JP2011222194A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料供給部から供給される水素ガスにより発電する複数の単位セルにより構成される燃料電池20と、この燃料電池20の出力電圧VFCを所定の電圧値に変換して出力するコンバータ31と、出力電圧VFCが予め設定された設定電圧Vrefとなるように制御を行う電圧制御部41と、を備え、電圧制御部41は、複数の単位セルC個々のセル電圧VCを検出する電圧検出部41aと、個々のセル電圧VCの最大電圧もしくは平均電圧と、最小電圧との差電圧を演算する差電圧演算部41bと、差電圧が予め設定した設定差電圧以上となった場合に、設定電圧を第1所定値上げる設定電圧変更部41cと、を備えている。
【選択図】図4
Description
燃料供給部から供給される燃料ガスにより発電する複数の単位セルにより構成される燃料電池と、この燃料電池の出力電圧を所定の電圧値に変換して出力する直流電圧変換回路と、前記出力電圧が予め設定された設定電圧となるように制御を行う電圧制御部と、を備え、
前記電圧制御部は、
前記複数の単位セル個々のセル電圧を検出する電圧検出部と、
検出された個々のセル電圧の偏り度合いを検出する偏り度合い検出部と、
検出された前記偏り度合いが予め設定した設定レベル以上となった場合に、前記設定電圧を第1所定値上げる設定電圧変更部と、を備えていることを特徴とするものである。
図1に示すように、燃料電池システムは、燃料ガスである水素ガスを発生させて燃料電池20へ供給する燃料発生部10と、この燃料発生部10から供給される水素ガスにより発電して電気出力を行う燃料電池20と、この燃料電池20の出力電圧を所定の電圧に変換して出力する回路部30を有する。回路部30の出力コネクタ32(図4参照)は、図1に図示するように、例えば、携帯電話50の電源コネクタ51に接続される。
本発明の燃料電池は、図2に示すように、複数の単位セルC1〜C4(以下、各単位セルを区別する必要がない場合は、単位セルCと表記する。)を備え、いずれかの単位セルCと他の単位セルCの導電層同士を、接続部により電気的に接続している。本実施形態では、例えば、単位セルC1の第1導電層(第1金属層4)と、それに隣接する単位セルC2の第2導電層(第2金属層5)とを電気的に接続(直列接続)する例を示すが、本発明では、何れかの単位セルCと他の単位セルCとを並列接続することも可能である。その場合、何れかの単位セルCと他の単位セルCの第1導電層同士及び第2導電層同士が電気的に接続される。もちろん、並列接続と直列接続とを組み合わせることも可能である。
次に、図1に示す回路部の具体的な構成を図4により説明する。回路部30の主要な機能は、燃料電池20の出力電圧VFCを接続される携帯機器に適切な電圧に変換(昇圧・降圧)することである。本実施形態では、昇圧される例として説明する。
次に、燃料電池20の出力電圧VFCが予め設定された設定電圧となるように制御を行う電圧制御部41の構成を説明する。本発明では、上記出力電圧VFCを設定電圧Vrefになるように制御することで、燃料電池20に供給される水素ガスをすべて消費できるようにし、外部に水素ガスを排出しないようにすることを目的とする。
次に、図4に戻り、回路部30の他の構成・機能を説明する。出力電流検出部33aは、DC−DCコンバータ31の出力側に流れる電流を検出し、その電流値をマイコン40でモニターする。過電流防止回路33bは、出力電流検出部33aによる検出結果に基づいて、過電流が流れているとマイコン40で判断された場合に作動して、過電流が流れることを防止する。過電流防止回路33bは、ヒューズ等により構成される。
次に、本発明に基づいて、設定電圧をマイコン制御した場合の実験結果を図6、図7に示す。使用した単位セルCは4つを直列接続したものである。この燃料電池20の特性は図5に示される。
本実施形態では、偏り度合いとして、個々のセル電圧のうち1以上のセル電圧から設定される比較対象電圧と、基準電圧との差電圧を例示して説明した。また、個々のセル電圧のうち1以上のセル電圧から設定される比較対象電圧として、複数(4つ)のセル電圧のうちの最大電圧を例示し、基準電圧として、複数(4つ)のセル電圧のうち最小電圧を例示した。本発明は、上記の例示に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。
20 燃料電池
30 回路部
31 DC−DCコンバータ
40 マイコン
41 電圧制御部
41a 電圧検出部
41b 差電圧演算部
41c 設定電圧変更部
42 入力電圧設定部
50 携帯電話
C(C1,C2,C3,C4) 発電セル
OP オペアンプ
VC(VC1,VC2,VC3,VC4) セル電圧
VFC 出力電圧
Claims (8)
- 燃料供給部から供給される燃料ガスにより発電する複数の単位セルにより構成される燃料電池と、
この燃料電池の出力電圧を所定の電圧値に変換して出力する直流電圧変換回路と、
前記出力電圧が予め設定された設定電圧となるように制御を行う電圧制御部と、を備え、
前記電圧制御部は、
前記複数の単位セル個々のセル電圧を検出する電圧検出部と、
検出された個々のセル電圧の偏り度合いを検出する偏り度合い検出部と、
検出された前記偏り度合いが予め設定した設定レベル以上となった場合に、前記設定電圧を第1所定値上げる設定電圧変更部と、を備えていることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記偏り度合いは、前記個々のセル電圧のうち1以上のセル電圧から設定される比較対象電圧と、基準電圧との差電圧であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記比較対象電圧は、前記個々のセル電圧のうちの最大電圧であることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記比較対象電圧は、前記個々のセル電圧の平均電圧であることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記基準電圧は、前記個々のセル電圧のうちの最小電圧であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記基準電圧は、予め設定された固定電圧であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記電圧制御部は、前記設定電圧変更部により設定電圧を変更した場合、変更後、少なくとも第1所定時間は設定電圧の変更を行わないことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記設定電圧変更部は、少なくとも第2所定時間、設定電圧の変更を行っていない場合、前記設定電圧を第2所定値下げるように制御することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
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