CN1674333A - 燃料电池用电源系统以及电子设备、电功率供给方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型的从燃料电池以及2次电池中高效获取输出功率的燃料电池用电源系统、电子设备以及电功率供给方法。燃料电池用电源系统包括电压变换电路(130)以及整流电路(150)，以作为对应于燃料电池(110)的最大输出功率的输出电压的设定电压(115)为基准变换燃料电池的输出电压，生成切换用电压(134)，通过上述整流电路输出该切换用电压与2次电池(120)的输出电压(121)中至少一方。因此，能够在最大限度地利用燃料电池的功率的状态下使燃料电池和2次电池能够并行运转。

Description

燃料电池用电源系统以及电子设备、电功率供给方法
技术领域
本发明涉及一种具有燃料电池以及2次电池，通过上述2次电池补足上述燃料电池的输出功率从而向负载部进行电功率供给的燃料电池用电源系统，以及具有该燃料电池用电源系统的电子设备，以及上述燃料电池用电源系统中的电功率供给方法。
背景技术
移动电话、便携式信息终端、笔记本型个人计算机、便携式音响、便携式视频机器等便携式电子设备正在逐渐普及。以前，这样的便携式电子设备是通过1次电池或2次电池来驱动的。上述1次电池是一次性的，上述2次电池是能够再利用的，在使用了一定量的电之后必须要充电，因此必需要有充电器以及充电时间。2次电池中正在被使用的有镍电池以及锂离子电池，小型且具有高能量密度的电池正在被开发，期望出现能够进行更长时间的连续驱动的2次电池。
为了对应对该2次电池的期望，有人提案了不需要进行充电的燃料电池。燃料电池是将燃料所具有的化学能转化为电化学能的发电机。燃料电池中使用全氟碳磺酸系的电解质，在阳极还原出氢气，在阴极还原出氧而进行发电的固体高分子型燃料电池(PEFC)是一种输出密度很高的电池，正在被开发用于汽车等中。
然而，固体高分子型燃料电池中，由于氢气的容积能量密度低而必须使燃料箱的体积较大，并且还必须要有将燃料气体以及含氧气体提供给发电装置的装置以及用来使电池性能稳定化的加湿装置等辅器，所以发电装置被大型化，固体高分子型燃料电池并不适于作为便携式机器用电源。于是，通过从甲醇中直接取出质子而进行发电的直接型甲醇燃料电池(DMFC)的开发正在发展。
上述DMFC具有比上述PEFC的输出小的缺点，然而由于能够提高燃料的体积能量密度并且削减发电装置的辅器，因此具有可以被小型化这样的优点，作为便携式机器用电源被格外关注，而且已经有好几个提案了。
上述直接型甲醇燃料电池，通过如下式所示的反应进行发电。
阳极  
阴极  
也即，阳极中，通过含有铂、钌的催化反应，使甲醇和水发生反应，生成氢离子、电子以及二氧化碳，电子从阳极作为电向外部输出，氢离子通过离子透过膜传导到阴极。阴极中，氢离子接收来自阳极的电子的供给，和空气中的氧发生反应而生成水。这时，发电部的温度是离子交换膜的特性所能允许的最高温度，也即60℃～80℃左右的范围的温度，在高湿度下上述DMFC的效率较佳。
但是，目前的DMFC中，由于燃料电池的内部所发生的各种的损耗(极化)所引起的阻抗要素，无法得到理想的输出的理论电动势，而只能得到比理论电动势低的输出。上述极化所引起的损耗，包括阻碍电解质中的离子以及电子的流动的阻力成分中称作阻力极化所引起的损耗，电化学反应中的活性能量所消耗的活化极化所引起的损耗，以及用来使化学反应连续发生的反应物质与反应生成物自己扩散移动时所消耗的称作扩散极化所引起的损耗。
这些极化发生在阳极以及阴极上，为了解决这些问题正在进行材料开发。虽然得到了改善，然而现状是，即使例如DMFC的理想电动势为1.21V且理论效率为97％，由于在实用水平上内部电压的下降，只能得到0.3V左右。
因此，燃料电池本身的输出电压对负载电流的V-I特性，和其他的2次电池以及1次电池对负载电流能够提供几乎一定的稳定输出相比，具有依赖于负载电流的很大的垂下特性。也即具有以下特性：如果负载电流较大，输出电压会因燃料电池的内部电阻而降低。因此，燃料电池一般都存在能够获取最大功率的最佳电流。
另外，作为燃料电池的特征，燃料的供给以及空气的循环等中使用泵等辅器的方式是比较实际的，能够进行稳定动作以及结束动作。反之，又具有启动时如果不将空气以及燃料提供给电池单元就不能够开始发电这一缺点。一旦开始发电之后就能够将自己所发的电提供给上述泵等辅器，然而启动时或关闭时需要其他的辅助电源，一般是能够充电的2次电池。
在下述的专利文献1、2中公布了第2电源和燃料电池并行运转的例子，二者的目的都是提供稳定的电功率，然而并不是让燃料电池发挥最大限度的发电能力的构成。
【专利文献1】特开昭59-230434号公报
【专利文献2】特开平3-40729号公报
当燃料电池与2次电池对负载并行运转时，最大限度的获取能够连续运转的燃料电池的输出，不足的部分由上述2次电池输出，进一步当燃料电池的输出对于负载尚有余力时，进行对2次电池的充电的这种系统是有效的。设想有一种例如在移动用笔记本型个人计算机等中，用于通常的CPU的动作、硬盘驱动以及画面显示的功率相当于常时功率(始终消耗的功率)，由燃料电池供给，当通过接口连接外部存储装置以及外部盘等并使其工作时，需要提供给外部机器的常时以外的功率，由2次电池输出所不足的部分的构成。
然而燃料电池在运转中，即使只在瞬间输出了过度的负载电流，也会给电解质膜以及电极结合体(MEA)带来损伤，在某个负载电流以上会产生急剧的电压下降。这样一来，即使再减轻负载，燃料电池也不会回复到原来的输出，而是被破坏掉了。因此，燃料电池，即使取最佳负载电流以上的输出电流，由于输出电压下降也无法获得最大功率以上的功率。如果从这一点考虑而设计出输出特性中具有余裕的燃料电池，形状会过大而成为小型、轻量化的障碍。
另外，锂离子2次电池，即使取大功率时电池的输出可能容量也为一定值。但电池的寿命会变短。另外，锂离子电池如果其放电容量被充分放出，输出电压也会下降到称作放电终止电压的电压上。例如，对于1个单元的最大充电电压4.3V来说，2.3V以下的过放电在材料特性上是禁止的，机器侧的使用电压也在4.2～3.0V的范围内。
因此，如上述特开昭59-230434号公报中所公布的那样，通过二极管组合燃料电池的输出与2次电池的输出的方法中，随着锂离子电池的放电引起电压下降，在燃料电池和锂离子电池之间进行切换的基准电压是变动的。所以，燃料电池变为在没有预期到的低电压下进行输出，如上所述存在导致燃料电池的破坏的可能性。
发明内容
为了解决上述诸问题，新的概念包含小型的从燃料电池以及2次电池中高效获取输出功率的燃料电池用电源系统、具有该燃料电池用电源系统的电子设备以及上述燃料电池用电源系统中的电功率供给方法。
即，本发明的第1形态的燃料电池用电源系统的特征在于，包括：生成第1电功率的燃料电池；生成第2电功率的2次电池；以及燃料电池控制器，其中，燃料电池控制器与所述燃料电池的输出连接，进行所述燃料电池的输出电压水平与第1规定值及第2规定值之间的比较，当所述燃料电池输出电压水平成为所述第1规定值以下时则停止所述燃料电池的发电，根据所述燃料电池输出电压水平与所述第2规定值之间的比较结果决定所述燃料电池及所述2次电池的输出功率。
上述燃料电池用电源系统，设有燃料电池以及2次电池，由二者中的至少一方向负载部供电，能够利用燃料电池所特有的V-I特性，最大限度的获得燃料电池的功率。也即，燃料电池与其他种类的电池相比内部阻抗较大的V-I特性，是由于负载的增加输出电压下降的垂下特性。由于具有该特性的燃料电池，与对应于负载的变动输出比较固定的电压的2次电池并行运转，将2次电池的输出电压设定为对应于燃料电池的上述垂下特性的输出电压的变换部分中的电压(垂下电压)，通过整流电路并联燃料电池与2次电池进行供电。另外，由于燃料电池的输出是主体，因此用于决定由上述燃料电池以及上述2次电池中的至少一方向上述负载部进行供电的第2规定值(以下称为“切换用电压”)，以对应于燃料电池的最大输出功率的燃料电池的输出电压为基准变换燃料电池的输出电压并进行设定。
另外，可以使用例如锂离子电池、镍电池、铅蓄电池等作为2次电池。
另外，上述燃料电池用电源系统中，特别还设有燃料电池控制器(以下称为“电压变换电路”)以及整流电路。电压变换电路中，设定用于决定由燃料电池以及2次电池中的至少一方向负载部进行供电的切换用电压，该切换用电压通过变换燃料电池的输出电压而被设定，几乎为固定值。整流电路的作用是，比较上述切换用电压与2次电池的输出电压，从输出较高的电压的一方向负载部供电。因此，能够防止向以前那样的决定由燃料电池以及2次电池中的至少一方向负载部进行供电的基准电压引起2次电池的输出电压的电压下降而变动。
另外，上述电压变换电路包括电压检测部、电压设定部以及反馈部，电压检测部检测上述燃料电池的输出电压，当该输出电压超过了第1规定值(以下称为“设定电压”)时，上述电压设定部以及上述反馈部，将上述燃料电池的输出电压变换为超过上述2次电池的最大输出电压的电压并设定上述切换用电压。另外，当上述电压检测部检测到上述燃料电池的输出电压变为上述设定电压以下时，停止上述反馈部对上述电压设定部的输出。通过该输出停止，在上述燃料电池的输出电压变为上述设定电压以下时开始，到达到该燃料电池的破坏电压为止的期间内，将该电压变换电路的输出电压下降到上述2次电池的放电终止电压以下。上述电压变换电路具有这样的电压垂下特性。
另外，上述燃料电池用电源系统还可以包括进行对上述2次电池的充电的充电电路。该充电电路包括输出电压比较电路以及充电切换电路。
输出电压比较电路进行上述燃料电池的输出电压与上述设定电压的比较，以及上述2次电池的输出电压与上述2次电池中的充电可能电压的比较。上述充电切换电路，仅仅在上述输出电压比较电路检测到上述燃料电池的输出电压超过了上述设定电压，且上述2次电池的输出电压为充电可能电压以下时，将上述燃料电池的输出电压加载到上述2次电池上进行上述2次电池的充电。
另外，上述充电切换电路开始对上述2次电池的充电之后，上述输出电压比较电路进一步对作为小于上述设定电压的任意电压值的充电停止电压进行检测，当上述输出电压比较电路检测到上述充电停止电压时，上述充电切换电路停止向上述2次电池的充电。
另外，该燃料电池用电源系统还可以设有输出停止电路。该输出停止电路连接在上述2次电池的输出端和上述负载部之间，对上述2次电池的输出电压降低到稍微超过该2次电池中的放电终止电压的负载停止电压以下进行检测，当检测出该负载停止电压时停止2次电池向上述负载部的输出。
另外，第2形态的电子设备的特征在于，包括上述第1形态的燃料电池用电源系统以及从上述燃料电池用电源系统接收电功率供应的负载部。
上述第1形态的燃料电池用电源系统，燃料电池用电源系统通过设有电压变换电路以及整流电路，以作为对应于燃料电池的最大输出功率的输出电压的设定电压为基准变换燃料电池的输出电压，生成切换用电压，通过上述整流电路输出该切换用电压与2次电池的输出电压中至少一方。因此，能够在最大限度地利用燃料电池的功率的状态下使燃料电池和2次电池能够并行运转，从燃料电池以及2次电池中高效的获取输出功率。
另外，通过设有电压变换电路以及整流电路，能够防止以前那样决定燃料电池以及2次电池中的任何一方向负载部供电的电压因输出电压的下降而变动的状态。另外，根据该构成，燃料电池不会在所没有预期到的低电压下输出，不会导致燃料电池的损坏。另外，通过上述电压变换电路所具有的上述电压检测部、上述电压设定部、以及上述反馈部，电压变换电路具有当燃料电池的输出电压变为上述设定电压以下时强制降低上述电压变换电路的输出电压的垂下特性。因此，燃料电池不会在低电压下输出，从而能够防止导致燃料电池的损坏。
另外，通过设有上述电压变换电路以及上述整流电路，能够从燃料电池以及2次电池高效的获取输出功率，另外，由于具有上述垂下特性，燃料电池用电源系统，不需要扩大燃料电池中的设计上的余裕度，因此能够小型化。
另外，通过设有充电电路，在能够达到上述的效果的基础上，在燃料电池的输出有余裕时，能够对2次电池进行充电。另外，上述充电电路通过设有输出电压比较电路以及充电切换电路，能够只在燃料电池的输出功率中有余裕且2次电池变为充电可能电压时进行充电。所以，能够不给对负载部的供电增加负担而进行2次电池的充电。
另外，通过输出电压比较电路检测出充电停止电压，能够防止2次电池从充电状态一下子变为输出状态，能够减轻2次电池的负担。
另外，通过设置输出停止电路，万一2次电池的输出电压降低到负载停止电压附近时能够停止2次电池向负载部的输出，从而能够防止2次电池的损坏。
上述的第2形态的电子设备，通过设有能够起到上述效果的燃料电池用电源系统，能够供给稳定的电流，另外，能够使机器全体紧凑化。
附图说明
这些和其他目的特征，可在关于所添附图的优选实施方式相关的以下叙述中明了。在这些附图中：
图1为说明实施方式1中的燃料电池用电源系统的构成的示意图。
图2为说明实施方式2中的燃料电池用电源系统的构成的示意图。
图3为说明图1以及图2中所示的燃料电池用电源系统所具有的燃料电池中的电压-电流特性的图表。
图4为说明图1以及图2中所示的燃料电池用电源系统所具有的锂离子电池中的电压-电流特性的图表。
图5为说明锂离子电池单体的放电特性的图表。
图6为说明图1以及图2中所示的燃料电池用电源系统所具有的电压变换电路的电压-电流特性的图表。
图7为说明图1以及图2中所示的燃料电池用电源系统中的电压-电流特性的图表。
图8为说明设有图1以及图2中所示的燃料电池用电源系统的电子设备的立体图。
具体实施方式
下面对照附图对实施方式的燃料电池用电源系统、设有该燃料电池用电源系统的电子设备以及上述燃料电池用电源系统中的供电方法进行说明。另外，各图中对相同的构成部分标上相同的符号。
实施方式1
作为上述燃料电池用电源系统的一个例子，图1中所示的燃料电池用电源系统101中，包括使用氢气以及氧气进行发电并给负载部210提供电功率的燃料电池110，补足燃料电池110的输出功率进行向负载部210的电功率供给的2次电池120，连接在燃料电池110的输出端和2次电池120之间的电压变换电路130，以及连接在电压变换电路130的输出端以及2次电池120的输出端与负载部210之间的整流电路150。
另外，根据燃料电池用电源系统101以及负载部210的电子设备201，例如可以构成图8中所示的笔记本型个人计算机。这时，个人计算机主机内具有2次电池120、电压变换电路130、整流电路150以及负载部210，燃料电池110能够从上述个人计算机的主机上拆装。
这里的上述燃料电池110为上述DMFC型，形成有通过一对阳极和阴极夹持离子传导膜的膜电极结合体(MEA)。本实施方式中，30个具有上述膜电极结合体的发电单元串联构成燃料电池110。一个发电单元的理论电压为1.21V，实际上由于各种损失使得电压较低，无负载时的开路电压为23V左右。
一般的燃料电池中，单体如图3所示，随着向负载部210供应的电流的增加，燃料电池110的输出电压111逐渐降低，因此存在能够从燃料电池110获取的最大输出功率112。本实施方式中，在上述输出电压111为10.4V，供给电流为1.6A时取得最大输出功率，最大输出功率112为16.6W。这样，燃料电池110，由于电压随着输出(负载)电流的增大而下降，因此存在对应于上述最大输出功率112的特定的输出电压，在该输出电压之上或之下所能够得到的输出功率113都会降低。如下所述，本实施方式中，将对应于最大输出功率112的上述特定的输出电压作为设定电压115。
另外，如图3所示，如果负载电流取1.8A以上，燃料电池110的输出电压就急剧降低，所得到的功率113也被降低。这种状态对燃料电池110来说是很危险的状态，会导致发生不可逆反应损坏燃料电池110自身，即使再启动也无法发电出原来的充足的功率。这样，在燃料电池110中，存在取负载电流时，降低到特定的电压以下产生破坏的破坏电压114。一般来说，上述DMFC中，每一个发电单元的破坏电压约为0.26V左右。本实施方式中，由于上述30个单元串联，破坏电压114相当于约7.8V也即大概8V。
这些特性是DMFC的一般性质，串联由1个上述MEA所构成的发电单元的情况下，按照连接个数相加电压便得到破坏电压114。另外，这种燃料电池110的输出管理，由于对电压值而不是获取电流值反应敏感，因此管理输出电压111比较有效。
本说明书中，上述2次电池120不包括燃料电池110，本实施方式中使用两个串联在一起的锂离子电池作为辅助2次电池120。1个锂离子电池的充电电压如图5所示为4.2V，放电终止电压122为3.0V容量为830mAh。在实际使用中，在4V的一定输出电压下供应0.5A的负载电流时，能够坚持1.5小时。将2个这样的锂离子电池串联起来时，初始电压，也即锂离子电池120的最大输出电压123如图4所示为8.4V，放电终止电压122为6.0V。2个串联起来的锂离子电池120所能够提供的电压变成了2倍，能够提供1.5个小时的约4W的功率。
锂离子电池120和燃料电池110不同，如图4所示，在通常的使用状态下，能够供给不依赖于负载电流的几乎一定的输出电压121。本实施方式中，锂离子电池120的输出电压121大约为8.0V。
在锂离子电池单体的情况下，当负载为2W的一定值时的放电特性如图5所示，即使锂离子电池中，如果使用到最大负载容量，输出电压121也会下降，3.0V的放电终止电压122为该锂离子电池的临界电压。如果超过放电终止电压而持续放电，锂离子电池中也会发生不可逆反应，引起电池的破坏。
在锂离子电池120的情况下，充电电压和放电电压122的管理是很重要的。2次电池120是启动燃料电池110的辅器的运转所必需的电源，另外，当只具有燃料电池110的功率对负载来说不足时，被作为辅助电源被加上并输出。另外，在燃料电池110停止时，为了确保上述辅器的动作结束后的后继处理用电，2次电池120是很必要的。
作为上述电子设备201的笔记本型计算机中，上述燃料电池110与锂离子电池120并列运转，最大负载在本实施方式中为20W。该个人计算机201的通常功率为16W，内部的CPU、HDD、液晶显示器等在16W以内就能够充分工作了，如果外部接口上连接有例如FDD、存储卡等外部机器时最大使用功率为20W。
仅仅通过燃料电池110完全提供个人计算机201所必须的上述20W的功率，必须要有相当大的燃料电池。燃料电池的发电能力，由于和起电化学反应的上述MEA的面积成正比，因此体积大约和发电功率的1.5次方成正比增加。所以，如果将用于16W的燃料电池设计成用于20W的话，其体积将会增大到约1.4倍。作为移动用途的燃料电池，从商品价值的观点来看，必须尽可能的紧凑这一点非常重要。另外，由于能够进行燃料的交换供应，能够进行连续运行是燃料电池的优点，因此由燃料电池优先向电子设备201供电。
本实施方式的燃料电池用电源系统101中，进行如下的电功率管理。也即，必须要进行充电的锂离子电池120，使用在燃料电池110的电功率供应不足，也即负载过大时，或燃料电池110的启动时的辅器驱动等中。通常，由燃料电池110向负载部210供电。进一步，例如当个人计算机201处于数据处理中断等轻负载时，通过燃料电池110的输出功率对锂离子电池120进行充电。
上述电压变换电路130，被连接在上述燃料电池110的输出端和负载部210之间，为了设定用来决定由燃料电池110以及2次电池120中的至少一方向负载部210进行供电的切换用电压，以设定电压为基准变换燃料电池110的输出电压111来进行上述切换用电压的设定。
上述燃料电池110的输出电压111，由于存在对应于燃料电池110的最大功率112的特定输出电压，本实施方式中，如图3所示，将对应于上述最大输出功率112的燃料电池110的上述特定输出电压设定为上述设定电压115。本实施方式中，具体而言，设定电压115为10.4V。
具有这样的功能的电压变换电路130，具体而言，如图1所示，具有检测燃料电池110的输出电压111的电压检测部131，进行上述切换用电压的设定的电压设定部132，以及对电压设定部132所输出的电压进行反馈的反馈部133。对应于电压变换电路130的输出电压的上述切换用电压134，在本实施方式中，被设定为比作为2次电池的锂离子电池120的输出电压121的8.0V稍大的8.5V。这是因为，上述锂离子电池120的输出电压121和负载的轻重无关而几乎是一定的，与此相对，燃料电池110的输出电压111是变动的，能够产生比锂离子电池120的输出电压121高的电压，由于通常是由燃料电池110侧向负载部210供电的，因此设定为比锂离子电池120的输出电压121高的电压。另外，在锂离子电池120和燃料电池110之间切换电功率供应源时，为了不产生极端的电压变换而设定有0.5V的电压差。当然，该电压差以及上述切换用电压值是根据上述燃料电池用电源系统的构成而设定的，并不仅限于上述各值。
上述电压设定部132，具有振荡器1321、第1三极管1322、电感1323、电容1324以及第3三极管1325，燃料电池110的输出电压111由第1三极管1322转换成脉冲状输出电压，由电感1323以及电容1324通过低频成分使燃料电池110的输出电压111平滑。在上述反馈部133中，对电容1324的电压也即该电压设定部132的输出电压Vout进行反馈，如果超过后述的规定电压，上述第1三极管1322的转换便停止，如果变为上述规定电压以下便进行上述转换且进行上述平滑化。另外，由第3三极管1325控制上述第1三极管1322的转换的ON、OFF。反馈部133具有分压上述电压设定部132的输出电压Vout的阻抗1331，分压上述输出电压Vout，生成加载给第3三极管1325的基极的基极电压Vb。
这样，电压设定部132进行上述第1三极管1332的转换的ON、OFF，并进行上述平滑化。被平滑化的电压成为电压变换电功率130的输出电压，也即图6中所示的切换用电压134。
上述电压检测部131具有第2三极管1311，以及将该第2三极管1311的基极电压设定为0.6左右的阻抗1312。
如上所构成的电压检测部131、电压设定部132以及反馈部133具有下面的功能。也即，在比燃料电池110的最大功率112低的状态，也即负载电流为比较低的状态下，燃料电池110的输出电压111超过了上述设定电压115。这时，第2三极管1311的基极电压超过了0.6V，第2三极管1311变成导通状态，该电压检测部131的输出电压V2变为地电平。因此，反馈部133中，反馈电压V3和上述输出电压V2无关，通过阻抗1331分压上述输出电压Vout生成上述基极电压Vb。另外，本实施方式中，对于上述输出电压Vout的设计值8.5V，反馈电压V3为0.6V。因此，电压设定部132的第3三极管1325，当基极电压Vb超过0.6V时，也即上述输出电压Vout超过8.5V时，变为导通状态，电压设定部132的第1三极管1322的转换停止。反之，当基极电压Vb为0.6V以下时，也即上述输出电压Vout为8.5V以下时，第3三极管1325变为截止状态，进行第1三极管1322的转换。这样，上述输出电压就几乎被固定在8.5V左右。
另外，如果燃料电池110的负载电流增加，燃料电池110的输出电压110由于其特性而缓缓下降，一旦变成超过了最大输出电流1.6A的状态，燃料电池110的输出电压111降低到上述设定电压115以下。这时，第2三极管1311的基极电压变为0.6V以下，第2三极管1311变为截止状态。因此，电压检测部131的输出电压V2变为燃料电池110的输出电压111。反馈部133中，反馈电压V3受到上述输出电压V2的影响，在非常低的电压的状态下被直接加载上述输出电压111。这样，电压设定部132的第3三极管1325的基极电压Vb和上述输出电压Vout无关，超过了0.6V，第3三极管1325变成导通状态，电压设定部132的第1三极管1322的转换停止。所以电压检测部131不输出。这样，当燃料电池110的输出电压111降低到上述设定电压115以下时，如图6所示，电压变换电路130，具有强制该输出电压也即切换用电压134下降的垂下特性。该垂下特性，是一种在燃料电池110的输出电压111从变成上述设定电压115以下到变为该燃料电池110的破坏电压114，本实施方式中为8V之间，将该电压变换电路130的输出电压降低到上述2次电池120的放电终止电压122，本实施方式中为6V以下的特性。
上述整流电路150，由连接在电压变换电路130的输出端的二极管151与连接在锂离子电池120的输出端的二极管152构成，被加载有上述电压变换电路130的输出电压，也即上述切换用电压134的约8.5V，以及锂离子电池120的输出电压121的约8.0V。各二极管151、152和负载部210相连接，被加载了顺方向的电压时，变为导通状态而进行通电。
因此，在通常时，作为电压变换电路130的输出电压的切换用电压134超过了锂离子电池120的输出电压121时，由于连接到锂离子电池120上的二极管152被作用了反方向的电压，二极管152变为截止状态，锂离子电池120不向负载部210输出，从燃料电池110侧，也即电压变换电路130向负载部210供电。反之，当锂离子电池120的输出电压121超过了作为电压变换电路130的输出电压的切换用电压134时，二极管151变为截止状态，二极管152变为导通状态，从锂离子电池120向负载部210供电。
另外，当作为电压变换电路130的输出电压的切换用电压134和锂离子电池120的输出电压121相等时，从电压变换电路130以及锂离子电池120双方给负载部210供电。
如上所述通常由电压变换电路130向负载部210供电，燃料电池110，如果取负载电流输出电压就会降低。因此，一直从燃料电池110获取负载电流直到其小于锂离子电池120的输出电压121，如上所述二极管151自动的变成截止状态，从燃料电池110侧也即电压变换电路130侧向负载部210的电流不再流动，取而代之的是锂离子电池120侧的二极管152变为导通状态，由锂离子电池120供电。
然而，由于不从燃料电池110流出电流之后也就没有了负载，燃料电池110复活，燃料电池110的输出电压111上升，电压变换电路130的输出电压130上升，因此二极管151再次变为导通状态，重新开始电压变换电路130向负载部210的通电。该通电使得电压变换电路130的输出电压再次下降，再次停止电压变换电路130向负载部210的通电。因此，通过反复进行这样的动作，在燃料电池110侧，将相当于锂离子电池120的输出电压121的输出提供给负载部210，剩下的电由锂离子电池120提供。
下面对如上所构成的本实施方式中的燃料电池用电源系统101的动作进行说明。
上述的反复中，在负载电流较低，燃料电池110的输出电压111超过上述设定电压115的10.4V的情况下，如上所述，并且如图7中的燃料电池用电源系统101的输出电压108的第1部分108a所示，在燃料电池用电源系统中，由燃料电池110侧向负载部210供电。
另外，在负载电流增加，燃料电池110的输出电压111变为上述设定电压115的10.4V以下的情况下，由于如上所述使电压变换电路130的输出电压，也即切换用电压134强制急剧下降，因此，电压变换电路130的输出电压变成不足锂离子电池120的输出电压121。所以，如图7中的系统输出电压108的第2部分108b所示，由锂离子电池120向负载部210供电。这时，也变为从上述燃料电池110侧以及上述锂离子电池120侧交互向负载部210供电的状态。
这样最大限度的使用燃料电池110的输出电压，对不足的部分能够由锂离子电池120供应的动作，是通过利用燃料电池110中的输出电压根据负载电流变换这种特有的V-I特性，另外还考虑对应负载电流输出几乎一定的电压的锂离子电池120的特性，设置电压变换电路130的垂下特性，通过二极管并联该具有垂下特性的电压变换电路130的输出端与锂离子电池120的输出端而实现的。
也即，如果仅仅将燃料电池与锂离子电池以及二极管并联，不能够保持从燃料电池获取最大功率的状态。本实施方式中，设有电压变换电路130，通过将燃料电池110提供最大功率时的输出电压作为设定电压115，以该设定电压115为基准进行上述燃料电池110的输出电压111的变换，生成上述切换用电压134，使得最大限度地使用燃料电池110的输出功率的电功率供应成为可能。另外，上述垂下特性，是在到达燃料电池110的破坏电压114之前，将电压变换电路130的输出电压下降到锂离子电池120的放电终止电压122以下的特性。因此，燃料电池110的输出电压不会达到破坏电压114，能够防止燃料电池110的破坏。
另外，如果通过二极管151、152并联燃料电池110侧与锂离子电池120侧，在二极管151、152上会发生若干电压下降，为了尽可能的防止该电压下降，二极管151、152最好是肖脱基二极管。
实施方式2
由于上述锂离子电池120能够充电，本实施方式2的燃料电池用电源系统中显示了一种当燃料电池110的输出功率有余裕时，使用燃料电池110的输出电压111对锂离子电池120进行充电的构成。
下面对照图2，对上述燃料电池用电源系统102进行说明。
燃料电池用电源系统102，在上述的燃料电池用电源系统101的构成上，新设有用来进行锂离子电池120的充电的充电电路160。另外，作为该燃料电池用电源系统102的变形例，还可以进一步设置输出停止电路170，图2中显示了设置有输出停止电路170的情况。另外，图2中，还显示了用来驱动燃料电池110的启动时所使用的辅器的辅器驱动电路190。关于其他的构成，都和上述的实施方式1中的构成相同。因此，这里省略了对相同构成部分的说明。
下面对充电电路160进行说明。
如上所述，当燃料电池用电源系统102也例如是设置在笔记本型个人计算机中的情况下，该个人计算机中所需要的消费功率根据周边机器、存储装置、显示器以及CPU动作等的作业环境而变动。因此，当燃料电池110的供电产生余裕时，能够通过该余裕的电能对2次电池进行充电。所以燃料电池用电源系统102中设有充电电路160
充电电路160和2次电池，本实施方式中是锂离子电池120，以及燃料电池110相连接，如上所述是进行锂离子电池120的充电的电路，具有输出电压比较电路161和充电切换电路162。
输出电压比较电路161和燃料电池110以及锂离子电池120的输出端相连接，对燃料电池110的输出电压111和上述设定电压115进行比较，并且进行对锂离子电池120的输出电压121和锂离子电池120中的充电可能电压比较。这里，上述充电可能电压是指使锂离子电池120能够充电的电压，本实施方式中由于2个锂离子电池串联在一起，因此是比锂离子电池120的输出电压121中的上述最大输出电压123的8.4V低10％的值，图4中用符号124表示，设定为7.6V。当然并不仅限于7.6V。
这样的输出电压比较电路161，仅仅当检测到燃料电池110的输出电压111超过了设定电压115也即在本实施方式中的10.4V，且锂离子电池120的输出电压121为充电可能电压124也即7.6V以下时，激活充电切换电路162。
上述充电切换电路162连接在燃料电池110的输出端和锂离子电池120的输出端之间，仅仅在上述那样有来自电压比较电路161的指示时，将燃料电池110的输出电压111加载到锂离子电池120上，进行锂离子电池120的充电。也即，进行向锂离子电池120的充电，是在燃料电池110的输出电压111超过了设定电压115也即10.4V时，也即在从燃料电池侧向负载部210供电时，也即燃料电池110的输出功率有余裕时。
另外，即使只从燃料电池侧向负载部210供电时，且燃料电池110的中有余裕的情况下，也要考虑为了给锂离子电池120充电而增加负载，而使得燃料电池110的输出功率中没有余裕的情况。因此在充电电路160中进行充电电流限制，本实施方式中，采用通过0.16A的充电电流进行充电的构成。该充电电流，相当于通过10小时对串联有两个容量为830mAh的电池的本实施方式的锂离子电池120进行充电的充电电流，且相当于燃料电池110的最大输出功率供给时的输出电流1.6A的1/10。
另外，如上所述的本实施方式，当锂离子电池120的输出电压121为上述充电可能电压124以下，且燃料电池110输出大于相当于燃料电池110的最大功率时的输出电压的上述设定电压115的10.4V时，进入充电模式，如果考虑到充电负载，最好在燃料电池110的更高一点的输出电压111下进入充电模式。因此，可以采用例如上述最大输出功率的90％所对应的输出电压代替设定电压115，和燃料电池110的输出电压111进行比较。这样，将充电功率限定为上述最大输出功率的10％，能够防止充电的过分与不足。也即，对应于上述的90％，燃料电池110的输出电压111为10.9V，输出电流为1.4A。当燃料电池110在10.9V下输出1.4A时，进入充电模式提供0.16A的充电电流，此时燃料电池110的输出电压111大约降低到10.4V。也即，通过使充电时和燃料电池110的最大功率供给时相对应，能够高效地进行充电。
另外，在对于充电中的燃料电池110负载急剧增加的情况下，负载电流的增加导致燃料电池110的输出电压111急剧下降，如上所述，变为燃料电池110和锂离子电池120交互对负载部120进行供电的状态。这种情况下，对锂离子电池120来说，急剧地从充电模式转移到放电模式，这样的剧烈替换动作不好。
因此，最好时燃料电池110的输出电压111在刚要达到燃料电池110的最大功率112之前的时刻，预先中止充电模式，转移到上述交互功率输出状态。因此，可以设计成以达到最大功率112的例如97％时的燃料电池110的输出电压111，也即图3中所示的充电停止电压116的10.5V为基准，停止充电。
如上所述，本实施方式的燃料电池用电源系统101、102，通过管理燃料电池110的输出电压111，能够高效地向负载部210供电。
另外，进入到充电模式时，通过使负载的电子设备在节电模式下工作，能够确保电源系统的动作更加平滑。例如负载的电子设备如果以个人计算机等中的CPU的动作为主，例如通过降低该动作时钟频率，如果是视频显示机器，例如通过将液晶画面的亮度降低若干，能够减轻2次电池的充电模式时的燃料电池的负载。所以，能够增加燃料电池中充电模式时的负载余裕，即使例如在充电中负载激增也能够在电功率供给体制中产生余裕。
另外，锂离子电池考虑到其安全策略，一般进行定电压、定电流的充电。在充电量较少时，通过不会流过过度的电流的定电流充电，在接近满充电时为了不超过充电电压而进行定电压充电。这在本实施方式的系统101、102中也一样，采用在锂离子电池的电压达到最大输出电压8.4V之前以0.16A的充电电流进行定电流充电，达到了上述的8.4V时保持充电电压为8.4V的充电方法。
下面对实施方式2的变形例，设置有上述输出停止电路170的情况进行说明。
上述第1以及第2实施方式，由于进行燃料电池110和2次电池120的并行运转，不管哪个电池陷入功能不全的状态都不得不使系统的动作停止。在作为主电源的燃料电池110中，例如由于燃料不足以及动作温度相对作为燃料的甲醇的沸点异常上升等的温度要因而变得不能工作时，如上所述，本系统中能够由2次电池120进行短期供电。然而，如果2次电池120的锂离子电池的输出电压121变为上述放电终止电压122以下，锂离子电池就会被破坏，从而不能够进行燃料电池110的动作停止后的辅器动作管理。为了防止这样的事态，在刚要达到2次电池120的放电终止电压122之前，将本电源系统的输出从负载部210上切断的装置是很重要的。
因此，上述变形例如图2所示，能够在锂离子电池120的输出端和负载部210之间设置上述输出停止电路170。该输出停止电路170，对作为2次电池的锂离子电池120的输出电压121稍微超过了该锂离子电池120中的放电停止电压122，且降到比图4所示的负载停止电压125低进行检测，检测到该负载停止电压125时停止锂离子电池120向负载部210的输出。本变形例中，将上述负载停止电压125设定为约6.2V。
另外，上述各个实施方式中，由于2次电池的锂离子电池120采用2个电池串联的形态，上述电压变换电路130是通过降低燃料电池110的输出电压1 11的降压型而进行说明的，然而当然并不仅限于此，还可以通过和2次电池120的输出电压121之间的关系构成升压型的电压变换电路。该升压型，也可以通过对应于燃料电池110的最大输出功率的电压限制下限电压，通过结合二极管的构成，能够得到和上述场合相同的效果。另外，也同样可以进行充电动作。
另外，上述各实施方式中，将锂离子电池作为2次电池而使用，但并不仅限于此，通过其他的辅助电池也可以实现，还可以置换为从商用电源所制作出的直流电源。
产业上的应用
在这里公开的概念，能够适用于设有燃料电池以及2次电池，通过上述2次电池补足上述燃料电池的输出功率进行向负载部的供电的燃料电池用电源系统，以及具有该燃料电池用电源系统的电子设备。
另外，通过适当组合上述各种实施方式中的任意的实施方式，能够得到各种各样的效果。
以上对照附图且和最佳实施方式相关联对本发明进行了充分的说明，本领域的技术人员能够明白本发明的各种变形以及修正。这样的变形以及修正，只要根据权利要求的范围并没有超过本发明的范围，就包括在本发明中。

Claims (38)

1.一种燃料电池用电源系统，包括：
燃料电池，对其进行配置以产生第一电功率；
二次电池，对其进行配置以输出第二电功率；以及
燃料电池控制器，所述燃料电池控制器与所述燃料电池的输出连接，用于将所述燃料电池的输出电压水平与第一预定值和第二预定值进行比较，当所述燃料电池输出电压水平不高于所述第一预定值时，用于防止所述燃料电池产生功率，并且根据所述燃料电池输出电压的水平与所述第二预定值的比较结果，确定所述燃料电池及所述二次电池的输出。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用电源系统，其特征在于还包括：
整流电路，所述整流电路被连接，以接收燃料电池控制电路的输出和二次电池的输出，用于控制第一电功率和第二电功率的输出，
其中所述整流电路
当燃料电池输出电压的水平大于二次电池输出电压的水平时，输出第一电功率，
当燃料电池输出电压的水平实质上等于二次电池输出电压的水平时，输出第一电功率和第二电功率，以及
当燃料电池输出电压的水平小于二次电池输出电压的水平时，输出第二电功率。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当从燃料电池输出最大电功率时，所述第一预定值对应于燃料电池输出电压。
4.根据权利要求1所述的燃料电池用电源系统，其特征在于所述燃料电池控制器通过将燃料电池输出电压转换为大于二次电池的最大输出电压的电压，设置第一预定值。
5.根据权利要求2所述的燃料电池用电源系统，其特征在于在从燃料电池输出电压达到第一预定值直到燃料电池输出电压达到击穿电压之前时刻的期间，燃料电池控制器将燃料电池输出电压至少降低到二次电池的放电电压。
6.根据权利要求1所述的燃料电池用电源系统，其特征在于所述燃料电池控制器包括：
电压检测电路，对其进行配置以检测燃料电池输出电压；
电压设置电路，对其进行配置以设置第二预定值；以及
反馈部分，对其进行配置以向从所述电压设置电路输出的电压施加反馈。
7.根据权利要求6所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当所述电压检测电路检测到燃料电池输出电压高于第一预定值时，所述电压设置电路通过所述反馈部分来将燃料电池输出电压设置为与第二预定值相对应的电压。
8.根据权利要求6所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当所述电压检测电路检测到燃料电池输出电压已经达到第一预定值时，所述电压设置电路终止燃料电池的输出。
9.根据权利要求1所述的燃料电池用电源系统，其特征在于所述整流电路由二极管构成。
10.根据权利要求1所述的燃料电池用电源系统，其特征在于包括与燃料电池和二次电池相连的充电电路，对其进行配置，以对二次电池进行充电。
11.根据权利要求10所述的燃料电池用电源系统，其特征在于所述充电电路包括：
与燃料电池的输出和二次电池的输出相连的输出电压比较器电路，对其进行配置以将燃料电池的输出电压与第一预定值进行比较，并将二次电池的输出电压与二次电池的可充电电压值进行比较；以及
连接在燃料电池和二次电池之间的开关电路，对其进行配置以将燃料电池输出电压施加到二次电池，从而对二次电池进行充电。
12.根据权利要求11所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当输出电压比较器电路检测到燃料电池输出电压大于第一预定值且二次电池的输出电压已经达到了可充电电压值时，开关电路将输出电压施加到二次电池。
13.根据权利要求11所述的燃料电池用电源系统，其特征在于还配置输出电压比较器电路，以便当开关电路将燃料电池输出电压施加到二次电池之后，检测充电终止电压。
14.根据权利要求13所述的燃料电池用电源系统，其特征在于将所述充电终止电压设置为低于第一预定值的值。
15.根据权利要求13所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当输出电压比较器电路检测到充电终止电压时，开关电路终止燃料电池输出电压到二次电池的输出。
16.根据权利要求1所述的燃料电池用电源系统，其特征在于还包括：
与二次电池的输出相连的输出终止电路并能够与负载相连，对其进行配置以确定二次电池的输出电压何时低于负载终止电压。
17.根据权利要求16所述的燃料电池用电源系统，其特征在于将所述负载终止电压设置为高于二次电池的最终放电电压的值。
18.根据权利要求16所述的燃料电池用电源系统，其特征在于配置所述输出终止电路，以便当检测到负载终止电压时，终止来自二次电池的输出。
19.一种由燃料电池系统供电的电子设备，包括：
燃料电池用电源系统；以及
负载，对其进行配置，以接收由所述燃料电池用电源系统提供的第一电功率和第二电功率，
其中所述燃料电池用电源系统，包括：
燃料电池，对其进行配置以产生第一电功率；
二次电池，对其进行配置以输出第二电功率；以及
燃料电池控制器，所述燃料电池控制器与所述燃料电池的输出连接，用于将所述燃料电池的输出电压水平与第一预定值和第二预定值进行比较，当所述燃料电池输出电压水平不高于所述第一预定值时，用于停止所述燃料电池的放电，并且根据所述燃料电池输出电压的水平与所述第二预定值的比较结果，确定所述燃料电池及所述二次电池的输出。
20.一种用于燃料电池的燃料电池用电源系统中的电功率提供方法，所述燃料电池包括对其进行配置以产生第一电功率的燃料电池和对其进行配置以输出第二电功率的二次电池，所述方法包括步骤：
(a)根据燃料电池的最大输出功率处的电压，设置第一预定值；
(b)设置第二预定值；
(c)通过将燃料电池输出电压与第一预定值进行比较，确定第一电功率的输出；
(d)通过将燃料电池输出电压与第二预定值进行比较，确定第一电功率和第二电功率的输出；
(e)当燃料电池输出电压小于第一预定值时，输出第一电功率；以及
(f)当燃料电池输出电压达到第一预定值时，输出第二电功率。
21.一种燃料电池用电源系统，包括：
燃料电池，对其进行配置以产生第一电功率；
二次电池，对其进行配置以输出第二电功率；以及
燃料电池控制装置，用于将所述燃料电池的输出电压水平与第一预定值和第二预定值进行比较，当所述燃料电池输出电压水平不高于所述第一预定值时，用于防止所述燃料电池产生功率，并且根据所述燃料电池输出电压的水平与所述第二预定值的比较结果，确定所述燃料电池及所述二次电池的输出。
22.根据权利要求21所述的燃料电池用电源系统，其特征在于还包括：
整流装置，用于控制第一电功率和第二电功率的输出，
其中所述整流装置
当燃料电池输出电压的水平大于二次电池输出电压的水平时，输出第一电功率，
当燃料电池输出电压的水平实质上等于二次电池输出电压的水平时，输出第一电功率和第二电功率，以及
当燃料电池输出电压的水平小于二次电池输出电压的水平时，输出第二电功率。
23.根据权利要求21所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当从燃料电池输出最大电功率时，所述第一预定值对应于燃料电池输出电压。
24.根据权利要求21所述的燃料电池用电源系统，其特征在于所述燃料电池控制装置通过将燃料电池输出电压转换为大于二次电池的最大输出电压的电压，设置第一预定值。
25.根据权利要求22所述的燃料电池用电源系统，其特征在于在从燃料电池输出电压达到第一预定值直到燃料电池输出电压达到击穿电压之前时刻的期间，燃料电池控制装置将燃料电池输出电压至少降低到二次电池的放电电压。
26.根据权利要求21所述的燃料电池用电源系统，其特征在于所述燃料电池控制装置包括：
电压检测装置，用于检测燃料电池输出电压；
电压设置装置，用于设置第二预定值；以及
反馈装置，用于向从所述电压设置电路输出的电压施加反馈。
27.根据权利要求26所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当所述电压检测装置检测到燃料电池输出电压高于第一预定值时，所述电压设置装置通过所述反馈装置来将燃料电池输出电压设置为与第二预定值相对应的电压。
28.根据权利要求26所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当所述电压检测装置检测到燃料电池输出电压已经达到第一预定值时，所述电压设置装置终止燃料电池的输出。
29.根据权利要求21所述的燃料电池用电源系统，其特征在于所述整流装置由二极管构成。
30根据权利要求21所述的燃料电池用电源系统，其特征在于还包括充电装置，用于对二次电池进行充电。
31.根据权利要求30所述的燃料电池用电源系统，其特征在于所述充电装置包括：
输出电压比较装置，用于将燃料电池的输出电压与第一预定值进行比较，并将二次电池的输出电压与二次电池的可充电电压值进行比较；以及
开关装置，用于将燃料电池输出电压施加到二次电池，从而对二次电池进行充电。
32.根据权利要求31所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当输出电压比较装置检测到燃料电池输出电压大于第一预定值且二次电池的输出电压已经达到了可充电电压值时，开关装置将输出电压施加到二次电池。
33.根据权利要求31所述的燃料电池用电源系统，其特征在于还配置输出电压比较装置，以便当开关装置将燃料电池输出电压施加到二次电池之后，检测充电终止电压。
34.根据权利要求33所述的燃料电池用电源系统，其特征在于将所述充电终止电压设置为低于第一预定值的数值。
35.根据权利要求33所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当输出电压比较装置检测到充电终止电压时，开关装置终止燃料电池输出电压到二次电池的输出。
36.根据权利要求31所述的燃料电池用电源系统，其特征在于还包括：
输出终止装置，用于确定二次电池的输出电压何时低于负载终止电压。
37.根据权利要求36所述的燃料电池用电源系统，其特征在于将所述负载终止电压设置为高于二次电池的最终放电电压的值。
38.根据权利要求36所述的燃料电池用电源系统，其特征在于当检测到负载终止电压时，所述输出终止装置终止来自二次电池的输出。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7883808B2 (en) 2005-09-30 2011-02-08 Hitachi, Ltd. Power supply apparatus with fuel cell and method of controlling the same

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060001398A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-05 Nguyen Don J Fuel cell-based charger for computer system
FR2888685A1 (fr) * 2005-07-18 2007-01-19 St Microelectronics Sa Convertisseur-regulateur continu-continu
US20070042233A1 (en) * 2005-08-19 2007-02-22 Lyman Scott W Systems and methods for initiating auxiliary fuel cell system operation
US20070122661A1 (en) * 2005-11-29 2007-05-31 Symbol Technologies, Inc. Methods and apparatus for a hybrid power source
US8072224B2 (en) * 2008-08-04 2011-12-06 Toyoto Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Methods for predicting the future performance of fuel cell stacks and individual fuel cells
US8076903B2 (en) * 2009-06-09 2011-12-13 Microsun Technologies Llc Electric power storage and delivery system and method of operation
US20120282535A1 (en) * 2010-10-29 2012-11-08 Tibor Fabian Fuel cell charging system and method of use
GB2531510A (en) * 2014-10-15 2016-04-27 Intelligent Energy Ltd Fuel cell and battery
KR101809787B1 (ko) * 2015-03-10 2017-12-15 엘에스산전 주식회사 배터리 전력 공급 시스템을 포함하는 전력 공급 시스템

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59230434A (ja) 1983-06-13 1984-12-25 三洋電機株式会社 燃料電池電源システムの安定化装置
JP2752704B2 (ja) 1989-07-04 1998-05-18 大阪瓦斯株式会社 直流ハイブリッド給電システム
US5969435A (en) 1991-01-08 1999-10-19 Nextek Power Systems, Inc. Modular DC cogenerator systems
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
US5916699A (en) 1997-05-13 1999-06-29 Motorola, Inc. Hybrid energy storage system
US6555989B1 (en) 2001-11-27 2003-04-29 Ballard Power Systems Inc. Efficient load-following power generating system
JP4085642B2 (ja) * 2002-02-05 2008-05-14 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池システム
US20030194588A1 (en) 2002-04-10 2003-10-16 Laukhuf Gregg E. Worksurface power modules powered by fuel cells
JP3911435B2 (ja) * 2002-04-11 2007-05-09 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびその制御方法
JP2003346823A (ja) 2002-05-22 2003-12-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電源システム
JP3715608B2 (ja) 2002-09-30 2005-11-09 株式会社東芝 電子機器システムおよび電池ユニット
JP3832417B2 (ja) 2002-10-22 2006-10-11 日産自動車株式会社 燃料電池システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7883808B2 (en) 2005-09-30 2011-02-08 Hitachi, Ltd. Power supply apparatus with fuel cell and method of controlling the same

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