JP2008181877A

JP2008181877A - 保護装置を有する燃料電池

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Publication number: JP2008181877A
Application number: JP2008010520A
Authority: JP
Inventors: Ming-Yao Dong; 敏耀董; Jiun Ching Tung; 俊卿童
Original assignee: Antig Technology Corp; Syspotek Corp
Current assignee: Antig Technology Corp; Syspotek Corp
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2008-08-07
Also published as: TW200832856A; US20080176120A1

Abstract

【課題】本発明に係る保護装置を有する燃料電池は複数個の燃料電池セット、燃料電池保護回路ユニット、スイッチ制御装置を含むものである。
【解決手段】
前記燃料電池保護回路ユニットは複数個のチャネル選択装置と直列/並列回路ユニットからなり、前記これらのチャネル選択装置はそれぞれ前記これらの燃料電池セットの一つに対応し、前記直列/並列回路ユニットは前記これらのチャネル選択装置と電気的に接続されると共に、電気出力端を有する。そのうち、前記これらの燃料電池セットはそれぞれ前記これらの燃料電池保護回路ユニットが対応するチャネル選択装置と電気的に接続され且つ前記スイッチ制御装置は前記これらのチャネル選択装置によりそれぞれ対応する燃料電池セットと前記これらの直列/並列回路ユニットを選択することで電気オン状態或いは電気オフ状態となるように制御するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は保護装置を有する燃料電池に関わり、特に燃料電池保護回路を提供することで燃料電池セットを保護するものである。

従来の燃料電池は水素リッチ燃料（例えばメタノール）と酸素燃料により電気化学反応を行い、電力を出力する電池コアを有するものであった。燃料電池は使用時にシステムの要求が異なることにより、燃料電池を直列/並列回路として用いるので異なる電圧・電流を提供することで電子装置用いることができる。然しながら、燃料電池を長期使用する場合、或いは燃料電池自身の燃料供給が不完全な場合、燃料電池の反応効率が使用不十分な段階まで低下するが、電量電池回路は直列/並列の状況下において、劣化した燃料電池がその他のまだ使用可能な燃料電池の消耗をさらに加速させることとなる。

従って、従来の燃料電池は直列/並列の状況下において、劣化した燃料電池がその他の燃料電池の使用状況に影響を及ぼすという欠点に鑑みて、本発明の発明人は、燃料電池が劣化して使用不十分となった場合、保護装置を有する燃料電池によりその他のまだ使用可能な燃料電池セットに影響を及ぼさないようにさせることを特徴とする燃料電池の保護回路装置を発明することとなった。

従って、本発明の発明人は従来の燃料電池の欠点に鑑み、燃料電池の直列/並列回路装置を発明した。

本発明は主に保護装置を有する燃料電池を提供するもので、複数個の燃料電池セットを有する燃料電池システムで用いられると共に各燃料電池セットが電力を直列/並列回路に出力するかどうかを選択することができる。

本発明の別の目的は保護装置を有する燃料電池を提供するもので、各燃料電池セットが正常に動いているかを判断すると共に正常に動いていない燃料電池セットの電力出力を停止できる。

本発明の他の目的は保護装置を有する燃料電池を提供するもので、前記これらの燃料電池セットによりそれぞれ出力された電力を合わせると共に直列/並列回路を通じて特定電圧或いは電流特性の電力を出力できる。

上記の目的を達成するために、本発明は保護装置を有する燃料電池を提供し、前記燃料電池は複数個の燃料電池セット、燃料電池保護回路ユニット、スイッチ制御装置を含むものである。前記燃料電池保護回路ユニットは複数個のチャネル選択装置と直列/並列回路ユニットからなり、前記これらのチャネル選択装置はそれぞれ前記これらの燃料電池セットの一つに対応し、前記直列/並列回路ユニットは前記これらのチャネル選択装置と電気的に接続されると共に、電気出力端を有する。そのうち、前記これらの燃料電池セットはそれぞれ前記これらの燃料電池保護回路ユニットが対応するチャネル選択装置と電気的に接続され且つ前記スイッチ制御装置は前記のこれらのチャネル選択装置によりそれぞれ対応する燃料電池セットと前記これらの直列/並列回路ユニットを選択することで電気オン状態或いは電気オフ状態となるように制御するものである。

従って、任意の燃料電池セットが壊れたりその他の如何なる状況だとしても、前記スイッチ制御装置により前記任意の燃料電池セットと前記直列/並列回路ユニットの間を電気オフ状態になるように選択できる。

この領域を熟知している技術者に本発明の目的、特徴、効果を理解してもらうために、以下に具体的な実施例並びに図式により本発明に対する詳しい説明を行なう。

図１に本発明の保護装置を有する燃料電池の第一実施例の概略図を示す。本発明は保護装置を有する燃料電池に関わり、第一燃料電池セット（１）、第二燃料電池セット（２）及び第三燃料電池セット（３）の複数個の燃料電池セットからなると共に燃料電池保護回路ユニット（４）により前記のような燃料電池セットと電気的に接続され、前記のような燃料電池セットの電力は電子装置（５）に伝送され、さらにスイッチ制御装置（６）により前記燃料電池保護回路ユニット（４）は各燃料電池セットがそれぞれ前記燃料電池保護回路ユニット（４）と電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することを制御することができる。

前記本発明の保護装置を有する燃料電池において、前記第一燃料電池セット（１）、前記第二燃料電池セット（２）、前記第三燃料電池セット（３）の各燃料電池セットはそれぞれ電量電池の電力を発生するコアを含むので、燃料電池の作動メカニズムを実行することができ、さらに電力を出力することができる。

前記本発明の保護装置を有する燃料電池において、前記燃料電池保護回路ユニット（４）は第一チャネル選択装置（４１）、第二チャネル選択装置（４２）、第一三チャネル選択装置（４３）及び直列/並列回路ユニット（４４）を含む。そのうち前記第一チャネル選択装置（４１）、前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）はそれぞれ対応する前記第一燃料電池セット（１）、前記第二燃料電池セット（２）、前記第三燃料電池セット（３）と電気的に接続しており、前記直列/並列回路ユニット（４４）は直列/並列手段を有し、前記第一燃料電池セット（１）、前記第二燃料電池セット（２）、前記第三燃料電池セット（３）がそれぞれ前記第一チャネル選択装置（４１）、前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）により前記直列/並列回路ユニット（４４）と電気的に接続される。且つ前記直列/並列回路ユニット（４４）は各電気スイッチにより前記直列/並列回路ユニット（４４）のプラスチャネルとマイナスチャネルが電気オン状態或いは電気オフ状態かを選択し、前記のような燃料電池セット間の電気の直列/並列関係を決定し、前記直列/並列回路ユニット（４４）の電気出力端により前記のような燃料電池セットの電力を合わせた後、前記電子装置（５）に出力し、前記電子装置（５）が必要な電力を供給することができる。

従って、前記のような燃料電池セットによる出力電気特性設計は、例えば前記第一燃料電池セット（１）、前記第二燃料電池セット（２）、前記第三燃料電池セット（３）がそれぞれ特定の電圧、電流或いはパワーを出力できる電力を有し、前記直列/並列回路ユニット（４４）により電気的な接続を行なった後、別の特定の電圧、電流或いはパワーを有する電力を合わせると共に前記電子装置（５）に出力するものである。そのうち前記直列/並列回路ユニット（４４）を変更する場合、各燃料電池セット間の直列/並列関係を変更することで別の電気特性の電力出力を得ることができる。

前記本発明の保護装置を有する燃料電池において、前記スイッチ制御装置（６）は前記第一チャネル選択装置（４１）、前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）が電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することができ、さらに前記第一燃料電池セット（１）、前記第二燃料電池セット（２）、前記第三燃料電池セット（３）がそれぞれ前記直列/並列回路ユニット（４４）と電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択できる。従って、前記第一燃料電池セット（１）、前記第二燃料電池セット（２）、前記第三燃料電池セット（３）のうちの任意の燃料電池が壊れたりその他の如何なる状況だとしても、前記スイッチ制御装置（６）により前記任意の燃料電池セットと前記直列/並列回路ユニット（４４）の間を電気オフ状態になるように選択できる。そのうち各燃料電池セットの出力電流或いは電圧により前記スイッチ制御装置（６）を通じて各燃料電池セットが予め定められた操作状態であるかどうかを判断し、各燃料電池セットと前記直列/並列回路ユニット（４４）の間の電気接続状態がオンかオフかを決定する。

また、前記スイッチ制御装置（６）は前記電子装置（５）の電力要求を判断することにより、前記のような電気スイッチ（４１）、（４２）、（４３）のオン・オフを制御し、各燃料電池セットが出力するかどうかを選択し、前記直列/並列回路ユニット（４４）の回路のトポロジー形態を変更し、特定電圧或いは特定電流の電力を出力させる。

前記前記本発明の保護装置を有する燃料電池に基づいて、前記のような燃料電池セットの膜・電極接合体(MEA)による出力が独立しているので、前記のような燃料電池セット間は相互に影響を与えることがなく、前記のような燃料電池セットを保護することができる。

図２に本発明の保護装置を有する燃料電池の第二実施例の概略図を示す。前記実施例の直列/並列回路ユニット（４４）が前記これらの燃料電池セットのロジック回路と電気的に並列接続されており、前記スイッチ制御装置（６）は前記第一チャネル選択装置（４１）、前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）が電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することができ、前記直列/並列回路ユニット（４４）の回路のトポロジー形態を制御する。具体的に言うと、前記スイッチ制御装置（６）が前記第一チャネル選択装置（４１）、前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）を電気オン状態に選択した場合、前記第一チャネル選択装置（４１）、前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）は同時に電気的に並列となり、若しも前記スイッチ制御装置（６）が前記第一チャネル選択装置（４１）を電気オフ状態、前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）を電気オン状態となるように選択した場合、前記第一チャネル選択装置（４１）は前記直列/並列回路ユニット（４４）の並列回路から離脱し、且つ残った前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）は同時に電気的に並列となる。

図３に本発明の保護装置を有する燃料電池の第三実施例の概略図を示す。前記実施例の直列/並列回路ユニット（４４）が前記これらの燃料電池セットのロジック回路と電気的に並列接続されており、前記スイッチ制御装置（６）は前記第一チャネル選択装置（４１）、前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第一三チャネル選択装置（４３）が電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することができ、前記直列/並列回路ユニット（４４）の回路のトポロジー形態を制御する。前記第一燃料電池セット（１）と前記第一チャネル選択装置（４１）を例に取ると、前記第一チャネル選択装置（４１）が第一ポート（４１ａ）、第二ポート（４１ｂ）、第三ポート（４１ｃ）、第四ポート（４１ｄ）を含み、前記第一燃料電池セット（１）はそれぞれ第一出力端（１１）と第二出力端（１２）により前記第一ポート（４１ａ）と前記第二ポート（４１ｂ）と電気的に接続され、前記第一チャネル選択装置（４１）の前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）はそれぞれ前記直列/並列回路ユニット（４４）の正極チャネルと負極チャネルと電気的に接続され、前記第一チャネル選択装置（４１）の第二ポート（４１ｂ）と第四ポート（４１ｄ）は電気的に接続されていると共に、前記第一ポート（４１ａ）と前記第三ポート（４１ｃ）が電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することができ、前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）が電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することができる。そのうち、前記第一燃料セット（１）の第一出力端（１１）と第二出力端（１２）はそれぞれ前記第一燃料セット（１）の正極出力端と負極出力端であり、前記第一チャネル選択装置（４１）は前記のようなポートが電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することができ、つまり前記第一燃料セット（１）と前記燃料電池保護回路ユニット（４）との間が電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することができ、且つ前記第一燃料セット（１）と前記燃料電池保護回路ユニット（４）との間が電気オフ状態の場合、前記燃料電池保護回路ユニット（４）の電気回路は第一燃料電池セット（１）の位置に対応する電気ブロックを囲む。具体的に述べると、前記第一チャネル選択装置（４１）はさらに第一スイッチ素子（４１ｅ）と第二スイッチ素子（４１ｆ）を含み、且つ前記第一スイッチ素子（４１ｅ）の両端がそれぞれ前記第一ポート（４１ａ）と前記第三ポート（４１ｃ）と電気的に接続され、前記第二スイッチ素子（４１ｆ）の両端がそれぞれ前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）と電気的に接続され、且つ前記第二ポート（４１ｂ）は直接前記第四ポート（４１ｄ）と電気的に接続されている。従って、前記スイッチ制御装置（６）が前記第一スイッチ素子（４１ｅ）を電気オン状態となるように選択し、且つ前記第二スイッチ素子（４１ｆ）を電気オフ状態となるように選択するとき、前記燃料電池セット（１）は前記直列/並列回路ユニット（４４）まで電気オン状態となり、及び前記スイッチ制御装置（６）が前記第一スイッチ素子（４１ｅ）を電気オフ状態となるように選択し且つ前記第二スイッチ素子（４１ｆ）を電気オン状態となるように選択するとき、前記燃料電池セット（１）は前記直列/並列回路ユニット（４４）との間が電気オフ状態となり、且つ前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）が短絡状態となる。さらに前記燃料電池セット（１）の電力は前記直列/並列回路ユニット（４４）に入力されず、前記燃料電池保護回路ユニット（４）の電気回路は第一燃料電池セット（１）の位置に対応する電気ブロックを囲み、前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）の電気オン状態のブロックにより直接取って代わる。同様に、前記第二燃料電池セット（２）と前記第三燃料電池セット（３）が対応する前記第二チャネル選択装置（４２）、前記第三チャネル選択装置（４３）も前記第一燃料電池セット（１）が対応する第一チャネル選択装置（４１）の四つのポートの実施方式、或いはその他のロジック回路とロジック素子により取って代わることが可能である。

前記の実施例では、前記スイッチ制御装置（６）が各燃料電池セットの出力電圧或いは電流が設計と一致するかどうかを判断するための出力判断ユニット（６１）を含む。具体的に述べると、前記スイッチ制御装置（６）の出力判断ユニット（６１）が少なくともコンパレータ（６１ａ）と参考電圧（６１ｂ）を含み、前記コンパレータ（６１ａ）のプラス電位入力端が前記第一チャネル選択装置（４１）の第一ポート（４１ａ）と電気的に接続され、前記コンパレータ（６１ａ）のマイナス電位入力端が前記参考電圧（６１ｂ）と電気的に接続され、且つ前記参考電圧（６１ｂ）は前記コンパレータ（６１ａ）が前記第一ポート（４１ａ）の電圧を比較するためのものである。従って、前記第一ポート（４１ａ）の電圧が前記参考電圧（６１ｂ）よりも高い場合、前記コンパレータ（６１ａ）は前記第一チャンネル選択装置（４１）の第一スイッチ素子（４１ｅ）が電気オン状態、且つ前記第二スイッチ素子（４１ｆ）が電気オフ状態となるように選択する制御信号を出力することで、前記第一燃料電池セット（１）と前記燃料電池保護回路ユニット（４）の直列/並列回路ユニット（４４）が電気オン状態になる。並びに、前記第一ポート（４１ａ）の電圧が前記参考電圧（６１ｂ）よりも低い場合、前記コンパレータ（６１ａ）は前記第一チャンネル選択装置（４１）の第一スイッチ素子（４１ｅ）が電気オフ状態、且つ前記第二スイッチ素子（４１ｆ）が電気オン状態となるように選択する制御信号を出力することで、前記第一燃料電池セット（１）と前記燃料電池保護回路ユニット（４）の直列/並列回路ユニット（４４）が電気オフ状態になる。且つ前記燃料電池保護回路（４）の電気回路は第一燃料電池セット（１）の位置に対応する電気ブロックを囲み、前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）の電気オン状態のブロックにより直接取って代わられ、前記第一燃料電池セット（１）は前記直列/並列回路ユニット（４４）内の直列回路から離脱し、電気的に直列となっている前記第二燃料電池セット（２）と前記第三燃料電池セット（３）だけが残る。同様に、前記スイッチ制御装置（６）内には前記第二燃料電池セット（２）と前記第三燃料電池セット（３）に対応する出力判断ユニットを含むことができ、前記第二燃料電池セット（２）と前記第三燃料電池セット（３）が電気オン状態或いは電気オフ状態になるように選択することを制御するためのものである。また、前記出力判断ユニット（６１）におけるコンパレータ（６１ａ）の参考電圧（６１ｂ）の電圧値は如何なる予め定められた電圧或いは調整可能な電圧値でもよく、且つ前記電圧値は対応する燃料電池セットの設計並びに正常動作下で出力される電気特性に基づく。前記電圧値は如何なる設計により設定された電圧値でもよい。

前記各チャネル選択装置において、使用されるスイッチ素子はMOS、トランジスタ等の各種電子スイッチである。

また、前記本発明の保護装置を有する燃料電池の実施例では、前記第一燃料電池セット（１）が直流電源を提供するので、前記第一チャネル選択装置（４１）の第一スイッチ素子（４１ｅ）の一端は前記第一燃料電池セット（１）の第二出力端（１２）と電気的に接続され、前記第一チャネル選択装置（４１）の第一スイッチ素子（４１ｅ）の他端は前記第四ポート（４１ｄ）と電気的に接続され、前期第一ポート（４１ａ）と前記第三ポート（４１ｃ）は電気的に接続され、第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）はそれぞれ対応する前記直列/並列回路ユニット（４４）の正極チャネル及び負極チャネルと電気的に接続されている。その主な理念は前記第一チャネル選択装置（４１）の各電気スイッチにより前記第一燃料電池セット（１）と前記直列/並列回路ユニット（４４）の正極チャネルと負極チャネルが電気オン状態或いは電気オフ状態になるように選択することであり、その他の燃料電池セットも同様である。

図４に本発明の保護装置を有する燃料電池の第四実施例の概略図を示す。前述の実施例では、前記スイッチ制御装置（６）がさらにマイクロコントローラーユニット（６２）を含み、前記出力判断ユニット（６１）は前記第一燃料電池セット（１）が出力した電圧値或いは出力電力状態信号を前記マイクロコントローラーユニット（６２）へフィードバックすることができ、前記マイクロコントローラーユニット（６２）によりロジック判断が行なわれ、前記第一チャネル選択装置（４１）により前記第一燃料電池セット（１）と前記燃料電池保護回路ユニット（４）の直列/並列回路ユニット（４４）が電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することを制御する。具体的に述べると、前記マイクロコントローラーユニット（６２）は前記第一燃料電池セット（１）により予め定められた電圧出力値が保存されており、前記出力判断ユニット（６１）によりフィードバックされた第一ポート（４１ａ）の電圧が前記予め定められた電圧出力値よりも高い場合、前記マイクロコントローラーユニット（６２）は前記第一チャンネル選択装置（４１）の第一スイッチ素子（４１ｅ）が電気オン状態、且つ前記第二スイッチ素子（４１ｆ）が電気オフ状態となるように選択する制御信号を出力することで、前記第一燃料電池セット（１）と前記燃料電池保護回路ユニット（４）の直列/並列回路ユニット（４４）が電気オン状態になる。そして前記出力判断ユニット（６１）によりフィードバックされた第一ポート（４１ａ）の電圧が前記予め定められた電圧出力値よりも低い場合、前記マイクロコントローラーユニット（６２）は前記第一チャンネル選択装置（４１）の第一スイッチ素子（４１ｅ）が電気オフ状態、且つ前記第二スイッチ素子（４１ｆ）が電気オン状態となるように選択する制御信号を出力することで、前記第一燃料電池セット（１）と前記燃料電池保護回路ユニット（４）の直列/並列回路ユニット（４４）が電気オフ状態になる。且つ前記燃料電池保護回路（４）の電気回路は第一燃料電池セット（１）の位置に対応する電気ブロックを囲み、前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）の電気オン状態のブロックにより直接取って代わられ、前記第一燃料電池セット（１）は前記直列/並列回路ユニット（４４）内の直列回路から離脱し、電気的に直列となっている前記第二燃料電池セット（２）と前記第三燃料電池セット（３）だけが残る。同様に、前記スイッチ制御装置（６）内には前記第二燃料電池セット（２）と前記第三燃料電池セット（３）に対応する出力判断ユニットを含むことができ、前記マイクロコントローラーユニット（６２）
により前記第二燃料電池セット（２）と前記第三燃料電池セット（３）が電気オン状態或いは電気オフ状態になるように選択することを制御する。また、前記マイクロコントローラーユニット（６２）は前記出力判断ユニット（６１）が対応する各燃料電池セットの出力電圧値を受信した後、内蔵されているロジック演算プログラムにより、その他の制御を行なうことができ、並びに各燃料電池セットが対応するチャネル選択装置を制御するとは限らない。

また、前記出力判断ユニット（６１）は各燃料電池セットの出力電圧値とその予め定められている電圧値とを比較した後、比較結果を前記マイクロコントローラーユニット（６２）に伝送することができる。

図５に本発明の保護装置を有する燃料電池の第五実施例の概略図を示す。前述の実施例では、各燃料電池セットが対応するチャネル選択装置においてそれぞれマルチプレクサにより電気オン状態或いは電気オフ状態を選択することができる。具体的に述べると、前記第一燃料電池セット（１）が対応する第一チャネル選択装置（４１）がマルチプレクサ（４１ｇ）を含み、前記マルチプレクサ（４１ｇ）は前記第一ポート（４１ａ）と前記第三ポート（４１ｃ）が電気オン状態となり前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）が電気オフ状態となるように選択するか、或いは前記第一ポート（４１ａ）と前記第三ポート（４１ｃ）が電気オフ状態となり前記第三ポート（４１ｃ）と前記第四ポート（４１ｄ）が電気オン状態となるように選択できる。従って、前記スイッチ制御装置（６）のマイクロコントローラーユニット（６２）は前記マルチプレクサ（４１ｇ）が切り替えるチャネルを制御することができるので、
前記第一燃料電池セット（１）と前記燃料電池保護回路ユニット（４）の直列/並列回路ユニット（４４）が電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することができる。

図６に本発明の保護装置を有する燃料電池の第六実施例の概略図を示す。前述の複数個の燃料電池セットでは、任意の燃料電池セットが燃料電池部と前記燃料電池部に対応する直流電圧変換ユニットを含む。具体的に述べると、前記第一燃料電池セット（１）が第一燃料電池部（１３）と第一直流電圧変換ユニット（１４）を含み、前記第一燃料電池部（１３）は前記第一直流電圧変換ユニット（１４）と電気的に接続されると共に、前記第一燃料電池セット（１）の第一出力端（１１）と第二出力端（１２）によりそれぞれ前記燃料電池保護回路ユニット（４）の第一チャネル選択装置（４１）の第一ポート（４１ａ）及び第二ポート（４１ｂ）と電気的に接続されることで、前記第一燃料電池セット（１）は前記燃料電池保護回路ユニット（４）に電気出力できる。そのうち前記第一燃料電池セット（１）の第一燃料電池部（１３）が燃料電池電力を発生するコアであり、電気化学反応を行なうことで、電力を前記第一直流電圧変換ユニット（１４）に出力する。そして前記第一燃料電池セット（１）の前記第一直流電圧変換ユニット（１４）が直流電圧転換装置であり、前記第一燃料電池セット（１）が出力する直流電圧を所定電圧の電力に変換し、並びに前記燃料電池保護回路ユニット（４）の前記第一チャネル選択装置（４１）へ伝送する。

本発明の前記各実施例に基づくと、前述の複数個の燃料電池セットにおいて、任意の燃料電池セットは燃料電池部が出力する電力を対応する直流電圧変換ユニットにより特定電圧の電力に変換し、また対応するチャネル選択装置により対応する燃料電池セットが電力を前記燃料電池保護回路ユニットに伝送するかどうかを選択するので、前記燃料電池保護回路ユニット全体の出力する電力の電圧量を調整することができる。

本発明では最適な実施例の説明を上記に示したが、本発明の主張する特許範囲はこれに限られるものではない。その特許保護範囲は前記に示す特許請求の範囲と同等の領域で定められる。この領域を熟知している技術者が、本特許の主旨と範囲内から外れることなく、手を加え、本考案が示している主旨の下で変更或いは設計されているものも、上記の特許請求の範囲内に含まれるべきである。

保護装置を有する燃料電池の第一実施例を示す概略図。保護装置を有する燃料電池の第二実施例を示す概略図。保護装置を有する燃料電池の第三実施例を示す概略図。保護装置を有する燃料電池の第四実施例を示す概略図。保護装置を有する燃料電池の第五実施例を示す概略図。保護装置を有する燃料電池の第六実施例を示す概略図。

符号の説明

１第一燃料電池セット
１１第一出力端
１２第二出力端
１３第一燃料電池部
１４第一直流電圧変換ユニット
２第二燃料電池セット
３第三燃料電池セット
４燃料電池保護回路ユニット
４１ａ第一ポート
４１ｂ第二ポート
４１ｃ第三ポート
４１ｄ第四ポート
４１ｅ第一スイッチ素子
４１ｆ第二スイッチ素子
４１ｇマルチプレクサ
４１第一チャネル選択装置
４２第一チャネル選択装置
４３第一チャネル選択装置
４４直列/並列回路ユニット
５電子装置
６スイッチ制御装置
６１出力判断ユニット
６１ａコンパレータ
６１ｂ参考電圧
６２マイクロコントローラーユニット

Claims

複数個の燃料電池セットと、
複数個のチャネル選択装置及び直列/並列回路ユニットからなる燃料電池保護回路ユニットであって、これらのチャネル選択装置はそれぞれこれらの燃料電池セットの一つに対応し、前記直列/並列回路ユニットがこれらのチャネル選択装置を電気的に接続されていると共に電気出力端を有するものと、スイッチ制御装置を含み、これらの燃料電池セットはそれぞれ前記燃料電池保護回路ユニットが対応するチャネル選択装置と電気的に接続され前記スイッチ制御装置は各チャネル選択装置と電気的に接続され、且つこれらのチャネル選択装置がそれぞれ対応する燃料電池セットと前記直列/並列回路ユニットを選択し電気オン状態或いは電気オフ状態となるように制御することを特徴とする保護装置を有する燃料電池。
これらの燃料電池セットが第一燃料電池セットを含み、これらのチャネル選択装置が第一ポート、第二ポート、第三ポート、第四ポートからなる第一チャネル選択装置を含み、
前記第一燃料電池セットは第一出力端と第二出力端からなり、前記第一出力端と前記第二出力端はそれぞれ前記第一チャネル選択装置の第一ポートと第二ポートと電気的に接続され、前記第一チャネル選択装置の第三ポートと第四ポートはそれぞれ前記直列/並列回路ユニットと電気的に接続され、前記第二ポートは第四ポートと電気的に接続され、前記スイッチ制御装置は前記第一チャネル選択装置により前記第一ポートと前記第三ポートを選択することで電気オン状態となり前記第三ポートと第四ポートを選択することで電気オフ状態となるように制御するか、或いは前記第一チャネル選択装置により前記第一ポートと前記第三ポートを選択することで電気オフ状態となり前記第三ポートと前記第四ポートを選択することで電気オン状態となるように制御することを特徴とする請求項1に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記第一チャネル選択装置はさらに第一スイッチ素子と第二スイッチ素子を含み、前記第一スイッチ素子の一端は前記第一ポートと電気的に接続されると共に他端が第三ポートと電気的に接続され、前記第二スイッチ素子の一端は前記第三ポートと電気的に接続されると共に他端が前記第四ポートと電気的に接続され、前記スイッチ制御装置は前記第一チャネル選択装置の第一スイッチ素子により前記第一ポートと前記第三ポートを選択することで電気オン状態となるように制御し前記第一チャネル選択装置の第二スイッチ素子により前記第三ポートと前記第四ポートを選択することで電気オフ状態となるように制御するか、或いは前記スイッチ制御装置は前記第一チャネル選択装置の第一スイッチ素子により前記第一ポートと前記第三ポートを選択することで電気オフ状態となるように制御し前記第二スイッチ素子により前記第三ポートと前記第四ポートを選択することで電気オン状態となるように制御し、前記第一スイッチ素子と前記第二スイッチ素子の電気オン状態が反対となることを特徴とする請求項２に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記第一スイッチ素子と前記第二スイッチ素子はMOSとトランジスタのいずれかひとつから選択されることを特徴とする請求項３に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記スイッチ制御装置はさらに出力判断ユニットを含み、前記出力判断ユニットが前記第一燃料電池セットの出力電力特性を検知するのに用いられることを特徴とする請求項２に記載する保護装置を有する燃料電池。
スイッチ制御装置の出力判断ユニットはさらにコンパレータと参考電圧を含み、前記コンパレータのプラス電位入力端が前記第一チャネル選択装置の第一ポートと電気的に接続され、前記コンパレータのマイナス電位入力端が前記参考電圧と電気的に接続され、前記コンパレータの出力端が前記第一チャネル選択装置と電気的に接続され、前記スイッチ制御装置のコンパレータは前記第一チャネル選択装置により前記第一燃料電池セットと前記直列/並列回路ユニットを選択することで電気オン状態或いは電気オフ状態となるように制御出力を行なうことを特徴とする請求項５に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記コンパレータの参考電圧の電圧値が予め設定された電圧或いは調整可能な電圧値であることを特徴とする請求項６に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記第一チャネル選択装置がさらにマルチプレクサを含み、前記マルチプレクサは前記第一ポートと前記第三ポートが電気オン状態となり前記第三ポートと前記第四ポートが電気オフ状態となるように選択するか、或いは前記第一ポートと前記第三ポートが電気オフ状態となり前記第三ポートと前記第四ポートが電気オン状態となるように選択することを特徴とする請求項２に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記第一燃料電池セットが第一燃料電池部と第一直流電圧変換ユニットを含み、前記直流電圧変換ユニットが直流電圧転換装置、前記第一燃料電池部が燃料電池電力を発生するコアであり、
前記第一燃料電池部は前記第一直流電圧変換ユニットと電気的に接続され、前記第一直流電圧変換ユニットは前記第一燃料電池セットが出力する直流電圧を所定電圧の電力に変換し出力し、前記第一燃料電池セットは前記燃料電池保護回路ユニットの第一チャネル選択装置の第一ポート及び第二ポートと電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記第一燃料電池セットが電力検知手段をさらに含み、第一燃料電池セットが出力する電流或いは電圧を検知すると共に、前記スイッチ制御装置が第一チャネル選択装置により前記第一燃料電池セットと前記直列/並列回路ユニットが電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することを制御することを特徴とする請求項２に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記スイッチ制御装置がさらにマイクロコントローラーユニットを含み、前記マイクロコントローラーユニットは前記第一チャネル選択装置により前記第一燃料電池セットと前記燃料電池保護回路ユニットの直列/並列回路ユニットが電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することを制御することを特徴とする請求項1に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記マイクロコントローラーユニットは前記出力判断ユニットが対応する各燃料電池セットの電力電圧値を受信し、内蔵されているロジック演算プログラムによって前記保護装置を有する燃料電池の制御を行なうことを特徴とする請求項1１に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記出力判断ユニットは各燃料電池セットの出力電圧値と予め定められている電圧出力値を比較した結果を出力し、前記マイクロコントローラーユニットは前記結果に基づいて前記第一チャネル選択装置により前記第一燃料電池セットと前記燃料電池保護回路ユニットの直列/並列回路ユニットが電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することを特徴とする請求項1１に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記スイッチ制御装置がさらに出力判断ユニットを含み、前記出力判断ユニットは前記第一燃料電池セットの出力電圧特性を検知するのに用いられるものであって、前記マイクロコントローラーユニットは前記出力判断ユニットが検知する前記第一燃料電池セットの出力電圧特性に基づいて前記第一チャネル選択装置により前記第一燃料電池セットと前記燃料電池保護回路ユニットの直列/並列回路ユニットが電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することを特徴とする請求項1１に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記出力判断ユニットは前記第一燃料電池セットの出力電圧値が予め定められている電圧出力値より高いという信号、或いは前記第一燃料電池セットの出力電圧値が予め定められている電圧出力値より小さいという信号を前記マイクロコントローラーユニットに伝送すると共に、前記マイクロコントローラーユニットは前記信号に基づいて前記第一チャネル選択装置により前記第一燃料電池セットと前記燃料電池保護回路ユニットの直列/並列回路ユニットが電気オン状態或いは電気オフ状態となるように選択することを特徴とする請求項1１に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記スイッチ制御装置の出力判断ユニットがコンパレータと参考電圧を含み、前記コンパレータのプラス電位入力端は前記第一チャネル選択装置の第一ポートと電気的に接続され、前記コンパレータのマイナス電位入力端は前記参考電圧と電気的に接続され、前記コンパレータの出力端は前記マイクロコントローラーユニットと電気的に接続されるものであって、前記参考電圧は予め定められている電圧出力値であり、前記出力判断ユニットのコンパレータは前記第一燃料電池セットの出力電圧値が予め定められている電圧出力値より高いという信号、或いは前記第一燃料電池セットの出力電圧値が予め定められている電圧出力値より小さいという信号を前記マイクロコントローラーユニットに伝送することを特徴とする請求項1５に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記コンパレータの参考電圧の電圧値が予め設定されている電圧或いは調整可能な電圧であることを特徴とする請求項1６に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記直列/並列回路ユニットが前記のこれらの燃料電池セットのロジック回路と電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項1に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記直列/並列回路ユニットが前記のこれらの燃料電池セットのロジック回路と電気的に直列接続されていることを特徴とする請求項1に記載する保護装置を有する燃料電池。
前記第一燃料電池セットがさらに第一燃料電池部と第一直流電圧変換ユニットを含み、前記直流電圧変換ユニットが直流電圧コンバーターで、前記第一燃料電池部が燃料電池の電力を発生するコアであって、前記第一燃料電池部は前記第一直流電圧変換ユニットと電気的に接続され、前記第一直流電圧変換ユニットは前記第一燃料電池セットが出力する直流電力を所定電圧の電力に変換し出力し、前記第一燃料電池セットは前記燃料電池保護回路ユニットの第一チャネル選択装置の第一ポート及び第二ポートと電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載する保護装置を有する燃料電池。