JP2006344591A - 燃料電池出力パワー制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 燃料電池出力パワー制御方法の提供。
【解決手段】 本発明は一種の燃料電池出力パワー制御方法に関わるものである。直流電圧変換器(ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)と燃料電池を設け、直流電圧変換器の電圧入力端と燃料電池の出力端に接続する。直流電圧変換器は燃料電池の出力電圧を出力定電圧に変換出力して、出力する。直流電圧変換器は、直流電圧変換器の電圧入力端を設定された定電圧範囲に維持する。すなわち、燃料電池の出力電圧を設定された定電圧範囲に維持できる。そのうち、定電圧の設定範囲は燃料電池のフィルム電極組の数及びフィルム電極組の発生する最適パワーにおける電圧値範囲に従い、該定電圧の設定電圧値範囲を設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は一種の燃料電池出力パワー制御方法、特に、直流電圧変換器により、直流電圧変換器の電圧入力端電圧値を制御し、設定された定電圧範囲に維持させる。これにより、燃料電池を最適な出力パワー状態で稼働する。
公知技術の直流電圧変換器(ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)は二次電池に使用する直流電圧変換器の設計は、出力電圧の安定性を注視し、二次電池より発生する電気の電圧が直流電圧変換器に与える影響は対策されていない。二次電池は一種の充電した後にエネルギーを保存するエネルギー保存容器を用いて、使用するときに、電気放出によりエネルギーを放出する。さらに、二次電池は放電するときの電気量が十分であれば、その出力電圧は一定に維持される。よって、公知技術の直流電圧変換器には、入力電圧の不安定の心配はない。しかしながら、燃料電池は一種のエネルギー変換器のため、あらかじめにエネルギーを保存することができない。よって、燃料電池に公知技術の直流電圧変換器と組み合わせたとき、燃料電池より発生する電気の電圧値は外部負荷により、大きな変化を引き起こす。このとき、公知技術の直流電圧変換器は燃料電池のエネルギー変換後の入力電圧を変換するため、公知技術の直流電圧変換器はなお定電圧を出力可能ですが、燃料電池にとって、最適な出力パワー状態による稼働とは言え難い。
本発明者は公知技術の直流電圧変換器は燃料電池に最適な出力稼働状態を提供できない課題に鑑みて、一種の燃料電池出力パワー制御方法を考案し、燃料電池を最適な出力状態の稼働を実現する。
本発明は、直流電圧変換器の出力電圧を一定にし、かつ、燃料電池を最適な出力状態の稼働を実現する一種の燃料電池出力パワー制御方法を提供することを主な目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明による燃料電池出力パワー制御方法は主に、直流電圧変換器(ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)と燃料電池を設け、直流電圧変換器の電圧入力端を燃料電池の電圧出力端に接続する。直流電圧変換器は燃料電池の出力電圧を出力定電圧に変換出力して、出力する。直流電圧変換器は、直流電圧変換器の電圧入力端を設定された定電圧範囲に維持する。そのうち、定電圧の設定範囲は燃料電池のフィルム電極組の数及びフィルム電極組の発生する最適パワーにおける電圧値範囲に従い、該定電圧の設定電圧値範囲を設定する。
請求項１の発明は、直流電圧変換器(ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)と燃料電池を設け、直流電圧変換器の電圧入力端と燃料電池の出力端に接続し、
直流電圧変換器は燃料電池の出力電圧を出力定電圧に変換出力して、出力し、
該直流電圧変換器は、直流電圧変換器の電圧入力端を設定された定電圧範囲に維持し、そのうち、該定電圧の設定範囲は燃料電池のフィルム電極組の数及びフィルム電極組の発生する最適パワーにおける電圧値範囲に従い、該定電圧の設定電圧値範囲を設定することにより、該燃料電池の出力電圧を該設定電圧の範囲に維持する、以上の手順を含まれる、一種の燃料電池出力パワー制御方法としている。
請求項２の発明は、該フィルム電極組は直焚きメタノール燃料電池に備えるフィルム電極組であり、該単一フィルム電極組の電圧値範囲は０．３Ｖから０．４Ｖの間であることを特徴とする請求項１記載の制御方法としている。
請求項３の発明は、該直焚きメタノール燃料電池のフィルム電極組の数はＮ個を設け、該定電圧の設定範囲は、０．３Ｖ*Ｎから０．４Ｖ*Ｎの間であることを特徴とする請求項２記載の制御方法としている。
請求項４の発明は、該フィルム電極組はプロトン交換膜燃料電池に備えるフィルム電極組であり、該単一フィルム電極組の電圧値範囲は０．５Ｖから０．６Ｖの間であることを特徴とする請求項１記載の制御方法としている。
請求項５の発明は、該フィルム電極組はプロトン交換膜燃料電池に備えるフィルム電極組の数はＮ個であり、該定電圧の設定範囲は０．５Ｖ*Ｎから０．６Ｖ*Ｎの間であることを特徴とする請求項４記載の制御方法としている。
請求項６の発明は、単一のフィルム電極組より発生する最適な出力パワー区域の電圧値範囲は、ＶAからＶBの間であることを特徴とする請求項１記載の制御方法としている。
請求項７の発明は、該フィルム電極組の数はＮ個を設け、該定電圧の設定範囲は、ＶA*ＮからＶB*Ｎの間であることを特徴とする請求項６記載の制御方法としている。
請求項８の発明は、該燃料電池は、プリン基板生産工程より生産の燃料電池であることを特徴とする請求項１記載の制御方法としている。
本発明は直流電圧変換器の出力電圧を一定にし、かつ、燃料電池を最適な出力状態の稼働を実現する一種の燃料電池出力パワー制御方法を提供する。
図１に示すものは、本発明による燃料電池出力パワー制御方法のフロー図であり、図２に示すものは、本発明による制御方法を実施した燃料電池に備える単一フィルム電極組の電圧−パワー特性カーブ図である。燃料電池２０は一種のエネルギー変換器のため、エネルギー保存能力を持たない。また、公知技術の直流電圧変換器の設計は、定電圧出力に着目し、入力電圧の特性を考慮していない。よって、燃料電池２０に公知技術の直流電圧変換器(ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)を使用すると、燃料電池２０の電圧出力値は外部負荷により、大きな変化を引き起こす（図２参照）。これは、燃料電池２０の特性である。稼働中の燃料電池２０すべてのフィルム電極組の電圧出力値は、ＶAからＶB電圧範囲でなければ、その時点の燃料電池２０は最適な出力パワー状態の稼働と言えない。本発明の制御方法１０より提供する直流電圧変換器２０は、定電圧を負荷に提供する機能のほか、電圧入力端の電圧値は常に定電圧範囲に維持できる。これにより、燃料電池２０すべてのフィルム電極組の電圧出力値をＶAからＶB電圧範囲に維持される。このときの燃料電池２０は最適な出力パワー状態で稼働することを意味する。
本発明による制御方法１０は主に、手順１０１、手順１０３、手順１０５を設け、以下のとおり詳細説明する。手順１０１において、直流電圧変換器(ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)３０と燃料電池２０を設け、直流電圧変換器３０の電圧入力端３０１と燃料電池２０の出力端２０１に接続する。図３に示すものは、本発明による制御方法を実施した直流電圧変換器、燃料電池、及び負荷を接続したときの使用態様図である。燃料電池２０のフィルム電極組は電気化学反応により、電気を発生し、電圧出力端２０１より電圧を出力する。直流電圧変換器３０の電圧入力端３０１は電圧出力端２０１と電気接続する。
手順１０３において、直流電圧変換器３０は燃料電池２０の出力電圧を出力定電圧に変換出力して、出力する。直流電圧変換器３０は燃料電池２０より発生した電気を電気回路により、５Ｖなどの定電圧出力に変換して、この定電圧出力を電圧出力端３０３より、外部に伝送し、負荷４０の使用に提供する。直流電圧変換器３０の出力定電圧は一種に限らず、負荷の必要に従い、直流電圧変換器３０は５Ｖ、１２Ｖなど、様々な定電圧出力能力をもたせることもできる。
手順１０５において、直流電圧変換器３０は、直流電圧変換器３０の電圧入力端３０１を設定された定電圧範囲に維持する。すなわち、燃料電池２０の出力電圧２０１を設定された定電圧範囲に維持できる。そのうち、定電圧の設定範囲は燃料電池２０のフィルム電極組の数及びフィルム電極組の発生する最適パワーにおける電圧値範囲に従い、該定電圧の設定電圧値範囲を設定する。本発明による制御方法１０の主な特徴は、直流電圧変換器３０の電圧入力端３０１は、定電圧範囲に維持し、かつ、この定電圧範囲は燃料電池２０を最適な出力パワーに稼働することを実現する。
図４は図３による具体実施例の電気回路図である。図４において、降圧ロジック回路３０５Ｂ(Ｂｕｃｋ ｌｏｇｉｃ)と昇圧ロジック回路３０５Ｃ(Ｂｏｏｓｔ ｌｏｇｉｃ)の制御は、Ｖｏｕｔ_ＦＢ信号のフィードバックとＶｏｕｔ_ｓｅｔ信号を入力設定した上、演算アンプ３０５Ａにて処理を行い、ViN_ＦＢ信号とViN_ｓｅｔ信号を入力し、演算アンプ３０５Ｄにて処理することにより、降圧ロジック回路３０５Ｂ(Ｂｕｃｋ ｌｏｇｉｃ)と昇圧ロジック回路３０５Ｃ(Ｂｏｏｓｔ ｌｏｇｉｃ)を制御し、電圧入力端３０１の電圧値を手順１０５に設定する定電圧範囲に調節する。
本発明による制御方法１０の燃料電池２０の実施態様は、直焚きメタノール燃料電池を用いて、直焚きメタノール燃料電池２０のフィルム電極組の数をＮ個に設けるとき、手順１０５における定電圧の設定範囲は０．３Ｖ*から０．４Ｖ*Ｎの間に設定される。現時点の直焚きメタノール燃料電池２０に備えるフィルム電極組の技術において、単一のフィルム電極組における最適な出力パワーの電圧範囲は０．３Ｖから０．４Ｖの間である、
本発明による制御方法１０の燃料電池２０の実施態様は、プロトン交換膜燃料電池を用いて、直焚きメタノール燃料電池２０のフィルム電極組の数をＮ個に設けるとき、手順１０５における定電圧の設定範囲は０．５Ｖ*Ｎから０．６Ｖ*Ｎの間に設定される。現時点のプロトン交換膜燃料電池２０に備えるフィルム電極組の技術において、単一のフィルム電極組における最適な出力パワーの電圧範囲は０．５Ｖから０．６Ｖの間である。
本発明による制御方法は出力電圧定電圧を提供するほか、燃料電池を最適な出力パワーの稼働を維持することは、本発明の最大な長所である。
本発明による燃料電池出力パワー制御方法のフロー図である。 本発明による燃料電池出力パワー制御方法における単一フィルム電極組の電圧−パワー特性カーブ図である。 本発明による制御方法を実施した直流電圧変換器、燃料電池、及び負荷を接続したときの使用態様図である。 図３による具体実施例の電気回路図である。
符号の説明
１０ 制御方法
２０ 燃料電池
３０ 直流電圧変換器
４０ 負荷
２０１ 燃料電池電圧出力端
３０１ 直流電圧変換器電圧入力端
３０３ 直流電圧変換器電圧出力端
３０５Ａ 演算アンプ
３０５Ｂ 降圧ロジック回路
３０５Ｃ 昇圧ロジック回路
３０５Ｄ 演算アンプ

Claims (8)

  1. 直流電圧変換器(ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)と燃料電池を設け、直流電圧変換器の電圧入力端と燃料電池の出力端に接続し、
    直流電圧変換器は燃料電池の出力電圧を出力定電圧に変換出力して、出力し、
    該直流電圧変換器は、直流電圧変換器の電圧入力端を設定された定電圧範囲に維持し、そのうち、該定電圧の設定範囲は燃料電池のフィルム電極組の数及びフィルム電極組の発生する最適パワーにおける電圧値範囲に従い、該定電圧の設定電圧値範囲を設定することにより、該燃料電池の出力電圧を該設定電圧の範囲に維持する、以上の手順を含まれる、一種の燃料電池出力パワー制御方法。
  2. 該フィルム電極組は直焚きメタノール燃料電池に備えるフィルム電極組であり、該単一フィルム電極組の電圧値範囲は０．３Ｖから０．４Ｖの間であることを特徴とする請求項１記載の制御方法。
  3. 該直焚きメタノール燃料電池のフィルム電極組の数はＮ個を設け、該定電圧の設定範囲は、０．３Ｖ*Ｎから０．４Ｖ*Ｎの間であることを特徴とする請求項２記載の制御方法。
  4. 該フィルム電極組はプロトン交換膜燃料電池に備えるフィルム電極組であり、該単一フィルム電極組の電圧値範囲は０．５Ｖから０．６Ｖの間であることを特徴とする請求項１記載の制御方法。
  5. 該フィルム電極組はプロトン交換膜燃料電池に備えるフィルム電極組の数はＮ個であり、該定電圧の設定範囲は０．５Ｖ*Ｎから０．６Ｖ*Ｎの間であることを特徴とする請求項４記載の制御方法。
  6. 単一のフィルム電極組より発生する最適な出力パワー区域の電圧値範囲は、ＶAからＶBの間であることを特徴とする請求項１記載の制御方法。
  7. 該フィルム電極組の数はＮ個を設け、該定電圧の設定範囲は、ＶA*ＮからＶB*Ｎの間であることを特徴とする請求項６記載の制御方法。
  8. 該燃料電池は、プリン基板生産工程より生産の燃料電池であることを特徴とする請求項１記載の制御方法。
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