KR100670491B1 - 연료전지를 이용한 전원 장치에 있어서의 연료전지 최적동작점 추적 시스템, 및 이 연료전지 최적 동작점 추적시스템을 구비한 전원 장치 - Google Patents

연료전지를 이용한 전원 장치에 있어서의 연료전지 최적동작점 추적 시스템, 및 이 연료전지 최적 동작점 추적시스템을 구비한 전원 장치 Download PDF

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신덴겐코교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 출력 특성에 온도 의존성뿐만 아니라, 화학 반응을 고려하여 연료전지의 최적 동작 전압을 검출하여, 연료전지의 최적 동작을 가능하게 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템을 제공한다. 전원 장치(2)의 기동시에 연료전지(1)가 출력한 전압을 연료전지 출력 전압 변동 지령 수단(11)에서 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시키고, 연료전지 출력 전력 계측 수단(12)에서 그 전력 상태를 계측하고, 이 연료전지 출력 전력 계측 수단에 의해 계측한 출력 전력을 연료전지 최대 전력점 판정 수단(13)에서 모니터하여, 연료전지의 출력 전력의 최대 전력점을 판정하여, 최적 동작점 변동 지령 수단(15)에서 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 더하여, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 줌으로써 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
연료전지를 이용한 전원 장치

Description

연료전지를 이용한 전원 장치에 있어서의 연료전지 최적 동작점 추적 시스템, 및 이 연료전지 최적 동작점 추적 시스템을 구비한 전원 장치{FUEL CELL OPTIMUM OPERATION POINT TRACKING SYSTEM IN POWER SUPPLY DEVICE USING FUEL CELL, AND POWER SUPPLY DEVICE PROVIDED WITH THIS FUEL CELL OPTIMUM OPERATION POINT TRACKING SYSTEM}
본 발명은, 연료전지의 소요 전력을 얻는 전원 장치에 관한 것이며, 특히 연료전지 설치 장소의 외부 환경의 변화, 즉, 온도 등의 변화가 생긴 경우에도, 항상 연료전지로부터 최대 출력 전력을 급전할 수 있도록 하는 전원 장치에 있어서의 연료전지 최적 동작점 추적 시스템에 관한 것이다.
연료전지로부터 발전의 상태에 따라, 가능한 한 큰 전력을 급전하도록 한 종래의 예를 들면, 도 20에 도시한 DC/DC 컨버터 장치의 최적 동작점 추적 회로는, 장치의 입력 전원으로서 접속되는 연료전지(DMFC)의 출력 전압을 미리 최대 전력을 얻을 수 있도록 예측하고 임의로 설정한 고정 전압이 사용된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 특개평11-341699호 공보
그러나, 이 경우에는, 연료전지의 주위 온도나 발전에 수반하는 발열로 플러스 방향으로 변화하는 전지의 최대 전력 급전을 위한 최적 동작 전압을 추적하는 것이 불가능하다.
또한, 연료전지의 발전 상황은, 온도뿐만 아니라 연료전지에 사용하는 연료의 화학 반응 등으로 크게 변화하기 때문에, 예를 들면, 최대 전력 피크 값은, 경시 변화에 의해 복수 존재하는 상태가 고려된다. 이 경우, 부하 전류에 대한 전력 피크는 변화하는 것이 예상되고, 당초의 관측점은 경시 변화 후에는, 최대 전력 피크로 되지 않고, 실제로는 다른 피크에 최대 전력이 존재하는데도 불구하고, 관측된 피크 값을 최대 전력이라고 잘못 읽는다는 과제가 생긴다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 출력 특성에 온도 의존성뿐만 아니라, 화학 반응을 고려하여 연료전지의 최적 동작 전압을 검출하여, 연료전지의 최적 동작을 가능하게 하는 연료전지를 이용한 전원 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 연료전지의 전력을 입력으로 하는 전원 장치에 있어서, 상기 연료전지의 출력 전압을 가변시켜 전력 상태를 모니터하고, 최대 전력점의 입력 전압으로부터 동작을 시작함으로써 응답성을 개선하도록 연료전지 최대 전력 서치 기능과, 이 연료전지 최대 전력 서치 기능을 동작시켜서 전력 상태를 모니터하고, 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 더하여, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 주는 것으로서 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시키는 연료전지 출력 전압 변동 지령 수단을 구비하고 있다.
또한, 상기 연료전지 출력 전압 변동 지령 수단은, 최대 지령 전압과 최소 지령 전압을 설정하고 있고, 상기 연료전지의 기동시에 출력한 초기 지령 전압으로부터 상기 최대 지령 전압까지 변동시키고, 또한, 이 최대 지령 전압으로부터 상기 최소 지령 전압까지 변동시키도록 한다.
상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 출력 전압을 변동시켜 전력 상태를 계측하는 연료전지 출력 전력 계측 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 출력 전력을 모니터하고, 연료전지의 출력 전력의 최대 전력점을 판정하는 연료전지 최대 전력점 판정·기억 수단을 구비하고 있다.
또한, 상기 연료전지 최대 전력점 판정·기억 수단은, 상기 지령 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 연속한 범위의 지령 전압이 최대로 되는 전압을 최대 전력점이라고 판단하도록 하고 있다.
상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 지정 전압 갱신 간격을 설정하고 있고, 이 지정 전압 갱신 간격 후에, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점 및 그 출력 전압의 기억치를 클리어하여, 상기 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 하는 타이머 수단을 구비하고 있다.
또한, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 하는 전원 기동 검출 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점에서의 전력 상태를 모니터하여, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 주는 것으로서 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 최적 동작점 변동 지령 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시키는 연료전지 출력 전압 변동 지령 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 출력 전압을 변동시켜서 전력 상태를 계측하는 연료전지 출력 전력 계측 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 출력 전력을 모니터하고, 연료전지의 출력 전력의 최대 전력점을 판정하는 연료전지 최대 전력점 판정·기억 수단을 구비하고 있다.
또한, 상기 연료전지 최대 전력점 판정·기억 수단은, 상기 지령 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 연속한 범위의 지령 전압이 최대로 되는 전압을 최대 전력점이라고 판단하도록 한다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 지정 전압 갱신 간격을 설정하고 있고, 이 지정 전압 갱신 간격마다, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점 및 그 출력 전압의 기억치를 클리어하고, 상기 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 하는 타이머 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점에서의 전력 상태를 모니터하여, 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 더하여, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 주는 것으로서 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 최적 동작점 변동 지령 수단을 구비하고 있다.
상기 전원 장치가 동작중에 있어서, 연료전지 출력 전압을 감시하고, 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 정지 출력 신호를 출력하여 상기 전원 장치를 정지 상태로 하는 간헐 동작 방지 기능을 마련하고 있다.
상기 간헐 동작 방지 기능은, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능의 동작중에 있어서의 연료전지 출력 전압을 계측하는 연료전지 출력 전압 계측 수단을 구비하고 있다.
상기 간헐 동작 방지 기능은, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능의 동작중에 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 연료전지의 출력을 정지하는지의 여부를 판정하는 연료전지 출력 정지 판정 수단을 구비하고 있다.
상기 간헐 동작 방지 기능은, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능의 동작중에 연료전지의 출력이 정지한 때에, 간헐 동작을 제어하는 타이머 수단을 구비하고 있다.
또한, 상기 타이머 수단은, 상기 연료전지를 정지 상태로 한 후, 재기동 대기 시간을 설정하고, 이 재기동 대기 시간 후에 상기 연료전지의 출력 전압을 측정하고, 재기동 전압 이상으로 된 경우에, 운전 출력 신호를 출력하여 상기 연료전지를 동작 상태로 하도록 구성하고 있다.
상기 간헐 동작 방지 기능은, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능의 동작중에 정지한 연료전지의 재기동이 가능한지의 여부를 판정하는 연료전지 출력 시작 판정 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우에, 지정 전압 갱신 간격을 넓힐 수 있는 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능을 마련하고 있다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능과 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능을 구비한 연료전지 최적 동작점 추적 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회하였는지 또는 상회하였는지를 판정하는 연료전지 출력 전압 제어치 변동 판정 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우에, 지정 전압 갱신 간격을 넓히고, 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 상회한 경우에는, 상기 지정 전압 갱신 간격을 초기화하여, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 수단이 기동하도록 조작하는 타이머 수단을 구비하고 있다.
상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 기준 단위 시간을 마련하고, 이 기준 단위 시간마다 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 상기 설정 전압 변동량을 하회한 것을 카운트하고, 연속하여 규정의 회수를 카운트한 시점에서 상기 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우로 하도록 설정하고 있다.
또한, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 기준 단위 시간을 마련하고, 이 기준 단위 시간마다 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 상기 설정 전압 변동량을 하회한 것을 카운트하는 카운터를 마련하고 있다.
또한, 연료전지 최적 동작점 추적 시스템을 구비한 전원 장치는, 상기 연료전지의 출력 전압을 가변시켜서 전력 상태를 모니터하고, 최대 전력점의 입력 전압으로부터 동작을 시작함으로써 응답성을 개선하도록 연료전지 최대 전력 서치 기능과, 이 연료전지 최대 전력 서치 기능을 정기적으로 동작시켜 전력 상태를 모니터하고, 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 더하여, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 주는 것으로서 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능을 마련한 연료전지 최적 동작점 추적 시스템을 구비하고 있다.
본 발명에 의하면, 연료전지의 기동시의 출력 전압을 가변시켜 전력 상태를 모니터하고, 최대 전력점의 전압으로 동작을 시작함으로써, 온도 변화 및 화학 반응을 고려하여, 변동하는 연료전지의 최대 출력 전력을 급전하는 동작 전압을 추적할 수 있는 효과가 있다.
또한, 정기적으로 연료전지의 출력 전압을 가변시켜서 전력 상태를 모니터하고, 최대 전력점의 전압으로 동작을 시작함으로써, 안정한 연료전지의 전력 공급을 실현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 하는 전원 기동 검출 수단을 구비함에 의해, 지정 전압 갱신 간격마다 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점 및 그 출력 전압의 기억치를 클리어하고, 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측할 필요가 없어짐과 함께, 부하에 의한 전력 제한을 받은 경우라도, 최대 전력점에의 동작점을 계측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전원 장치가 동작중에 있어서, 연료전지 출력 전압을 감시하고, 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 정지 출력 신호를 출력하여 전원 장치를 정지 상태로 하는 간헐 동작 방지 기능을 마련함으로써, 간헐 발진의 시간을 컨트롤하고, 안정한 연료전지의 전력 공급을 실현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우에, 지정 전압 갱신 간격을 넓힐 수 있도록 설정함으로써, 최대 동작점 추적의 회수를 줄여서 동작 상태의 안정화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 관한 전원 장치에 있어서의 발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 블록도.
도 2는 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 플로우 차트.
도 3은 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 4는 마찬가지로 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 5는 마찬가지로 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 6은 마찬가지로 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 7은 마찬가지로 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 8은 마찬가지로 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 9는 마찬가지로 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 10은 마찬가지로 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 11은 도 1에 도시한 실시 형태와는 다른 연료전지 최대 전력 서치 기능을 구비한 실시 형태의 블록도.
도 12는 도 11에 도시한 실시 형태의 플로우 차트.
도 13은 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능에 있어서의 플로우 차트.
도 14는 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능에 있어서의 동작 파형도.
도 15는 본 발명에 관한 간헐 발진 방지 동작을 행하기 위한 최선의 형태의 블록도.
도 16은 도 15에 도시한 실시 형태의 플로우 차트.
도 17은 마찬가지로 도 15에 도시한 실시 형태의 플로우 차트.
도 18은 본 발명에 관한 최적 동작점 추적 유지 동작을 행하기 위한 최선의 형태의 블록도.
도 19는 도 18에 도시한 실시예의 플로우 차트.
도 20은 종래의 최적 동작점 추적 회로를 구비한 전원 장치의 회로도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 연료전지
2 : 컨버터
3 : 부하
11 : 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로
12 : 연료전지 출력 전력 계측 회로
13 : 연료전지 출력 전력 최대 전력점 판정·기억 회로
14 : 타이머 회로
15 : 동작점 변동 지령 회로
16 : 전원 기동 검출 회로
21 : 연료전지 출력 전압 계측 수단
22 : 연료전지 출력 정지 판정 회로
23 : 타이머 회로
24 : 연료전지 출력 시작 판정 회로
31 : 최적 동작점 추적 회로
32 : 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로
33 : 회수 카운터
34 : 타이머 회로
발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 블록도를 도 1에 도시한다. 도 1 도시의 전원 장치는, 연료전지(1)에 접속되는 전원 장치에 DC-DC 컨버터(2)를 이용한 예로서 나타내고 있다. 이 전원 장치는 출력측에 부하(3)를 접속하고 있다. 이 전원 장치는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템을 구비하고, 컨버터(2)에 접속되어 있다.
이 연료전지 최적 동작점 추적 시스템은 연료전지 최대 전력 서치 기능과 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능을 갖는다. 이들 기능을 다하기 위한 구체적 구성에 관하여 도 1에 도시하고, 구성의 상세에 관해서는 이하에서 설명한다.
이 연료전지 최적 동작점 추적 시스템은, 컨버터(2)의 기동시에 연료전지(1)가 출력한 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시키는 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)를 구비하고 있다. 이 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)는, 최대 지령 전압과 최소 지령 전압을 설정하고, 시작할 때에 출력한 초기 지령 전압으로부터 최대 지령 전압까지 변동시키고, 또한, 이 최대 지령 전압으로부터 최소 지령 전압까지 변동시키도록 하고 있다.
이 연료전지 최적 동작점 추적 시스템은, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 출력 전압을 변동시켜서 전력 상태를 계측하는 연료전지 출력 전력 계 측 회로(12)를 구비하고 있다.
이 연료전지 최적 동작점 추적 시스템은, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 출력 전압을 변동시켜서 전력 상태를, 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)에 의해 계측한 출력 전력을 모니터하고, 연료전지의 출력 전력의 최대 전력점을 판정하는 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)를 구비하고 있다.
이 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)는, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 출력 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 연속한 범위의 지령 전압이 최대로 되는 전압을 최대 전력점이라고 판단하도록 하고 있다.
이 연료전지 최적 동작점 추적 시스템은, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11) 및 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)를 정기적으로 기동시키는 타이머 회로(14)를 구비하고 있다. 또한, 이 타이머 회로(14)는 지정 전압 갱신 간격을 설정하고 있고, 이 지정 전압 갱신 간격마다, 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)의 연료전지 출력 전력 최대점 및 그 출력 전압의 기억치를 클리어하고, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11) 및 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)를 기동시켜, 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 하고 있다.
이 연료전지 최적 동작점 추적 시스템은, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)로부터 출력 전압의 변동이 종료된 것의 지령을 받아서, 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 전력 상태를 모니터하고, 전원 동작을 항상 안정한 상 태로 유지하면서, 더하여, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변동량을 주는 것으로서 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 최적 동작점 변동 지령 회로(15)를 구비하고 있다.
이상과 같이 구성하고 있는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템에 있어서의 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 처리에 관해 도 2에 도시한 플로우 차트를 이용하여 설명한다. 또한, 기동시의 연료전지 최대 전력 서치의 동작 파형도를 도 3 및 도 4에 도시하고, 통상 운전시의 연료전지 최대 전력 서치의 동작 파형도를 도 5 내지 도 10에 도시한다.
전원이 기동하면(S1), 타이머 회로(14)가 기동하여, 연료전지 출력 전력 최대점의 기억치를 클리어한다(S2). 이와 함께, 연료전지 출력 전력 최대점의 연료전지 출력 전압 기억치도 클리어한다(S3).
계속해서, 타이머 회로(14)가 기동하여, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)가 작동하고, 연료전지 출력 전압을 변동시킨다(S4). 이 변동시킨 연료전지 출력 전력을 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)가 계측한다(S5). 계측한 연료전지 출력 전력이 연료전지 출력 전력 최대점 기억치보다 큰지의 여부를 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 판정한다(S6).
이 때, 계측한 연료전지 출력 전력이 연료전지 출력 전력 최대점 기억치 이하라고 판정한 경우는, 이 연료전지 출력 전력이 연료전지 출력 전력 최대점으로서 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 기억한다(S7).
도 4 도시의 파형도에 도시한 바와 같이, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회 로(11)에서 연료전지의 출력 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 연속한 범위의 지령 전압이 최대로 되는 전압을 최대 전력점이라고 판단한다. 또한, 연료전지 출력 전력 최대점의 연료전지 출력 전압에 관해서도, 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 기억하고(S8), 연료전지 출력 전압 변동이 종료되었는지의 여부를 판단한다(S9). 연료전지 출력 전압 변동이 종료된 경우는, 연료전지 출력 전압을 최대 전력 기억점으로 변동하고(S10), 연료전지 최대 전력 서치의 동작 처리가 종료된다(S11).
역으로, 도 3 도시의 파형도로 도시한 바와 같이, (a＋1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, a점에서 계측한 연료전지 출력 전력 최대점 기억치보다 작다고 판정한 경우는, 연료전지 출력 전압 변동이 종료되었는지의 여부를 판단한다(S9). 연료전지 출력 전압 변동이 종료된 경우는, 연료전지 출력 전압을 최대 전력 기억점으로 변동하고(S10), 연료전지 최대 전력 서치의 동작 처리가 종료된다(S11).
연료전지 출력 전압 변동이 종료되지 않은 경우는, 재차, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)가 작동하여, 연료전지 출력 전압을 변동시킨다(S4). 이 변동시킨 연료전지 출력 전력을 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)가 계측한다(S5). 역으로, 연료전지 출력 전압 변동이 종료된 경우는, 연료전지 출력 전압을 최대 전력 기억점으로 변동하고(S10), 연료전지 최대 전력 서치의 동작 처리가 종료된다(S11).
이상에 의해, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 기동시 전지의 전압을 가변시켜서 전력 상태를 모니터하고, 최대 전력점의 전압으로 동작을 시작함으로써 응 답성이 개선되었다.
또한, 본 실시 형태에서는, 통상 운전시에 있어서도 타이머 회로(14)로 정기적으로 작동시켜서, 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해, 전력 상태를 모니터한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 최대 전력점의 변동이 없고, (c＋1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력 최대점 기억치보다 작다고 판정한 경우는, 연료전지 출력 전력 최대점 기억치라고 판단된 c점이, 계속해서 동작점이 된다. 또한, 도 6에서 도시한 바와 같이, 출력 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 연속한 범위의 지령 전압이 최대로 되는 전압을 최대 전력점이라고 판단한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 연료전지의 발전 능력보다 부하가 크고, 연료전지의 발전 능력이 증가한 경우는, (c＋1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력보다 커지고, (c＋1)점이 동작점이 된다. 역으로, 도 8에 도시한 바와 같이, 연료전지의 발전 능력이 감소한 경우는, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, (c-1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력보다 크기 때문에, (c-1)점이 동작점이 된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 연료전지의 발전 능력보다 부하가 작고, 부하가 증가한 경우는, (c＋1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력보다 커지고, (c＋1)점이 동작점이 된다. 역으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 부하가 감소한 경우는 c점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, (c-1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력보다 크기 때문에, (c-1)점이 동작점이 된다.
이상에 의해, 도 5 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 타이머 회로(14)에서 정기적으로 작동시켜서 전력 상태를 모니터하고 안정 동작을 행할 수 있다. 타이머 회로(14)로 정기적으로 작동시킨 경우는, 전원이 기동한 때와 마찬가지로, 도 2 도시의 플로우 차트로 도시한 바와 같은 동작 처리를 행한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 출력 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우, 연속한 범위의 지령 전압이 최대로 되는 전압을 최대 전력점이라고 판단하도록 설정하고, 이것이 최적이지만, 최대 전력점이 연속한 범위가 확정될 수 있다면, 예를 들면, 연속한 범위의 중앙의 전압을 최대 전력점이라고 판단하도록 설정할 수도 있다. 이하의 실시 형태에 있어서도 마찬가지이다.
계속해서, 도 1과는 다른 연료전지 최대 전력 서치 기능을 갖는 실시 형태에 관해 설명한다. 구체적 구성에 관해 도 11에 도시한다. 이 연료전지 최적 동작점 추적 시스템은, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 컨버터(2)의 기동시에 연료전지(1)가 출력한 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시키는 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)와, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 출력 전압을 변동시켜서 전력 상태를 계측하는 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)와, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 출력 전압을 변동시켜서 전력 상태를, 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)에 의해 계측한 출력 전력을 모니터하고, 연료전지의 출력 전력의 최대 전력점을 판정하는 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)와, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)로부터 출력 전압의 변동이 종료된 것의 지령을 받아서, 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 전력 상태를 모니터하여, 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 더하여, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변동량을 주는 것으로서 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 최적 동작점 변동 지령 회로(15)를 구비하고 있다.
본 실시 형태는, 큰 특징은 타이머 회로(14)에 교체하여, 전원 기동 검출 회로(16)를 구비하고 있는 것에 특징을 갖는다. 이 전원 기동 검출 회로(16)는, 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 하고 있다.
이상과 같이 구성하고 있는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템에 있어서의 연료전지 최대 전력 서치 기능에 있어서의 동작 처리에 관해 도 12에 도시한 플로우 차트를 이용하여 설명한다.
전원이 기동하면(S101), 전원 기동 검출 회로(16)가 기동하여, 전회 계측한 연료전지 출력 전력의 기억치를 클리어한다(S102). 계속해서, 전원 기동 검출 회로(16)가 기동하여, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)가 작동하고, 연료전지 출력 전압을 변동시킨다(S103). 이 변동시킨 연료전지 출력 전력을 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)가 계측한다(S104). 계측한 연료전지 출력 전력이 전회 계측한 연료전지 출력 전력보다 큰지의 여부를 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 판정한다(S105).
이 때, 계측한 연료전지 출력 전력이 전회 계측한 연료전지 출력 전력 이하라고 판정한 경우는, 전회 계측한 연료전지 출력 전력 전압점이 연료전지 출력 전 력 최대점으로서 연료전지 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 기억한다(S106).
도 4 도시의 파형도에 도시한 바와 같이, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 연료전지의 출력 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 전회 계측한 연료전지 출력 전력 전압점, 도 4에서는 b점을 최대 전력점으로 간주하고, 그 후의 동작점으로 하고, 연료전지 최대 전력 서치의 동작 처리가 종료된다(S109).
역으로, 도 3 도시의 파형도로 도시한 바와 같이, (a＋1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, a점에서 계측한 연료전지 출력 전력 최대점 기억치보다 작다고 판정한 경우는, a점을 최대 전력점으로 간주하고, 그 후의 동작점으로 하고, 연료전지 최대 전력 서치의 동작 처리가 종료된다(S109).
계측한 연료전지 출력 전력이 전회 계측한 연료전지 출력 전력보다 큰지의 여부를 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 판정하고(S105), 이 때, 계측한 연료전지 출력 전력이 전회 계측한 연료전지 출력 전력보다 작다고 판정한 경우는, 연료전지 출력 전압 변동이 종료되었는지의 여부를 판단한다(S107). 연료전지 출력 전압 변동이 종료되어 있지 않다고 판단한 경우는, 계측한 연료전지 출력 전력을 전회의 연료전지 출력 전력치로서 기억하고(S108), 재차, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)가 작동하여, 연료전지 출력 전압을 변동시킨다(S103). 이 변동시킨 연료전지 출력 전력을 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)가 계측한다(S104). 역으로, 연료전지 출력 전압 변동이 종료된 경우는, 연료전지 최대 전력 서치의 동작 처리가 종료된다(S109).
이상에 의해, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 기동시 전지의 전압을 가변시켜서 전력 상태를 모니터하여, 최대 전력점의 전압으로 동작을 시작함으로써 응답성이 개선되었다.
또한, 본 실시 형태에서는, 통상 운전시에 있어서도, 전원 기동 검출 회로(16)에서 정기적으로 작동시켜서, 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해, 전력 상태를 모니터한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 최대 전력점의 변동이 없고, (c＋1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력 최대점 기억치보다 작다고 판정한 경우는, 연료전지 출력 전력 최대점 기억치라고 판단된 c점이, 계속해서 동작점이 된다. 또한, 도 6에서 도시한 바와 같이, 출력 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 전회 계측한 연료전지 출력 전력 전압 점, 도 6에서는 c점을 최대 전력점으로 간주하고, 그 후의 동작점으로 한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 연료전지의 발전 능력보다 부하가 크고, 연료전지의 발전 능력이 증가한 경우는, (c＋1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력보다 커지고, (c＋1)점이 동작점으로 된다. 역으로, 도 8에 도시한 바와 같이, 연료전지의 발전 능력이 감소한 경우는, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, (c-1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력보다 크기 때문에, (c-1)점이 동작점으로 된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 연료전지의 발전 능력보다 부하가 작고, 부하가 증가한 경우는, (c＋1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력보다 커지고, (c＋1)점이 동작점으로 된다. 역으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 부하가 감소한 경우는, c점에서 계측한 연료전지 출력 전력이, (c-1)점에서 계측한 연료전지 출력 전력보다 크기 때문에, (c-1)점이 동작점으로 된다.
이상에 의해, 본 실시예에서는, 연료전지 최대 전력 서치 기능에, 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 하는 전원 기동 검출 회로(16)를 마련함에 의해, 지정 전압 갱신 간격마다 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점 및 그 출력 전압의 기억치를 클리어하여, 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측할 필요가 없어짐과 함께, 부하에 의한 전력 제한을 받은 경우라도, 최대 전력점에의 동작점을 계측할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 전원 기동 검출 회로(16)를 마련하였지만, 타이머 회로(14)를 마련해도 좋다. 타이머 회로(14)를 마련한 경우는, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11) 및 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)를 정기적으로 기동시켜서, 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 구성하면 좋다. 타이머 회로(14)로 정기적으로 작동시킨 경우는, 전원이 기동한 때와 마찬가지로, 도 12 도시의 플로우 차트로 도시한 바와 같은 동작 처리를 행한다.
계속해서, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변동량(±△Vop)을 주는 것으로서 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능에 있어서의 동작 처리에 관해, 도 13에 도시한 플로우 차트를 이용 하여 설명한다. 또한, 이 최적 동작점을 추적하는 동작 처리에 관한 동작 파형도를 도 14에 도시하고 있다.
연료전지 최대 전력 서치의 동작 처리가 종료되면, 타이머 카운트업되고(S21), 타이머 회로(14)가 기동하여, 연료전지 출력 전력 최대점의 기억치를 클리어한다(S22). 이와 함께, 연료전지 출력 전력 최대점의 연료전지 출력 전압 기억치도 클리어한다(S23).
계속해서, 타이머 회로(14)가 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11) 및 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)를 기동시켜서, 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)에서 현재상태의 연료전지 출력 전력을 계측하고, 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 현재상태의 연료전지 출력 전력을 기억한다(S24). 또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 현재상태의 연료전지 출력 전압을 Vn로서 기억하고(S25), 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 연료전지 출력 전압을 (Vn＋△Vn)으로 변동시킨다(S26).
계속해서, 변동시킨 연료전지 출력 전력을 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)에서 계측하고, 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 연료전지 출력 전력을 기억한다(S27). 또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 연료전지 출력 전압 변동 지령 회로(11)에서 연료전지 출력 전압을 (Vn-△Vn)으로 변동시켜서(S28), 변동시킨 연료전지 출력 전력을 연료전지 출력 전력 계측 회로(12)에서 계측하고, 최대 전력점 판정·기억 회로(13)에서 연료전지 출력 전력을 기억한다(S29).
연료전지 출력 전압을 S24, S27 및 S29에 의해 계측한 연료전지 출력 전력 중의 연료전지 출력 전력 최대점으로 변동시켜서, 또는 최대 전력점이 복수 존재한 경우, 지령 전압이 가장 커지는 점으로 변동시켜서(S30), 처리가 종료된다(S31). 이것을 반복함에 의해 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적한다.
계속해서, 연료전지의 전력 급전을 정지시키면, 전지 전압은 상승하고, 동작 가능하다고 판별될 가능성이 있다. 이 때, 간헐 동작으로 들어가 버린다. 그래서, 본 실시예에 관한 연료전지 최적 동작점 추적 시스템에서는, 컨버터(2)가 동작중에 있어서, 연료전지 출력 전압을 감시하고, 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 정지 출력 신호를 출력하여 컨버터(2)를 정지 상태로 하는 간헐 동작 방지 기능을 마련하고 있다. 이 간헐 동작 방지 기능을 마련한 전원 장치의 블록도를 도 15에 도시한다.
이 간헐 동작 방지 기능은, 컨버터(2)가 동작중에 연료전지 출력 전압을 계측하는 연료전지 출력 전압 계측 회로(21)를 구비하고 있다. 또한, 이 간헐 동작 방지 기능은, 이 연료전지 출력 전압 계측 회로(21)에서 계측한 연료전지 출력 전압이, 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 연료전지(1)의 출력을 정지하는지의 여부를 판정하는 연료전지 출력 정지 판정 회로(22)를 구비하고 있다. 이 연료전지 출력 정지 판정 회로(22)는 연료전지(1)의 출력을 정지한 경우에, 컨버터(2)에 출력 정지 신호를 발진하도록 구성하고 있다.
이 간헐 동작 방지 기능은, 연료전지(1)의 간헐 발진의 시간을 제어하는 타이머 회로(23)를 구비하고 있다. 이 타이머 회로(23)는 컨버터(2)를 정지 상태로 한 후, 재기동 대기 시간을 설정하고, 이 재기동 대기 시간 후에 연료전지(1)의 출력 전압을 측정하도록 구성하고 있다.
타이머 회로(23)에서 설정한 재기동 대기 시간 후에, 연료전지 출력 전압 계측 회로(21)에서 연료전지(1)의 출력 전압을 계측한 계측치의 데이터를 입력하는 연료전지 출력 시작 판정 회로(25)를 구비하고 있다. 이 연료전지 출력 시작 판정 회로(25)에서는, 재기동 대기 시간 후의 연료전지(1)의 출력 전압이 가능한지의 여부를 판정하고, 연료전지(1)의 재기동 전압 이상이 되었다고 판정한 경우에, 운전 출력 신호를 출력하여 컨버터(2)를 운전 상태로 하도록 구성하고 있다.
이상과 같이 구성하고 있는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템에 있어서의 간헐 동작 방지의 동작 처리에 관해 도 16에 도시한 플로우 차트를 이용하여 설명한다. 연료전지의 전력 급전이 정지하여, 전지 전압은 상승하고, 동작 가능하다고 판별되면, 간헐 동작이 시작된다(S41). 이로써, 연료전지 출력 전압 계측 회로(21)에서 연료전지(1)의 출력 전압을 계측한다(S42). 연료전지(1)의 출력이 정지하고 있는지의 여부를, 연료전지 출력 정지 판정 회로(22)에서 판정한다(S43).
계속해서, 연료전지(1)의 출력이 정지하고 있지 않은 경우는, 연료전지 출력 전압 계측 회로(21)에서 계측한 연료전지 출력 전압이, 연료전지 출력 정지 전압 이하인지의 여부를, 연료전지 출력 정지 판정 회로(22)에서 판정한다(S44). 연료전지 출력 전압이, 연료전지 출력 정지 전압 이하인 경우는, 연료전지 출력 정지 신호를 컨버터(2)에 발진함(S45)과 함께, 연료전지 출력 정지 신호를 타이머 회로(23)에 간헐 동작용 타이머 카운트를 시작하고(S46), 처리가 종료된다(S51).
간헐 동작용 타이머 카운트를 스타트시킨 경우의 동작 처리에 관한 플로우 차트를 도 17에 도시한다. 간헐 동작용 타이머 카운트를 시작한다면(S61), 타이머 회로(23)에서 간헐 동작용 타이머 카운트한다(S62). 타이머 카운트가 업하는지의 여부를 타이머 회로(23)에서 판정하고(S63), 타이머 카운트업하면, 간헐 동작용 타이머 카운트의 처리는 종료한다(S64). 이상에 의해, 컨버터(2)가 동작중에 있어서, 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 정지 출력 신호를 출력하여 컨버터(2)를 정지 상태로 할 수 있다.
한편, 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이상인 경우는, 간헐 동작용 타이머 카운트중인지의 여부를 판정하고(S47), 간헐 동작용 타이머 카운트가 되어 있지 않으면, 연료전지(1)가 출력하고 있는지의 여부를 판정한다(S48). 연료전지(1)가 출력되고 있지 않으면, 재차, 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이상인지의 여부를 판정하고(S49), 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이상이면, 연료전지(1)의 출력을 시작하고(S50), 간헐 동작 방지의 동작 처리를 종료한다(S51).
또한, 본 실시예에 관한 연료전지 최적 동작점 추적 시스템에서는, 연료전지(1)의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우에, 지정 전압 갱신 간격을 넓힐 수 있는 최적 동작점 추적 유지 기능을 마련하고 있다. 이 최적 동작점 추적 유지 기능은, 지정 전압 갱신 간격을 넓힌 경우에, 출력 전압 변동이 설정 전압 변동량을 상회한 단계에서, 원래의 지정 전압 갱신 간격으로 변경할 수 있게도 설정하고 있다. 이 최적 동작점 추적 유지 기능을 마련한 전원 장 치의 블록도를 도 18에 도시한다.
이 최적 동작점 추적 유지 기능은, 최적 동작점을 추적하는 최적 동작점 추적 회로(31)를 구비하고 있다. 또한, 이 최적 동작점 추적 회로(31)는 연료전지 최대 전력 서치 기능과 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능을 구비하고 있고, 도 1에 도시한 연료전지 최적 동작점 추적 시스템과 거의 같은 회로 구성인 것이 최적이다.
이 최적 동작점 추적 회로(31)에서 최적 동작점을 추적하여 컨버터(2)에 최적 동작점 추적 정보를 송신한다. 또한, 이 최적 동작점 추적 유지 기능은 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)를 마련하고 있다. 이 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)는 최적 동작점 추적 회로(31)로부터 최적 동작점 추적 정보를 수신하고, 제어치의 변동을 검출하고, 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회하였는지 또는 상회하였는지를 판정하도록 하고 있다.
이 최적 동작점 유지 수단은 카운터(33)를 구비하고, 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)가 판정한 출력 전압 변동이 설정 전압 변동량을 하회한 경우에, 이 카운터(33)에 의해 카운트되도록 하고 있다.
이 최적 동작점 유지 수단은 타이머 회로(34)를 구비하고 있다. 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)가 검출한 출력 전압 변동이 일정 기간 설정 전압 변동량을 하회하고, 카운터에서 연속하여 규정의 회수를 카운트한 경우는, 일정 시간 동안에 설정 전압 사이 변동량을 하회하였다고 판단하여, 지정 전압 갱신 간 격을 넓히고, 역으로 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)가 검출한 출력 전압 변동이 설정 전압 변동량을 상회한 경우에는, 지정 전압 갱신 간격을 초기화하도록 구성하고 있다.
이상과 같이 구성하고 있는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템에 있어서의 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리에 관해 도 19에 도시한 플로우 차트를 이용하여 설명한다. 연료전지 최적 동작점 추적의 유지 동작이 시작된다면(S71), 최적 동작점 추적 회로(31)에서 최적 동작점을 추적한다(S72).
최적 동작점 추적 회로(31)에서 추적한 최적 동작점 정보를 컨버터(2)에 송신함과 함께, 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)에 송신한다. 최적 동작점 정보를 수신한 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)는, 제어치의 변동을 검출하고, 연료전지 출력 전압의 제어치의 변동이 일정 기간 설정 전압 변동량을 상회하는지 그렇지 않으면 하회하는지를 판정한다(S73).
계속해서, 연료전지 출력 전압의 제어치의 변동이 일정 기간 설정 전압 변동량을 하회한 경우, 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)는 변동 없음이라고 판단하고, 이 정보는 카운터(33)에 송신되고, 이 카운터(33)에서 연료전지 출력 전압 변동의 없음 회수 카운트가 된다(S75).
계속해서, 이 카운트가 연료전지 출력 전압 변동의 없음 회수가 규정의 회수 이상인지의 여부를 판정한다(S76). 규정의 회수 이하인 경우는, 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리가 일단 종료하고(S79), 재차, 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리가 시작된다(S71).
한편, 카운터(33)에서 카운트된 없음 회수가 규정의 회수 이상인 경우는, 타이머 회로(34)에 이 정보가 송신되고, 지정 전압 갱신 간격을 넓힌다(S77). 또한, 타이머 회로(34)는 연료전지 출력 전압 변동 없음 회수를 클리어한다(S78). 이상에 의해, 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리가 일단 종료하고(S79), 재차, 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리가 시작된다(S71). 이와 같이, 지정 전압 갱신 간격을 넓힘에 의해, 최대 동작점 추적의 회수를 줄여 동작 상태의 안정화를 도모할 수 있다.
역으로, 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)에서, 연료전지 출력 전압의 제어치의 변동이 일정 기간 설정 전압 변동량을 상회하는지 그렇지 않으면 하회하는지를 판정하고(S73), 연료전지 출력 전압의 제어치의 변동이 일정 기간 설정 전압 변동량을 상회한 경우, 연료전지 출력 전압 제어치 변동 검출 회로(32)는 변동 있음이라고 판단한다.
이 정보는 타이머 회로(34)에 송신되고, 타이머 회로(34)에서 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리는 초기화된다(S74). 즉, 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리에서 지정 전압 갱신 간격을 넓힌 경우는, 원래의 상태로 된다. 이상에 의해, 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리가 일단 종료하고(S79), 재차, 연료전지 최적 동작점 유지의 동작 처리가 시작된다(S71).
또한, 전술한 실시예에 있어서의 타이머 회로(14, 23, 34)를, 기준 클록을 발진하고, 타이밍을 이 기준 클록에 동기하여 도모하도록 구성하고 있으면 좋다.
또한, 전술한 실시예에 있어서의 전원 장치는, DC-DC 컨버터를 이용하여 설 명하고 있지만, 그 밖의 전원 장치의 경우, 예를 들면 DC-AC 인버터를 이용하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 전술한 실시예에 있어서의 연료전지 최적 동작점 추적 시스템은, 마이크로컴퓨터를 상정하여 설명하고 있지만, 이와 같은 시스템을 그 밖의 수단, 예를 들면 회로에 조립하여 구성하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 연료전지의 기동시의 출력 전압을 가변시켜서 전력 상태를 모니터하여, 최대 전력점의 전압으로 동작을 시작함으로써, 온도 변화 및 화학 반응을 고려하여, 변동하는 연료전지의 최대 출력 전력을 급전하는 동작 전압을 추적할 수 있다.
또한, 정기적으로 연료전지의 출력 전압을 가변시켜서 전력 상태를 모니터하여, 최대 전력점의 전압으로 동작을 시작함으로써, 안정한 연료전지의 전력 공급을 실현할 수 있다.
또한, 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜서 전력 상태를 계측하도록 하는 전원 기동 검출 수단을 구비함에 의해, 지정 전압 갱신 간격마다 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점 및 그 출력 전압의 기억치를 클리어하고, 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜 전력 상태를 계측할 필요가 없어짐과 함께, 부하에 의한 전력 제한을 받은 경우라도, 최대 전력점에의 동작점을 계측할 수 있다.
또한, 전원 장치가 동작중에 있어서, 연료전지 출력 전압을 감시하고, 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 정지 출력 신호를 출력하여 전원 장치를 정지 상태로 하는 간헐 동작 방지 기능을 마련함으로써, 간헐 발진의 시간을 컨트롤하고, 안정한 연료전지의 전력 공급을 실현할 수 있다.
또한, 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우에, 지정 전압 갱신 간격을 넓힐 수 있도록 설정함으로써, 최대 동작점 추적의 회수를 줄여서 동작 상태의 안정화를 도모할 수 있다.

Claims (27)

  1. 연료전지의 전력을 입력으로 하는 전원 장치에 있어서, 상기 연료전지의 출력 전압을 가변시켜 전력 상태를 모니터하여, 최대 전력점의 입력 전압으로부터 동작을 시작함으로써 응답성을 개선하도록 연료전지 최대 전력 서치 기능과, 이 연료전지 최대 전력 서치 기능을 동작시켜 전력 상태를 모니터하여, 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 줌으로써 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시키는 연료전지 출력 전압 변동 지령 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 출력 전압을 변동시켜서 전력 상태를 계측하는 연료전지 출력 전력 계측 수단을 구 비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 출력 전력을 모니터하고, 연료전지의 출력 전력의 최대 전력점을 판정하는 연료전지 최대 전력점 판정·기억 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 연료전지 최대 전력점 판정·기억 수단은, 상기 지령 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 연속한 범위의 지령 전압이 최대로 되는 전압을 최대 전력점이라고 판단하도록 하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 지정 전압 갱신 간격을 설정하고 있고, 이 지정 전압 갱신 간격 후에, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점 및 그 출력 전압의 기억치를 클리어하여, 상기 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜 전력 상태를 계측하도록 하는 타이머 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜 전력 상태를 계측하도록 하는 전원 기동 검출 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최대 전력 서치 기능은, 상기 연료전지의 기동시에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점에서의 전력 상태를 모니터하여, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 줌으로써 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 최적 동작점 변동 지령 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시키는 연료전지 출력 전압 변동 지령 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 출력 전압을 변동시켜서 전력 상태를 계측하는 연료전지 출력 전력 계측 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 출력 전력을 모니터하고, 연료전지의 출력 전력의 최대 전력점을 판정하는 연료전지 최대 전력점 판정·기억 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 연료전지 최대 전력점 판정·기억 수단은, 상기 지령 전압을 변동시켜도 최대 전력점이 연속으로 검출된 경우는, 연속한 범위의 지령 전압이 최대로 되는 전압을 최대 전력점이라고 판단하도록 하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 지정 전압 갱신 간격을 설정하고 있고, 이 지정 전압 갱신 간격마다, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점 및 그 출력 전압의 기억치를 클리어하고, 상기 연료전지의 출력 전압을 최대 전력점 추적 제어의 최대 전압까지 변동시켜 전력 상태를 계측하도록 하는 타이머 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능에 의해 기동한 때에 있어서의 연료전지 출력 전력 최대점에서의 전력 상태를 모니터하여, 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 줌으로써 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 최적 동작점 변동 지령 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 장치가 동작중에 있어서, 연료전지 출력 전압을 감시하고, 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 정지 출력 신호를 출력하여 상기 전원 장치를 정지 상태로 하는 간헐 동작 방지 기능을 마련하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 간헐 동작 방지 기능은, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능의 동작중에 있어서의 연료전지 출력 전압을 계측하는 연료전지 출력 전압 계측 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 간헐 동작 방지 기능은, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능의 동작중에 연료전지 출력 전압이 연료전지 출력 정지 전압 이하로 된 경우에, 연료전지의 출력을 정지하는지의 여부를 판정하는 연료전지 출력 정지 판정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 간헐 동작 방지 기능은, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능의 동작중에 연료전지의 출력이 정지한 때에, 간헐 동작을 제어하는 타이머 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 타이머 수단은, 상기 연료전지를 정지 상태로 한 후, 재기동 대기 시간을 설정하고, 이 재기동 대기 시간 후에 상기 연료전지의 출력 전압을 측정하고, 재기동 전압 이상으로 된 경우에, 운전 출력 신호를 출력하여 상기 연료전지를 동작 상태로 하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 간헐 동작 방지 기능은, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능의 동작중에 정지한 연료전지의 재기동이 가능한지의 여부를 판정하는 연료전지 출력 시작 판정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우에, 지정 전압 갱신 간격을 넓힐 수 있는 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능을 마련하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 상기 연료전지 최대 전력 서치 기능과 상기 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능을 구비한 연료전지 최적 동작점 추적 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회하였는지 또는 상회하였는지를 판정하는 연료전지 출력 전압 제어치 변동 판정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  24. 제 21항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우에, 지정 전압 갱신 간격을 넓히고, 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 상회한 경우에는, 상기 지정 전압 갱신 간격을 초기화하여, 상기 연료전지 최적 동작점 추적 수단이 기동하도록 조작하는 타이머 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  25. 제 21항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 기준 단위 시간을 마련하고, 이 기준 단위 시간마다 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 상기 설정 전압 변동량을 하회한 것을 카운트하고, 연속하여 규정의 회수를 카운트한 시점에서 상기 일정 시간 동안에 설정 전압 변동량을 하회한 경우로 하도록 설정하고 있는 것을 특징으 로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 연료전지 최적 동작점 추적 유지 기능은, 기준 단위 시간을 마련하고, 이 기준 단위 시간마다 상기 연료전지의 출력 전압 변동이 상기 설정 전압 변동량을 하회한 것을 카운트하는 카운터를 마련하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템.
  27. 연료전지의 전력을 입력으로 하는 전원 장치에 있어서, 상기 연료전지의 출력 전압을 가변시켜서 전력 상태를 모니터하고, 최대 전력점의 입력 전압으로부터 동작을 시작함으로써 응답성을 개선하도록 연료전지 최대 전력 서치 기능과, 이 연료전지 최대 전력 서치 기능을 정기적으로 동작시켜 전력 상태를 모니터하고, 전원 동작을 항상 안정한 상태로 유지하면서, 현재상태의 동작 전압치 부근의 미소 전압 변화량을 줌으로써 최대 전력 모니터하여 최적 동작점을 추적하는 연료전지 최적 동작점 추적 동작 기능을 마련하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 최적 동작점 추적 시스템을 구비한 전원 장치.
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