力供給回路 輸出電壓設定值1005。另外，當在穩(wěn)態(tài)輸出下的高載區(qū)輸出分配比例中， 使得該第一電力供給回路輸出功率1001低于該第二電力供給回路輸出功 率1003時，該第一電力供給回^輸出電壓設定值1004在高載區(qū)中是采 一第二電壓設定值1004b，且該第二電壓設定值1004b略低于該第二電力 供給回路輸出電壓設定值1005。前述在高載區(qū)中，該第一電力供給回路 輸出電壓設定值1004的第一電壓設定值1004a與該第二電力供給回路輸 出電壓設定值1005的差值，或該第一電力供給回路輸出電壓設定值1004 的第二電壓設定值1004b與該第二電力供給回路輸出電壓設定值1005的 差值，會決定該第一電力供給回路輸出功率1001與該第二電力供給回路輸出功率1003的比例。
圖5為顯示本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的另一訊號 控制示意圖。在此實施例中，當在高載區(qū)時，本發(fā)明具燃料電池輸出控 制的混合電力裝置是透過控制該第一電力供給回路輸出電壓設定值 1004，在高載區(qū)形成較高電位的第三電壓設定值1004c與較低電位的第 四電壓設定值1004d為往復振蕩的電壓訊號形態(tài)，其中可透過控制該第 一電力供給回路輸出電壓設定值1004與該第二電力供給回路輸出電壓設 定值1005的差值，藉以控制該第一電力供給回路輸出功率1001與該第 二電力供給回路輸出功率1003的輸出分配比例，使得該第一電力供給回 路輸出功率1001與該第二電力供給回路輸出功率1003的總和得以達到 該負載300所需要的負載損耗功率1002。另外，也可以透過控制該第一 電力供給回路輸出電壓設定值1004在高載區(qū)中的第三電壓設定值1004c 與第四電壓設定值1004d往復振蕩所形成的周期(duty cycle),藉以控制 該第一電力供給回路輸出功率1001與該第二電力供給回路輸出功率1003 的輸出分配比例，使得該第一電力供給回路輸出功率1001與該第二電力 供給回路輸出功率1003的總和得以達到該負載300所需要的負載損耗功 率1002。
參考圖6所示，為本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第 四具體實施例的組件關聯(lián)圖。本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝 置主要包括一第一電力單元41、一第一電壓轉換單元42、一感測單元43、 一控制單元44以及一第一電力供給回路400，使得可提供一第一電力單 元41所輸出的直流電力可經(jīng)由該第一電力供給回路400傳輸至該第一電 壓轉換單元42,以進行直流電力的電壓轉換而輸出一特定電壓的直流電 力，且轉換電壓后的直流電力可再經(jīng)由該第一電力供給回路400傳輸至該負載600，以供該負載600所需的直流電力。
前述本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置中，該第一電壓轉 換單元42是可將輸入的直流電力進行儲能與釋能機制的電路，且該第一 電壓轉換單元42形成電氣串聯(lián)在該第一電力供給回路400中，并由該控 制單元44所提供的控制訊號控制該第一電壓轉換單元42的運作；該控 制單元44是一邏輯運算暨邏輯控制電氣回路，如微控制器，其具有分別 可輸入與輸出電氣訊號的輸入端與輸出端，藉以分別提供邏輯運算所需 的回饋訊號以及輸出由邏輯運算后所獲得的控制訊號；該感測單元43可 偵測該第一電力供給回路400的電流、電壓或電力功率，并將所偵測得 的結果以一對應的訊號饋給至該控制單元44，該控制單元44則會依據(jù)該 感測單元43所饋給的訊號，輸出對應的控制訊號至該第一電壓轉換單元 42，藉以控制該第一電壓轉換單元42的運作。其中當該感測單元43所 偵測的電力特性在一第一預設范圍內時，該控制單元44會對應輸出一控 制訊號，藉以控制該第一電壓轉換單元42將輸入的直流電力轉換為穩(wěn)定 電壓的電力輸出；以及，當該感測單元43所偵測的電力特性在一第二預 設范圍內時，該控制單元44會對應輸出另一控制訊號，藉以控制該第一 電壓轉換單元42將輸入的直流電力轉換為特定電壓的電力輸出，并使得 該感測單元43所偵測的電力特性可以回復到該第一預設范圍內。通常，
所定義的第二預設范圍會高于所定義的第一預設范圍，而使得可限制該 第一電力單元41輸出的電力，藉以控制該第一電力單元41的輸出電力 且保護該第一電力單元41。
再者，前述的控制單元44可以電氣連接該第二電力供給回路500中 的第二電壓轉換單元52，且該控制單元44可以依據(jù)該第一電力供給回路 400的感測單元43所輸出的電壓訊號，進行控制該第一電力供給回路400中的第一電壓轉換單元42與該第二電力供給回路500中的第二電壓轉換 單元52，使得該控制單元44可以選擇控制該第一電力供給回路400與該 第二電力供給回路500的功率分配，因而控制該第一電力單元41輸出的 電力維持在一預期大小的輸出電流。
參考圖7所示，為本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第 五具體實施例的組件關聯(lián)圖。本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝 置主要包括一第一電力供給回路700以及一第二電力供給回路800。該第 一電力供給回路700包括一第一電力單元71、 一第一電壓轉換單元72、 一控制單元74、 一感測單元73，使得可提供一第一電力單元71所輸出 的直流電力可經(jīng)由該第一電力供給回路700傳輸至該第一電壓轉換單元 72，以進行直流電力的電壓轉換而輸出一特定電壓的直流電力，且轉換 電壓后的直流電力可再經(jīng)由該第一電力供給回路700傳輸至該負載600， 以供該負載600所需的直流電力。該第二電力供給回路800包括一第二 電力單元81以及一第二電壓轉換單元82。再者，本實施例中的各組件是 如前述的實施例所示，但該控制單元74可同步控制該第一電力供給回路 700中的第一電壓轉換單元72與該第二電力供給回路800中的第二電壓 轉換單元82，使得依據(jù)該第一電力供給回路700的第一電力單元71的電 力輸出，而協(xié)調控制該第一電力供給回路700與該第二電力供給回路800 分別輸出對應的電力功率。
另外，本發(fā)明的各個實施例中，該感測單元的設置可于第一電力供 給回路的任意處，也可置于該第一電力供給回路中的高電位位置(high side)或低電位位置(low side),而不需限制該控制單元在該第一電力供 給回路中的位置，但需依據(jù)該控制單元在該第一電力供給回路中的位置， 進行判斷該第一電力供給回路輸出功率。參考圖8所示，為本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第 六具體實施例的組件關聯(lián)圖。基于本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電 力裝置的前述實施例，本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置主要
可進一步包括復數(shù)個第一電力供給回路700以及至少一個第二電力供給 回路800，且該控制單元74可同步控制各個第一電力供給回路700中的 第一 電壓轉換單元72以及該第二電力供給回路800中的第二電壓轉換單 元82，使得可在依據(jù)各個第一電力單元71的電力輸出下，該控制單元 74可協(xié)調控制該些第一電力供給回路700與該第二電力供給回路800分 別輸出對應的電力功率。
進一步參考圖9所示，為本發(fā)明第六具體實施例的局部組件示意圖， 前述的控制單元74進一步包括一微控制器74a，且包括個別對應該些第 一電力供給回路700的復數(shù)個第一控制單元74b以及對應該第二電力供 給回路800的一第二控制單元74c。其中該微控制器74a具有邏輯演算以 及邏輯控制的手段，用以依據(jù)該些第一感測單元73輸出的電氣訊號進行 邏輯演算，且輸出一對應的電氣訊號；再者，該些第一控制單元74b以 及該第二控制單元74c分別可依據(jù)該微控制器74a所輸出的電氣訊號而 分別輸出對應的電壓訊號，使得對應的該些第一電壓轉換單元72以及該 第二電壓轉換單元82產(chǎn)生對應的運作，而達到監(jiān)控該些第一電力供給回 路100的電流量，并調節(jié)各個電力回路的輸出功率。
參考圖IO所示，為本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置的第 七具體實施例的組件關聯(lián)圖?；谇笆霰景l(fā)明具燃料電池輸出控制的混 合電力裝置的實施例，前述的第一電力供給回路700可包括復數(shù)個第一 電力單元71以及復數(shù)個第一電壓轉換單元72，且前述的第二電力供給回 路800可包括一個第二電力單元81以及一個第二電壓轉換單元82。其中該控制單元74可同步控制各個第一電壓轉換單元72以及該第二電壓轉換單元82,使得可依據(jù)該第一電力單元71的電力輸出下，該控制單元74的控制可協(xié)調控制該第一電力供給回路700與該第二電力供給回路800分別輸出對應的電力功率。
基于圖5、圖6、圖7、圖8以及圖10的實施例，且再次參考圖4所示，當在高載區(qū)的狀況中，該控制單元會依據(jù)該感測單元所回饋的訊號而同時調節(jié)該第一電壓轉換單元與該第二電壓轉換單元的電壓轉換，使得該第一電力供給回路輸出電壓設定值1004與該第二電力供給回路輸出
電壓設定值1005高低交錯震蕩，且使得該第一電力供給回路與該第二電力供給回路協(xié)同輸出電力至該負載，同時使得該第一電力供給回路輸出功率1001與該第二電力供給回路輸出功率1003的輸出功率總和等于該負載的負載損耗功率1002。因此，本發(fā)明具燃料電池輸出控制的混合電力裝置可使得該第一電力單元維持穩(wěn)定的電力輸出，且同時可透過該第一電壓轉換單元與該第二電壓轉換單元的電壓控制以及配合該第二電力供給回路的電力輸出，而達到滿足該負載分別在低載區(qū)與高載區(qū)的電力
需求o
以上所述，僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實施例，并非企圖據(jù)以對本發(fā)明作任何形式上的限制，所以，凡有在相同的創(chuàng)作精神下所作有關本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發(fā)明意圖保護的范疇。
權利要求
1、一種具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，包括一第一電力供給回路，其進一步包括一第一電力單元，其為一燃料電池的電力產(chǎn)生裝置；一第一電壓轉換單元，其為一端電氣連接該第一電力單元的一電力的電壓轉換裝置，且將該第一電力單元的電力輸入該第一電壓轉換單元的輸入端的電力轉換為具有特定電壓的直流電力輸出；一感測單元，其為一電力感測裝置，并感測該第一電力供給回路所傳輸?shù)碾娏μ匦裕逸敵鰧撾娏μ匦缘碾姎庥嵦?；一控制單元，其依?jù)該感測單元所輸出的電氣訊號且輸出對應該感測單元所輸出的電氣訊號的特定的電壓訊號，該控制單元的輸入端電氣連接該感測單元且輸出端電氣連接該第一電壓轉換單元；一第二電力供給回路，其進一步包括一第二電力單元，其為一電力產(chǎn)生裝置；一第二電壓轉換單元，其為一端電氣連接該第二電力單元的一電力的電壓轉換裝置，且將該第二電力單元的電力輸入該第二電壓轉換單元的輸入端的電力轉換為具有特定電壓的直流電力輸出；其中該第一電力供給回路與該第二電力供給回路電氣并聯(lián)輸出，且該控制單元依據(jù)該感測單元所回饋的訊號而調節(jié)該第一電壓轉換單元輸出電壓與該第二電壓轉換單元輸出電壓之間的差值，使得該第一電力供給回路與該第二電力供給回路協(xié)同輸出電力至該負載。
2、 如權利要求l所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特 征在于該第一電壓轉換單元包括至少一直流電力升壓電路以及至少一 直流電力降壓電路。
3、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特征在于該第一控制單元進一步包括一脈沖訊號產(chǎn)生裝置以及一脈沖訊 號轉換電壓訊號回路；該脈沖訊號產(chǎn)生裝置為一產(chǎn)生具有特定工作周期 的脈沖訊號的電氣裝置；以及該脈沖訊號轉換電壓訊號回路為將脈沖訊 號轉換為一電壓的電氣訊號的裝置，且該脈沖訊號轉換電壓訊號回路所 輸出的電壓的電氣訊號對應該脈沖訊號產(chǎn)生裝置的脈沖訊號。
4、 如權利要求3所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特 征在于該脈沖訊號轉換電壓訊號回路包括一電壓隨耦器。
5、 如權利要求3所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特 征在于該第一控制單元進一步包括一微處理器，且該微處理器接受該 感測單元所輸出的電氣訊號而對應控制該脈沖訊號轉換電壓訊號回路的 輸出。
6、 如權利要求5所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特 征在于該脈沖訊號轉換電壓訊號回路輸出具有特定工作周期的脈沖訊 號。
7、 如權利要求l所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特 征在于該感測單元為局部電氣串聯(lián)于該第一電力供給回路的電氣回路， 并偵測該第一電力供給回路的電流、電壓或電力功率等電力狀態(tài)，且對 應該第一電力供給回路的電力狀態(tài)輸出一電氣訊號至該第一控制單元。
8、 如權利要求7所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特征在于該感測單元進一步包括一電阻組件以及一跨壓比較組件，該電 阻組件電氣串聯(lián)于該第一電力供給回路中，且該跨壓比較組件電氣并聯(lián) 該電阻組件，該跨壓比較組件并依據(jù)該電阻組件的跨壓而輸出一對應的 電氣訊號至該控制單元。
9、 如權利要求8所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特征在于該跨壓比較組件為一電壓差動放大器所構成的回路，該跨壓比 較組件的兩個輸入端電氣并聯(lián)該電阻組件的兩端，該跨壓比較組件的輸 出端電氣連接該控制單元，且該跨壓比較組件的輸出端輸出對應該電阻 組件的跨壓的電氣訊號。
10、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特征在于該第一電壓轉換單元進一步包括一電壓轉換回路、 一電壓轉 換控制裝置以及一判斷裝置，該電壓轉換控制裝置為控制該電壓轉換回 路選擇進行儲能狀態(tài)或釋能狀態(tài)的電氣回路，該判斷裝置一端電氣連接 該控制單元的電壓訊號輸出端，并依據(jù)該控制單元所輸出的電壓訊號， 饋出 一對應的電氣訊號至該電壓轉換控制裝置。
11、 如權利要求10所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該判斷裝置進一步包括一電壓差動放大器以及一參考電壓裝 置，該電壓差動放大器的一輸入端電氣連接該控制單元的輸出端，且另 一輸入端電氣連接該參考電壓裝置，比較該回饋電壓連接端的電壓與該 參考電壓裝置的電壓，以及該比較結果輸出至該電壓轉換控制裝置。
12、 如權利要求ll所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該電壓轉換控制裝置為依據(jù)該電壓差動放大器的比較結果輸 出一工作周期訊號，以控制該電壓轉換回路選擇進行儲能狀態(tài)或釋能狀 態(tài)的電氣回路。
13、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該控制單元依據(jù)該感測單元所輸出的電氣訊號且輸出對應該 感測單元所輸出的電氣訊號的特定的電壓訊號，該控制單元的輸入端電 氣連接該感測單元且輸出端電氣連接該第一電壓轉換單元。
14、 如權利要求13所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該控制單元的另一輸出端電氣連接該第二電壓轉換單元。
15、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特征在于該控制單元依據(jù)該感測單元所輸出的電氣訊號且輸出對應該 感測單元所輸出的電氣訊號的特定的電壓訊號，該控制單元的輸入端電 氣連接該感測單元且輸出端電氣連接該第二電壓轉換單元。
16、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于進一步包括復數(shù)個第一電力供給回路，且各個第一電力供給 回路電氣并聯(lián)輸出。
17、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該第一電力供給回路進一步包括復數(shù)個第一電力單元以及復 數(shù)個第一電壓轉換單元，且各個第一電力單元電氣并聯(lián)輸出，各個第一 電壓轉換單元電氣并聯(lián)輸出。
18、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該第一電力供給回路輸出電壓的電壓設定值略高于該第二電 力供給回路輸出設定電壓的狀況下，是對應該第一電力供給回路所輸出 的功率高于該第二電力供給回路所輸出的功率；以及該第一電力供給回 路輸出電壓的電壓設定值略低于該第二電力供給回路輸出設定電壓的狀 況下，是對應該第一電力供給回路所輸出的功率低于該第二電力供給回 路所輸出的功率。
19、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特征在于該控制單元依據(jù)該感測單元所回饋的訊號而調節(jié)該第一電壓 轉換單元輸出電壓與該第二電壓轉換單元輸出電壓之間的差值，且該電 壓差值形成是依特定周期的電壓訊號，控制該第一電力供給回路與該第二電力供給回路的輸出功率分配比例，使得該第一電力供給回路與該第 二電力供給回路協(xié)同輸出電力至該負載。
20、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該第二電壓轉換單元包括至少一直流電力升壓電路以及至少 一直流電力降壓電路。
21、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特征在于該感測單元選擇設置于該第一電力供給回路中的高電位位置 以及低電位位置中的一位置。
22、 如權利要求1所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其特征在于該控制單元包括一電壓產(chǎn)生裝置以及一分壓單元，該電壓產(chǎn) 生裝置包括一第二電壓差動放大器，該第二電壓差動放大器具有一參考 電壓以及一輸入端電氣連接該感測單元的輸出端，該第二電壓差動放大 器的輸出端電氣連接該分壓單元的第二電阻組件。
23、 如權利要求22所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該第一電壓轉換單元進一步包括一電壓轉換回路、 一電壓轉換控制裝置以及一判斷裝置，其中該電壓轉換回路為一直流電力儲能與 釋能機制的電路，并可將輸入端的電力轉換為特定大小的電壓的電力輸出；該電壓轉換控制裝置為一控制該電壓轉換回路選擇進行儲能狀態(tài)或 釋能狀態(tài)的電氣回路；以及該判斷裝置一端電氣連接該控制單元的電壓 訊號輸出端，并依據(jù)該控制單元所輸出的電壓訊號，饋出一對應的電氣 訊號至該電壓轉換控制裝置。
24、 如權利要求23所述的具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，其 特征在于該電壓轉換控制裝置、該判斷裝置、分壓單元、控制單元及 感測單元可電氣相連結組成一集合電路。
全文摘要
一種具燃料電池輸出控制的混合電力裝置，包括一第一電力供給回路以及一第二電力供給回路，該第一電力供給回路包括一第一電力單元、一第一電壓轉換單元、一感測單元以及一控制單元，其中該電壓轉換單元連接該電力單元，其可包括直流電力升壓回路或是直流電力降壓回路，借以將該電力單元的直流電力轉換為具有特定電壓的直流電力輸出；該感測單元可用以感測該第一電力單元所輸出的直流電力的電壓或電流，使得控制單元可依據(jù)該感測單元回饋的電氣訊號，控制該第一電壓轉換單元的直流電力轉換比例，或者是停止該第一電壓轉換單元的直流電力轉換，進而保護該第一電力單元。另該第二電力供給回路包括一第二電力單元與一第二電壓轉換單元，其主要是與第一電力供給回路相互配合并混合電力以負擔該負載所需的電力。
文檔編號H01M8/00GK101465432SQ200710302209
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權日2007年12月17日
發(fā)明者張文星, 董敏耀 申請人:思柏科技股份有限公司