階段載入系統組件的燃料電池系統及其方法

2023-05-16 09:32:36 3

專利名稱：階段載入系統組件的燃料電池系統及其方法
技術領域：
本發明是關於一種燃料電池系統的設計，特別是指一種階段載入系統組件的燃料
電池系統及其方法。
背景技術：
燃料電池(Fuel Cell)系統是一種借著電化學反應，直接利用含氫燃料和空氣產 生電力的系統。由於燃料電池組具有低汙染、高效率、高能量密度等優點，故成為近年來各 國研發和推廣的對象。 燃料電池系統中的燃料電池組在反應時，其性能與各項操作條件，例如溫度、溼 度、氫氣流量、空氣流量...等皆息息相關。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，雖然有利於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，保持燃料電池組內部的熱平衡，使其在一定的溫度範 圍內工作是極其重要的。 在現有的技術之下，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的冷卻方式一般是利用冷卻循環管路來進行， 通過將一冷卻液導入燃料電池組中以吸收燃料電池工作時所產生的熱量，並將冷卻液經由 冷卻循環管路循環至散熱降溫用的系統組件進行散熱降溫，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以降低燃料電池組的工作溫度。

發明內容
本發明所欲解決的技術問題 然而，燃料電池組雖然在工作時溫度會逐漸升高，但在燃料電池系統啟動時，初期 燃料電池組溫度仍低，需要一段時間暖機後，溫度才會升高至合適的工作溫度。但燃料電池 系統在一開始啟動運作時，冷卻液即已循環於冷卻循環管路中，透過系統組件發揮散熱降 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暖機所需花費的時間。 緣此，本發明的一目的在於提供一種階段載入系統組件的燃料電池系統及其方
法，使燃料電池系統能快速升溫到達適合的工作溫度，縮短暖機時所需花費的時間。 本發明的另一 目的即是提供一種階段載入系統組件的方法，使燃料電池系統在運
作時可不予以載入部分的系統組件，直至需要時才將系統組件分階段地載入運作。 本發明的另一目的即是提供一種階段載入系統組件的方法，使燃料電池系統在運
作時可分多階方式載入系統組件，增加了應用上多重的選擇性。 本發明解決問題的技術手段 本發明所採用的技術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源、一連接在燃料電池組氫氣入口的氫氣供應源、至少一連接於燃料電池組冷卻液出口與入口之間的冷卻循環管路，以及至少一設置於該管路中的系統組件；而冷卻循環管路中包括有一路徑切換單元，此單元具有一連通於燃料電池組冷卻液出口的共同端、一經由一旁通管路而連通於燃料電池組冷卻液入口的第二路徑端及一連通於冷卻循環管路的第一路徑端。 在啟動燃料電池系統，並使燃料電池組的冷卻液循環於冷卻循環管路後，通過將
感測所得的冷卻液溫度值與一預設溫度值進行比較，以當冷卻液的溫度值未達預設溫度值
時，可將路徑切換單元的共同端與第二路徑端形成通路，使冷卻液流經第二路徑端與旁通
管路而循環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設溫度值時，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第一路徑端、冷
卻循環管路與系統組件，而循環回至燃料電池組的冷卻液入口 。 本發明對照現有技術的功效 經由本發明所採用的技術手段，可調節燃料電池系統中冷卻液的循環路徑，使冷卻液可選擇性地不進行循環或繞過系統組件而直接循環回至燃料電池組中，直至需要時才將系統組件載入運作，使冷卻液流經系統組件進行散熱降溫。此應用在燃料電池系統啟動時的初期，可使燃料電池組快速升溫到達適合的工作溫度，縮短暖機時所需花費的時間。
再者，階段載入系統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，以適應更多不同情況下的需求，使得在控制及應用上的彈性極大。


圖1是本發明第一實施例的系統架構圖；圖2是本發明第一實施例的控制流程圖之一；圖3是本發明第一實施例的控制流程圖之二；圖4是本發明第二實施例的系統架構圖；圖5是本發明第三實施例的系統架構圖；圖6是本發明第四實施例的系統架構圖；圖7是本發明第五實施例的系統架構圖。
附圖標號100、 100a、 100b、 100c、 100d 燃料電池系統
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空氣供應源21加溼器
3氫氣供應源31快速接頭32壓力調節閥33電磁閥34氫氣循環器4水套41流入口42流出口5熱交換器51散熱風扇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預設溫度值Tl第一預設溫度值T2第二預設溫度值
具體實施例方式
本發明所採用的具體實施例，將通過以下的實施例及附呈圖式作進一步的說明。
請參閱圖1所示，本發明第一實施例的系統架構圖。如圖所示，燃料電池系統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反應，可產生電源輸出。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反應時所需的氧氣由一空氣供應源2所供應，而在本實施例中為一鼓風裝置；通過鼓風裝置將空氣弓I入至一加溼器21中，使其進行溼度調節後，由燃料電池組1的空氣入口 ll送入，經反應後由空氣出口 12排出。 燃料電池組1反應時所需的氫氣由一氫氣供應源3所供應，而在本實施例中為一儲氫罐；氫氣供應源3所供應的氫氣經由一快速接頭31、一壓力調節閥32、一電磁閥33後，由燃料電池組l的氫氣入口 13送入，經反應後由燃料電池組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器34，用以將自氫氣出口14所排出的氫氣回收循環送入燃料電池組1中，使其產生流動效果，藉以提高電化學反應的性能，讓氫氣的反應效率增加。 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管路R1，而冷卻循環管路R1中設置有至少一系統組件；在本實施例中，系統組件包括有一水套4及一熱交換器5。燃料電池系統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經由一水泵浦6帶動，自冷卻循環管路R1循環回至燃料電池組1的冷卻液入口 16，並通過系統組件將流經冷卻循環管路R1的冷卻液C予以散熱降溫。
水套4包覆氫氣供應源3，其具有一流入口 41及一流出口 42，流入口 41連通於燃料電池組1的冷卻液出口 15，而流出口 42則連接於熱交換器5。由於氫氣供應源3在釋放氫氣時會吸收熱量而變冷，因此在設計時會將燃料電池組1反應後熱的冷卻液C送到水套4中，通過流經水套4的冷卻液C提供氫氣供應源3供應氫氣時所需吸收的熱量，以維持供應氫氣的速率；另一方面亦使冷卻液C達到散熱降溫的目的。當然，水套4所提供的散熱降溫效果有限，亦可以在設計時不使用水套4或是不經過水套4 (如圖4所示)，而改採用其他的設計，看實際使用上的需求。 熱交換器5用以對冷卻液C進行熱交換，其設置有一散熱風扇51及一溫度感測單元52 ;散熱風扇51用以加強熱交換器5的散熱效果；溫度感測單元52用以感測熱交換後冷卻液C的溫度值Te，並將該溫度值Te傳送至一控制單元8，而使控制單元8可據以調節熱交換器5及散熱風扇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，用以將流經冷卻循環管路Rl的冷卻液C予以散熱降溫後，經由水泵浦6而循環回至燃料電池組1中。同樣地，在設計時亦可省略熱交換器5，而只設置水套4或其他的系統組件，看實際應用上的需求。 冷卻循環管路Rl設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連通於燃料電池組1的冷卻液出口 15，第一路徑端72經由一冷卻循環管路Rl連通至水套4的流入口 41，第二路徑端73經由一旁通管路R2而連通至燃料電池組1的冷卻液入口 16。 當然，亦可將路徑切換單元7設置於冷卻循環管路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，用以依據溫度感測單 元81所感測到冷卻液C的溫度值T經判斷後，產生一控制信號SI以控制該路徑切換單元 7 ;存儲單元83儲存有至少一預設溫度值T0，其可由使用者自行定義更新，亦可同時於存儲 單元83中儲存多個預設溫度值。 請參閱圖2所示，為本發明第一實施例的控制流程圖之一，其顯示燃料電池系統 100依據預設溫度值TO而實施階段載入系統組件的方法，並請同時配合前述圖1對本發明 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100，由空氣供應源2將空氣供應至燃料電池組1的空氣 入口 ll，以供應燃料電池組l反應時所需的氧氣；同時，由氫氣供應源3將氫氣供應至燃料 電池組1的氫氣入口 13，以供應燃料電池組1反應時所需的氫氣(步驟101)。接著，使燃 料電池組1的冷卻液C循環於冷卻循環管路Rl (步驟102)。 當冷卻液C經由水泵浦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中的預設溫度值TO進行比較(步驟104)，然後判別冷卻 液C的溫度值T與預設溫度值TO的大小？(步驟105)。 當冷卻液C的溫度值T未達預設溫度值TO時(即T < TO)，由控制單元8的處理 單元82產生一控制信號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在未達工作溫度之前，繞過系統組件(即水套4及熱交換器5)而不進行散熱 降溫的動作，以使燃料電池組1快速升溫到達適合的工作溫度，縮短系統暖機的時間。
直至冷卻液C的溫度值T超過預設溫度值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、冷卻循環管路Rl與系統組件(步驟107)。亦即讓冷卻液C流經水套4及 熱交換器5進行散熱降溫，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 水泵浦6後流向燃料電池組1的冷卻液入口 16循環回至燃料電池組1中(步驟108)，使冷 卻液C於燃料電池組1中吸收其熱量後，再由燃料電池組1的冷卻液出口 15送出而進行周 而復始的循環。 請參閱圖3所示，為本發明第一實施例控制流程圖之二，其顯示燃料電池系統100 可依據預設的一第一預設溫度值Tl及一第二預設溫度值T2而實施階段載入系統組件的方 法，並請同時配合前述圖1對本發明第一實施例的控制流程圖作一說明如下
本發明所採用多種階段載入系統組件的方法，利用冷卻液C的溫度值T是否高於 預設的第一預設溫度值Tl或第二預設溫度值T2的關係，可將燃料電池系統100分成三個 階段的載入方式。首先，啟動燃料電池系統100，分別將空氣供應至燃料電池組1的空氣入 口 ll，而將氫氣供應至燃料電池組l的氫氣入口 13(步驟201)。接著，使燃料電池組l的 冷卻液C循環於冷卻循環管路Rl (步驟202)。 當冷卻液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)後，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與第一預設溫度值Tl及第二預設溫度值T2進行比較(步驟204)。然後分別判斷冷卻液C的溫度值T與第一預設溫度值Tl及第二預設溫度值 T2的大小？(步驟205)。接著進行如下的判別與運作 1.當冷卻液C的溫度值T未達第一預設溫度值Tl時(即T < Tl)，由控制單元8 的處理單元82產生一控制信號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.當冷卻液C的溫度值T介於第一預設溫度值Tl與一第二預設溫度值T2之間 時(即T2 > T > Tl)，則控制單元8依據冷卻液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以一預定的比例分 流至第一路徑端72、冷卻循環管路Rl與系統組件，以及第二路徑端73與旁通管路R2 (步驟 207)。亦即依據冷卻液溫度值T來調節冷卻液C流經水套4及熱交換器5進行散熱降溫的 量，提供一種過渡時期的散熱效果。 3.當冷卻液C的溫度值T超過第二預設溫度值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全部流經第一路徑 端72、冷卻循環管路R1與系統組件(步驟208)，亦即使冷卻液C完全流經水套4及熱交換 器5進行散熱降溫。 最後，冷卻液C同樣經由水泵浦6流向燃料電池組1的冷卻液入口 16循環回至燃 料電池組1中(步驟209)，使冷卻液C於燃料電池組1中吸收熱量後，再由燃料電池組1的 冷卻液出口 15送出而進行周而復始的循環。 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、冷卻循環管路Rl與系統組件，或者流向第二路徑端73與旁 通管路R2。但於實際應用時，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，即可達到 階段載入系統組件的目的。 此外，路徑切換單元7在本實施例中由控制單元8所控制，但於實際應用時，亦可 直接應用物理方式來設計路徑切換單元7，使其不需通過電控方式即能達到依據預設溫度 值TO來達到階段載入系統組件的目的。 所述應用的物理方式，例如材料透水性、物體熱脹冷縮、物質相變化...等。而應 用這些物理方式的設計，例如(l)利用特殊化學材料薄膜在不同溫度下的透水性差異來 調節冷卻液通過的程度、(2)利用單一金屬的熱脹冷縮現象來開啟或關閉管路、(3)利用將 不同熱膨脹係數的雙金屬片結合，使之因溫度變化而有不同的彎曲，進而達到路徑切換的 作用、以及(4)利用物質在不同溫度時所發生的相變化，通過不同物態(例如固態、液態、 氣態)下的體積差異來開啟或關閉管路，進而達到路徑切換的作用...等。
請參閱圖4所示，是本發明第二實施例的系統架構圖。此實施例燃料電池系統 100a的系統架構大致上與前述第一實施例相同，故相同的構件標示相同的元件編號以資 對應，而整體系統的運作方式與上述的內容相同，故不再贅述。其差異在於燃料電池系統 100a中，冷卻循環管路Rl'不經過水套4來散熱降溫，路徑切換單元7連接於燃料電池組1 的冷卻液出口 15及熱交換器5之間，而本實施例亦可應用於不使用水套4的燃料電池系統 中。另外，亦可將水套4連結於燃料電池組1的冷卻液出口 15與入口 16之間，而形成另一
9冷卻循環管路，其上亦可設置一路徑切換單元(如圖6所示)；或者，不設置路徑切換單元 亦可。 請參閱圖5所示，本發明第三實施例的系統架構圖。此實施例燃料電池系統100b 的系統架構大致上與前述第一實施例相同，故相同的構件標示相同的元件編號以資對應， 而整體系統的運作方式與上述的內容相同，故不再贅述。其差異在於燃料電池系統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'連通於水 套4的流出口 42，第一路徑端72'經由冷卻循環管路Rl"連通至熱交換器5，第二路徑端 73'經由一旁通管路R2'連通至燃料電池組1的冷卻液入口 16。 請參閱圖6所示，為本發明第四實施例的系統架構圖。此實施例燃料電池系統 100c的系統架構大致上與前述第一實施例相同，故相同的構件標示相同的元件編號以資 對應，而整體系統的運作方式與上述的內容相同，故不再贅述。其差異在於燃料電池系統 100c中，包括二條冷卻循環管路Rla、Rlb。 其中一條冷卻循環管路Rla通過水套4來進行散熱降溫，該管路上設置有一路徑 切換單元7a，由控制單元8的處理單元82所產生的控制信號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經由冷卻循環管路 Rla連通至水套4的流入口 41，第二路徑端73a經由一旁通管路R2a連通至燃料電池組1 的冷卻液入口 16。 另一條冷卻循環管路Rlb則通過熱交換器5來進行散熱降溫，該管路上亦設置有 一路徑切換單元7b，由控制單元8的處理單元82所產生的控制信號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經由冷卻 循環管路Rlb連通至熱交換器5，第二路徑端73b經由一旁通管路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並聯運作，可依不同的需要載入不同的系 統組件。 請參閱圖7所示，為本發明第五實施例的系統架構圖。此實施例燃料電池系統 100d的系統架構大致上與前述第一實施例相同，故相同的構件標示相同的元件編號以資 對應，而整體系統的運作方式與上述的內容相同，故不再贅述。其差異在於燃料電池系統 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設置於冷卻循環管路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連通於水套4的流出口 42， 而第三路徑端92連接於熱交換器5，其第四路徑端93經由一輔助旁通管路R3而連通於燃 料電池組1的冷卻液入口 16。輔助路徑切換單元9同樣電性連接於控制單元8的處理單元 82，而處理單元82則依據冷卻液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則經由 水套4、第四路徑端93與輔助旁通管路R3而循環回至燃料電池組1的冷卻液入口 16，而不 經由熱交換器5，提供燃料電池系統100d部份的散熱降溫效果，同時也提供了氫氣供應源3 供應氫氣時所需吸收的熱量；直至到達一預設溫度值T3時，則導通第三路徑端92而載入熱 交換器5進行散熱降溫後，經由水泵浦6而將冷卻液C循環回至燃料電池組1中。如此可 使燃料電池系統100d具有多種階段載入系統組件的方式，增加控制及應用上的選擇性。
10
由以上的實施例可知，本發明所提供的階段載入系統組件的燃料電池系統及其方 法確具產業上的利用價值，故本發明業已符合專利的要件。以上的敘述僅為本發明的較佳 實施例說明，凡本領域技術人員當可依據上述的說明而作其它種種的修飾與改良，這些改 變仍屬於本發明的發明精神及權利要求中。
權利要求
一種階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述燃料電池系統包括一燃料電池組，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；一空氣供應源，連接於所述燃料電池組的空氣入口，用以供應反應時所需的氧氣；一氫氣供應源，連接於所述燃料電池組的氫氣入口，用以供應反應時所需的氫氣；至少一冷卻循環管路，連接於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由所述冷卻循環管路循環回至所述冷卻液入口；至少一系統組件，設置於所述冷卻循環管路中，用以將流經所述冷卻循環管路的冷卻液予以散熱降溫；至少一路徑切換單元，設置於所述冷卻循環管路中，具有一共同端及一第一路徑端，其中所述共同端連通於所述燃料電池組的冷卻液出口，所述第一路徑端連通於所述冷卻循環管路，直至所述冷卻液的溫度值超過一預設溫度值時，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由所述第一路徑端、所述冷卻循環管路與所述系統組件而循環回至所述燃料電池組的冷卻液入口。
2. 如權利要求1所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述路徑切換單元更包括有一第二路徑端，所述第二路徑端經由一旁通管路連通於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所述預設溫度值時，所述路徑切換單元的共同端與所述第二路徑端形成通路，使所述冷卻液經由所述第二路徑端與所述旁通管路而循環回至所述燃料電池組的冷卻液入口 。
3. 如權利要求1所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述系統組件包括一熱交換器。
4. 如權利要求3所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述路徑切換單元連接於所述燃料電池組的冷卻液出口與所述熱交換器之間。
5. 如權利要求3所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述系統組件更包括有一水套，包覆所述氫氣供應源，所述水套具有一流入口及一流出口 ，所述流入口連接於所述燃料電池組的冷卻液出口，所述流出口連接於所述熱交換器或所述燃料電池組的冷卻液入口 ，通過流經所述水套的冷卻液提供所述氫氣供應源供應氫氣時所需吸收的熱
6. 如權利要求5所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述路徑切換單元連接於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. 如權利要求5所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述路徑切換單元連接於所述水套的流出口與所述熱交換器之間。
8. 如權利要求5所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述燃料電池系統更包括有一輔助路徑切換單元，設置於所述冷卻循環管路中，具有一共同端及一第三路徑端，其中所述共同端連通於所述水套的流出口 ，所述第三路徑端連接於所述熱交換器。
9. 如權利要求8所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述輔助路徑切換單元更包括有一第四路徑端，所述第四路徑端經由一輔助旁通管路連通於所述燃料電池組的冷卻液入口。
10. 如權利要求1所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述系統組件包括一水套，包覆所述氫氣供應源，所述水套具有一流入口及一流出口 ，所述流入口連接 於所述燃料電池組的冷卻液出口 ，所述流出口連接於所述燃料電池組的冷卻液入口 ，通過 流經所述水套的冷卻液提供所述氫氣供應源供應氫氣時所需吸收的熱量。
11. 如權利要求10所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，所述路徑 切換單元連接於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. 如權利要求1所述的階段載入系統組件的燃料電池系統，其特徵在於，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，用以儲存所述預設溫度值；一處理單元，電性連接所述溫度感測單元及所述存儲單元，用以依據所述溫度感測單 元所感測到所述冷卻液的溫度值據以控制所述路徑切換單元。
13. —種燃料電池系統階段載入系統組件的方法，其特徵在於，所述燃料電池系統包括 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 、至少一連接於所 述冷卻液出口與所述冷卻液入口之間的冷卻循環管路、以及至少一設置於所述冷卻循環管 路中的系統組件，所述冷卻循環管路中包括有至少一路徑切換單元，所述路徑切換單元具 有一連通於所述燃料電池組的冷卻液出口的共同端及一連通於所述冷卻循環管路的第一 路徑端，所述方法包括下列步驟a) 啟動所述燃料電池系統，將空氣供應至所述燃料電池組的空氣入口，及將氫氣供應 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於所述冷卻循環管路；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設溫度值進行比較；e) 直至所述冷卻液的溫度值超過所述預設溫度值時，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 環管路與所述系統組件。
14. 如權利要求13所述的燃料電池系統階段載入系統組件的方法，其特徵在於，步驟 d)之後更包括當所述冷卻液的溫度值未達所述預設溫度值時，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，經由一旁通管路連通於所述燃料電池組的 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. 如權利要求13所述的燃料電池系統階段載入系統組件的方法，其特徵在於，步驟d) 之後更包括依據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、所述冷卻循環管路與所述系 統組件的步驟。
16. 如權利要求13所述的燃料電池系統階段載入系統組件的方法，其特徵在於，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、所述冷卻循環管路與所述系統組件。
17. 如權利要求13所述的燃料電池系統階段載入系統組件的方法，其特徵在於，步驟 e)之後，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，進行循環的步驟。
全文摘要
本發明提供一種階段載入系統組件的燃料電池系統及其方法，該系統包括一燃料電池組、一空氣供應源、一氫氣供應源、至少一冷卻循環管路、以及至少一設置於該管路中的系統組件，冷卻循環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時，先使燃料電池組的冷卻液循環於冷卻循環管路後，直至冷卻液的溫度值超過一預設溫度值時，透過該路徑切換單元使至少一部分的冷卻液流經系統組件而散熱降溫。階段載入系統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，以適應更多不同情況下的需求，使得在控制及應用上的彈性極大。
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 優先權日2009年1月22日
發明者吳玉川, 楊源生, 蕭逢祥, 郭俊傑 申請人:亞太燃料電池科技股份有限公司