rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
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可攜式燃料電池三大技術發展 、市場困境、應用轉型 …台灣進入策略(集中→差異≒利基→主流) …以EnerMaster商品為例
Dr. Rational You (游李興) Founder & GM/EnerMaster(能碩科技) 2011/3/9@ NTHU工科所
(p.1)
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(EnerMaster) Rational You (游李興) 學歷 1977~1978： 台北市立營橋國中畢業 重考 (1977/Q3自修, Q4國四班; 1978Q1&2自修) 1978~1981： 台北市立 建國中學 (擔任高三導師改選後的班長) 1981~1985： 國立 臺灣大學 造船工程學系 學士 (熱流 材料 振動…力學) 1985~1987： 國立 臺灣大學 機械工程研究所 碩士 (線性 結構振動…控制) 1987~1992： 國立 清華大學 電機工程研究所 博士 (非線性 機構運動…控制) 生涯目標： 長期經營整合機電產業，促進相關產業安身立命， 以此歷練建構理想典範 人生願望： 廣結善緣，相互造就，分享人生
(p.3)
Rational KISS (Knowledge Information Service Server) ： 請到ftp://60.250.198.214/ (ID=EnerMaster; PW=0911214141)進入分享
(p.4)
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(EnerMaster) Rational You (游李興) 經歷 1981/07~1983/09： (建中北一女校友)青韻合唱團(音樂營主辦人) 1985~1991 ： 升研究所補習中心 工程力學 工程數學(教授) (出版:上,中,下) 1993/08/17~1996/08： 工研院 光電所 子計畫主持人 (10X Zoom Lens) 1996/01~1996/12： 新竹 知行會 成長團體 主題聚會 主持人 (24場各2小時) 1996/08~1998/07： 工研院 微系統 紅外線熱像 光機電設計主持人 1998/07~1999/07： 工研院 微系統 MEMS-CAD設計組 主持人 (製程設計) 1999/09~2003/01： 工研院 經資中心 MEMS/NANO產業師 (10多本報告) 2003/05/05~2004/12： 天瀚 光電中心 資深經理 (Camera Module)(3X Zoom Lens ~2007量產) 2005/3/1~2006/7/6： 華碩 董事長室 策略投資/核心技術 FC 評估(新事業)計劃主持人 2006/7/7~200/10/30~： 能碩 董事長&總經理
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Rational演講…以EnerMaster商品為例 ‧游李興﹐《燃料電池 有環保概念(原名=燃料電池的趨勢與創新)》(育成雙月刊2009/10/) ‧游李興﹐《燃料電池於機電整合的技術挑戰及核心能耐》(北科大電機所2010/04/28演講) ‧游李興﹐《從台灣的核心能耐看燃料電池的進入策略(集中→差異≒利基 →主流)…以
EnerMaster商品為例》(大華技術學院2010/06/17/演講) ‧游李興﹐《燃料電池於備援電力的市場困境與轉戰策略…》(明新科大2010/10/12/演講) ‧游李興﹐《陶瓷…燃料電池的終結者﹖》(吳鳳科大2010/10/28演講) ‧游李興﹐《燃料電池三大應用&困境&轉型…》(北台科技學院2010/11/23演講) ‧游李興﹐《甲醇燃料電池技術發展及其應用轉型…》(北科大電機所2010/12/29演講) ‧游李興﹐《可攜式燃料電池三大技術發展、市場困境、應用轉型…》(清大工科所)2011/3/9演講) ‧游李興﹐《初探燃料電池車的發展及其困境與轉型…》(東華大學電機所2011/3/4演講) ‧游李興﹐《瓦斯燃料電池技術發展及其應用轉型…》(清大管科所2011/3/31演講) ‧http://enermaster.blogspot.com/(EnerMaster部落格) ‧http://enermastervip.blogspot.com/(EnerMaster部落格VIP專屬) ‧http://www.youtube.com/EnerMasterFilm(EnerMaster演講錄影) ‧http://www.slideshare.net/EnerMaster(EnerMaster演講簡報檔) ‧http://issuu.com/enermaster(EnerMaster演講簡報檔) (p.5)
(p.6)
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/03/03)
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Rational演講內容(來源&分享@網站)
OUTLINE ☉FC架構:
‧黃鎮江﹐《綠色能源》(全華科技2008/05/)
‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration
‧石井弘毅﹐《圖解燃料電池》(世茂出版2008/09/)
☉FC種類:
‧游李興﹐《 燃料電池商品化分工(專輯)》(工商時報2009/03/～2009/09/主筆…目前已發行5期﹔
‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)
預計共12期)
☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫
‧http://enermaster.blogspot.com/(EnerMaster部落格)
‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)
‧http://enermastervip.blogspot.com/(EnerMaster 部落格VIP 專屬)
☉定置型FC: PEMFC、RMFC、 RGFC、SOFC(1kW~100kW)
‧http://www.youtube.com/EnerMasterFilm(EnerMaster演講錄影 )
‧PEMFC@UPS：高壓氫(迅速! 安全? 昂貴?)、少用&急開(減損FC壽命) ‧1kW家用RGFC@CHP： 45%熱(節能) +35%電(減碳≒28%) ‧SOFC：1kW家用@CHP≒40%熱+ 45%電；100kW電廠≒複合發電(60%)>熱 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)
‧http://www.slideshare.net/EnerMaster(EnerMaster演講簡報 檔) ‧http://issuu.com/enermaster(EnerMaster演講簡報檔)
☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧DMFC(1~10W~100W)技術：無法延伸(核心能耐)@RMFC ‧RMFC(100W~1kW)技術：可延展到RGFC(1kW~100kW)然後引進SOFC ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP
☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)
☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/02/)
(p.7)
(p.8)
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FC應用:1W~10W~100W~1kW@身邊、 10kW~100kW~@分散
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】
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FC受矚目的理由(1)範圍、效能、熱回收
(p.9)
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FC受矚目的理由(2) 熱回收 vs.火力發電
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】
(p.10)
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FC受矚目的理由(3) 排放(NOx、SOx) ≒零
(a) 火力發電 (如：最尖端的大型高效率系統) (b) 燃料電池(如：NG重組型的小型廢熱利用)
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】
(p.11)
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】
(p.12)
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FC受矚目的理由(4) 電池能量&壽命&充電
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FC系統－系統架構 & 技術分工 (1)合金氫罐
BOP (熱與水管理)
(2)高壓氫瓶 (3)加水產氫 (4)改質製氫FP (Fuel Processor)
EMS (電能管理) 餘熱回收 餘水回收
熱管理 水管理
(燃料處理器)
Integration (整合)
Stack(燃料電池堆) Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【 Taiwanese battery companies, ITRI, by Digitimes 2007/6 (PSI.com.tw)】
(p.13)
(p.14)
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台灣氫能與燃料電池產業「專業分工」嗎？
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(NanYaPCB)PEMFC(H2FC)500W(4/4) ITEM BOP LCD panel (not include) Battery (not include)
Detail
SPECIFICATION H2 Leakage
Sensor
O2 STACK Voltage, Current, Fault indication
(not included ; optional)
12V40Ah (recommend )
Items
*南亞電 *碧氫 Source: rational@enermaster.cm.tw (2010/12/) (工業材料)200907p051(曹芳海@ITRI能環所)燃料電池技術專題導言：燃料電池產業蓄勢待發
(p.15)
500W H2FC
1.Dimension
320(L)X670(W)X400(H)
2.Weight
30kg
3.Power Output
Nominal: 500W
4.Output Voltage 5.Operation Temperature. Source: http://www.greenergy.nutn.edu.tw/fuelcellcarracing/download.htm (2010/03/12)
24 VDC
3℃~40℃ (p.16)
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PEMFC_MEA(膜電極組)→Cells→Stack
STACK… 12V & 24V 4cm
4cm
8cm
5cm
5cm
Single Cell
4cm
0.6V, 10A = 6W 20cm2 @ 500mA/cm2
5cm
串聯 2 Cells 1.2V, 10A = 12W
0.6V, 20A = 12W 40cm2 @ 500mA/cm2
Stack
Fuelcell.swf Source: www.sglcarbon.com Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】
(p.17)
串聯 20 Cells 12V, 10A = 120W
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直流轉換器可用於將燃料電池的可變化的I-V 曲線行為轉變為一固定的電壓輸出
串聯 20 x 2 Cells 24V, 10A = 240W
串聯 20 Cells 12V, 20A = 240W
(p.18)
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H2高壓700Bar(100L)時FCV方可駛500公里 ≒60kL 1/1000 ≒2wt.%(250Kg) 1/400
@-253℃ ≒70Kg
1/300
@250~350ATM ≒200L
Source: rational@enermaster.com.tw (2008/10/); (全華圖書)200810(RyanO'Hayre)燃料電池基礎(09)燃料電池系統介紹
(p.19)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(05)汽車用FC】
(p.20)
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跨過700Bar門檻的高壓儲氫(能量密度)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】
(p.21)
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由化石燃料(甲醇,甲烷)等取得H2 (~70%)
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(04)取得H2的方法】
(p.23)
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氫的能量密度 …(常壓)甲醇(兩者)都OK
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(6)打造一個氫能社會】
(p.22)
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甲醇: 起動性佳@部份氧化法(+水蒸氣重組法=自熱)
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(04)取得H2的方法】
(p.24)
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製氫(~70%)的SR(蒸氣重整)法…H2O回收!!
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/3/) 【(全華科技)200808(SCE.Net)圖解新能源百科(6)能源利用的新技術】
(p.25)
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將CH4(甲烷)SR改質(重整)成H2的改質器
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製氫(~50%)的POX(部分氧化)法&其它…
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/3/) 【(全華科技)200808(SCE.Net)圖解新能源百科(6)能源利用的新技術】
(p.26)
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天然氣(CH4)SR(水蒸氣重整)製氫&熱(吸&放) 空氣
☉脫硫反應﹕ ‧C2H5SH+H2→C2H6+H2S﹐△H=-70.2kJ/mol ‧H2S+ZnO→ZnS+H2O﹐△H=-76.6kJ/mol ☉改質反應： ‧蒸氣改質反應﹕CH4+H2O→CO+3H2﹐△H=206KJ/mol ‧水氣轉移反應﹕CO+H2O→CO2+H2﹐△H=-41kJ/mol
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/3/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
(p.27)
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/3/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】(p.28)
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天然氣(CH4) POX(部分氧化)製氫&熱(吸&放)
天然氣(CH4) ATR(自熱重整)製氫&熱(吸&放)
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/3/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】(p.29)
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/3/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】(p.30)
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BOP(熱&水平衡)≒3熱交換器、2蒸氣分離器
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/3/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(03)FC的構造】
(p.31)
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天然氣(CH4)SR製氫&發電&熱(吸&放)CHP(熱&電)
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/3/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】(p.32)
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Integration: FC流程的控制系統&主要項目
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(03)FC的構造】
(p.33)
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Integration: FC保固&活化&監控@遠端
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(03)FC的構造】
(p.34)
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1W~100kW@PEMFC、1kW~100kW@SOFC
OUTLINE ☉FC架構: ‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration
☉FC種類: ‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)
☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫 ‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)
☉定置型FC: PEMFC、RMFC、 RGFC、SOFC(1kW~100kW) ‧PEMFC@UPS：高壓氫(迅速! 安全? 昂貴?)、少用&急開(減損FC壽命) ‧1kW家用RGFC@CHP： 45%熱(節能) +35%電(減碳≒28%) ‧SOFC：1kW家用@CHP≒40%熱+ 45%電；100kW電廠≒複合發電(60%)>熱 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)
☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧DMFC(1~10W~100W)技術：無法延展到RMFC ‧RMFC(100W~1kW)技術：可延展到RGFC(1kW~100kW)然後引進SOFC ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP
☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)
☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) (p.35)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】
(p.36)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
PEMFC構造和發電原理
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
PEMFC的PEM之Nafion結構…保濕!?
(p.37)
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影響PEMFC性能因素：Pt、CO、H2O&溫度
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
(p.38)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
PEMFC複合碳板及流場板(黏貼於MEA)↓
0.4W(cm^2)
0.4mg(cm^2)
(p.39) Source: rational@enermaster.com.tw (2010/10/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】
Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC
(p.40)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
PEMFC雙極板流場設計範例↓ (a) 平行流道
(b)蜿蜒流道(雙流道) (巴拉德專利設計)
(c) 對稱蜿蜒流道 (通用汽車專利設計)
(d) 指叉型流道
(e) 網格型流場
(f) 金屬網流場
Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC
PEMFC-Cell-內加濕 (vs.外加濕)
(p.41)
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PEMFC-Stack內置散熱雙極版
Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC
(p.42)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
DMFC運作原理
(p.43)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】
(p.44)
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DMFC的地雷: 直接得6H+,但需牽引18H2O
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每1kW的DMFC和PEMFC白金(各需100g和1g)
甲醇:6~10v% 陽極H2O濃度高 A→C的H2O極多
0.4W (cm^2)
0.4mg (cm^2)
耗能: 1 不斷排出CO2
0.04W (cm^2)
2.升溫到60℃ 3. 送回1+18H2O
4.0mg (cm^2)
‧陽極：CH3OH + H2O →CO2 + 6H+ + 6e– ‧陰極：3/2 O2 + 6H+ + 6e– →3H2O ‧A→C: 6(H+)x 3H2O=18 H2O﹔∴必須回收19/21(~除濕?) Source: rational@enermaster.com.tw (2007/11/); (EnerMaster)200710(p118)直接甲醇FC技術的發展(康顧嚴)
(p.45)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(SFC.de)DMFC的25,65,90W 都23L約9kG (保固4.5kH)
Source： rational@enermaster.com.tw (2010/06/08)【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】
(p.47)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (五南出版)燃料電池…原理與應用(衣寶蓮)2005/03 (05)DMFC
(p.46)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
FC電極材料…PAFC、MCFC、SOFC
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/03/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
(p.48)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
MCFC工作原理
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
MCFC熱模組
(p.49)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
SOFC工作原理
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
(p.50)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
SOFC構造
(p.51)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
(p.52)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
西門子西屋SOFC/GT複合發電站
化石燃料與燃料電池的供給關係
(p.53)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
燃料中雜質組成成份對燃料電池性能的影響 氣體種類 H2 CO
AFC 燃料 毒氣
燃料
PAFC
CH4
毒氣
稀釋劑
CO2 & H2O S (H2S &COS)
毒氣 有毒
稀釋劑 有毒 (質量分數為 <50ppm)
毒氣(<0.5%)
PEMFC 燃料
MCFC 燃料
毒氣(可逆) (<20ppm) 稀釋劑
燃料a
稀釋劑 目前研究較少
稀釋劑b 稀釋劑 有毒 (質量分數為 <0.5ppm)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(p.54) Source: rational@enermaster.com.tw (2010/10/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
煤可作為高溫型FC的原燃料
S OFC 燃料 燃料 燃料 稀釋劑 有毒 (質量分數為 <1.0ppm)
a≒CO 與H2O 發生水蒸氣 轉換反應轉化為H2 和CO2 的速率﹐以及CH4 與H2O 發生水蒸氣 重整反應產生CO 和H2 的速率快於CO 直接在電極催 化劑上發生反應的速率。 b≒MCFC 內重整 燃料。
(p.55) Source: rational@enermaster.com.tw (2010/10/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(04)取得H2的方法】
(p.56)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
FC運轉溫度的差異造就不同特徵
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(02)FC的原理與特徵】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
PE(M)FC (可M&G)、SOFC(免Pt,可CO)
(p.57)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
(p.58)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
可攜式FC: 1W@手持、10W@隨身、100W~1kW @手提
OUTLINE ☉FC架構: ‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration
☉FC種類: ‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)
☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫 ‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)
☉定置型FC: PEMFC、RMFC、 RGFC、SOFC(1kW~100kW) ‧PEMFC@UPS：高壓氫(迅速! 安全? 昂貴?)、少用&急開(減損FC壽命) ‧1kW家用RGFC@CHP： 45%熱(節能) +35%電(減碳≒28%) ‧SOFC：1kW家用@CHP≒40%熱+ 45%電；100kW電廠≒複合發電(60%)>熱 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)
☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧DMFC(1~10W~100W)技術：無法延伸(核心能耐)@RMFC ‧RMFC(100W~1kW)技術：可延展到RGFC(1kW~100kW)然後引進SOFC ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP
☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)
☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) (p.59)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】
(p.60)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Portable FuelCell (2005-2010) Unit Shipments ☉2010 has seen a rapid increase in the number of unit shipments over 2009, with almost ten times the units shipped in 2009. ‧Note that this is largely due to the substantial increase in shipments of educational fuel cell units (including fuel cell toys), which exceeded 100,000 units in the past year. ‧This reflects the aggressive building of market share that has occurred by the likes of Horizon and Heliocentris.
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
可攜式燃料電池為成長最快速的FC市場 ☉MarketResearch 於2010年9月公布了SBI的燃料電池產業研究報告「Fuel Cell Technologies Worldwide」，報告中預測 ‧2010燃料電池的市場將會達到五億九千八百萬美元 ‧並於2014年 成長至12億 美 元 ， ‧而在過去幾年燃料電池市場的年複合成長率(CAGR)也達到20%。 ‧而美國 和日本 去年為此市場之龍頭。 △而關於燃 料 電 池 電 動 車 的市場，各方專家的意見較為分歧， ‧有人認為燃料電池電動車最快要到2030年 才會普及， ‧但有些人認為到2015年 燃料電池電動車就可以達到普及化。 ☉可 攜 式 燃料電池為成長最快速 的部分，但有很多成長的來源為玩具 或 是教育性質 的低 瓦 數 燃料電池，例如：燃料電池遙控車 或是組合車 等。 ‧但是目前需求市場最大是燃料電池發 電 系 統 。
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/10/) 【 (FuelCellToday.com)2010PortableFuelCellAnalysis】
(p.61)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)Fuel
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【2010/09/(MarketResearch)Fuel Cell Technologies Worldwide (SBI)】
(p.62)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY-Pro)GSM-2、GSM-GPS-2
甲醇燃料桶特點： •超高能量密度~ 1100Wh/kg •安規認證 •5年以上的保存期 •全球均有供應佈點(??)
Source： rational@enermaster.com.tw (2010/06/08)【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】
(p.63)
Source： rational@enermaster.com.tw (2010/06/08)【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)201005】
(p.64)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IWEI.com.tw)超級電匠(露營&電動工具)
Source：rational@enermaster.com.tw(2010/06/17)【(IWEI.com.tw)超級電匠(100~300W)DC12~24V(9~18~22~40AH)(AC110V)】 (p.65)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
SFC-A25:25~80W,9.7Kg,1.5L/kWh
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(可攜式) RMFC優於 Solar、Battery、發電機
Source：rational@enermaster.com.tw(2010/06/08)【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)PK】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
SFC-A50:50W, 6.0Kg, 1.1L/kWh
The all-in-one power solution
The high-performance System for long term
High flexibility and portability
operation in remote and vehicle applications.
Nominal Power: 50 W Weight: 6,0 kg Av. fuel consumption: 1,1 l/kWh Temperature range: -20° to + 40°C Noise Level: 38 db(A) Full compatibility to existing battery powered systems. Automatic Recharge of batteries Data interface for remote control Fuel gauging Standard Cartridges with 2.5, 5 and 10 Liter
Nominal Power: 25 W Peak Power: 80 W Weight: 9,7 kg Av. fuel consumption: 1,5 l/kWh Temperature range: -20° to + 40°C Noise Level: 40db (A) Various operation modes Direct Power Automatic recharge of batteries
Fuel gauging Compartment for 2,5 Liter Cartridges Source： rational@enermaster.com.tw 【 (SFC.de)200412(Manfred_Stefener)Portable Direct Methanol Fuel Cell Power Units】
(p.66)
(p.67)
Source： rational@enermaster.com.tw 【 (SFC.de)200412(Manfred_Stefener)Portable Direct Methanol Fuel Cell Power Units】
(p.68)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY)Installation
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY)RV@Travel
1≒下層或邊緣空間 2≒沙發座位下方 3≒底部儲存空間
Source：rational@enermaster.com.tw(2010/06/08)【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)Installation】
(p.69)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Source：rational@enermaster.com.tw(2010/06/08)【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)RV@Travel】
(p.70)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(SFC.de)DMFC(udomi.de)90W(EFOY-PRO)Hybrid
(SFC.de)DMFC(udomi.de)(EFOY)WH@Loder
△One for all – charges 12V and 24V batteries EFOY-PRO is compatible with 12V and 24V batteries. ▽The integrated charge control system identifies battery voltage and automatically adjusts the charging voltage.】 Source：rational@enermaster.com.tw(2010/06/08)【(SFC.de)DMFC(udomi.de)DM(EFOY-PRO)WH@Loder】
(p.71)
Source： rational@enermaster.com.tw (2010/06/08)【 (SFC.de)DMFC(udomi.de)90W(EFOY-PRO)Series】
(p.72)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
德國SFC認為DMFC vs. LIB
德國SFC產品技術的Roadmap SFC’s proven technology allows significant miniaturization and cost reduction
Volume, Weight, Cost
Li-Ion Battery including Charger and Cables
Weight, Volume, Cost
Li-Ion Battery
Mobile Office
DMFC
P
M
Path of best technology M
P
Power Boy, Laptop DVD-slot
P
~ 50 Wh
~ 200 Wh
2003
Energy [Wh]
Source： rational@enermaster.com.tw 【 (SFC.de)200412(Manfred_Stefener)Portable Direct Methanol Fuel Cell Power Units】
(p.73)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W_Demo
Source：rational@enermaster.com.tw (2011/03/) 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】
(p.75)
2004
2005
Camcorder
2006
2007
Year
Source： rational@enermaster.com.tw 【 (SFC.de)200412(Manfred_Stefener)Portable Direct Methanol Fuel Cell Power Units】
(p.74)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W_Pack
Source：rational@enermaster.com.tw (2011/03/) 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】
(p.76)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W_SPEC
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W_Market
1Kg 40%估計=120W*4H
Source：rational@enermaster.com.tw (2011/03/) 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】
(p.77)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(p.78)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Casio-RMFC-4W-Device Config.
Casio-RMFC-(micro-reactor) Schematic
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/11/); J Power Sources 2005 (V145) p0691~696 (Casio)
Source：rational@enermaster.com.tw (2011/03/) 【(Hitachi)DMFC(UK-CPI)120W=7A@DC16.8V,11L,7Kg@Dry,1Kg@Fuel】
(p.79)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/10/); FC Seminar at Hawaii (2006/11/13~17) by CASIO
(p.80)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Casio-RMFC-4W-System Schematic
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/10/); FC Seminar at Hawaii (2006/11/13~17) by CASIO
Casio-RMFC-4W-Reformer~Thermal
(p.81)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
UC-RMFC-XX25 72 Hour (vs. BB2590)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (UltracellPower.com)RMFC-XX25
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/10/); FC Seminar at Hawaii (2006/11/13~17) by CASIO
(p.82)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
UC-RMFC-MS25~8500Wh (vs. LAB)
(p.83)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (UltracellPower.com)RMFC-XX25
(p.84)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Ultracellpower-RMFC@NB-LIB(2)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
CN1846324(Fig.6)RMFC含H2回收 燃料電池系統 440
燃燒用甲醇供應管線 27 發電用甲醇供應管線 29
燃料處理器(15)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (Ultracellpower.com)RMFC-XX25(Partnership)2006/06/08
(p.85)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：SPEC Parameter ‧Power output ‧Voltage
Source: rational@enermaster.com.tw (2008/01/15); (Ultracell)F01=F02(CN1846324)高效微燃料電池系統和方法
(p.86)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
IdaTech﹕Ballard的Stack、RMFC (iGEN)、PEMFC
Value ≒250 W ≒DC 12 or 24 V
☉IdaTech (美國﹕PEM) www.idatech.com ‧Idatech 生產［甲醇］重整器［RMFC(iGEN)］﹐也是燃料電池系統集成商。 ‧公司與 Ballard 公司就電池堆達成了協議。 ‧該公司生產的 ElectraGen 系列設備既是一種運行時間更長的關鍵備用電源﹐也可以用 作偏遠地區的電源。
‧Battery type ‧Electrical Turn Down ‧Fuel Consumption at Rated Power
≒Lead Acid ≒5:1 < 420 mL/hr < 15 min ‧Start-Up Time ‧Fuel consumption per Start (to online) < 130 mL ‧DC to DC Converter Efficiency > 92% > 20% ‧Overall System Efficiency * ‧High temperature operation ≒50℃ ‧Low temperature start- up ** ≒-20℃ ‧Altitude (without derating) ≒0 to 2000 m ‧Noise (7m) <▲dB Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W(18Kg,15Min)】
燃料電池(20)
☉Idatech 公司是去年的大贏家﹐贏得了為印度SCME 集團提供 30000 台 5k瓦 UPS 系 統的大單。 ‧2009 年交付的首批訂單有 310 套系統﹐ ‧2010 年初還將部署 9690 套系統﹐2011 至2013 年還可能部署額外的 20000 台設備。 ☉根據該協定﹐IdaTech 還將與 ACME 集團成立合資企業﹐以便在印度建立一個低成本 的生產基地。 ‧該協議規定﹐在 2010 年初全面部署之前﹐IdaTech 和 Ballard 公司必須讓系統達到特 定的設計和性能標準。 ☉在認證方面﹐該公司的ElectraGen XTi 取得了 CE 和 CSA 認證﹐ElectraGen 取得了 CE、ANSI/CSA FC 1 認證﹐以及 NEBS 3 級認證。 (p.87)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/10/) 【 (FuelCellToday.com)Small Stationary Survey 2009】
(p.88)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：Charger
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：Applications(1) ◎iGen™ system provides backup power to critical applications: ‧Backup the electric grid ‧Backup PV or other primary power system ‧Battery charging ◎Ideal for: ‧Natural disaster ‧Inclement weather ‧Construction ‧Permanent or temporary installation
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W(18Kg,15Min)】
(p.89)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：Applications(2)
(p.90)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：Advantages(1) ‧Maintains battery health ‧Simple installation ‧Very low maintenance ‧Very compact, especially compared to additional PV or batteries ‧Efficient, quiet operation ‧Not dependent on sunlight or wind ‧HydroPlus liquid fuel ‧Powerful controls, interface options, and monitoring
◎On grid backup power including: ‧Low power telecom stations ‧Signaling ‧Sensing / telemetry ‧RFID monitoring ‧Controllers ‧Motors ◎Backup to PV arrays or other primary power source
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W: FuelCellSystemforBackupPower】
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W: FuelCellSystemforBackupPower】
(p.91)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W: FuelCellSystemforBackupPower】
(p.92)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：BPS
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：Testing(1) ◎Demonstrated reliability for backup to grid connected applications ‧Components, modules, & systems cumulative testing for 10k of
hours & cycles ‧High humidity, low humidity ‧High temperatures, low temperatures ‧Wind, rain, sun, snow conditions
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W: FuelCellSystemforBackupPower】
(p.93)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：Testing(2)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W: FuelCellSystemforBackupPower】
(p.95)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W: FuelCellSystemforBackupPower】
(p.94)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：Comparison
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W: FuelCellSystemforBackupPower】
(p.96)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(IdaTech)RMFC(iGen)250W：Installations
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/07/) 【(IdaTech.com)RMFC(iGen)250W: FuelCellSystemforBackupPower】
(p.97)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Future Outlook of SOFC by NanoDynamics
Source: Ratoinal@EnerMaster.com.tw (2007/07/01)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
NanoDynamics- SOFC-Revolution 50H Hybrid
Source: Ratoinal@EnerMaster.com.tw (2007/07/01)
(p.98)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
NanoDynamics-SOFC-NDRevolution-50H
(p.99)
Source: Rational_You.LS/EnerMaster (2006/12/22)
(p.100)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Mesoscopic MesoGen-SOFC-250W 項目 Weight / Size
Power
Operational Condition
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BMW以車用APU所開發的500W小型SOFC
說明／內容 備註／其它 ‧Dry weight: 4.3 kg (9.5 lb) ‧Wet weight : 13.2 kg (29 lb) (for 5 days at full power) (120Hrs) (Rational: Fuel 9Kg≒ 250Wx120Hrs=30kWh) ‧Converter Size : 152x254x305 mm (6x10x12 inches) ‧Volume : 12 liters ‧System Specific Energy : 2280 Whr/kg (120 hour run time) ‧Fuel : Sulfur-Free JP-8 or Propane (丙烷) ‧Fuel Specific Energy : 3880 Wh/kg fuel (10.6 liters kerosene for 5 days) ‧Nominal Load Voltage : 25 V (22 to ‧Net User Power : 250 W Average 28 V Unregulated ) ‧Startup Time : <15 minutes (to ‧Nominal Delivered Current : 11 A 50% Power) ‧Altitude : 0~10,000 ft (0~3050 m) ‧Ambient Temperature Range : (derate by 3%/1000 ft above 2000 20~60 ℃ ft ) ‧Operational Orientation : ±45° from vertical
Source: Rational_You.LS/EnerMaster (2006/12/22) MesoscopicDevicesLLC(Datasheet)MesoGen-SOFC-250W(Military battery charger) 2005/
(p.101)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(05)汽車用FC】
(p.102)
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低溫SOFC(1)微蜂巢結構-2
低溫SOFC(2)長1cm圓筒型-2
☉結果，在基材的孔壁上形成厚度20μm的電解質膜與厚度10μm的NiO-GDC層，而具備 燃料電池功能。 ‧經過該SOFC的發電測試，在700℃當中的功率輸出密度為230mW/cm2，以LSM-GDC系 SOFC而言，已具備全球最高 (?)發電性能。
☉該所計劃在1cm3大小的面積內，集積約100 支的單電池，成為一個約方糖大小 的燃料電池，在工作溫度500℃下具有7W的輸出功率。
◆圖﹕圓筒型的 SOFC…直徑 1.6mm、直徑 0.8mm
◆圖﹕錳系 Perovsky 材料(LSM) 微蜂巢結構示意圖
資料來源：產業技術總合研究所
資料來源：產業技術總合研究所 Source: rational@enermaster.com.tw (2007/08/); (Materialsnet)VIP(2007/02/26) SOFC材料及其研發概況
(p.103)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/08/); (Materialsnet)VIP(2007/02/26) SOFC材料及其研發概況
(p.104)
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低溫SOFC(3)圓扁平狀與波浪狀-1
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低溫SOFC(4)可降低內阻的反應抑制層
☉美國Siemens Power Generation公司在2006 年11 中旬於美國召開的「2006 Fuel Cell Seminar」中，就具備高輸出功率密度的SOFC為題發表講演。 ☉講演中提及該公司開發的不是圓筒型SOFC單電池，而是在將圓筒形狀壓為扁平狀的 剖面配置4 支支架(Rib)而為5 個通道(Channel)的「HPD5」和配置9 支支架而為10 個通道的「HPD10」SOFC(圖◆)。 ‧這樣的設計，其反應面積較圓筒型大，自然具備更高的輸出功率。 ‧具體而言，「HPD5」的輸出功率達280mW/cm2，「HPD10」則達330mW/cm2。 ☉另外，該公司亦開發在波浪狀剖面配置有9 個通道的「DELTA-9」SOFC。
☉2005 年10 月初，TOTO公司發表其利用獨家的陶瓷技術所研發出來的SOFC。該SOFC的最大 特色是在其電解質層與燃料極之間，另外設計有反應抑制層存在。 ‧電解質所用的是鑭鎵系陶瓷((LaSr)(GaMg)O3)，反應抑制層則是使用鈰系陶瓷 ((CeLa)O2)。 ‧鑭鎵系陶瓷能在500℃溫度中工作，而增加反應抑制層設計則可防止與鎳起反應，讓電池 內阻減少1/2。 ☉TOTO 發表的SOFC 電池組(如↓圖◆)是由數十支外形尺寸為直徑5mm、長度50mm 的單電 池所組成的。其功率輸出在500℃為28W、600℃為37W。
◆圖﹕有反應抑制層設計的 SOFC 電池組
◆圖﹕圓扁平狀的 SOFC
資料來源：TOTO
資料來源：日經BP 社 Source: rational@enermaster.com.tw (2007/08/); (Materialsnet)VIP(2007/02/26) SOFC材料及其研發概況
(p.105)
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案例VollerEnergy-PEMFC-ABC(2006) 項目 Dimensions Weight Power Output
Operational Temperature Range
說明／內容 ‧38cm x 30cm x 20cm. ‧9 kg ‧70 Watts Maximum @ 13.8V DC max ‧AC: 65W (200W@ Peak) ‧DC :70W (200W@ Peak) ‧USB 1.5W ‧5~40 ℃ ‧system is equipped with a frost sensor which, provided the system is in standby mode, >>monitors the outside temperature and >>switches the system on automatically if the temperature falls below +2°C.)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/08/); (Materialsnet)VIP(2007/02/26) SOFC材料及其研發概況
(p.106)
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VollerEnergy-PEMFC-ABC(2006)外觀
備註／其它 (=22.8L) ‧65 Watts Maximum AC 230V / 110V (0.28 / 0.59A) 13.8VDC (5 A) 5VDC (300mA)
Source: Rational@EnerMaster.com.tw (2006/12/22) VollerEnergy(Datasheet)PEMFC-ABC(=Automatic Battery Charger)
(p.107)
(p.108)
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VollerEnergy-PEMFC-ABC(2006)實體配置 控制電路板 操控顯示面板
DC12V Battery
循環水冷式 風扇散熱器
遠距遙控介面 DC 12V輸出 DC 5V輸出 電池充電孔
AC 110V輸出
VollerEnergy-PERMFC-ABC-Canister 項目 Ovonic Solid Hydrogen Storage Portable Canister 20G555B For Voller-ABC & VE100
散熱水箱 氫氣進口
PEMFC Stack (發 電堆) DC 12V, 70W
排水出口
空氣加濕器
DC/DC Converter
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說明／內容 ☉Technical specifications: ‧Diameter≒2.5 in. / 6.4cm ‧Length≒12.3 in. / 31.1 cm ‧Weight≒4.8 lbs. / 2.2 kg ‧Storage temperature≒-20~130°F／ -29~54°C ‧Operating temperature≒32~167°F／0~75°C ‧Re-filling≒Charges in approximately 2 hours at 250psig In flowing ambient air. ‧Hydrogen storage capacity, nominal≒18 grams / 201 std. liters (condition dependent) ☉Typical performance at 20°C, continuous operation:
備註／其它
空氣泵浦 DC/AC Inverter
(Actual appearance may vary)
Source: Rational@EnerMaster.com.tw (2006/12/22) (p.109)
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VollerEnergy-RGFC-800W(1)
VollerEnergy-PEMFC-RBC (2006)i 項目 Case
Fuel
(p.110)
VollerEnergy(Datasheet)PEMFC-ABC(=Automatic Battery Charger)
說明／內容 備註／其他 ‧The Voller Remote Battery Charger (RBC) is an industrial fuel cell system designed to be mounted within a rack mount case enclosure occupying 4U of space. ‧The Voller RBC is designed to manually or automatically charge batteries. It is powered by hydrogen gas which ‧from a normal hydrogen cylinder， can be supplied in two ways： available from any compressed gas supplier，which can be connected ‧a Voller Energy refillable cylinder externally. which is mounted within the product or ‧The system can be accessed via modem to determine fuel level， operational & battery condition statistics with the software provided.
項目 Features
說明／內容 ‧Uses propane，LPG or butane ‧12V DC output for charging batteries ‧ Selectable fully automatic recharging ‧Extended temperature range ‧Diagnostics software / cable and manual supplied free of charge ‧Remote diagnostics via modem available ‧Systems parameters can be userdefined ‧Clear back-lit LCD interface
Benefits
‧Fully integrated for ease of use ‧Switch on whenever you wish ‧Quiet & compact ‧No toxic emissions
備註／其他
‧Simple user interface ‧Environmentally friendly ‧Efficient ‧Fit and forget
Source: Rational@EnerMaster.com.tw (2006/11/) VollerEnergy(Datasheet)Fuel Cell Remote Battery Charger (RBC)
(p.111)
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (VollerEnergy)RFC by LPG (2006/12); 能源館 (www.energystore.com.tw)
(p.112)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
VollerEnergy-RGFC-800W(2) 項目 Dimensions Weight Power Output Operational Temperature Range Fuel & Runtime
Emissions & noise level
VollerEnergy-RGFC-800W(3)
說明／內容 備註／其他 ‧40cm x 40cm x 60cm ［≒96L］ ‧60 kg ‧800W Maximun @ DC12V ‧Maximum output 50 A ‧1kW Thermal for Space Heating ‧+5~40 ℃ ‧monitors the outside temperature and switches the system on ‧system is equipped with a frost automatically if the temperature falls sensor which，provided the below +2℃ system is in standby mode， ‧Commercial grade propane，butane ‧Note：maximum of 5 parts per or LPG which is then reformed by million (ppm) of CO. the system to produce 99.99% pure hydrogen ‧A 9kg or 201b propane canister will ‧9kWhs or 750 Amp hours ‧14.400 Wh/day or 1.200 Ah/day provide： ‧CO very low (< 20ppm) ‧NOx very low (<25ppm) ‧SOx zero (all captured by system) ‧Sound <60dB@ 1m
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (VollerEnergy)RFC by LPG (2006/12); 能源館 (www.energystore.com.tw)
(p.113)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
VollerEnergy-RGFC-800W(VE600SR) ☉Voller has already released technology based on a 1kW steam reforming system that uses commercially available standard Calor Gas, liquefied petroleum gas (LPG) or propane. ‧This system was successfully demonstrated in a mobile Groundhog 360 welfare cabin, manufactured by GenQuip PLC. ‧In addition this system has been installed in a Beneteau 411 sailing cruiser.
Source: rational@enermaster.com.tw 2007/09/24 (VollerEnergy) Voller Collaborates with the University of Cambridge to Develop a Diesel, Bio-diesel, Kerosene and JP-8 Fuel Reformer
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(p.115)
項目 Software
Support & Maintenance
System. Safety Management
Approvals Inlet／Vents
說明／內容 備註／其他 ‧All software is supplied as standard ‧Updates are available via an RS232 serial port，via a local computer or a modem. ‧First 12 months warranty free of ‧Optional connection through local charge. VPN and TCP/IP link. ‧Remote diagnostics available via ‧Diagnostic cable & software. Included integrated RS232 serial port and free of charge. modem (modem not supplied). ‧Modem Cable available at a charge. ‧In the unlikely event that a hydrogen ‧The microcontroller will automatically manage the system leak is detected，the unit will shut and warn on certain failure down，however it is essential that conditions. adequate ventilation exists in any ‧The AC supply can be switched off installation. using the menu and selection buttons. ‧TUEV；GL；CE (LVD，EMC， ‧Made in the UK GAD，MD). ‧VE600SR is designed as a sealed >> it takes air from an inlet，and system that means vents flue (煙道；暖氣管) gas to the outside.
Source: rational@enermaster.com.tw (2007/07/01); (VollerEnergy)RFC by LPG (2006/12); 能源館 (www.energystore.com.tw)
(p.114)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
VollerEnergy-RGFC-800W(Emerald) VollerEnergy改質瓦斯燃料電池Emerald
Source: rational@enermaster.com.tw 2007/09/24 (VollerEnergy)
800W的Emerald應用於住宅／工地
(p.116)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Matsushita)F07(US6183895)Fig.14 (250W)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
案例TOSHIBA的RGFC自動販賣機(冷&熱)
Source: rational@enermaster.com.tw (2008/09/); (Matsushita)F07(US6183895) 燃料電池發電系統
(p.117)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
搭載FC的自動販賣機≒電700W+熱300W
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】
(p.119)
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】
(p.118)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW-Power Module
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.120)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_Installation
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_SystemSchematic ?+H2O水回收槽 +H2的MFM
?+Air的MFM +Air的Filter
?+O2感測
?+Humidity感測
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.121)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_Component (1)
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.123)
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.122)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_Component (2)
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.124)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_OP-States
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_ControlSystem Table 1: Transmitted Status, Warning and Alarm Codes
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.125)
Status Codes
Warning Codes*
‧Standby Starting ‧Running Warning ‧Normal Shutdown ‧Failure Shutdown ‧Non-Restartable
‧No Warnings ‧High Fuel Cell Stack Temperature Warning ‧Low Fuel Cell Stack Voltage Warning ‧High Fuel Cell Stack Current Warning ‧Low Fuel Pressure Warning ‧Fuel Leak Warning ‧Low Oxygen Concentration Warning ‧Low Purge Cell Voltage Warning ‧*Multiple warnings are indicated concurrently
‧Normal Operation ‧High Fuel Cell Stack
Temperature ‧Low Fuel Cell Stack Voltage ‧High Fuel Cell Stack Current ‧Low Cell Voltage ‧Low Fuel Pressure ‧Fuel Leak Detected ‧Low Oxygen Concentration ‧Low Ambient Temperature ‧Low Purge Cell Voltage ‧Low Battery Voltage ‧Startup Time Expired ‧Self Test Fault ‧Software Fault
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_Main Screen
Alarm (Failure) Codes
(p.126)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_SPEC@Product OUTPUTS Requiremen Definition Quantity Power Rated Power Capacity at Standard Conditions, BOL 1200 W (Note 1) Voltage Operating voltage range 22 V to 50 V Voltage at Rated Power 26 V Start-up Time Minimum time to achieve Rated Power f 2 minutes a Cold Start condition Emissions Noise Maximum noise emission at 1m 72 dBA Water Maximum quantity of liquid water produc 870 mL/hr at Rated Power﹕ Physical Dimensions 56 x 25 x 33cm L x W x H ［46L≒］ Lifetime
Mass Operating Life
Total system mass 13 kg Minimum number of operating hours befo 1500 hours
Cyclic Life
Minimum number of start-up & shut-dow 500 cycles before EOL Minimum storage (non-operation) before 2 years
EOL
Shelf Life
EOL Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.127)
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.128)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_LifeTime
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(Ballard)PEMFC(NEXA)1kW_Planned Maintenance Component Nexa™ power module Air Filter Humidity Exchanger
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
(p.129)
Action Exercise/Rejuvenate Replace Replace
Frequency 2 – 3 Months 500 Hours 800 Hours
Source：rational@enermaster.com.tw (2010/12/) 【(Ballard.com)PEMFC(NEXA)1kW(PowerModule)(UserManual)200306】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
(p.130)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
燃料電池@車≒遠離塵囂家園的發電機
OUTLINE ☉FC架構: ‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration
☉FC種類: ‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)
☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫 ‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)
☉定置型FC: PEMFC、RMFC、 RGFC、SOFC(1kW~100kW) ‧PEMFC@UPS：高壓氫(迅速! 安全? 昂貴?)、少用&急開(減損FC壽命) ‧1kW家用RGFC@CHP： 45%熱(節能) +35%電(減碳≒28%) ‧SOFC：1kW家用@CHP≒40%熱+ 45%電；100kW電廠≒複合發電(60%)>熱 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)
☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧DMFC(1~10W~100W)技術：無法延伸(核心能耐)@RMFC ‧RMFC(100W~1kW)技術：可延展到RGFC(1kW~100kW)然後引進SOFC ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP
☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)
☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】
(p.131)
(p.132)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
集中策略:100~1kW@可攜&家用、100kW@巴士&產業
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】
(p.133)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
集中策略: PEMFC (RMFC & RGFC) 、SOFC
Source: rational@enermaster.com.tw (2010/04/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
EMT報導推廣@工商時報FC專輯(如:第5期)
rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
FC系統商品化專業設計項目比較表 比較項目 啟動電力 HYBRID 快充電池 保護電池 FC外接UPS FC整合UPS 遠端監控Cells 控制觸媒製氫 不同純度氫源 電力指示燈 氫氣洩漏 燃料使用時間 燃料殘餘量 自動防護 自動活化 安全與認證
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/09/10)【 (工商時報)20090910(第05期)燃料電池商品化分工(專輯)】
(p.135)
(p.134)
(EnerMaster)商品化設計(優點) 二次電池沒電時仍可啟動 僅用1kW的FC可輸出瞬間3kW HYBRID需要電池能邊用邊快充 使電池免於被充壞的切換電路 可採用穩定的UPS現成品(無需訂作) 可選擇內建UPS模組(省卻多餘成本) 無需外接PC即上網讓遠端監控 自動控制在負載即時需要的氫氣量 可同時外接異種氫源：氫氣罐供 氫、加水產氫、甲醇製氫 無需PC就可看見瞬間FC發電量 內建可偵測並警報及顯示洩漏 無限制(可邊用邊抽換/添加) 顯示並警報燃料殘餘用量不足 殘餘燃料不足則自動關機防護 免加濕架構簡單但必須活化 兼具全球性法規要求及情境安全
(General)非商品化設計(缺點) 當電池沒電就無法啟動 採用貴一倍之3kW的FC 否則電池很快沒電可HYBRID 電池殘餘太少時容易充壞電池 FC通常無法跟UPS分離單獨使用 外接UPS技術簡單但增加成本 外掛一台專用PC才能上網傳輸 固定製氫量導致氫氣過多或不足 只能適合特定純度的氫源，否則 FC發電量無法維持滿載 無法得知FC發電還是電池供電 缺偵測、有警報無顯示、外接 若無並聯則需關機更換補充 否則不知何時該更換補充燃料 否則持續拉載將有損Stack壽命 超過兩週就難承受滿載發電 示範過後仍難接單量產銷售
Source: rational@enermaster.com.tw ［育成雙月刊 (2009/10)］【燃料電池 有環保概念(原名=燃料電池的趨勢與創新)】
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rational@enermaster.com.tw (2011/3/9@NTHU工科所)【可攜式FC三大技術發展、市場困境、應用轉型】
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案例(EnerMaster)DM(EM-H1000D1)
Source： rational@enermaster.com.tw (2010/06/08)【 (EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】
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EMT的1000W採VIP&BLOG銷售&升級 升級階段
第1階段 基本型
第2階段 氫氣手動閥
第3階段 除水器 (加水產氫)
第4階段 微電腦 自動控制
第5階段 遠端監控
第6階段 混合動力
第7階段 不斷電系統
第8階段 甲醇產氫
1. 燃料電池模組 原廠內建控制板 更換能碩自行開發控制板
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2. 電力轉換模組 加裝二次電池後可混合動力
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3. 電力顯示與偵測警報模組
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4. 燃料輸入模組 氫氣手動閥開關 除水器
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升級項目
5. 網路遠端監控模組 6. 加裝外接不斷電系統介面 外接不斷電系統 元升 （必須加計新台幣 級費用） 7. 加裝外接甲醇製氫機介面 外接甲醇製氫機 元升 （必須加計新台幣 級費用）
Source： rational@enermaster.com.tw (2010/06/08)【 (EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】
(p.138)
Source： rational@enermaster.com.tw (2010/06/08)【 (EnerMaster)DM(EM-H1000D1)2010605(Erin).pdf】
(p.139)
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/08/24)
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Thank You
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