燃料电池的运行方法及燃料电池系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种燃料电池的运行方法及燃料电池系统，该方法包括提供燃料电池，燃料电池对负载提供输出电源；测量燃料电池所提供的输出电源的初始平均电压；在燃料电池对负载提供输出电源第一时间之后，测量输出电源的第一平均电压；以及当初始平均电压与第一平均电压的电压差大于第一可允许电压差时，停止燃料电池对负载提供输出电源。本发明专利技术实施例通过对燃料电池进行效能监测，并于适当时机停止燃料电池的供电以使之即时恢复，可同时兼顾发电效率与使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池的运行方法及系统，且特别涉及直接氧化物燃料电池的运行 方法及系统。
技术介绍
由于传统石化能源已渐渐耗尽，且石化能源的利用会对于生态环境造成很大的冲 击，因此发展低污染且具高发电效率的能源利用方式，已成为重要的课题。在各种已发展的新能源利用方式中(例如太阳能电池、生化能源、或燃料电池 等)，燃料电池的高发电效率与低污染性，使其倍受注目。不同于石化能源的火力发电需经 过多段的能量转换，燃料电池可直接将化学能转化为电能，且通过触媒电极的使用，可加快 燃料电池的燃料(如氢气或甲醇)及氧化剂(如氧气)的反应速率，使其效率高出火力发 电许多，又其副产物大抵为水，不会对环境造成危害。在燃料电池的应用中，通常会使用贵金属触媒来增加发电效率，例如钼(Pt)就常 用以当作异相催化反应的触媒。燃料电池在经过一段时间的使用后，由于触媒的表面可能 会被在反应环境中的其他成分毒化或由反应中的沉积物或残余物所覆盖，触媒的催化能力 会下降而导致燃料电池的效率下降。以直接甲醇燃料电池为例，在供电过程中，部分的甲醇 可能会以扩散或电渗透的方式穿透膜电极组(membrane electrode addembly，MEA)的电解 质而到达阴极端，并造成阴极的触媒受到毒化。当燃料电池的触媒电极过度毒化时，可能造 成永久性的伤害而使燃料电池的效能及使用寿命下降。此外，对于直接甲醇燃料电池而言， 阳极端所产生的二氧化碳气体可能会附着于触媒电极的表面而降低反应面积，使燃料电池 的效能下降。因此，为了充分运用燃料电池并使其效能稳定，本领域技术人员亟需新的燃料电 池的运行方法及系统。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术一实施例提供一种燃料电池的运行方 法，包括提供燃料电池，燃料电池对负载提供输出电源；测量燃料电池所提供的输出电源的 初始平均电压；在燃料电池对负载提供输出电源第一时间之后，测量输出电源的第一平均 电压；以及当初始平均电压与第一平均电压的电压差大于第一可允许电压差时，停止燃料 电池对负载提供输出电源。本专利技术一实施例提供一种燃料电池系统，包括燃料电池单元，用以对负载提供输 出电源；电压测量单元，用以于不同时间点测量燃料电池单元所提供的输出电源于不同时 间点的多个电压；以及控制单元，用以根据电压测量单元所测量的电压决定输出电源的初 始平均电压；在决定初始平均电压之后，根据电压测量单元所测量的电压决定输出电源的 平均电压；计算初始平均电压与平均电压之间的电压差；以及当电压差大于可允许电压差 时，停止燃料电池单元对负载提供输出电源。 本专利技术通过对燃料电池进行效能监测，并于适当时机停止燃料电池的供电以使之 即时恢复，可同时兼顾发电效率与使用寿命。附图说明图1为显示本专利技术--实施例的燃料电池架构的示意图。图2为显示本专利技术--实施例的燃料电池的运行方法的方法流程图。图3为显示本专利技术--实施例的燃料电池系统300。上述附图中的附图标记说明如下10 -燃料电池堆叠； 12 负载；14 〃开关；16 控制单元；18 -燃料提供单元； 20 氧化剂提供单元；22 -电池；200 方法；SO、Si、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、Sll、S12、S13 步骤；300 系统；302 燃料电池单元；304 负载；306 电压测量单元；308 控制单元；310 燃料提供单元；312 氧化剂提供单元。具体实施例方式本专利技术实施例提供一种燃料电池的运行方法及系统，包括通过测量燃料电池的平 均电压，并当所测量的平均电压与初始平均电压的电压差大于一预定值时，暂停燃料电池 的供电以避免触媒电极进一步毒化，且恢复其效能。在进入本专利技术实施例的说明之前，以下先叙述已经公知的一种燃料电池的运行方 法。在此方法中，周期性地在预定时间之后使燃料电池暂时停止供电。燃料电池停止供电 之后，受毒化的触媒电极可逐渐恢复其效能，并逐渐消除毒化现象。然而，上述的方法无法有效地利用燃料电池，且也无法安全地保护燃料电池免于 受到过度的毒化。举例而言，当燃料电池的运行状况良好时，本可以较长时间进行供电，却 仍需被周期性地停止供电而无法长时间供电，因而降低发电效率。另一方面，当燃料电池的 运行状况较差时，仍需继续发电直至下一次的停止供电时间到达，可能使触媒电极的毒化 现象于这段时间之内进一步的恶化，更甚者可能会对触媒电极造成永久性的伤害，因而降 低燃料电池的效能与使用寿命。为有效利用燃料电池并保护燃料电池的触媒电极免于受到过度毒化(poisoned)。 本专利技术实施例通过对燃料电池进行电压测量，并于检测到燃料电池的效能下降至某一程度 时，暂时停止燃料电池继续供电，使其受到毒化的触媒电极能即时恢复，使触媒电极免于过 度毒化。除了可有效利用燃料电池的发电效能外，还能确保燃料电池的触媒电极免于受到 永久性的伤害，可显著地提升燃料电池的效能与使用寿命。图1为显示本专利技术一实施例的燃料电池架构的示意图，其用以说明本专利技术一实施 例的燃料电池的运行方法。应注意的是，由以下的说明可知，本专利技术一实施例所述的燃料电 池的运行方法不限于在图1所示的架构下执行，本领域普通技术人员当可明了图1的架构5仅为举例说明用，可于其他燃料电池架构中采用本专利技术实施例的燃料电池的运行方法。如图1所示，在此燃料电池架构中，燃料电池堆叠(fuel cell stack) 10用以对一 负载12提供输出电源。燃料电池堆叠10由数个燃料电池膜电极组串联而成以提供所需的 电压，其所串联的数目视需求不同而有不同的堆叠数目。负载12可为任何需消耗电能的产 品。在本专利技术实施例中，燃料电池堆叠10通常是直接氧化物燃料电池堆叠，例如是直接甲 醇燃料电池堆叠。如图1所示，燃料电池架构包括燃料提供单元18及氧化剂提供单元20，其分别用 以对燃料电池堆叠10提供燃料(例如，甲醇)及氧化剂(例如，氧气或空气)。燃料电池架 构还包括控制单元16、开关14、及电池22。控制单元16可控制燃料提供单元18及氧化剂 提供单元20对燃料电池堆叠10的燃料及氧化剂的提供，且可通过开关14来控制燃料电池 堆叠10是否对负载12提供电源。例如，当燃料电池堆叠10的效能下降时，可将开关14打 开而停止燃料电池堆叠10继续对负载12提供电源，并可同时减少或停止对燃料电池堆叠 10的阳极提供燃料，且也可停止对燃料电池堆叠10的阴极提供氧化剂。在燃料电池堆叠10 停止供应电源期间，与负载12并联的电池22可暂时对负载12提供电源，使负载12得以继 续运行。当燃料电池堆叠10停止供应电源时，燃料电池堆叠10内部的燃料可扩散至毒化 的触媒电极附近。在燃料电池堆叠10不运行的情形下，毒化的触媒电极可与燃料发生反应 而逐渐恢复，使毒化现象减轻或消除。之后，可重新增加或开始对燃料电池堆叠10的阳极 提供燃料、重新开始对燃料电池堆叠10的阴极提供氧化剂、以及重新开始对负载12供电。以下，将配合图2的方法流程图更详细地说明本专利技术实施例的燃料电池的运行方 法200。方法200自步骤SO开始。先架设所需的燃料电池架构，例如可以(但不限于)图 1所示的方式架构。接着，进行步骤Si，对负载提供输出电源。接着，进行步骤S2以测量输出电源的 初始平均电压。一本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种燃料电池的运行方法，包括：提供一燃料电池，该燃料电池对一负载提供一输出电源；测量该燃料电池所提供的该输出电源的一初始平均电压；在该燃料电池对该负载提供该输出电源一第一时间之后，测量该输出电源的一第一平均电压；以及当该初始平均电压与该第一平均电压的电压差大于一第一可允许电压差时，停止该燃料电池对该负载提供该输出电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张维凯，叶剑平，童柏少，赖将文，
申请(专利权)人：南亚电路板股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]