CN100459259C - 液态燃料电池系统及其升压单元 - Google Patents

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Abstract

本发明包括：输出第一电压的液态燃料电池单元(1)，将从液态燃料电池单元(1)输出的第一电压(Vin)升压并将经升压的第二电压(Vout)输出到电子装置的升压电路(8)，以及第一控制电路(91)。第一控制电路(91)将从液态燃料电池单元输出的第一电压(Vin)和预置的第一门限电压(Vcont)进行比较，并根据比较结果控制升压电路(8)，以使第一电压(Vin)不落在第一门限电压(Vcont)之下，或使第一电压(Vin)保持第一门限电压(Vcont)或高于第一门限电压。

Description

液态燃料电池系统及其升压单元
技术领域
本发明涉及一种液态燃料电池系统，更具体地涉及一种用作具有随时间波动的负载的电子装置的电源的一种液态燃料电池系统及其升压单元。
背景技术
最近，已开发成功了通过直接从诸如甲烷或乙醇的液态燃料中提取质子而产生电能的液态燃料电池系统。由于不需要调节剂，这种类型的液态电池仅需要很小的燃料体积，由此它们被期望作为诸如便携式个人计算机、个人数字助理(PDA)和视频/音频播放器的便携电子装置的电源。
诸如直接甲烷燃料电池(DMFC)的液态燃料电池系统的一个电池堆的电动势很小。因此，为了将这种液态燃料电池系统用作便携式电子装置的电源，需要将大量的电池堆串联地堆叠起来以提高输出电压。如果大量电池堆被串联地堆叠，系统的尺寸会增加。因此，普遍地研究使用诸如DC-DC变换器的升压电路。
不幸的是，液态燃料电池系统中的燃料电池自身的内阻很高。因此，当液态燃料电池系统被用作负载随时间波动的便携式电子装置的电源时，如果负载增加，由于升压电路的操作，燃料电池的输出电压会明显地降低。在某些情况下，燃料电池会断电。
另一方面，已提出具有防止过供电功能的车用燃料电池系统以便控制负载波动。如日本专利申请KOKAI的公开号2002-44807的文献中公开的那样，该系统使用将燃料电池和副电池组合使用的混合供电方法。如果燃料电池的输出超过预设的允许值时，DC-DC变换器的输出命令信号值根据负载的增加而减少。这防止从燃料电池到负载的超过额定输出的过供电。
在前述传统提出的系统中，防止从燃料电池到负载超过额定输出的过供电是可能的。然而，在低于额定输出的区域内，燃料电池的输出仍旧根据负载中的波动而波动。因此，燃料电池断电的麻烦并未消除，另外这减少了电源的稳定性和功率产生效率。
本发明的一个目的是提供始终相对负载波动能使电源稳定并能保持高的功率发生效率的一种液态燃料电池系统及其升压单元。
发明内容
为了实现上面的目的，本发明的模式包括：输出第一电压的液态燃料电池单元；将从液态燃料电池单元输出的第一电压输出升压并将升压后的第二电压提供给负载随时间波动的电子装置的升压电路；以及第一控制电路。第一控制电路将从液态燃料电池单元输出的第一电压输出与预置第一门限电压进行比较，并根据比较结果控制升压电路以抑制第一电压中的变化。
第一控制电路的升压电路控制模式包括一种模式：在该模式中，根据比较结果而控制升压电路，由此使第一电压不会降至第一门限电压之下；以及另一种模式：在该模式中，根据比较结果而控制升压电路，由此使第一电压保持在第一门限电压或高于第一门限电压。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的液态燃料电池系统的示意图；
图2是表示图1所示的系统的电路配置的方框图；
图3是表示图2所示的系统的升压控制电路的电路配置的图；
图4是表示直接甲烷燃料电池的输出电流-电压特性和输出电流-电功率特性的例子的曲线图；
图5是表示图2所示系统的升压电路的输出电流-电压特性的曲线图；
图6是表示图2所示的系统的升压电路的输出电流-输出功率特性的曲线图；
图7是表示根据本发明第二实施例的液态燃料电池的系统的升压控制电路和门限电压控制电路的电路配置的图；
图8是表示当温度被用作参数时，直接甲烷燃料电池的输出电流-电压特性和输出电流-电功率特性的例子的曲线图；
图9是表示根据本发明第三实施例的液态燃料电池系统的升压控制电路和控制单元的电路配置的图。
具体实施方式
首先对本发明一个实施例的要点进行说明如下。
在本发明的一个方面中，升压控制电路将从液态燃料电池单元输出的第一电压输出与第一门限电压进行比较。根据比较结果，对升压电路的升压操作进行控制以使第一电压不低于门限电压，或使第一电压保持门限电压或高于门限电压。
因此，在本发明的这个方面中，当升压电路这样工作以根据负载波动而改变提供给负载的电压时，升压电路的升压操作受到升压控制电路的控制，由此第一电压不低于门限电压。也就是说，即使当负载随时间波动，液态燃料活化单元的输出电压始终保持等于或高于门限电压。这使液态燃料电池断电的麻烦的防止变得可能，由此稳定地将电功率提供给电子装置。
门限值较为有利地把门限值设置在当由液态燃料电池单元所产生的电功率表现出峰值时获得的第一电压值和等于第一电压值70％的值之间。这样，液态燃料电池单元可工作在高效率区域内。
另外，首选方案是使用门限值校正电路，并允许该校正电路检测液态燃料电池单元的温度，并根据所检测到的温度校正门限值。通过这种配置，每当液态燃料电池单元的温度改变时，可动态地设置最佳门限值。因此，与门限电压固定在常量的情况相比较，液态燃料电池单元可迅速地初始化到工作状态，在该工作状态电池单元达到其最佳性能。另外，当辅助电源单元被安装在升压电路的次级侧时，可抑制辅助电源单元的耗尽。
下面将结合附图对根据本发明的若干实施例进行详细地说明。
(第一实施例)
本发明的第一实施例是基于混合型FMFC系统的，它通过升压电路使来自直接甲烷燃料电池(DMFC)单元的输出电压升压，将来自备用蓄电池的输出辅助电压叠加至升压电压，并将叠加后的电压提供给电子装置。额外地安装升压控制电路以将来自DMFC单元的输出电压与预置门限电压进行比较，并基于比较结果控制来自升压电路的输出电压。通过这种控制，DMFC单元的输出电压不会低于门限电压。
图1是表示作为根据本发明的液态燃料电池系统的第一实施例的直接甲烷燃料电池(DMFC)系统的示意图。该DMFC系统在壳体内包括DMFC单元1、控制单元2、备用蓄电池3以及燃料罐4。
在DMFC单元1中，在阳极电极和阴极电极之间设置电解膜。这些阳极电极和阴极电极中的每一个都是由集电器和催化剂层组成的。向阳极催化剂层被提供水合甲烷溶液，并通过催化反应产生质子。另一方面，向阴极电极提供空气。在阴极电极中，流过催化剂的质子与包含在催化剂上的供给气中的氧进行反应，由此产生电功率。
燃料罐4包含作为燃料的水合甲烷溶液。通过供给路径(未图示)把该水合甲烷溶液提供给DMFC单元1的阳极催化剂层。另外，燃料罐4具有具有注入口5。燃料架可拆卸地安装于注入口5，而燃料从燃料架补充至燃料罐4。
备用蓄电池3是副电池。该副电池由来自DMFC单元1的输出电功率充电。根据作为供电对象的便携式电子装置100的负载，备用蓄电池3产生辅助电功率以补充来自DMFC单元1的输出电功率的缺乏。把所产生的辅助电功率提供给便携式电子装置100。
控制单元2控制电源对便携式电子装置100的供电并具有下列配置，图2主要表示控制单元2的配置的电路方框图。
即，控制单元2包括升压电路8、升压控制电路9A和电流电压监视电路(未图示)。在这些电路中，升压电路8和升压控制电路9A形成升压单元10A。升压电路10A是形成在一块电路板上的。
例如，升压电路8是通过DC-DC变换器而形成的。如图3所示，升压控制电路9A是由例如第一和第二控制电路91、92组成的。
第一控制电路91是由比较器9a和门限电压电源9b组成的。比较器9a将来自DMFC单元1的输出电压(至DC-DC变换器8的输入电压Vin)与由门限电压电源9b所产生的第一门限电压Vcont进行比较。如果Vin＜Vcont，比较器9a将控制信号馈给DC-DC变换器8，由此控制输出电压Vou。结果，DMFC单元1的输出电压Vin被优化。
如图4所示，第一门限电压Vcont被设置在DMFC单元1的输出电压值Vco上，该值是当由DMFC单元1所产生的电功率P0表现出峰值Pmax0时所获得的值。因此，DMFC单元1的输出电压Vin始终保持等于或高于第一门限电压Vcont＝Vc0。
第二控制电路92由比较器9c、门限电压电源9d和电阻分压电路R1和R2组成。电阻分压电路R1、R2将来自DC-DC变换器8的输出电压Vout分压，并将经分压的电压输出到比较器9c。比较器9c将分压值与由门限电压电源9d所产生的第二门限电压VFB进行比较。把差值信号提供给DC-DC变换器8，由此控制来自DC-DC变换器8的输出电压Vout。
也就是说，第二控制电路92控制DC-DC变换器8的操作，从而使DC-DC变换器8的输出电压Vout不超过第二门限电压VFB，同时保持DMFC单元1的输出电压Vin等于或高于第一门限电压Vcont＝Vc0。
下面将对上述配置的DMFC系统的操作进行详细说明。
当将DMFC系统用作电源时，输出电路7的正接线端7a和负接线端7b被连接于便携式电子装置100的功率接线端(未图示)。结果，来自DMFC单元1的输出电压Vin通过升压电路8升压至电压Vout，而电压Vout从输出电路7的正接线端7a和负接线端7b被提供至便携式电子装置100。
如果便携式电子装置100的负载产生波动且仅通过来自升压电路(DC-DC变换器)8的输出电压Vout无法再提供所需的电功率，备用蓄电池3的副电池将缺乏量提供给便携式电子装置100。也就是说，为便携式电子装置100进行混合供电。
如果便携式电子装置100的负载产生波动，由于升压电路(DC-DC变换器)8的原始升压功能，DMFC单元1的输出电压Vin下降，如果不对该电压降进行控制，则DMFC单元1会断电，然而，在根据第一实施例的DMFC系统中，升压控制电路9A的第一控制电路91进行控制，以使DMFC单元1的输出电压Vin不低于第一门限电压Vcont，即输出电压Vin不会小于第一门限电压Vcont。
更具体地说，如果DMFC单元1的输出电压Vin等于或高于第一门限电压Vcont(Vin≥Vcont)，升压控制电路9A的第一控制电路91不工作，结果如图5所示，DC-DC变换器8输出恒定的输出电压Vout。
相反，如果DMFC单元1的输出电压Vin进一步下降至Vin＜Vcont的范围内，则升压控制电路9A的第一控制电路91将控制信号提供给DC-DC变换器8。结果，如图5所示，来自DC-DC变换器8的输出电压Vout减小。这样，如此保持来自DFMC单元1的输出电压Vin不小于第一门限电压Vcont。
因此，如图4所示，DMFC单元1从输出功率P0的峰值Pmax0附近开始的区域X内驱动，在该位置上输出电压E0很高。因此，DMFC大拿原1的工作状态一直保持接近于最大效率的状态，而不必考虑便携式电子装置100的负载的波动。图6是表示DC-DC变换器8的输出电流-输出功率特性的曲线图，它与图5所示的输出电流-电压特性相对应。
要注意如果备用蓄电池3的电压值低于当备用蓄电池3被完全充电时所获得的电压值时，所供给于便携式电子装置100的电压取决于来自DMFC单元1的输出电压Vin，而不是来自DC-PC变换器8的输出电压Vout。
在上述第一实施例中，升压控制电路9A的第一控制电路91将来自DMFC单元1的输出电压Vin与预置第一门限电压Vcont进行比较。如果Vin＜Vcont，则如此控制来自DC-DC变换器8的输出电压Vout，以使来自DMFC单元1的输出电压Vin不小于第一门限电压Vcont。
因此，即使由于便携式电子装置100的负载波动的影响，来自DMFC单元1的输出电压Vin降低，来自DMFC单元1的输出电压Vin被始终保持在等于或高于第一门限电压Vcont的状态。这防止了由于便携式电子装置100负载波动的影响所产生的DMFC1断电的麻烦。这使得将电功率稳定地提供给便携式电子装置100并保持高的功率发生效率变得可能。
注意当将辅助蓄电池3象第一实施例的DMFC系统那样安装在升压电路8的次级侧时，备用蓄电池3的内电阻很低，由于来自升压电路8的输出电压被来自备用蓄电池3的输出电压拉动，升压电路8的效率减少。
为了解决这个问题，固定的电压产生电路被安装在控制单元2中。该固定电压产生电路基于备用蓄电池的电压值而生成固定电压，并将所生成的固定电压反馈到升压电路8中，由此控制来自升压电路8的输出电压Vout。通过这种配置，升压电路8可不考虑备用蓄电池3的电压值的影响而执行升压操作，由此升压电路8可保持高效率。
(第二实施例)
本发明第二实施例是一种系统，它将来自DMFC单元的输出电压与升压控制电路所产生的门限电压进行比较，并基于比较结果控制来自上述升压单元的输出电压。在该系统中，DMFC单元的温度被检测到，而根据所检测到的温度可变地受控升压控制电路的门限电压。
更具体地说，把门限电压设置成具有根据当时的温度由DMFC单元产生的电功率的峰值对应的电压值。
图7是表示根据本发明第二实施例的DMFC系统控制单元配置的电路方框图。要注意，图3中的相同标号表示图7中相同部件，并将省略其详细说明。
在升压控制电路9B中，产生第一门限电压的门限电压电源9e是能够根据外部控制信号改变输出电压的可变供电电路。
同样，把温度检测器21被安装在靠近DMFC单元1的位置上。另外，控制单元2具有门限电压控制电路22。温度检测器21使用，例如热敏电阻并将与DMFC单元1的温度对应的电压值作为温度检测信号输入到门限电压控制电路22。
门限电压控制电路22具有门限电压表。该门限电压表关联于各单独的温度而存储该温度下最佳门限电压Vcont的校正数据。该门限电压控制电路22从门限电压表中读取与提供自温度检测器21的温度检测信号的电压值对应的门限电压的校正数据。把所读出的门限电压校正数据送至升压控制电路9B的门限电压电源9e。通过这种方式，与所检测到的温度对应的最佳第一门限电压Vcont被产生自门限电压电源9e。
例如，当温度作为参数时，如果DMFC单元1的输出电流-电压特性和输出电流-输出功率特性输出如图8所示，则把分别与输出功率特性P1、P2、P3、P4的峰值Pmax1、Pmax2、Pmax3和Pmax4对应的输出电压值Vc1、Vc2、Vc3和Vc4存储为在门限电压表中对各温度的门限电压Vont。
与由温度检测器21检测到的温度对应的输出电压值，例如输出电压值Vc3从门限电压表中被读取且所读取的输出电压值Vc3作为校正数据被提供给升压控制电路9B的门限电压电源9e。结果，门限电压电源9e的门限电压Vcont被设置在输出电压值Vc3处，而此后控制来自DMFC单元1的输出电压Vin使之不低于输出电压值Vc3。
此后，设置与DMFC单元1的当前温度对应的优化电压值作为门限电压电源9e中的门限电压Vcont。如此控制来自DMFC单元1的输出电压Vin使之不低于所设定的门限电压Vcont。
在如上所述第二实施例中，DMFC单元1的温度被温度检测器21检测到，而把与检测到的温度对应的最佳电压值(即，与来自DMFC单元1的输出功率的峰值对应的输出电压值)设置为门限电压电源9e中的门限电压Vcont。因此，每当DMFC单元1的温度改变时，可变化地设置优化的门限电压Vcont。当与门限电压Vcont固定于恒定值的情况相比较，有可能快速地将DMFC单元1的工作状态初始化到最大效率状态并抑制备用蓄电池3的副电池的耗尽。
在本发明第三实施例中，当控制单元2包括由软件操作的运算单元(如微机)时，则基于由温度检测器21检测到的DMFC单元1的温度而进行计算，由此计算与检测到的温度对应的最佳门限电压值。所计算得到的门限电压值Vcont被产生并输入到升压控制电路的比较器9a。
图9是表示根据本发明第三实施例的DMFC系统的控制单元的配置的电路框图。注意，图7中的相同的标号表示图9中的相同部件，其详细说明被省去。
本实施例的控制单元2包括微型计算机30。该微型计算机包括CPU31、模数转换器(A/D)32以及数模转换器(D/A)33。
模数转换器32将输出自温度检测器21的模拟温度检测信号转换成数字数据，并将该数据提供给CPU31。根据存储器(未图示)中所存储的程序，CPU31执行处理以计算与所检测到的温度对应的最佳门限电压值Vcont。这里所使用的算法表达被表示为温度和最佳门限电压值之间的函数，并基于图8中虚线所表示的特性而事先准备。
D/A33将由CPU31计算得到的最佳门限电压值Vcont的数字数据转换成模拟电压，并将经转换的模拟电压输入到升压控制电路9C的比较器9a。
由于如上所述的配置，DMFC单元1的温度由温度检测器21检测得到，由模数转换器32转换成数字数据，并输入到CPU31。该CPU31基于检测到的温度的输入数字数据而计算最佳门限电压值。计算得到的最佳门限电压值在由数模转换器33从数字数据转换成模拟电压值Vcont之后输入到升压控制电路9C的比较器9a。
因此，把与DMFC单元1的当前温度对应的最佳门限电压Vcont输入到升压控制电路9C的比较器9a。因此，当与第二实施例中的门限电压Vcont固定于恒定值的情况比较时，有可能将DMFC单元1的操作状态迅速地初始化到最大效率状态并抑制备用蓄电池的副电池的耗尽。
另外，在由数模转换器33转换成模拟电压值Vcont之后，由CPU31计算得到的最佳门限电压值被输入到比较器9a。这使得有可能将门限电压电源9e从升压控制电路9C中除去，因此简化升压控制电路9C的电路配置，并减小电路面积变得可能。
注意在上述说明中，运算表达式被用于计算与所检测温度对应的最佳门限电压Vcont。然而，如第二实施例中那样，还有可能形成表示所检测的温度和最佳门限电压Vcont对应关系的门限电压表，并将该表预存储于微型计算机30的内存中。在这种情况下，从该门限电压表中读取与所检测的温度数据对应的最佳门限电压数据，而在由数模转换器33转换成模拟电压值Vcont之后，所读取的最佳门限电压数据被输入到比较器9a中。
(其它实施例)
在上述各实施例中，来自DMFC1的输出电压Vin与预置门限电压Vcont进行比较，并且基于比较结果而控制来自DC-DC变换器8的输出电压Vout以致来自DMFC单元1的输出电压Vin不会低于门限电压Vcont。然而，基于比较结果来控制DC-DC变换器8的升压操作也是可能的，以致来自DMFC单元1的输出电压Vin始终保持等于或高于门限电压Vcont。
在如上所述各实施例中，也可将限流电路串联于备用蓄电池3。在这种情况下，根据便携式电子装置100的负载波动，如果来自DC-DC变换器8的输出电流增加到几乎超过预置上限，则把该输出电流值被限制在上限之下。这使得有可能保护备用蓄电池3的副电池不致过电流影响变得可能。
另外，在第二实施例中，把对应于四个温度的输出电压值Vc1、Vc2、Vc3和Vc4的控制数据存储在门限电压表中。然而，通过增加温度采样数量，也可将对应于五个或更多个温度的输出电压值存入门限电压表中。相反地，仅将对应于两个或三个温度的输出电压值存入门限电压表也是可能的。
另外，如果没有把与由温度检测器21检测到的温度对应的输出电压值存入门限电压表中，也可能估计所检测的温度，并从门限电压表读出与估计温度对应的输出电压值。
另一方面，作为其它手段，也可将接近于所检测温度的多个输出电压值从门限电压表中读出，并基于所读出的输出电压值进行内插而计算与所检测到的温度对应的输出电压值。在这种情况下，把所计算得到的输出电压值的控制数据送至门限电压电源9e。
在第二和第三实施例中，温度检测器21和门限值控制电路22或微型计算机30与升压单元10B和10C分开安装。然而，温度检测器21和门限值控制电路22或微型计算机30安装在升压单元10B和10C中。这使之有可能将DMFC单元1的所有外围电路集成在作为LSI的一块芯片上，由此进一步减小DMFC系统的尺寸。
在上述实施例中，把第一门限值Vcont设置于来自DMFC单元1的输出电压值Vc0，该值是当由DMFC单元1所产生的电功率表现出峰值Pmax0时所获得的。然而，无需将第一门限值Vcont始终设定在输出电压值Vc0上，而是可将其设置在输出电压值Vc0和等于输出电压值Vc0的70％的值之间的任何值上。
另外，各实施例是通过采用使用甲烷作为燃料的DMFC系统作为例子而说明的。然而，也可采用例如乙醇、二乙基乙醚、二甲氧基甲烷、甲醛、蚁酸、甲基甲酸盐、甲基正甲酸盐、三恶烷、1-丙醇、2-丙醇、3-丙醇、乙二醇或丙三醇的水合溶液以及这些化学物质的任何一种的混合物作为液态燃料。
此外，升压电路和升压控制电路的电路配置、第一门限电压Vcont的值、备用蓄电池的采用/不采用、系统配置等可以有各种修改，只要不脱离本发明的精神和范围即可。
结论就是，本发明不直接局限于上述实施例，而可以是在不脱离本发明精神和范围的前提下，通过修正组成部分而实现。另外，可通过将上述实施例中所公开的多个组成部分适当地组合而形成不同的发明。例如，某些组成部分可从各实施例中公开的所有组成部分中省去。另外，不同实施例的组成部分可被适当地组合。
工业应用性
根据本发明的液态燃料电池系统及其升压单元可始终供给稳定的电功率并对抗负载波动而保持高功率生成效率。因此，可有效地使用本发明作为负载随时间变动的电子装置的电源，特别是笔记本个人计算机、PDA、蜂窝电话、便携式电视接收机、视频/音频播放机或便携式游戏机。

Claims (12)

1.将电源电压提供给负载随时间波动的电子装置的液态燃料电池系统，包括：
输出第一电压的液态燃料电池单元；
将从液态燃料电池单元输出的第一电压升压并将升压后的第二电压提供给电子装置的升压电路；
第一控制电路，所述第一控制电路将从液态燃料电池单元输出的第一电压与预置的第一门限电压进行比较，并根据比较结果控制升压电路的操作以使第一电压不低于第一门限电压；以及
第二控制电路，当保持第一电压使之不小于第一门限电压时，所述第二控制电路将第二电压与预置的第二门限电压进行比较，并根据比较结果控制升压电路，由此使第二电压不超过第二门限电压。
2.如权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，第一控制电路包含产生第一门限电压的电路。
3.如权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，还包括门限电压产生电路，所述门限电压产生电路独立于第一控制电路而安装并产生第一门限电压，并将所产生的第一门限电压提供给第一控制电路。
4.如权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，第一控制电路包含生成第一门限电压的可变电压产生电路；以及
还包括一电路，所述电路给出控制信号以将第一门限电压的值指定给可变电压产生电路，并可变地控制由可变电压产生电路所产生的第一门限电压值。
5.如权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，把所述第一门限电压设置在当由液态燃料电池单元所产生的电功率表现出峰值时获得的第一电压值和等于所述第一电压值的70％的值之间的值上。
6.如权利要求1所述的液态燃料电池系统，其特征在于，还包括检测液态燃料电池单元的温度并根据所检测到的温度校正第一门限电压的校正电路。
7.一种液态燃料电池系统的升压单元，所述升压单元被安装在液态燃料电池单元和负载随时间波动的电子装置之间，所述升压单元包括：
将从液态燃料电池单元输出的第一电压进行升压并将经升压的第二电压输出给电子装置的升压电路；
将从液态燃料电池单元输出的第一电压与预置的第一门限电压进行比较并根据比较结果控制升压电路的操作以使第一电压不低于第一门限电压；以及
第二控制电路，当第一电压保持在不小于第一门限电压时，所述第二控制电路将第二电压与预置第二门限电压进行比较，并根据比较结果控制升压电路，由此第二电压不超过第二门限电压。
8.如权利要求7所述的液态燃料电池系统的升压单元，其特征在于，所述第一控制电路包括产生第一门限电压的电路。
9.如权利要求7所述的液态燃料电池系统的升压单元，其特征在于，还包括门限电压产生电路，所述门限电压产生电路独立于第一控制电路而安装并产生第一门限电压并将所产生的第一门限电压提供给第一控制电路。
10.如权利要求7所述的液态燃料电池系统的升压单元，其特征在于，所述第一控制电路包括产生第一门限电压的可变电压产生电路；以及
还包括一电路，所述电路给出控制信号以将第一门限电压的值指定给可变电压发生电路，并可变地控制由可变电压产生电路产生的第一门限电压的值。
11.如权利要求7所述的液态燃料电池系统的升压单元，其特征在于，把所述第一门限电压设置在当由液态燃料电池单元产生的电功率表现出峰值时获得的第一电压值和等于第一电压值70％的值之间的一个值上。
12.如权利要求7所述的液态燃料电池系统的升压单元，其特征在于，还包括检测液态燃料电池单元的温度并根据所检测到的温度而校正第一门限电压的校正电路。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI274454B (en) * 2005-03-04 2007-02-21 Ind Tech Res Inst A power management method and system of a hybrid power supply
JP2006286321A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Ricoh Co Ltd 燃料電池システムならびにそのような燃料電池システムを備える電子機器および画像形成装置
JP2007095617A (ja) * 2005-09-30 2007-04-12 Hitachi Ltd 燃料電池装置及びその制御方法
US20080003462A1 (en) * 2006-06-29 2008-01-03 More Energy Ltd. Digital logic control DC-to-DC converter with controlled input voltage and controlled power output
JP2008041283A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 携帯無線装置
JP5048544B2 (ja) * 2008-02-19 2012-10-17 本田技研工業株式会社 ハイブリッド直流電源システム及び燃料電池車両
KR101287105B1 (ko) 2011-06-30 2013-07-17 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템 및 그 구동 방법
US10756371B2 (en) 2016-08-17 2020-08-25 Honeywell International Inc. Hybrid fuel cell

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714874A (en) * 1993-09-06 1998-02-03 Imra Europe Sa Fuel cell voltage generator
JP2003178786A (ja) * 2001-12-12 2003-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電源装置及び電子機器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6030062B2 (ja) 1979-09-26 1985-07-13 浜松ホトニクス株式会社 二次電子増倍器
JPH0715653B2 (ja) * 1983-07-29 1995-02-22 株式会社東芝 燃料電池出力制御装置
JP2989353B2 (ja) * 1991-11-29 1999-12-13 三洋電機株式会社 ハイブリッド燃料電池システム
JP3450375B2 (ja) * 1993-06-24 2003-09-22 オリンパス光学工業株式会社 電子カメラ
US6428917B1 (en) * 1999-12-27 2002-08-06 Plug Power Inc. Regulating the maximum output current of a fuel cell stack
JP2002044807A (ja) * 2000-07-27 2002-02-08 Yamaha Motor Co Ltd 電動車両の電力供給装置
US6590370B1 (en) * 2002-10-01 2003-07-08 Mti Microfuel Cells Inc. Switching DC-DC power converter and battery charger for use with direct oxidation fuel cell power source

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714874A (en) * 1993-09-06 1998-02-03 Imra Europe Sa Fuel cell voltage generator
JP2003178786A (ja) * 2001-12-12 2003-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電源装置及び電子機器

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