专利名称：用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池的技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置。
背景技术：
图1是燃料电池系统10的结构图，乃包括一燃料流道层27、一第一电力/信号传输层19、一阳极集电层13、一质传电解层11、一阴极集电层15、一第二电力/信号传输层23及一机电控制层21，其中阳极集电层13、质传电解层11及阴极集电层15构成燃料电池核心组件30。以一直接甲醇燃料电池系统为例，燃料流道层27流经甲醇水溶液，并可在质传电解层11的阳极端进行阳极电化学反应，其反应如下
以及在阴极端进行阴极电化学反应，其反应如下
有上可知，即可通过电化学反应将化学能直接转化成低压直流电能，所产生的电能供应至负载20。
在一直接甲醇燃料电池系统中，当其所使用的甲醇水溶液阳极燃料耗尽时，一方面需先让直接甲醇燃料电池系统停止电化学反应，以免损伤燃料电池核心组件30，而产生不可逆的损伤。一方面则需补充甲醇水溶液，以提供直接甲醇燃料电池系统进行电化学反应的所需。为避免永久性损伤，常于第一电力/信号传输层19中设置一液位量测系统，以侦测甲醇水溶液阳极燃料的液位。
公知液位量测系统一般使用电容式、浮标(浮筒)式、压力式、光感式、声拨式等量测方式。该等液位量测系统实际上常有体积及使用空间的限制，同时也需庞大且复杂的机构和电路辅助，方可量测溶液的液位变化。此会使得很多的液位量测系统使用时受到限制。再者，于小型化或是微型化的直接甲醇燃料电池系统中，公知液位量测系统如要运用在如此很小的空间以内时，常常无法有效量测溶液的液位变化，甚至无法使用。所以在燃料电池系统中，公知液位量测系统设计仍有诸多缺失而有予以改进的必要。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，以避免燃料电池系统的阳极燃料耗�。谰眯缘乃鸷�。本发明另一解决的技术问题是提供一种于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，以解决公知液位量测系统运用于很小的空间时，无法有效量测溶液的液位变化的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，包括一感测组件，容置于一燃料储存槽及/或一燃料流道层中，以及用以依据该燃料储存槽及/或该燃料流道层中的阳极燃料接触到该感测组件的程度，将其转换成对应的电气性阻抗值；一电阻，其一端电气连接至该感测组件。
本发明还提出一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，包括一感测组件，其包括一第一电极片、一第二电极片，该感测组件容置于一燃料储存槽及/或一燃料流道层中，以侦测该燃料储存槽及/或该燃料流道层中的阳极燃料的容量，该第二电极片系电气连接至一低电位；一电阻，其第一端电气连接至该第一电极片，第二端电气连接一高电位；一模拟至数字转换器，其输入端电气连接至该第一电极片及该电阻的第一端，以输入一模拟量测电压，并将其转换为一数字量测电压；一控制器，电气连接至该模拟至数字转换器，以输入该数字量测电压，并将该数字量测电压转换为该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，不仅可避免燃料电池系统的燃料耗�。谰眯缘乃鸷Γ箍杀苊夤何涣坎庀低车奶寤笆褂每占湎拗频奈侍�。另外，本发明设计新颖，能提供产业上利用，不仅有增进功效，还节省体积和成本。
图1是公知燃料电池系统的结构图。
图2是显示本发明的一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置的结构示意图。
图3A是显示本发明的感测组件的第一实施例的结构图。
图3B显示本发明的感测组件的第二实施例的结构图。
图4是显示本发明阳极燃料液位高度与感测组件的间电阻值的示意图。
图5是显示本发明感测组件的等效电路图。
图6A是显示本发明的感测组件的第三实施例的结构图。
图6B是显示本发明的感测组件的第四实施例的结构图。
图7是显示本发明的一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置其利用多段式电极片的结构示意图。
图号说明10、燃料电池系统19、第一电力/信号传输层13、阳极集电层 11、质传电解层15、阴极集电层 23、第二电力/信号传输层21、机电控制层 27、燃料流道层40、燃料储存槽 40、燃料流道层210、感测组件 220、电阻230、模拟至数字转换器 240、控制器250、存储装置 211、第一电极片211a、211b、211c、第一电极片212、第二电极片
212a、212b、212c、第二电极片213、夹持固定构件260、警示装置具体实施方式
图2是显示本发明的一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置的示意图，该燃料电池系统可设置在一电子产品的显示面板(图未示)或其它电子产品(图未示)内部。该燃料电池系统(图未示)包括一燃料储存槽40，以储存该燃料电池系统的阳极燃料，或是该燃料电池系统(图未示)包含一燃料流道层40，以供阳极燃料流动的区域。该测量装置其包括一感测组件210、一电阻220、一模拟至数字转换器230、一控制器240、一存储装置250及一警示装置260。
感测组件210包括一第一电极片211、一第二电极片212，感测组件210容置于燃料储存槽40及/或燃料流道层40中，以侦测燃料储存槽40及/或燃料流道层40中的阳极燃料的容量。第二电极片212电气连接至一低电位，该低电位是公知的接地电位(Gnd)。如图3A所示，感测组件210的具体实现手段可以利用于一印刷电路板(print circuit board、PCB)的铜箔来制成第一电极片211及第二电极片212。如图3B所示，感测组件210的其它具体实现手段可以可用一夹持固定构件213将第一电极片211及第二电极片212夹持固定而形成。
电阻220第一端电气连接至该第一电极片211，其第二端电气连接一高电位(Vcc)。模拟至数字转换器230的输入端电气连接至第一电极片211及电阻220的第一端，以输入一模拟量测电压VA，并将其转换为一数字量测电压VD。控制器240电气连接至模拟至数字转换器230，以输入该数字量测电压VD，并将该数字量测电压VD转换为燃料储存槽40及/或燃料流道层40中阳极燃料的液位。
图4是燃料储存槽40及/或燃料流道层40的阳极燃料液位高度与感测组件210的第一电极片211与第二电极片212之间电阻值的关系示意图，其中横轴是阳极燃料液位高度，单位为厘米(cm)，纵轴为第一电极片211与第二电极片212之间的电阻值，单位为百万欧姆(MΩ)。由图4可知，当燃料储存槽40及/或燃料流道层40中阳极燃料为低液位时，由于未接触到第一电极片211与第二电极片212，感测组件210呈现断路状态，此时感测组件210的阻值大于4.5MΩ。而当燃料储存槽40及/或燃料流道层40中阳极燃料接触到第一电极片211与第二电极片212时，感测组件210呈现导通状态，并且当阳极燃料接触到第一电极片211与第二电极片212面积越多时，感测组件210所呈现电阻值越少。感测组件210可仿真成一可变电阻270，图5是感测组件210及电阻220的等效电路图。也就是，当量测到电压VA时，经由图5的等效电路，即可由公式算出感测组件210的电阻值RV，其中，R1为电阻220的电阻值。再由图4的电阻值与液位高度的关系图，即可得知当时阳极燃料的液位高度。
Rv＝(VA*R1)/(Vcc-VA) 公式该关系示意图可离线(off-line)测量而获得。同时，该电阻值与液位高度的关系示意图可经由曲线合适(curve fitting)方法，将电阻值与液位高度的关系转换成一公式。控制器240输入该数字量测电压VD，依据等效电路算出电阻值RV，最后依据该公式将电阻值RV转换为燃料储存槽40及/或燃料流道层40中阳极燃料的液位。
电阻220的R1电阻值大小是可以用来决定测量的灵敏度，本发明能够通过选择适当的R1电阻值，来让液位高度在极小范围的变化区间之内，便能够产生灵敏的电压变化。
图6A是显示本发明的感测组件的第三实施例的结构图，以及图B是显示本发明的感测组件的第四实施例的结构图。如图6A所示，感测组件210的具体实现手段可以利用于一印刷电路板(print circuit board、PCB)的铜箔来将第一电极片211制成多段式的第一电极片211a、第一电极片211b、第一电极片211c，以及来将第二电极片212制成多段式的第二电极片212a、第二电极片212b、第二电极片212c。如图6B所示，感测组件210的其它具体实现手段可以可用一夹持固定构件213将第一电极片211分成多段式的第一电极片211a、第一电极片211b、第一电极片211c，以及将第二电极片212分成多段式的第二电极片212a、第二电极片212b、第二电极片212c，再予夹持固定而形成。请参见图7，第一段的第一电极片211a与第二电极片212a可以提供安全下限液位的参考，一旦阳极燃料若位于此安全下限液位时，便要立即补充阳极燃料。第二段的第一电极片211b与第二电极片212b可以提供正常液位的参考，若阳极燃料若位于此正常液位时，则表示阳极燃料的供应状态属正常。第三段的第一电极片211c与第二电极片212c可以提供安全上限液位的参考，若阳极燃料若位于安全上限液位时，则须立即停止阳极燃料的进料补充。本发明采用多段式的第一电极片211与第二电极片212的结构，立即能够获致测量液位高低的便捷性优点，透过每一段的两个电极片是否已经产生电压的有无两种变化，便可掌握到阳极燃料的液位现正位于那一个液位区间。当然，本发明的多段式的第一电极片211与第二电极片212并不以三段为局限，上述所揭露的三段式第一电极片211与第二电极片212仅做为范例而已。
在图2中，该测量装置还包含一非挥发性存储装置250，其电气连接至控制器240。该电阻值与液位高度的关系示意图可制作成一表格，该表格描述该数字量测电压与阳极燃料液位的关系，并储存至非挥发性存储装置250中。控制器240依据输入的数字量测电压VD，依据等效电路算出电阻值RV。最后，控制器240依据电阻值RV，经由该表格，而查得燃料储存槽40及/或燃料流道层40中阳极燃料的液位。当输入的该数字量测电压VD不在该表格内时，控制器240可依据内差法而获得燃料储存槽40及/或燃料流道层40中阳极燃料的液位。
在图2中，该测量装置还包含一警示装置260，其电气连接至控制器240，以当阳极燃料的液位低于一默认值时，控制器240产生一警示信号VC。警示装置260依据该警示信号VC产生警示，其中，警示装置260可为一发光二极管(LED)，以当阳极燃料的液位低于一默认值时，产生一视讯警示信号。警示装置260可为一扬声器(speaker)或一蜂鸣器(buzzer)，以当阳极燃料的液位低于一默认值时，产生一音讯警示信号。在本发明中，模拟至数字转换器230、控制器240及存储装置250可整合至一集成电路中，以节省体积及成本。
由于本发明的测量装置具备容易小型化与微型化的特点，因此本发明的测量装置能够应用到采以印刷电路制程所制造出来的燃料电池系统，或者是应用到积层整合式燃料电池系统。综上所述，本发明用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，不仅可避免燃料电池系统的燃料耗�。谰眯缘乃鸷Γ箍杀苊夤何涣坎庀低车奶寤笆褂每占湎拗频奈侍�。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，其特征在于，包括一感测组件，容置于一燃料储存槽及/或一燃料流道层中，以及用以依据该燃料储存槽及/或该燃料流道层中的阳极燃料接触到该感测组件的程度，将其转换成对应的电气性阻抗值；一电阻，其一端电气连接至该感测组件。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，该感测组件，包括一第一电极片、一第二电极片，都容置于该燃料储存槽及/或该燃料流道层中，以侦测该燃料储存槽及/或该燃料流道层中的阳极燃料的容量。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，该电阻的另一端，电气连接一高电位；其中该第二电极片电气连接至一低电位。
4.根据权利要求2的测量装置，其特征在于，该测量装置，进一步包括一模拟至数字转换器，其输入端电气连接至该第一电极片及该电阻的第一端，以输入一模拟量测电压，并将其转换为一数字量测电压；一控制器，电气连接至该模拟至数字转换器，以输入该数字量测电压，并将该数字量测电压转换为该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，该控制器使用一预设的公式，以将该数字量测电压转换为该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，该测量装置，进一步还包括一存储装置，其电气连接至该控制器，并储存一表格，该表格描述该数字量测电压与阳极燃料液位的关系，该控制器依据输入的该数字量测电压，经由该表格，而查得该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，该存储装置系一非挥发性存储装置。
8.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，当输入的该数字量测电压不在该表格时，该控制器依据内差法得该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
9.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，该测量装置，进一步还包括一警示装置，其电气连接至该控制器，以当该阳极燃料的液位低于一默认值时，产生一警示信号。
10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，该警示装置可为一发光二极管(LED)，以当该阳极燃料的液位低于一默认值时，产生一视讯警示信号。
11.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，该警示装置可为一扬声器或一蜂鸣器，以当该阳极燃料的液位低于一默认值时，产生一音讯警示信号。
12.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，该模拟至数字转换器及该控制器可整合至一集成电路中。
13.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，该模拟至数字转换器、控制器及存储装置可整合至一集成电路中。
14.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，该第一电极片与该第二电极片，为多段式。
15.一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，其特征在于，包括一感测组件，其包括一第一电极片、一第二电极片，该感测组件容置于一燃料储存槽及/或一燃料流道层中，以侦测该燃料储存槽及/或该燃料流道层中的阳极燃料的容量，该第二电极片系电气连接至一低电位；一电阻，其第一端电气连接至该第一电极片，第二端电气连接一高电位；一模拟至数字转换器，其输入端电气连接至该第一电极片及该电阻的第一端，以输入一模拟量测电压，并将其转换为一数字量测电压；一控制器，电气连接至该模拟至数字转换器，以输入该数字量测电压，并将该数字量测电压转换为该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
16.根据权利要求15所述的测量装置，其特征在于，该控制器系使用一预设的公式，以将该数字量测电压转换为该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
17.根据权利要求15所述的测量装置，其特征在于，该测量装置，进一步包括一存储装置，其电气连接至该控制器，并储存一表格，该表格描述该数字量测电压与阳极燃料液位的关系，该控制器依据输入的该数字量测电压，经由该表格，而查得该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
18.根据权利要求17所述的测量装置，其特征在于，该存储装置是一非挥发性存储装置。
19.根据权利要求17所述的测量装置，其特征在于，当输入的该数字量测电压不在该表格时，该控制器依据内差法得该燃料储存槽及/或该燃料流道层中阳极燃料的液位。
20.根据权利要求15所述的测量装置，其特征在于，该测量装置，进一步还包括一警示装置，系电气连接至该控制器，以当该阳极燃料的液位低于一默认值时，产生一警示信号。
21.根据权利要求20所述的测量装置，其特征在于，该警示装置可为一发光二极管，以当该阳极燃料的液位低于一默认值时，产生一视讯警示信号。
22.根据权利要求20所述的测量装置，其特征在于，该警示装置可为一扬声器或一蜂鸣器，以当该阳极燃料的液位低于一默认值时，产生一音讯警示信号。
23.根据权利要求15所述的测量装置，其特征在于，该模拟至数字转换器及该控制器可整合至一集成电路中。
24.根据权利要求17所述的测量装置，其特征在于，该模拟至数字转换器、控制器及存储装置可整合至一集成电路中。
25.根据权利要求15所述的测量装置，其特征在于，该第一电极片与该第二电极片，为多段式。
26.根据权利要求1或15所述的测量装置，其中该电阻的电阻值，用于决定该阳极燃料的液位高度在极小范围的变化区间之内，能够测量该液位高度变化的灵敏度。
全文摘要
本发明涉及一种用于燃料电池系统中测量燃料容量的测量装置，该测量装置包括一感测组件、一电阻、一模拟至数字转换器及一控制器。感测组件包括一第一电极片及一第二电极片，并容置于燃料储存槽及/或燃料流道层中，以侦测阳极燃料的容量，第二电极片连接至一低电位，电阻的一端连接至第一电极片，另一端则电气连接一高电位。模拟至数字转换器的输入端连接至第一电极片及电阻的第一端，以输入一模拟量测电压，并将其转换为一数字量测电压，控制器连接至模拟至数字转换器，以输入数字量测电压，并将其转换为燃料储存槽及/或燃料流道层中阳极燃料的液位。
文档编号G01F22/00GK1755970SQ200410080628
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月29日 优先权日2004年9月29日
发明者汤毓麟, 许锡铭, 邓丰毅, 钟雅健 申请人:胜光科技股份有限公司
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