(57)【要約】      （修正有）【課題】補助電源回路およびその使用方法の提供。【解決手段】電気システム１００において、補助電源回路１２０は、インピーダンス回路、スイッチ、およびコントローラ１４０を含む。スイッチは、インピーダンス回路と直列に結合される。スイッチは、インピーダンス回路を電源１１０に選択的に結合するように構成される。コントローラはスイッチに結合される。コントローラは、電源の出力電圧が電圧しきい値を超えた場合にスイッチを閉じるように構成される。【選択図】図１
2018157742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助電源回路（１２０）であって、
インピーダンス回路（３２０）と、
前記インピーダンス回路（３２０）と直列に結合され、前記インピーダンス回路（３２０）を電源（１１０）に選択的に結合するように構成されたスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）と、
前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）に結合され、前記電源（１１０）の出力電圧が電圧しきい値（４４０）を超えた場合に前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を閉じるように構成されたコントローラ（１４０）と、を含む補助電源回路（１２０）。
【請求項２】
前記インピーダンス回路（３２０）は、前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）と直列に結合された補助負荷（２１４，２１６，２１８）を含む、請求項１に記載の補助電源回路（１２０）。
【請求項３】
前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）は、前記電源（１１０）に関連する電気ヒーターを含む、請求項２に記載の補助電源回路（１２０）。
【請求項４】
前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）は、前記コントローラ（１４０）から送信された制御信号に基づいて切り換えられるように構成された電気機械接触器を含む、請求項１に記載の補助電源回路（１２０）。
【請求項５】
前記電源（１１０）と負荷（１３０）との間に直列に結合された切断スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）をさらに含み、前記切断スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）は、前記出力電圧が前記電圧しきい値（４４０）を超えた場合に開くように構成される、請求項１に記載の補助電源回路（１２０）。
【請求項６】
並列に結合され、前記インピーダンス回路（３２０）を含む複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）と、
前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）に直列に結合された複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）と、をさらに含み、前記複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）は、前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を含み、前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）を前記電源（１１０）に選択的に結合するように構成される、請求項１に記載の補助電源回路（１２０）。
【請求項７】
前記コントローラ（１４０）は、
前記出力電圧に基づいて前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）の中から前記インピーダンス回路（３２０）を選択し、
前記インピーダンス回路（３２０）の選択時に前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を閉じるようにさらに構成される、請求項５に記載の補助電源回路（１２０）。
【請求項８】
前記電源（１１０）の前記出力電圧を測定するように構成された電圧センサ（１５０）をさらに含み、前記電圧センサ（１５０）は、前記コントローラ（１４０）に結合される、請求項１に記載の補助電源回路（１２０）。
【請求項９】
前記インピーダンス回路（３２０）は、前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）と直列に結合された可変負荷ＤＣ−ＤＣコンバータを含む、請求項１に記載の補助電源回路（１２０）。
【請求項１０】
電気システム（１００）であって、
電源（１１０）と、
補助負荷（２１４，２１６，２１８）に電力を供給するように構成された補助電源回路（１２０）であって、前記電源（１１０）に結合され、前記電源（１１０）を負荷（１３０）に選択的に結合するように構成された補助電源回路（１２０）と、
前記補助電源回路（１２０）に結合されたコントローラ（１４０）であって、前記電源（１１０）の出力電圧が電圧しきい値（４４０）を超えた場合に前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）に所定の電流を流すように前記補助電源回路（１２０）を動作させるように構成されたコントローラ（１４０）と、を含む電気システム（１００）。
【請求項１１】
前記電源（１１０）は、前記電圧しきい値（４４０）を超える開回路出力電圧を有する燃料電池スタックを含む、請求項１０に記載の電気システム（１００）。
【請求項１２】
前記補助電源回路（１２０）は、複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）によって前記電源（１１０）に選択的に結合されるように構成された複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）を含み、前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）は、互いにかつ前記負荷（１３０）に並列に配置される、請求項１０に記載の電気システム（１００）。
【請求項１３】
前記コントローラ（１４０）は、前記複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を切り換えるために複数の制御信号を生成して送信するように構成される、請求項１２に記載の電気システム（１００）。
【請求項１４】
前記コントローラ（１４０）に結合され、前記電源（１１０）の前記出力電圧を測定するように構成された電圧センサ（１５０）をさらに含む、請求項１０に記載の電気システム（１００）。
【請求項１５】
前記コントローラ（１４０）は、前記所定の電流を生じさせるために前記出力電圧に基づいて前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）を選択するようにさらに構成される、請求項１０に記載の電気システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般的に、補助電源回路に関し、より詳細には、燃料電池、バッテリ、および電源による電力生成に関連する補助負荷に電力を供給する特定の他の電源によって給電される電気機器用の低電流電圧保護回路、ならびに使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの公知の電気システムは、様々な電気機器を動作させるのに必要な電圧および電流を供給するために、１つまたは複数の電源を利用する。このような電気システムは、通常、公称出力電流および公称出力電圧によって規定される公称設計点で動作するように設計される。所与の用途では、負荷に基づいて電源が選択されます。さらに、電源の倍数を直列に接続するか、または「スタック」して、より高い出力電圧を達成して負荷に対応することができる。したがって、特定の電源について、低電流状態または開回路状態の間の出力電圧は、電気システムが設計された公称電圧よりもかなり大きい。大きな低電流電圧または開回路電圧に対応するために、負荷側の電気機器は通常、公称電圧設計点に対して過度の定格になっている。このような過度の定格は、電気システムの余分なコストおよび非効率的な動作をもたらす。あるいは、電源のスタックは制限され、例えば、限定はしないが、電源の複数のスタック、追加の配線、および追加の接続を含む、追加のハードウェアの形態のコストも導入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８８０８９３４号明細書
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、補助電源回路が提供される。補助電源回路は、インピーダンス回路と、スイッチと、コントローラと、を含む。スイッチは、インピーダンス回路と直列に結合される。スイッチは、インピーダンス回路を電源に選択的に結合するように構成される。コントローラはスイッチに結合される。コントローラは、電源の出力電圧が電圧しきい値を超えた場合にスイッチを閉じるように構成される。
【０００５】
別の態様では、電気システムが提供される。電気システムは、電源と、補助電源回路と、コントローラと、を含む。補助電源回路は補助負荷を含む。補助電源回路は、電源に結合され、電源を負荷に選択的に結合するように構成される。コントローラは、補助電源回路に結合される。コントローラは、電源の出力電圧が電圧しきい値を超えた場合に、補助負荷に所定の電流を流すように補助電源回路を動作させるように構成される。
【０００６】
さらに別の態様では、補助負荷に電力を供給するように補助電源回路を動作させる方法が提供される。本方法は、電源の出力電圧を測定するステップを含む。本方法は、出力電圧が第１の電圧しきい値を超えた場合に、補助電源回路のスイッチを閉じて、補助電源回路の補助負荷を電源に結合するステップを含む。本方法は、電源から補助負荷に所定の電流を流して、出力電圧を低下させるステップを含む。本方法は、出力電圧が第２の電圧しきい値より下がった場合に、スイッチを開いて補助負荷を分離するステップを含む。
【０００７】
本開示のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な電気システムのブロック図である。
【図２】図１に示す電気システムの回路図である。
【図３】図１に示す電気システムの代替的な回路図である。
【図４】図１〜図３に示す電気システムで使用するための電源の例示的な電流−電圧（Ｉ／Ｖ）曲線のプロットである。
【図５】図１〜図３に示す電気システムを使用する例示的な方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を例示するものである。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む多種多様なシステムで適用可能であると考えられる。したがって、本図面は、本明細書で開示する実施形態を実施するために必要とされる、当業者には既知の、従来の特徴をすべて含むことを意味しない。
【００１０】
以下の明細書および特許請求の範囲において、以下の意味を有するいくつかの用語を参照する。
【００１１】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。
【００１２】
「任意の」または「任意に」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合と、を含むことを意味する。
【００１３】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似する文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態は、１つまたは複数の電子装置またはコンピューティングデバイスの使用を含む。このような装置は、典型的には、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置などのプロセッサ、処理装置、もしくはコントローラ、および／または本明細書に記載した機能を実行することができる他の任意の回路もしくは処理装置を含む。本明細書に記載した方法は、これらに限らないが、記憶装置および／またはメモリ装置を含むコンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理装置によって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部を処理装置に実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサ、処理装置、およびコントローラという用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。
【００１５】
本明細書で説明する実施形態では、メモリは、以下に限らないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。あるいは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた、使用することができる。また、本明細書で説明する実施形態では、追加の入力チャネルは、以下に限定されないが、マウスおよびキーボードなどのオペレータインターフェースに関係するコンピュータ周辺機器であってもよい。あるいは、例えば、これに限定されないが、スキャナを含むことができる他のコンピュータ周辺装置も使用することができる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、これに限定されないが、オペレータインターフェースモニタを含むことができる。
【００１６】
本開示の実施形態は、補助電源回路を提供する。より具体的には、本開示の実施形態は、低電流または開回路動作において高い勾配の電流−電圧（Ｉ／Ｖ）曲線を示す、燃料電池、バッテリ、および他の電源によって給電される電気機器のための補助電源回路を記載する。さらに、本開示は、スイッチおよび補助負荷のネットワークを利用して、負荷側の電気機器の定格内で電気システムを動作させるために電源に流れる最小電流を維持する補助電源回路を記載する。最小電流は、電気機器の定格および電源のＩ／Ｖ曲線に基づく所定の値である。本明細書で記載する補助電源回路は、負荷側でより適切な定格の電気機器の使用、およびより大きな電源スタックの利用を容易にする。さらに、最小電流を流すために利用される補助負荷は、通常、例えば電気蒸気発生器、電気ヒーター、および送風機を含む、燃料電池による電力生成に必要な負荷である。
【００１７】
図１は、例示的な電気システム１００のブロック図である。電気システム１００は、燃料電池１１０と、補助電源回路１２０と、負荷１３０と、を含む。燃料電池１１０は、補助電源回路１２０を介して負荷１３０に電力を供給する。補助電源回路１２０は、燃料電池１１０に最小電流を供給するように補助電源回路１２０の動作を制御するコントローラ１４０に結合される。最小電流は、負荷１３０内の電気機器の定格および電源、すなわち燃料電池１１０のＩ／Ｖ曲線に基づく所定の値である。コントローラ１４０は、特定の実施形態では、補助電源回路１２０内のスイッチのネットワークを制御して、燃料電池１１０に適切な補助負荷を接続して最小電流を流すようにプログラムされたプロセッサを含む。コントローラ１４０は、特定の実施形態では、センサ１５０からの測定電流に基づいて補助電源回路１２０を制御する。
【００１８】
図２は、電気システム１００（図１に示す）の回路図である。電気システム１００は、燃料電池１１０と、補助電源回路１２０と、負荷１３０（図１に示す）と、を含む。負荷１３０は、補助電源回路１２０と出力段２０４との間に結合されたインバータ２０２を含む。インバータ２０２は、燃料電池１１０によって生成された直流（ＤＣ）出力電圧を、出力段２０４に提供される交流（ＡＣ）出力電圧に変換するように構成される。インバータ２０２は、例えば、限定はしないが、入力電圧、出力電流、およびスイッチング周波数の関数として可変な効率で動作する。インバータ２０２は、機器電圧限界とも呼ばれ、あるいは、時には最大動作電圧とも呼ばれる、定格動作電圧をさらに規定する。出力段２０４は、電気機器、ＡＣバス、または任意の他の適切なＡＣ負荷に結合されるように構成される。インバータ２０２の定格動作電圧または出力段２０４に結合された他の任意のＡＣ負荷は、電圧しきい値を規定し、それに従って補助電源回路１２０が動作する。
【００１９】
補助電源回路１２０は、燃料電池１１０と負荷１３０との間に直列に結合されたスイッチ２０６を含む。スイッチ２０６は、例えば、限定はしないが、電気機械接触器、リレー、固体接触器、半導体スイッチ、または燃料電池１１０と負荷１３０との間の回路を開閉するための他の適切な電気的スイッチとして実装することができる。スイッチ２０６は、コントローラ１４０（図１に示す）から送信される制御信号によって制御される。いくつかの実施形態では、スイッチ２０６は通常開いており、制御信号が十分な電圧を提供した場合に閉位置に切り換えられる。代替的な実施形態では、スイッチ２０６は、通常閉じたスイッチによって具体化されてもよい。スイッチ２０６は、負荷１３０に供給される燃料電池１１０からの出力電圧に基づいて制御される。燃料電池１１０からの出力電圧が負荷１３０によって規定される電圧しきい値を超えて、さもなければ制御できない場合に、スイッチ２０６が開かれ、負荷１３０が燃料電池１１０から切り離される。
【００２０】
補助電源回路１２０は、スイッチ２０８、スイッチ２１０、およびスイッチ２１２を含む。補助電源回路１２０はまた、補助負荷２１４、補助負荷２１６、および補助負荷２１８を含み、各々がスイッチ２０８、２１０、２１２とそれぞれ直列に結合される。補助電源回路１２０を簡略化するために、図２では補助負荷２１４、２１６、２１８がインピーダンスとして示されている。スイッチ２０８、２１０、２１２は、補助負荷２１４、２１６、２１８を燃料電池１１０に選択的に結合するように構成される。スイッチ２０６と同様に、スイッチ２０８、２１０、２１２は、例えば、限定はしないが、電気機械接触器、リレー、固体接触器、半導体スイッチ、または補助負荷２１４、２１６、２１８を結合および分離するための他の適切な電気的スイッチとして実装することができる。さらに、スイッチ２０８、２１０、２１２は、コントローラ１４０（図１に示す）から送信される制御信号によって制御される。補助負荷２１４、２１６、２１８は、例えば、限定はしないが、燃料電池１１０のための加熱システム、空気移動装置および蒸気発生装置として実装することができる。加熱システムは、通常、燃料を電力に効率的に変換するために、燃料電池１１０内の所望の温度を維持するために利用される。同様に、燃料が変換される化学プロセスを実施するために、電気蒸気発生器を利用して液体水を水蒸気に変換することができる。空気移動装置または送風装置は、燃料電池１１０内で適切に蒸気を分配するために利用される。代替的な実施形態では、補助負荷２１４、２１６、２１８は、燃料電池１１０または他の適切な電源による電力生成に関連する他の適切な電気的負荷を含むことができる。
【００２１】
補助電源回路１２０の動作中に、燃料電池１１０の出力電圧が電圧しきい値を超えると、コントローラ１４０によって、補助負荷２１４、２１６、２１８のうちの１つまたは複数が燃料電池１１０に結合されて、燃料電池１１０から最小電流が流れる。最小電流によって、燃料電池１１０の両端に電圧降下が生じる。補助負荷２１４、２１６、２１８からの１つまたは複数の選択された補助負荷は、出力電圧を電圧しきい値未満に低下させるために燃料電池１１０の両端に十分な電圧降下が生じるように選択される。燃料電池１１０の出力電圧が電圧しきい値より低くなると、１つまたは複数の選択された補助負荷が、スイッチ２０８、２１０、２１２のうちの対応するスイッチを開くことによって分離される。特定の実施形態では、１つまたは複数の選択された補助負荷の一部は、負荷１３０での電圧スパイクを防止するために燃料電池１１０にかかる負荷が緩やかに減少するように分離される。特定の実施形態では、第２の電圧しきい値が第１の電圧しきい値よりも低く規定される。第２の電圧しきい値は、燃料電池１１０の出力電圧が第１の電圧しきい値付近で上昇および下降するにつれて、１つまたは複数の選択された補助負荷を交互に結合および分離することを防止するためのバッファとして動作する。
【００２２】
図３は、電気システム１００（図１に示す）の代替的な実施形態の回路図である。図３の実施形態では、補助電源回路１２０は、スイッチ２０８およびインピーダンス回路３２０を含む。インピーダンス回路３２０は、特定の実施形態では、スイッチ２０８によって燃料電池１１０に選択的に結合される１つまたは複数の受動的な補助負荷を含む。一実施形態では、例えば、限定はしないが、インピーダンス回路３２０は、コントローラ１４０によって制御されるように構成された電気ヒーターを含む。別の実施形態では、例えば、限定はしないが、インピーダンス回路３２０は、コントローラ１４０によって制御されるように構成された可変負荷ＤＣ−ＤＣコンバータなどの能動的な負荷を含む。このような実施形態では、可変負荷ＤＣ−ＤＣコンバータは、送電網から引き出される電力を低減し、燃料電池１１０からの余剰電力を利用し、燃料電池１１０と負荷１３０の間の所望の電圧降下を容易にするように、様々な負荷設定点で動作することができる。
【００２３】
図４は、燃料電池１１０（図１〜図３に示す）、バッテリ、太陽電池、または任意の他の適切な電源などの電源の例示的なＩ／Ｖ曲線４１０のプロット４００である。プロット４００は、電圧をボルト単位で表す垂直軸、すなわち電圧軸４２０を含む。プロット４００は、電流をアンペア単位で表す水平軸、すなわち電流軸４３０を含む。参考までに、破線で示す機器電圧限界４４０がプロットされている。機器電圧限界４４０は、電源によって電力供給される電気機器に応じて規定された電圧しきい値である。
【００２４】
Ｉ／Ｖ曲線４１０は、電圧を電流の関数としてプロットしている。Ｉ／Ｖ曲線４１０は、高勾配領域４５０を示す。高勾配領域４５０は、低電流および開回路条件における電源の著しく高い出力電圧を示す。プロット４００は、機器電圧限界４４０とＩ／Ｖ曲線４１０との切片を通る破線によって示される最小電流４６０を含む。プロット４００はまた、例示的な第２のしきい値４７０を含む。例えば、補助電源回路１２０（図１〜図３に示す）が結合され、最小電流４６０が流れると、出力電圧が第２のしきい値４７０を下回るまで、選択された補助負荷は電源から分離されない。
【００２５】
図５は、電気システム１００（図１〜図３に示す）を使用する例示的な方法５００のフロー図である。方法５００は、開始ステップ５１０で開始する。測定ステップ５２０では、例えば、限定はしないが、燃料電池１１０などの電源の出力電圧がセンサ１５０によって測定される。出力電圧測定値が、センサ１５０によってコントローラ１４０に供給される。
【００２６】
コントローラ１４０は、補助負荷２１４、２１６、２１８の中から電源に結合される１つまたは複数の補助負荷を選択する。選択された補助負荷は、出力電圧測定値に基づいて最小電流４６０（図４に示す）を流すように選択される。出力電圧が機器電圧限界４４０（図４に示す）などの第１の電圧しきい値を超えると、スイッチ２０８、２１０、２１２のうちの対応するスイッチが閉路ステップ５３０で閉じられる。対応するスイッチが閉じると、選択された受動的補助負荷が電源に結合される。代替的な実施形態では、可変ＤＣ−ＤＣコンバータなどの能動的負荷が増加した負荷設定点に設定される。保護ステップ５４０において、選択された補助負荷が、出力電圧を低減するために、電源から最小電流４６０を引き出す。出力電圧が第２のしきい値４７０（図４に示す）を下回ると、選択された補助負荷を分離するために、対応するスイッチが開放ステップ５５０で開かれる。この方法は終了ステップ５６０で終了する。
【００２７】
補助電源回路の上述の実施形態は、燃料電池、バッテリ、および低電流もしくは開回路動作で高い勾配のＩ／Ｖ曲線を示す他の電源によって給電される電気機器のための補助電源回路を提供する。さらに、本開示は、スイッチおよび補助負荷のネットワークを利用して、負荷側の電気機器の定格内で電気システムを動作させるために電源に流れる最小電流を維持する補助電源回路を記載する。最小電流は、電気機器の定格および電源のＩ／Ｖ曲線に基づく所定の値である。本明細書で記載する補助電源回路は、負荷側でより適切な定格の電気機器の使用、およびより大きな電源スタックの利用を容易にする。さらに、最小電流を流すために利用される補助負荷は、通常、例えば電気蒸気発生器、電気ヒーター、および送風機を含む、燃料電池による電力生成に必要な負荷である。
【００２８】
本明細書に記載の方法、システム、および装置の例示的な技術的効果は、（ａ）電気システム内の電源に最小電流を流すこと、（ｂ）低電流および開回路電圧から負荷側の電気機器を保護すること、（ｃ）負荷の総電力を増加させるために、より大きな電源スタックを容易にすること、（ｄ）負荷側の電気機器の定格要件を低減すること、（ｅ）電気機器の定格の低下、電源スタックの低減、およびハードウェアの削減により電気システムのコストを低減すること、（ｆ）より大きなスタックにより電源の物理的フットプリントを低減すること、（ｇ）インバータのＩ／Ｖ曲線と電源のＩ／Ｖ曲線との整合により電源に接続されたインバータの効率を改善すること、（ｈ）低電流条件下で燃料電池に必要な補助負荷に給電することにより燃料電池による発電効率を向上させること、のうちの少なくとも１つを含む。
【００２９】
低電流電圧保護のための方法、システム、および装置の例示的な実施形態は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立に、かつ別個に利用することができる。例えば、本方法は、他の非従来型の低電流電圧保護と組み合わせて使用することもでき、本明細書に記載したシステムおよび方法のみを用いて実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、効率の向上、運用コストの削減、および設備投資の削減から利益を得ることができる多くの他の用途、機器、およびシステムに関連して実施および利用することができる。
【００３０】
本開示の様々な実施形態の特定の特徴を、一部の図面上で示して他では示さない場合があるが、これは単に便宜上である。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。
【００３１】
本明細書は最良の形態を含む実施形態を開示するため、また、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が実施形態を実施することを可能にするための例を用いる。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の例を含むことができる。このような他の例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
補助電源回路（１２０）であって、
インピーダンス回路（３２０）と、
前記インピーダンス回路（３２０）と直列に結合され、前記インピーダンス回路（３２０）を電源（１１０）に選択的に結合するように構成されたスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）と、
前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）に結合され、前記電源（１１０）の出力電圧が電圧しきい値（４４０）を超えた場合に前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を閉じるように構成されたコントローラ（１４０）と、を含む補助電源回路（１２０）。
［実施態様２］
前記インピーダンス回路（３２０）は、前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）と直列に結合された補助負荷（２１４，２１６，２１８）を含む、実施態様１に記載の補助電源回路（１２０）。
［実施態様３］
前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）は、前記電源（１１０）に関連する電気ヒーターを含む、実施態様２に記載の補助電源回路（１２０）。
［実施態様４］
前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）は、前記コントローラ（１４０）から送信された制御信号に基づいて切り換えられるように構成された電気機械接触器を含む、実施態様１に記載の補助電源回路（１２０）。
［実施態様５］
前記電源（１１０）と負荷（１３０）との間に直列に結合された切断スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）をさらに含み、前記切断スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）は、前記出力電圧が前記電圧しきい値（４４０）を超えた場合に開くように構成される、実施態様１に記載の補助電源回路（１２０）。
［実施態様６］
並列に結合され、前記インピーダンス回路（３２０）を含む複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）と、
前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）に直列に結合された複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）と、をさらに含み、前記複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）は、前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を含み、前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）を前記電源（１１０）に選択的に結合するように構成される、実施態様１に記載の補助電源回路（１２０）。
［実施態様７］
前記コントローラ（１４０）は、
前記出力電圧に基づいて前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）の中から前記インピーダンス回路（３２０）を選択し、
前記インピーダンス回路（３２０）の選択時に前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を閉じるようにさらに構成される、実施態様５に記載の補助電源回路（１２０）。
［実施態様８］
前記電源（１１０）の前記出力電圧を測定するように構成された電圧センサ（１５０）をさらに含み、前記電圧センサ（１５０）は、前記コントローラ（１４０）に結合される、実施態様１に記載の補助電源回路（１２０）。
［実施態様９］
前記インピーダンス回路（３２０）は、前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）と直列に結合された可変負荷ＤＣ−ＤＣコンバータを含む、実施態様１に記載の補助電源回路（１２０）。
［実施態様１０］
電気システム（１００）であって、
電源（１１０）と、
補助負荷（２１４，２１６，２１８）に電力を供給するように構成された補助電源回路（１２０）であって、前記電源（１１０）に結合され、前記電源（１１０）を負荷（１３０）に選択的に結合するように構成された補助電源回路（１２０）と、
前記補助電源回路（１２０）に結合されたコントローラ（１４０）であって、前記電源（１１０）の出力電圧が電圧しきい値（４４０）を超えた場合に前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）に所定の電流を流すように前記補助電源回路（１２０）を動作させるように構成されたコントローラ（１４０）と、を含む電気システム（１００）。
［実施態様１１］
前記電源（１１０）は、前記電圧しきい値（４４０）を超える開回路出力電圧を有する燃料電池スタックを含む、実施態様１０に記載の電気システム（１００）。
［実施態様１２］
前記補助電源回路（１２０）は、複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）によって前記電源（１１０）に選択的に結合されるように構成された複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）を含み、前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）は、互いにかつ前記負荷（１３０）に並列に配置される、実施態様１０に記載の電気システム（１００）。
［実施態様１３］
前記コントローラ（１４０）は、前記複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を切り換えるために複数の制御信号を生成して送信するように構成される、実施態様１２に記載の電気システム（１００）。
［実施態様１４］
前記コントローラ（１４０）に結合され、前記電源（１１０）の前記出力電圧を測定するように構成された電圧センサ（１５０）をさらに含む、実施態様１０に記載の電気システム（１００）。
［実施態様１５］
前記コントローラ（１４０）は、前記所定の電流を生じさせるために前記出力電圧に基づいて前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）を選択するようにさらに構成される、実施態様１０に記載の電気システム（１００）。
［実施態様１６］
前記電源（１１０）によって生成された直流（ＤＣ）電圧を交流（ＡＣ）電圧に変換して前記負荷（１３０）に供給するように構成されたインバータ（２０２）をさらに含み、前記インバータ（２０２）は前記電圧しきい値（４４０）を規定する、実施態様１０に記載の電気システム（１００）。
［実施態様１７］
前記補助電源回路（１２０）は、可変負荷設定点に選択的に設定されるように構成された可変負荷ＤＣ−ＤＣコンバータを含む、実施態様１０に記載の電気システム（１００）。
［実施態様１８］
補助負荷（２１４，２１６，２１８）に電力を供給するように補助電源回路（１２０）を動作させる方法（５００）であって、
電源（１１０）の出力電圧を測定するステップと、
前記出力電圧が第１の電圧しきい値（４４０）を超えた場合に、前記補助電源回路（１２０）のスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を閉じて、前記補助電源回路（１２０）の補助負荷（２１４，２１６，２１８）を前記電源（１１０）に結合するステップと、
前記電源（１１０）から前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）に所定の電流を流して、前記出力電圧を低下させるステップと、
前記出力電圧が第２の電圧しきい値（４７０）より下がった場合に、前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を開いて前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）を分離するステップと、を含む方法（５００）。
［実施態様１９］
前記出力電圧を測定するステップは、コントローラ（１４０）の電圧センサ（１５０）から出力電圧測定値を受信するステップを含む、実施態様１８に記載の方法（５００）。
［実施態様２０］
前記出力電圧測定値を前記第１の電圧しきい値（４４０）と比較するステップをさらに含み、前記第１の電圧しきい値（４４０）は、前記電源（１１０）によって電力供給されるように構成された電気機器の電圧限界として規定される、実施態様１９に記載の方法（５００）。
［実施態様２１］
前記出力電圧測定値を前記第２の電圧しきい値（４７０）と比較するステップをさらに含み、前記第２の電圧しきい値（４７０）は前記第１の電圧しきい値（４４０）よりも低く規定される、実施態様１９に記載の方法（５００）。
［実施態様２２］
前記コントローラ（１４０）によって、前記出力電圧測定値に基づいて、複数の異なる補助負荷（２１４，２１６，２１８）および複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）の中から前記補助負荷（２１４，２１６，２１８）および前記スイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を選択するステップをさらに含む、実施態様１９に記載の方法（５００）。
［実施態様２３］
前記出力電圧が第２の電圧しきい値（４７０）より下がった場合に、前記複数の補助負荷（２１４，２１６，２１８）および前記複数のそれぞれのスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）の中から第２の補助負荷（２１４，２１６，２１８）および第２の対応するスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を選択するステップと、
前記第２の対応するスイッチ（２０６，２０８，２１０，２１２）を閉じて、前記第２の補助負荷（２１４，２１６，２１８）を前記電源（１１０）に結合するステップと、をさらに含む、実施態様２２に記載の方法（５００）。
【符号の説明】
【００３２】
１００  電気システム
１１０  燃料電池
１２０  補助電源回路
１３０  負荷
１４０  コントローラ
１５０  センサ
２０２  インバータ
２０４  出力段
２０６  スイッチ
２０８  スイッチ
２１０  スイッチ
２１２  スイッチ
２１４  補助負荷
２１６  補助負荷
２１８  補助負荷
３２０  インピーダンス回路
４００  プロット
４１０  Ｉ／Ｖ曲線
４２０  電圧軸
４３０  電流軸
４４０  機器電圧限界
４５０  高勾配領域
４６０  最小電流
４７０  第２のしきい値
５００  方法
５１０  開始ステップ
５２０  測定ステップ
５３０  閉路ステップ
５４０  保護ステップ
５５０  開放ステップ
５６０  終了ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2018157742000001.pdf