JP2006210240A - Fuel cell protection circuit - Google Patents

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Takamasa Yanase
考応 柳瀬
Fumiharu Iwasaki
文晴 岩崎
Kazutaka Yuzurihara
一貴 譲原
Tsuneaki Tamachi
恒昭 玉地
Takashi Sarada
孝史 皿田
Toru Ozaki
徹 尾崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell protection circuit capable of stabilizing power supply to a load by reducing the load of fuel battery power generating cells and heightening response to a sudden change of the load, capable of maintaining power generation facility of the fuel cell of an early stage by preventing power generation at a deterioration mode of the fuel cell. <P>SOLUTION: For evading damage of the fuel battery power generating cell caused by transient over voltage due to lowering of an output of the fuel cell caused by inability of the output of the fuel cell to follow a sudden change of the load like a pulse load, the load on the fuel battery power generating cells is reduced by increasing an output capacity of the fuel cell. Further, for preventing the deterioration mode of the fuel cell, a function for preventing rush-current output from the fuel cell and a means for preventing an inverse current flowing from an external circuit or electric double layer capacitor to the fuel cell are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池向けの回路に係り、特に小型携帯機器向け電源としての燃料電池の保護回路に関する。   The present invention relates to a circuit for a fuel cell, and more particularly to a protection circuit for a fuel cell as a power source for a small portable device.

近年、携帯電話に代表される携帯機器の消費電力は、機器の高機能化に伴い増加の一途をたどっており、電源の容量の向上が大きな課題となっている。
最近、高エネルギー密度である小型エネルギー源として、燃料電池が注目されている。この燃料電池は、電解質を二種類の電極が挟持している。燃料極で水素、或いはメタノールなどの燃料を酸化し、酸素極で大気中の酸素を還元することにより、電気を発生させる。燃料電池の中でも固体高分子型燃料電池は、室温付近での発電が可能であることと、出力密度が高く小型化が可能であることから、携帯機器用の電源として応用が期待されている。
しかし、燃料電池は、一次電池や二次電池などに比べて負荷応答性が低いことが知られている。これは、燃料ガスの拡散の低応答性が原因の一つである。
従来、燃料電池とキャパシタを並列に接続し、負荷電流の急増による燃料電池の応答の遅れによる燃料電池出力が低下した場合にキャパシタからの放電電流により不足分の電流を補う燃料電池発電装置が知られている(例えば特許文献1参照。)。
特開平6−275296号公報(第10頁、第5図)
In recent years, power consumption of mobile devices typified by mobile phones has been steadily increasing as the functionality of the devices has increased, and improving the capacity of the power source has become a major issue.
Recently, fuel cells have attracted attention as small energy sources with high energy density. In this fuel cell, two types of electrodes are sandwiched between electrolytes. Electricity is generated by oxidizing a fuel such as hydrogen or methanol at the fuel electrode and reducing oxygen in the atmosphere at the oxygen electrode. Among fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell is expected to be applied as a power source for portable devices because it can generate power near room temperature and has a high output density and can be miniaturized.
However, it is known that fuel cells have low load responsiveness compared to primary batteries and secondary batteries. This is one of the reasons for the low response of fuel gas diffusion.
Conventionally, there has been known a fuel cell power generator in which a fuel cell and a capacitor are connected in parallel, and when the output of the fuel cell decreases due to a delay in the response of the fuel cell due to a sudden increase in load current, the discharge current from the capacitor compensates for the insufficient current (For example, refer to Patent Document 1).
JP-A-6-275296 (page 10, FIG. 5)

従来の方法によると、キャパシタを用いた負荷応答に対する電流の補償は、事前に策定された燃料電池の電圧−電流特性デ−タとの照合によって制御されている。しかし、この方法は制御方法が複雑であることと、電圧−電流特性デ−タとの照合によるキャパシタからの不足電流の放出では制御の遅延などにより、特に急激なパルス負荷に対して燃料電池出力が負荷要求に追従しきれず燃料電池出力が低下し過渡的な過電圧による燃料電池発電セルのダメージを回避することができない。   According to the conventional method, the compensation of the current with respect to the load response using the capacitor is controlled by collation with the voltage-current characteristic data of the fuel cell prepared in advance. However, in this method, the control method is complicated, and the discharge of insufficient current from the capacitor by collation with the voltage-current characteristic data causes a delay in the control, etc. However, it is impossible to follow the load demand, the fuel cell output is lowered, and the damage of the fuel cell power generation cell due to the transient overvoltage cannot be avoided.

また、燃料電池の出力の停止や燃料電池のトラブル等による急激な燃料電池電圧の低下が起きた場合、キャパシタからの電流の逆流による燃料電池へのダメージを回避する為の措置が考慮されていない。これは、パルス負荷等の急激な負荷変動に対応する為に電気二重層キャパシタ等の大容量かつ等価直列抵抗値が低いキャパシタを用いている場合は、燃料電池に大電流が流れ致命的なダメージを与える恐れがある。   In addition, when a sudden drop in the fuel cell voltage occurs due to a stop in the output of the fuel cell or a trouble in the fuel cell, no measures are taken to avoid damage to the fuel cell due to the backflow of current from the capacitor. . This is because when a capacitor with a large capacity and low equivalent series resistance such as an electric double layer capacitor is used to cope with a sudden load fluctuation such as a pulse load, a large current flows into the fuel cell, resulting in fatal damage. There is a risk of giving.

さらに、大容量かつ等価直列抵抗値が低いキャパシタの充電時等に生じるラッシュカレントによる燃料電池への過負荷の対策がなされていない。   Furthermore, no measures are taken for overloading the fuel cell due to rush current that occurs when charging a capacitor having a large capacity and a low equivalent series resistance.

燃料電池への過負荷や電流の逆流は、燃料電池の転極が起こり、燃料電池発電セル内の電解質膜や導電材などの触媒金属の溶出、凝集等による性能劣化などにより、燃料電池の出力の低下と、寿命の短縮につながり、必ず回避しなければならない。   Fuel cell overload and reverse current flow cause fuel cell inversion, resulting in fuel cell output due to performance degradation due to elution and aggregation of catalyst metals such as electrolyte membranes and conductive materials in fuel cell power generation cells. , Leading to a reduction in life and shortening the lifespan, which must be avoided.

従来の方法においては燃料の供給制御だけでなく空気供給制御も行っており、小型携帯機器に搭載するなど、小型化する為に必要な構成が考慮されていなかった。   In the conventional method, not only fuel supply control but also air supply control is performed, and a configuration necessary for downsizing such as mounting in a small portable device has not been considered.

小型携帯機器の電源は寸法が限られており、特に小型かつ軽量である事が求められる。よって、本発明は、体積を要する補機類を用いず、燃料電池の出力容量を増加し燃料電池発電セルへの負荷を軽減させると同時にパルス応答などの負荷への電力供給を安定化させ、燃料電池の劣化モードでの発電や燃料電池への電流の逆流を防止し、燃料電池の初期発電能力の維持が可能となる燃料電池保護回路を提供する。   The power source of a small portable device is limited in size, and is particularly required to be small and lightweight. Therefore, the present invention does not use auxiliary equipment that requires volume, increases the output capacity of the fuel cell, reduces the load on the fuel cell power generation cell, and at the same time stabilizes the power supply to the load such as a pulse response, Provided is a fuel cell protection circuit capable of preventing power generation in a deterioration mode of a fuel cell and a backflow of current to the fuel cell and maintaining the initial power generation capability of the fuel cell.

上記課題を達成する為に、本発明は、燃料電池出力が負荷要求に追従しきれず燃料電池出力が低下し過渡的な過電圧の発生による燃料電池発電セルのダメージを回避する為に、燃料電池の出力容量を増加し、燃料電池発電セルへの負荷を軽減させる。   In order to achieve the above object, the present invention is directed to a fuel cell in order to avoid damage to the fuel cell power generation cell due to generation of a transient overvoltage because the fuel cell output does not follow the load request and the fuel cell output decreases. Increase the output capacity and reduce the load on the fuel cell.

外部回路に電力を供給する燃料電池に接続する燃料電池保護回路であって、燃料電池の出力容量を増加させ、燃料電池への負荷を軽減させる電気二重層キャパシタと、電気二重層キャパシタに直列に接続され、電気二重層キャパシタから燃料電池発電セルへの電流の逆流を防ぐ放電回路と、電気二重層キャパシタ及び放電回路に並列に接続されたラッシュカレント防止手段とを有する。   A fuel cell protection circuit connected to a fuel cell that supplies power to an external circuit, which increases the output capacity of the fuel cell and reduces the load on the fuel cell, and an electric double layer capacitor in series A discharge circuit connected to prevent the backflow of current from the electric double layer capacitor to the fuel cell power generation cell; and a rush current preventing means connected in parallel to the electric double layer capacitor and the discharge circuit.

燃料から化学反応により電力の取り出しが可能な燃料電池発電セルと、燃料電池発電セルへの負荷を軽減させると同時に負荷への電力供給を安定化させる燃料電池保護回路からなり、外部回路へ電力を供給する燃料電池において、燃料電池保護回路は、燃料電池の出力容量を増加させ、燃料電池への負荷を軽減させる為に電気二重層キャパシタを有している。電気二重層キャパシタの等価直列抵抗(ESR)値は、前記燃料電池発電セルが有する内部抵抗値の最大値以下とする。電気二重層キャパシタの容量は、燃料電池発電セルの過渡応答測定により、適切な容量を選択する。特にパルス負荷などの急激な負荷変動に対して電源として安定的に電力を供給する為に、燃料電池が有する等価的な内部抵抗値よりも低いESR値の電気二重層キャパシタを選択する事が望ましい。   It consists of a fuel cell power generation cell that can extract power from the fuel by a chemical reaction, and a fuel cell protection circuit that reduces the load on the fuel cell power generation cell and stabilizes the power supply to the load. In the fuel cell to be supplied, the fuel cell protection circuit has an electric double layer capacitor in order to increase the output capacity of the fuel cell and reduce the load on the fuel cell. The equivalent series resistance (ESR) value of the electric double layer capacitor is not more than the maximum value of the internal resistance value of the fuel cell power generation cell. As the capacity of the electric double layer capacitor, an appropriate capacity is selected by measuring the transient response of the fuel cell power generation cell. In particular, it is desirable to select an electric double layer capacitor having an ESR value lower than the equivalent internal resistance value of the fuel cell in order to stably supply power as a power source against a sudden load fluctuation such as a pulse load. .

また、燃料電池保護回路は、ラッシュカレント防止手段を有しており、燃料電池発電セルから出力されるラッシュカレントを防止するラッシュカレント防止回路と、外部回路や電気二重層キャパシタから燃料電池発電セルへ逆流する電流を防止する逆電流防止手段とを備え、燃料電池の劣化モードでの発電を防止する。更に燃料電池保護回路は、燃料電池出力を切り替えるスイッチと、ラッシュカレント防止手段をバイパスする為のバイパス回路と電気二重層キャパシタの放電回路を備え、燃料電池へのダメージを回避する。   In addition, the fuel cell protection circuit has a rush current prevention means, a rush current prevention circuit for preventing a rush current output from the fuel cell power generation cell, and an external circuit or an electric double layer capacitor to the fuel cell power generation cell. A reverse current prevention means for preventing a reverse current, and prevents power generation in the deterioration mode of the fuel cell. The fuel cell protection circuit further includes a switch for switching the fuel cell output, a bypass circuit for bypassing the rush current prevention means, and a discharge circuit for the electric double layer capacitor to avoid damage to the fuel cell.

前記放電回路は、少なくともコンパレータと抵抗器とスイッチから構成され、電気二重層キャパシタの持つ電圧が燃料電池発電セルの有する電圧よりも上回ることがないように、燃料電池発電セルの電圧を基に電気二重層キャパシタの放電量を制御する。   The discharge circuit is composed of at least a comparator, a resistor, and a switch. The electric circuit based on the voltage of the fuel cell power generation cell is used so that the voltage of the electric double layer capacitor does not exceed the voltage of the fuel cell power generation cell. Controls the discharge amount of the double layer capacitor.

ラッシュカレント防止手段は、少なくとも電流制限素子と燃料電池発電セルからの出力電流のバイパス回路から構成され、電流制限素子の電圧降下を基に燃料電池出力電流を制御する。   The rush current prevention means includes at least a current limiting element and a bypass circuit for the output current from the fuel cell power generation cell, and controls the fuel cell output current based on a voltage drop of the current limiting element.

燃料電池保護回路は、燃料電池発電セルから出力されるラッシュカレントを防止する為に、抵抗器、或いは半導体スイッチ素子、或いは抵抗器と半導体スイッチ素子の両方から構成されるラッシュカレント防止回路を有している。   The fuel cell protection circuit has a rush current prevention circuit composed of a resistor, a semiconductor switch element, or both a resistor and a semiconductor switch element in order to prevent a rush current output from the fuel cell power generation cell. ing.

ラッシュカレント防止回路の抵抗器の抵抗値や、ラッシュカレント防止手段を有する半導体スイッチ素子のオン抵抗値や、抵抗器と半導体スイッチ素子で構成されるラッシュカレント防止手段の合成抵抗値は、確実にラッシュカレントを防止できる抵抗値を設定する。すなわち、ラッシュカレント防止手段の抵抗値は、燃料電池発電セルの開回路電圧値を燃料電池発電セルが0Vとなる最大の電流値で除した値と、燃料電池発電セルの開回路電圧を燃料電池発電セルに対して負荷を電子負荷装置における最大のスルーレートで印加した際に燃料電池発電セルの電圧のアンダーシュートが起きない電流値で除した値との間で設定する。ラッシュカレント防止手段を有する半導体スイッチ素子を用いる場合、ラッシュカレント防止手段の抵抗値は、半導体スイッチ素子から得られる最大の抵抗値と、燃料電池の開回路電圧値を燃料電池発電セルが0Vとなる最大の電流値で除した値の間に設定される。   The resistance value of the resistor of the rush current prevention circuit, the on-resistance value of the semiconductor switch element having the rush current prevention means, and the combined resistance value of the rush current prevention means including the resistor and the semiconductor switch element are surely rushed. Set a resistance that can prevent current. That is, the resistance value of the rush current prevention means is obtained by dividing the open circuit voltage value of the fuel cell power generation cell by the maximum current value at which the fuel cell power generation cell is 0 V, and the open circuit voltage of the fuel cell power generation cell. When the load is applied to the power generation cell at the maximum slew rate in the electronic load device, it is set between the value divided by the current value at which no undershoot of the voltage of the fuel cell power generation cell occurs. When a semiconductor switching element having rush current preventing means is used, the resistance value of the rush current preventing means is the maximum resistance value obtained from the semiconductor switching element and the open circuit voltage value of the fuel cell is 0 V for the fuel cell power generation cell. It is set between the values divided by the maximum current value.

バイパス回路は、燃料電池から外部負荷へ電力を供給する際に、燃料電池出力がラッシュカレント防止回路によって電圧降下することを回避する為に、バイパス用トランジスタによって構成される。電気二重層キャパシタの充電が完了すると、燃料電池から外部回路へ電力を供給する際に、燃料電池出力はラッシュカレント防止回路をバイパスする。
更にバイパス回路は、バイパス用トランジスタへのバイアス電圧を制御することによって、前記電気二重層キャパシタの充電電流を制御させる機能を有する。また、バイパス回路の両端の電圧を検出していることから、バイパス機能だけでなく電流検出の機能も有する。バイパス回路の検出電圧が設定値よりも高くなった場合は、バイパス素子のゲート電圧を引き下げ、抵抗を上昇させることにより、電流を制限することが可能である。
The bypass circuit is configured by a bypass transistor in order to avoid the voltage drop of the fuel cell output by the rush current prevention circuit when power is supplied from the fuel cell to the external load. When charging of the electric double layer capacitor is completed, the fuel cell output bypasses the rush current prevention circuit when power is supplied from the fuel cell to the external circuit.
Furthermore, the bypass circuit has a function of controlling the charging current of the electric double layer capacitor by controlling the bias voltage to the bypass transistor. Further, since the voltage across the bypass circuit is detected, it has not only a bypass function but also a current detection function. When the detection voltage of the bypass circuit becomes higher than the set value, the current can be limited by reducing the gate voltage of the bypass element and increasing the resistance.

電源として用いる燃料電池の直列数が少なく、燃料電池保護回路の内部の電子素子類の電源の確保が困難である場合は、前記燃料電池保護回路に昇圧コンバータを搭載し、前記燃料電池保護回路の内部の電子素子の電源は前記昇圧コンバータから得る。   When the number of fuel cells used as a power source is small and it is difficult to secure a power source for electronic elements inside the fuel cell protection circuit, a boost converter is mounted in the fuel cell protection circuit, and the fuel cell protection circuit The power supply for the internal electronic elements is obtained from the boost converter.

燃料電池出力を切り替えるスイッチは、燃料電池の開回路電圧近傍になるとスイッチがオンとなり導通が取れるように設定する。例えば、燃料電池出力を切り替えるスイッチが、燃料電池の開回路電圧の80%以上の電圧を検出すると燃料電池出力が燃料電池保護回路内部へ入力される。更に、燃料電池出力を切り替えるスイッチは、燃料電池出力電圧の電圧検出に対してスイッチ動作にヒステリシスを持たせる。すなわち、燃料電池の開回路電圧の80%以上の電圧を検出するとスイッチがオンとなり、燃料電池出力電圧がある設定値、例えば燃料電池から得られる最大出力点における電圧値を検出するとスイッチがオフとなり、燃料電池出力が遮断される。   The switch for switching the output of the fuel cell is set so that the switch is turned on when the fuel cell is close to the open circuit voltage, and conduction is obtained. For example, when the switch for switching the fuel cell output detects a voltage of 80% or more of the open circuit voltage of the fuel cell, the fuel cell output is input into the fuel cell protection circuit. Furthermore, the switch for switching the fuel cell output gives a hysteresis to the switch operation with respect to the voltage detection of the fuel cell output voltage. That is, the switch is turned on when a voltage of 80% or more of the open circuit voltage of the fuel cell is detected, and the switch is turned off when a fuel cell output voltage is detected at a certain set value, for example, the voltage value at the maximum output point obtained from the fuel cell. The fuel cell output is shut off.

電源として用いる燃料電池として、固体高分子型燃料電池(PEFC)を用いる場合、水素は、液体水素、或いは水素ガス、或いは水素原子のいずれかの状態で、高圧ボンベ、水素吸蔵合金、カーボンナノチューブやフラーレンなどの炭素材料等からなる群の少なくとも1種類以上の手段により貯蔵する。或いは、アルコールや無機ケミカルハイドライドや有機ケミカルハイドライドなどの水素を含む化学物質を改質することにより水素を取り出す事も可能である。   When a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is used as a fuel cell to be used as a power source, hydrogen is in a state of either liquid hydrogen, hydrogen gas, or hydrogen atom, a high-pressure cylinder, a hydrogen storage alloy, a carbon nanotube, Stored by at least one means of the group consisting of carbon materials such as fullerenes. Alternatively, hydrogen can be taken out by modifying a chemical substance containing hydrogen such as alcohol, inorganic chemical hydride, or organic chemical hydride.

ダイレクトメタノール型燃料電池(DMFC)に代表される燃料直接型の燃料電池を用いる場合は、燃料としてメタノールを使用する。また、メタノールの代わりに、燃料としてジメチルエーテル(DME)、2−プロパノール、エタノール等のアルコール類等を用いることも可能である。更に、燃料直接型の燃料電池の燃料として、水素化ホウ素ナトリウム等の金属水素錯化合物の水溶液を使用することが出来る。   When a direct fuel type fuel cell represented by a direct methanol type fuel cell (DMFC) is used, methanol is used as a fuel. Moreover, it is also possible to use alcohols, such as dimethyl ether (DME), 2-propanol, and ethanol, as a fuel instead of methanol. Furthermore, an aqueous solution of a metal hydride complex compound such as sodium borohydride can be used as a fuel for a direct fuel cell.

本発明によれば、外部回路の起動時や、パルス負荷時等の急激な負荷変動に対応可能であり、負荷変動が起きた際の燃料電池発電セルへの負荷を軽減させると同時に負荷への電力供給を安定化させることが可能となる。
また本発明によれば、放電回路によりダイオード等の電圧降下特性を有する整流素子を用いない為、給電効率が高くなるだけでなく燃料電池への電流の逆流を防止することが可能である。
According to the present invention, it is possible to cope with a sudden load fluctuation such as when an external circuit is started or during a pulse load, and at the same time reducing the load on the fuel cell power generation cell when the load fluctuation occurs. It becomes possible to stabilize the power supply.
Further, according to the present invention, since a rectifying element having a voltage drop characteristic such as a diode is not used by the discharge circuit, it is possible not only to increase the power supply efficiency but also to prevent the backflow of current to the fuel cell.

更に本発明によれば、燃料電池からのラッシュカレントを阻止すると共に劣化モードでの発電を防止することが可能であり、燃料電池単セルの初期の発電能力が維持され、その結果、燃料電池の長寿命化が可能となる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to prevent the rush current from the fuel cell and to prevent the power generation in the deterioration mode, and the initial power generation capability of the single fuel cell is maintained. Long service life is possible.

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
3つの燃料電池発電セルを直列接続し電源として用いた。この実施例の他に、電源として太陽電池、熱電素子等、一次電池や二次電池などの電源が利用可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Three fuel cell power generation cells were connected in series and used as a power source. In addition to this embodiment, a power source such as a primary battery or a secondary battery such as a solar battery or a thermoelectric element can be used as a power source.

本発明にかかる燃料電池の実施例1を図1を参照して以下に説明する。
燃料電池は、電源として燃料から化学反応により電力の取り出しが可能な水素を燃料とするPEFCの燃料電池1と、燃料電池1への負荷を軽減させると同時に負荷への電力供給を安定化させる燃料電池保護回路2から構成され、外部回路3へ電力を供給する。燃料電池保護回路2は、電気二重層キャパシタ4と、燃料電池出力を切り替えるスイッチ5と、ラッシュカレント防止回路6と、電気二重層キャパシタ4や外部回路3から燃料電池1へ逆流する電流を防止する為のショットキダイオード7により構成した。更に、スイッチ5には、燃料電池電圧を基に動作する劣化モードの発電防止機能を付加した。外部回路3へ燃料電池1の出力を供給する際に、燃料電池1出力がラッシュカレント防止用の抵抗をバイパス出来るように、電流検出用アンプ8とコンパレータ9と電圧リファレンス10を用いて回路を構成した。
Example 1 of a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to FIG.
The fuel cell includes a PEFC fuel cell 1 that uses hydrogen as a power source that can extract electric power from the fuel by a chemical reaction, and a fuel that reduces the load on the fuel cell 1 and at the same time stabilizes the power supply to the load. The battery protection circuit 2 is configured to supply power to the external circuit 3. The fuel cell protection circuit 2 prevents the electric double layer capacitor 4, the switch 5 for switching the fuel cell output, the rush current prevention circuit 6, and the current that flows backward from the electric double layer capacitor 4 or the external circuit 3 to the fuel cell 1. For this purpose. Further, the switch 5 is provided with a power generation prevention function in a deterioration mode that operates based on the fuel cell voltage. When supplying the output of the fuel cell 1 to the external circuit 3, the circuit is configured by using the current detection amplifier 8, the comparator 9, and the voltage reference 10 so that the output of the fuel cell 1 can bypass the rush current prevention resistor. did.

スイッチ5は、スイッチ用Nch−FET11とNch−FET11を動作させるFETドライバ12より構成し、ドライバ12により燃料電池出力電圧の電圧検出に対してスイッチ動作にヒステリシスを持せた。ラッシュカレント防止回路6はラッシュカレント防止抵抗13と、バイパス用Nch−FET14と、Nch−FET14を動作させるドライバ15より構成した。   The switch 5 includes a switching Nch-FET 11 and an FET driver 12 that operates the Nch-FET 11, and the driver 12 can have a hysteresis in the switching operation with respect to voltage detection of the fuel cell output voltage. The rush current prevention circuit 6 includes a rush current prevention resistor 13, a bypass Nch-FET 14, and a driver 15 that operates the Nch-FET 14.

燃料電池保護回路2には更に、燃料電池出力電流値出力端子16を設けた。
燃料電池1は燃料電池発電セル1a、1b、1cの3つのセルから構成され、燃料電池1の開回路電圧は2.94Vであった。電気二重層キャパシタ4として公称静電容量が0.047F、最大使用電圧3.6VのNECトーキン製の「スーパーキャパシタEDL473Z3R6-1」を使用した。燃料電池保護回路2内部の電子素子の電源電圧は全て燃料電池1の出力を入力した。
The fuel cell protection circuit 2 is further provided with a fuel cell output current value output terminal 16.
The fuel cell 1 was composed of three cells, ie, fuel cell power generation cells 1a, 1b, and 1c, and the open circuit voltage of the fuel cell 1 was 2.94V. As the electric double layer capacitor 4, “Supercapacitor EDL473Z3R6-1” manufactured by NEC TOKIN having a nominal capacitance of 0.047F and a maximum operating voltage of 3.6V was used. The power supply voltage of the electronic elements inside the fuel cell protection circuit 2 was all input from the fuel cell 1.

図2は燃料電池1の出力特性を示した図であり、横軸に燃料電池の出力電流を、左側縦軸に燃料電池1の電圧をとり菱形のプロットを、右側の縦軸に燃料電池の出力をとり丸印でプロット行った。燃料電池1の最大出力は2.42Wであり、そのときの電流値と電圧値はそれぞれ2.4A、1.01Vであった。燃料電池1から取り出すことが可能な最大電流値は図2における燃料電池電圧が0Vのときの電流値である。しかし、燃料電池電圧が0Vでの測定は燃料電池1にダメージを与えてしまう恐れがある為測定を行っていないが、最大電流値は5.0Aであると推測される。   FIG. 2 is a diagram showing the output characteristics of the fuel cell 1. The horizontal axis represents the output current of the fuel cell, the left vertical axis represents the voltage of the fuel cell 1, and the rhomboid plot represents the right vertical axis. The output was taken and plotted with a circle. The maximum output of the fuel cell 1 was 2.42 W, and the current value and voltage value at that time were 2.4 A and 1.01 V, respectively. The maximum current value that can be taken out from the fuel cell 1 is the current value when the fuel cell voltage in FIG. However, the measurement at the fuel cell voltage of 0 V may cause damage to the fuel cell 1 and is not measured, but the maximum current value is estimated to be 5.0A.

ラッシュカレント防止抵抗13の抵抗値は、燃料電池1の開回路電圧の2.94Vを燃料電池から取り出すことが可能な最大電流値5.0Aで除した値0.588Ωと燃料電池1の開回路電圧の2.94Vを燃料電池に対して負荷をスルーレートが2A/μsecで印加した際に燃料電池電圧のアンダーシュートが起きない電流値で除した値30.0Ωの間で設定される。今回は、ラッシュカレント防止抵抗13には3.0Ωの抵抗器を使用した。負荷を印加する際のスルーレートは、電子負荷装置が時間あたりの負荷電流増加が最大となる様に設定した。   The resistance value of the rush current prevention resistor 13 is 0.588Ω, which is obtained by dividing 2.94 V of the open circuit voltage of the fuel cell 1 by the maximum current value of 5.0 A that can be taken out of the fuel cell, and is an open circuit of the fuel cell 1. When a load of 2.94 V is applied to the fuel cell at a slew rate of 2 A / μsec, the voltage is set to a value between 30.0Ω divided by the current value at which the fuel cell voltage does not undershoot. This time, a 3.0Ω resistor was used as the rush current prevention resistor 13. The slew rate when applying the load was set so that the increase in load current per hour was maximized in the electronic load device.

スイッチ5において、ドライバ12は燃料電池1の出力電圧が開回路電圧の80%電圧、今回は2.4V以上の電圧が検出されると、スイッチ用Nch−FET11をターンオンするように動作する。   In the switch 5, the driver 12 operates to turn on the switch Nch-FET 11 when the output voltage of the fuel cell 1 is detected as 80% of the open circuit voltage, this time 2.4 V or more.

また、図2に示す燃料電池出力特性において、出力電流値が4.3A以上における発電領域は、拡散過電圧による電圧降下が大きい為、燃料電池出力が著しく低下しているのがわかる。出力電流値が4.3Aのときの燃料電池1の電圧は0.77Vであり、劣化モードでの発電を防ぐ為に、ドライバ12は燃料電池出力電圧が0.77V以下になったことを検出すると、Nch−FET11をオフし、燃料電池出力を遮断するように調整した。さらに、燃料電池出力を遮断すると、ドライバ15に信号を発信し、ドライバ15の動作をリセットさせる。ドライバ15はドライバ12からの信号を受けると、Nch−FET14をターンオフさせる。   Further, in the fuel cell output characteristics shown in FIG. 2, it can be seen that in the power generation region where the output current value is 4.3 A or more, the voltage drop due to the diffusion overvoltage is large, so that the fuel cell output is significantly reduced. When the output current value is 4.3 A, the voltage of the fuel cell 1 is 0.77 V. In order to prevent power generation in the deterioration mode, the driver 12 detects that the fuel cell output voltage has become 0.77 V or less. Then, Nch-FET11 was turned off and it adjusted so that a fuel cell output might be interrupted | blocked. Further, when the fuel cell output is cut off, a signal is transmitted to the driver 15 to reset the operation of the driver 15. When the driver 15 receives the signal from the driver 12, the Nch-FET 14 is turned off.

電流検出用アンプ8の出力は、コンパレータ9の反転入力端子に入力する。コンパレータ9の非反転入力端子には電圧リファレンス10から発生される電圧を入力する。コンパレータ9の出力はラッシュカレント防止抵抗13を流れる電流が減少するとHレベルの出力を行う。今回は、ラッシュカレント防止抵抗13を流れる電流が0.5A以下になるとコンパレータ9の出力がHレベルになるように調整した。   The output of the current detection amplifier 8 is input to the inverting input terminal of the comparator 9. The voltage generated from the voltage reference 10 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 9. The output of the comparator 9 outputs an H level when the current flowing through the rush current prevention resistor 13 decreases. This time, the output of the comparator 9 was adjusted to H level when the current flowing through the rush current prevention resistor 13 became 0.5 A or less.

バイパス用Nch−FET14を動作させるドライバ14は、コンパレータ9からHレベルの信号が入力されると、バイパス用Nch−FET14をターンオンさせ燃料電池1の出力がラッシュカレント防止抵抗13をバイパスする。   When an H level signal is input from the comparator 9, the driver 14 that operates the bypass Nch-FET 14 turns on the bypass Nch-FET 14 and the output of the fuel cell 1 bypasses the rush current prevention resistor 13.

本発明にかかる燃料電池システムの実施例2を図3を参照して以下に説明する。
実施例1に示した燃料電池1及び燃料電池保護回路2を用い、燃料電池保護回路2の出力端を昇圧タイプのDC−DCコンバータ17に接続し、DC−DCコンバータ17の出力端を電子負荷装置18に入力した。
A fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
Using the fuel cell 1 and the fuel cell protection circuit 2 shown in the first embodiment, the output terminal of the fuel cell protection circuit 2 is connected to a step-up type DC-DC converter 17, and the output terminal of the DC-DC converter 17 is connected to an electronic load. Input to device 18.

ここで、図には示さないが実施例1で示した燃料電池保護回路2には、外部電源入力端子を設け、DC−DCコンバータ17の出力を入力できるようにした。燃料電池保護回路2の内部に使用されている電子素子類の電源は、この外部電源入力端子から得られるように構成した。これにより、例えば、FET11やFET14のゲート印加電圧を高めることが可能となり、それぞれのFETのオン抵抗が減少し、燃料電池保護回路2での抵抗成分による電力ロスを低減することが可能である。   Here, although not shown in the figure, the fuel cell protection circuit 2 shown in the first embodiment is provided with an external power supply input terminal so that the output of the DC-DC converter 17 can be inputted. The power source of the electronic elements used in the fuel cell protection circuit 2 is configured to be obtained from this external power input terminal. Thereby, for example, the gate application voltage of the FET 11 or FET 14 can be increased, the on-resistance of each FET can be reduced, and the power loss due to the resistance component in the fuel cell protection circuit 2 can be reduced.

DC−DCコンバータ17は、スイッチングレギュレータ方式の昇圧回路で出力電圧値は5Vに固定した。DC−DCコンバータ15から取り出せる最大の電力は、電圧値5.0V、電流値0.636Aであり、そのときの出力電力は3.18Wであった。   The DC-DC converter 17 is a switching regulator type booster circuit, and the output voltage value is fixed at 5V. The maximum power that can be extracted from the DC-DC converter 15 was a voltage value of 5.0 V and a current value of 0.636 A, and the output power at that time was 3.18 W.

本発明にかかる燃料電池システムの実施例3を図4を参照して以下に説明する。   A third embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to FIG.

実施例1に示した燃料電池1を用い、燃料電池保護回路2を使用せずに燃料電池1の出力端をDC−DCコンバータ17の入力端に接続し、DC−DCコンバータ17の出力端を電子負荷装置18に入力した。   Using the fuel cell 1 shown in the first embodiment, the output end of the fuel cell 1 is connected to the input end of the DC-DC converter 17 without using the fuel cell protection circuit 2, and the output end of the DC-DC converter 17 is connected. Input to the electronic load device 18.

実施例2と同様に、図には示さないが、燃料電池保護回路2には外部電源入力端子を設け、DC−DCコンバータ17の出力を入力可能とした。燃料電池保護回路2の内部に使用されている電子素子類の電源は、この外部電源入力端子から得た。DC−DCコンバータ17から取り出せる最大の電力は、電圧値5.0V、電流値0.630Aであり、そのときの出力電力は3.15Wであった。   As in the second embodiment, although not shown in the drawing, the fuel cell protection circuit 2 is provided with an external power input terminal so that the output of the DC-DC converter 17 can be input. The power source of the electronic elements used in the fuel cell protection circuit 2 was obtained from this external power input terminal. The maximum power that can be extracted from the DC-DC converter 17 was a voltage value of 5.0 V and a current value of 0.630 A, and the output power at that time was 3.15 W.

本発明にかかる燃料電池システムの実施例4を図5を参照して以下に説明する。   Embodiment 4 of the fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to FIG.

実施例3に示した構成において、電子負荷装置18の替わりに通信方式がPDCタイプの携帯電話機19を使用し、DC−DCコンバータ17の出力端を携帯電話機19の充電コネクタに接続した。携帯電話機19付属のリチウムイオン二次電池は取り外し、携帯電話機19の電源を投入した。待ち受け状態や、カメラの撮影とデータの保存の動作を確認した。しかし、電話の発信と着信、及びデータ通信を行うと、電話とデータの発信時には携帯電話の電源が落ち、着信時では電源は切れないものの着信不能であり、通話やデータ通信を行うことは不可能であった。携帯電話機19の待ち受け時間は23時間であった。   In the configuration shown in the third embodiment, a PDC type mobile phone 19 is used instead of the electronic load device 18, and the output terminal of the DC-DC converter 17 is connected to the charging connector of the mobile phone 19. The lithium ion secondary battery attached to the cellular phone 19 was removed, and the cellular phone 19 was turned on. I checked the standby status and the camera shooting and data saving operations. However, when making and receiving calls and data communication, the power of the mobile phone is turned off when making calls and data, and the power is not turned off at the time of incoming calls, but the incoming call is impossible. It was possible. The standby time of the mobile phone 19 was 23 hours.

本発明にかかる燃料電池システムの実施例5を図6を参照して以下に説明する。   Embodiment 5 of the fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to FIG.

実施例4に示した構成において、図5に示すように燃料電池1とDC−DCコンバータ17との間に、実施例1で示した燃料電池保護回路2を挿入する形で、燃料電池1の出力端を燃料電池保護回路2の入力端子に、燃料電池保護回路2の出力端をDC−DCコンバータ17の入力端にそれぞれ接続した。
実施例4では、動作が確認できなかった携帯電話機19の電話の発信と着信と通話、及びデータ通信が動作可能となった。実施例4に示したものと同一の燃料を用いたときの携帯電話機19の待ち受け時間は25時間であった。
In the configuration shown in the fourth embodiment, the fuel cell protection circuit 2 shown in the first embodiment is inserted between the fuel cell 1 and the DC-DC converter 17 as shown in FIG. The output terminal was connected to the input terminal of the fuel cell protection circuit 2, and the output terminal of the fuel cell protection circuit 2 was connected to the input terminal of the DC-DC converter 17.
In the fourth embodiment, the outgoing and incoming calls, the telephone call, and the data communication of the mobile phone 19 whose operation could not be confirmed can be operated. When the same fuel as that shown in Example 4 was used, the standby time of the mobile phone 19 was 25 hours.

本発明にかかる燃料電池システムの実施例6を図7を参照して以下に説明する。   A sixth embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to FIG.

実施例1に示した構成において、ラッシュカレント防止回路6を次のように構成を変更した。実施例1におけるラッシュカレント防止抵抗13の替わりに、ラッシュカレント防止用Nch−FET20を用いた。実施例1においてアンプ8とコンパレータ9と電圧リファレンス10で構成されたバイパス機能は、ラッシュカレント防止用Nch−FET20ドライバ21の内部に集約した。   In the configuration shown in the first embodiment, the configuration of the rush current prevention circuit 6 is changed as follows. In place of the rush current prevention resistor 13 in the first embodiment, the rush current prevention Nch-FET 20 is used. In the first embodiment, the bypass function including the amplifier 8, the comparator 9, and the voltage reference 10 is integrated in the rush current prevention Nch-FET 20 driver 21.

スイッチ5において燃料電池1の開回路電圧の80%以上の電圧を検出すると、スイッチ5はFET11をターンオンし、燃料電池保護回路2へ電力を入力可能とする。オペアンプ22の反転入力端子には燃料電池の開回路電圧が印加され非反転入力端子の電圧はほぼ0Vである為、オペアンプ22の出力は飽和状態である。この状態を検出するとドライバ21は、FET20のゲート端子に徐々にバイアスを印加しFET20のオン抵抗値を低下させてゆく。ドライバ21は、FET20のゲート端子に印加する電圧を10秒間でドライバ21の入力電圧に引き上げるように調整した。   When the switch 5 detects a voltage of 80% or more of the open circuit voltage of the fuel cell 1, the switch 5 turns on the FET 11 so that power can be input to the fuel cell protection circuit 2. Since the open circuit voltage of the fuel cell is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier 22 and the voltage of the non-inverting input terminal is approximately 0 V, the output of the operational amplifier 22 is saturated. When this state is detected, the driver 21 gradually applies a bias to the gate terminal of the FET 20 to decrease the on-resistance value of the FET 20. The driver 21 was adjusted to raise the voltage applied to the gate terminal of the FET 20 to the input voltage of the driver 21 in 10 seconds.

本発明にかかる燃料電池システムの実施例7を図8を参照して以下に説明する。   Embodiment 7 of the fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to FIG.

実施例6に示した構成において、燃料電池1を構成する燃料電池発電セルを1つのみ使用した。図8に示す燃料電池発電セル1aの開回路電圧は0.99Vであった。燃料電池保護回路2内部での消費電流に伴う燃料電池発電セル1aの電圧降下によって、燃料電池保護回路2の内部の電子素子類の動作可能電圧を確保できない為、チャージポンプ式の昇圧コンバータ23を図8に示すように、燃料電池保護回路2内部に実装した。昇圧コンバータ23の出力電圧は3Vに設定し、燃料電池保護回路2の内部の電子素子類の電源へ電力を供給するようにした。   In the configuration shown in Example 6, only one fuel cell power generation cell constituting the fuel cell 1 was used. The open circuit voltage of the fuel cell power generation cell 1a shown in FIG. 8 was 0.99V. Since the operable voltage of the electronic elements inside the fuel cell protection circuit 2 cannot be secured due to the voltage drop of the fuel cell power generation cell 1a due to the consumption current inside the fuel cell protection circuit 2, the charge pump type boost converter 23 is provided. As shown in FIG. 8, the fuel cell protection circuit 2 was mounted. The output voltage of the boost converter 23 is set to 3 V, and power is supplied to the power source of the electronic elements inside the fuel cell protection circuit 2.

本発明にかかる燃料電池システムの実施例8を図9を参照して以下に説明する。
実施例1に示した構成において、燃料電池保護回路2の電流の逆流防止の為のダイオード7と、スイッチ5を省き、放電回路24を用いた。放電回路24は、燃料電池への電流の逆流を防止する機能を有し、Pch−EFT25と、Nch−FET26とコンパレータ27を用い構成した。
An eighth embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to FIG.
In the configuration shown in the first embodiment, the diode 7 and the switch 5 for preventing the backflow of the current of the fuel cell protection circuit 2 are omitted, and the discharge circuit 24 is used. The discharge circuit 24 has a function of preventing a backflow of current to the fuel cell, and is configured using a Pch-EFT 25, an Nch-FET 26, and a comparator 27.

コンパレータ27の反転入力端子には、燃料電池出力の正極の出力端の電圧を入力する。コンパレータの非反転入力端子には、電気二重層キャパシタ4の正極端子の電圧を入力する。コンパレータ27にはヒステリシスを持たせた。ヒステリシスバンドは50mVになるように設定した。   The voltage at the positive output terminal of the fuel cell output is input to the inverting input terminal of the comparator 27. The voltage of the positive terminal of the electric double layer capacitor 4 is input to the non-inverting input terminal of the comparator. The comparator 27 has a hysteresis. The hysteresis band was set to 50 mV.

通常は、電気二重層キャパシタ4の電圧よりも燃料電池1の出力電圧の方が高く、そのときはPch−FET26がON状態、Nch−FET27はOFF状態となり、電気二重層キャパシタ4の充放電が正常に行われる。   Normally, the output voltage of the fuel cell 1 is higher than the voltage of the electric double layer capacitor 4. At that time, the Pch-FET 26 is in the ON state and the Nch-FET 27 is in the OFF state, and charging / discharging of the electric double layer capacitor 4 is performed. Done normally.

外部回路3の急激な負荷変動や、燃料電池1への燃料の供給の過不足などによって、電気二重層キャパシタ4の電圧よりも燃料電池1の出力電圧の方が低くなった場合は、Pch−FET26がOFF状態、Nch−FET27はON状態となり、燃料電池1と電気二重層キャパシタ4の電気的パスが遮断され電気二重層キャパシタ4の放電が行われる。   If the output voltage of the fuel cell 1 becomes lower than the voltage of the electric double layer capacitor 4 due to sudden load fluctuations in the external circuit 3 or excess or shortage of fuel supply to the fuel cell 1, Pch− The FET 26 is turned off and the Nch-FET 27 is turned on, so that the electrical path between the fuel cell 1 and the electric double layer capacitor 4 is cut off and the electric double layer capacitor 4 is discharged.

これにより、電流の逆流防止の為のダイオードや燃料電池の出力スイッチ等を用いずに外部回路側から燃料電池1への電流の逆流等を防ぐことが可能である。また、燃料電池1から外部回路3までの電気的パスの間の抵抗成分を除くことが可能となり、燃料電池1から出力される電力を効率よく使用することが可能となる。   Thereby, it is possible to prevent the backflow of the current from the external circuit side to the fuel cell 1 without using the diode for preventing the backflow of the current or the output switch of the fuel cell. In addition, it is possible to remove the resistance component between the electrical paths from the fuel cell 1 to the external circuit 3, and the power output from the fuel cell 1 can be used efficiently.

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない限り、変更が可能である。更に、前記実施形態にはそれぞれの段階の発明が含まれている。特許請求の範囲内において、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせによる構成が発明として抽出され得る。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A change is possible in the implementation stage, unless it deviates from the summary. Further, the above embodiments include inventions at respective stages. Within the scope of the claims, a configuration by an appropriate combination of a plurality of disclosed configuration requirements can be extracted as an invention.

本発明の燃料電池は、燃料電池の負荷応答性を高めることが出来、電子機器類を安定的に動作させることが可能である。また、燃料電池の過負荷状態での運転を防止する為、燃料電池の長寿命化が可能である。補機類を用いず簡易な構成で燃料電池の短所を補うことが可能であるので、携帯機器用の電源としての燃料電池に適応できる。   The fuel cell of the present invention can improve the load responsiveness of the fuel cell and can stably operate electronic devices. Further, since the operation of the fuel cell in an overloaded state is prevented, the life of the fuel cell can be extended. Since it is possible to compensate for the shortcomings of the fuel cell with a simple configuration without using auxiliary equipment, it can be applied to a fuel cell as a power source for portable devices.

本発明の実施例1に係わる燃料電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the fuel cell concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係わる燃料電池発電セルの出力特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the output characteristic of the fuel cell power generation cell concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係わる燃料電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the fuel cell concerning Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係わる燃料電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the fuel cell concerning Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係わる燃料電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the fuel cell concerning Example 4 of this invention. 本発明の実施例5に係わる燃料電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the fuel cell concerning Example 5 of this invention. 本発明の実施例6に係わる燃料電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the fuel cell concerning Example 6 of this invention. 本発明の実施例7に係わる燃料電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the fuel cell concerning Example 7 of this invention. 本発明の実施例8に係わる燃料電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the fuel cell concerning Example 8 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池
1a,1b,1c 燃料電池発電セル
2 燃料電池保護回路
3 外部回路
4 電気二重層キャパシタ
5 スイッチ
6 ラッシュカレント防止回路
7 ショットキダイオード
8 電流検出用アンプ
9 コンパレータ
10 電圧リファレンス
11 Nch−FET
12 FETドライバ
13 ラッシュカレント防止抵抗
14 Nch−FET
15 FETドライバ
16 燃料電池出力電流値出力端子
17 DC−DCコンバータ
18 電子負荷装置
19 携帯電話機
20 Nch−FET
21 FETドライバ
22 オペアンプ
23 昇圧コンバータ
24 放電回路
25 Pch−FET
26 Nch−FET
27 コンパレータ
28 抵抗器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 1a, 1b, 1c Fuel cell power generation cell 2 Fuel cell protection circuit 3 External circuit 4 Electric double layer capacitor 5 Switch 6 Rush current prevention circuit 7 Schottky diode 8 Current detection amplifier 9 Comparator 10 Voltage reference 11 Nch-FET
12 FET driver 13 Rush current prevention resistor 14 Nch-FET
15 FET driver 16 Fuel cell output current value output terminal 17 DC-DC converter 18 Electronic load device 19 Mobile phone 20 Nch-FET
21 FET Driver 22 Operational Amplifier 23 Boost Converter 24 Discharge Circuit 25 Pch-FET
26 Nch-FET
27 Comparator 28 Resistor

Claims (10)

外部回路に電力を供給する燃料電池に接続する燃料電池保護回路であって、
前記燃料電池の出力容量を増加させ、前記燃料電池への負荷を軽減させる電気二重層キャパシタと、
前記電気二重層キャパシタに直列に接続され、前記電気二重層キャパシタから前記燃料電池発電セルへの電流の逆流を防ぐ放電回路と、
前記燃料電池に直列に接続され、前記電気二重層キャパシタ及び前記放電回路に並列に接続されたラッシュカレント防止手段と、
を有する燃料電池保護回路。
A fuel cell protection circuit connected to a fuel cell that supplies power to an external circuit,
An electric double layer capacitor that increases the output capacity of the fuel cell and reduces the load on the fuel cell;
A discharge circuit connected in series to the electric double layer capacitor to prevent a backflow of current from the electric double layer capacitor to the fuel cell power generation cell;
Rush current prevention means connected in series to the fuel cell and connected in parallel to the electric double layer capacitor and the discharge circuit;
A fuel cell protection circuit.
前記放電回路は、少なくともコンパレータと抵抗器とスイッチから構成され、前記電気二重層キャパシタの持つ電圧が前記燃料電池発電セルの有する電圧より上回ることがないように、前記燃料電池発電セルの電圧を基に前記電気二重層キャパシタの放電量を制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池保護回路。   The discharge circuit is composed of at least a comparator, a resistor, and a switch, and is based on the voltage of the fuel cell power generation cell so that the voltage of the electric double layer capacitor does not exceed the voltage of the fuel cell power generation cell. The fuel cell protection circuit according to claim 1, wherein a discharge amount of the electric double layer capacitor is controlled. ラッシュカレント防止手段は、少なくとも電流制限素子と前記燃料電池発電セルからの出力電流のバイパス回路から構成され、前記電流制限素子の電圧降下を基に前記燃料電池出力電流を制御する請求項1または2に記載の燃料電池保護回路。   3. The rush current prevention means includes at least a current limiting element and an output current bypass circuit from the fuel cell power generation cell, and controls the fuel cell output current based on a voltage drop of the current limiting element. The fuel cell protection circuit according to 1. 前記電流制限素子は抵抗器であり、前記抵抗器の抵抗値は、前記燃料電池発電セルの開回路電圧値を前記燃料電池発電セルが0Vとなる最大の電流値で除した値と、前記燃料電池発電セルの開回路電圧を前記燃料電池発電セルに対してステップ負荷を印加した際に前記燃料電池発電セルの電圧のアンダーシュートが起きない電流値で除した値の間で設定される請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池保護回路。   The current limiting element is a resistor, and a resistance value of the resistor is obtained by dividing an open circuit voltage value of the fuel cell power generation cell by a maximum current value at which the fuel cell power generation cell is 0 V, and the fuel The open circuit voltage of the battery power generation cell is set between a value obtained by dividing the open circuit voltage of the battery power generation cell by a current value at which an undershoot of the voltage of the fuel cell power generation cell does not occur when a step load is applied to the fuel cell power generation cell. The fuel cell protection circuit according to any one of 1 to 3. 前記燃料電池保護回路は、半導体スイッチ素子から構成されるラッシュカレント防止回路を有し、前記ラッシュカレント防止回路は燃料電池発電セルからの出力電流のバイパス回路を有している請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池保護回路。   5. The fuel cell protection circuit according to claim 1, further comprising a rush current prevention circuit including a semiconductor switch element, wherein the rush current prevention circuit includes a bypass circuit for an output current from the fuel cell power generation cell. The fuel cell protection circuit according to any one of the above. 前記電流制限素子が半導体スイッチ素子であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池保護回路。   The fuel cell protection circuit according to claim 1, wherein the current limiting element is a semiconductor switching element. 前記ラッシュカレント防止回路は、前記半導体スイッチ素子のゲート印加電圧を制御することにより前記半導体スイッチ素子のオン抵抗値を変化させる手段を有しており、前記燃料電池からのラッシュカレントを防止する為の前記半導体スイッチ素子のオン抵抗値は、前記半導体スイッチ素子から得られる最大の抵抗値と、燃料電池の開回路電圧値を燃料電池発電セルが0Vとなる最大の電流値で除した値との間に設定されることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池保護回路。   The rush current prevention circuit has means for changing an on-resistance value of the semiconductor switch element by controlling a gate applied voltage of the semiconductor switch element, and prevents the rush current from the fuel cell. The on-resistance value of the semiconductor switch element is between the maximum resistance value obtained from the semiconductor switch element and the value obtained by dividing the open circuit voltage value of the fuel cell by the maximum current value at which the fuel cell power generation cell becomes 0V. The fuel cell protection circuit according to claim 6, wherein 前記半導体スイッチ素子は、前記半導体スイッチ素子のみで前記燃料電池からのラッシュカレントを防止する為の機能と、燃料電池発電セルからの出力電流のバイパス回路の機能の両方の機能を有することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池保護回路。   The semiconductor switch element has both a function of preventing a rush current from the fuel cell only by the semiconductor switch element and a function of a bypass circuit of an output current from the fuel cell power generation cell, The fuel cell protection circuit according to claim 7. 前記バイパス回路は、バイパス用トランジスタによって構成され、前記バイパス用トランジスタへのバイアス電圧を変化させることによって、前記電気二重層キャパシタへの充電電流を制御する手段を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料電池保護回路。   The bypass circuit includes a bypass transistor, and includes means for controlling a charging current to the electric double layer capacitor by changing a bias voltage to the bypass transistor. The fuel cell protection circuit according to claim 8. 前記電気二重層キャパシタの等価直列抵抗(ESR)値は、前記燃料電池発電セルが有する内部抵抗値の最大値以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の燃料電池保護回路。 The fuel according to any one of claims 1 to 9, wherein an equivalent series resistance (ESR) value of the electric double layer capacitor is equal to or less than a maximum value of an internal resistance value of the fuel cell power generation cell. Battery protection circuit.
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