(57)【要約】【課題】燃料電池と燃料電池を電源とする負荷との間に複数のコンバータを配置した燃料電池電力モジュールにおいて、複数のコンバータの寿命を延長する。【解決手段】燃料電池１と負荷２との間に第１〜５のＤＣ−ＤＣコンバータを配置した電力モジュール１０において負荷２の電流検出ユニット２０により検出した負荷電流値に対して、ランダム制御ユニット３０によって予め設定されたモードにより、各ＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに選択して起動する。  負荷電流変化に応じて各コンバータがランダムに選択されるため、それらの使用頻度が平均化され、寿命が延長される。【選択図】図３
2011138736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２以上のＤＣ−ＤＣコンバータが並列接続されて構成され、負荷に応じて必要とする電力を供給する電力モジュールシステムと、
前記負荷の一負荷電流値を検出する電流検出ユニットと、
前記負荷電流値を読み取り、
予め最大電流と最小電流との間を負荷電流値に対応して複数の区間に定め、
前記負荷電流値に基づき、上記２以上のＤＣ−ＤＣコンバータの起動する数とそれらの組み合わせを設定した制御モードから一制御モードをランダムに選択し、該制御モードに基づいて前記ＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに起動するランダム制御ユニットと、により構成したことを特徴とするランダム制御式燃料電池電力モジュール
【請求項２】
前記ランダム制御ユニットは、マイクロコントローラであることを特徴とする請求項１記載のランダム制御式燃料電池電力モジュール。
【請求項３】
前記ランダム制御ユニットには、複数のＤＣ−ＤＣコンバータの起動する順序を定めた複数の起動モードが予め設定され、前記ランダム制御ユニットが実行するステップは、
複数の電流値を画定するステップと、
前記負荷電流値を読み取るステップと、
前記負荷電流値に対応する電流区間を判断するステップと、
前記選択した制御モードを実行するステップと、からなり、
前記複数の電流値を画定するステップにおいて、前記電流値は、最小電流値および最大電流値の間を複数の電流区間に区分して定め、
前記各起動モードは、前記各電流区間において、少なくとも１つの対応するスイッチ情報を有し、
前記選択した制御モードを実行するステップにおいて、前記起動モード中の一起動モードをランダムに選択して、それを制御モードとし、前記負荷電流値に対応する電流区間に基づき、前記制御モードの対応するスイッチ情報により、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを起動することを特徴とする請求項１記載のランダム制御式燃料電池電力モジュール。
【請求項４】
前記選択した制御モードを実行するステップは、
前記負荷電流値が前記最小電流値より小さいとき、任意の一ＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに起動するステップと、
前記負荷電流値が前記最小電流値と前記最大電流値との間に介在する場合において、前記負荷電流値が増大し続け、他の前記電流区間に変動したとき、他のＤＣ−ＤＣコンバータをさらにランダムに起動し、前記負荷電流値が減少し続け、他の電流区間に変動したとき、任意の一ＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに停止するステップと、
すべての前記ＤＣ−ＤＣコンバータがすでに起動したとき、起動モード中の他の一起動モードをランダムに選択するステップと、からなることを特徴とする請求項３記載のランダム制御式燃料電池電力モジュール。
【請求項５】
ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータを備え、前記ランダム制御ユニットには、ｎ個の起動モードが予め設けられ、前記最小電流値と前記最大電流値との間には、ｎ−１個の前記電流区間が画定され、前記ｎは、２より大きい正の整数であることを特徴とする請求項３記載のランダム制御式燃料電池電力モジュール。
【請求項６】
第１のＤＣ−ＤＣコンバータ、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ、第３のＤＣ−ＤＣコンバータおよび第４のＤＣ−ＤＣコンバータを備え、前記ランダム制御ユニットには、第１の起動モード、第２の起動モード、第３の起動モードおよび第４の起動モードが予め設けられ、前記最小電流値と前記最大電流値との間には、第１の電流区間、第２の電流区間および第３の電流区間が順番に画定されることを特徴とする請求項３記載のランダム制御式燃料電池電力モジュール。
【請求項７】
前記スイッチ情報のモードは、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ、前記第２のＤＣ−ＤＣコンバータ、前記第３のＤＣ−ＤＣコンバータおよび前記第４のＤＣ−ＤＣコンバータの起動状態にそれぞれ対応し、
前記第１の起動モードにおいて、負荷電流値が前記最小電流値より小さいとき、第１のＤＣ−ＤＣコンバータを起動し、前記第１の起動モードの前記第１の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１００、１０１０および１００１であり、前記第１の起動モードの前記第２の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１１０、１１０１および１０１１であり、前記第１の起動モードの前記第３の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１１１であり、
前記第２の起動モードにおいて、負荷電流値が前記最小電流値より小さいとき、第２のＤＣ−ＤＣコンバータを起動し、前記第２の起動モードの前記第１の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、０１１０、０１０１および１１００であり、前記第２の起動モードの前記第２の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１１０、０１１１および１１０１であり、前記第２の起動モードの前記第３の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１１１であり、
前記第３の起動モードにおいて、負荷電流値が前記最小電流値より小さいとき、第３のＤＣ−ＤＣコンバータを起動し、前記第３の起動モードの前記第１の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、０１１０、１０１０および００１１であり、前記第３の起動モードの前記第２の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１１０、０１１１および１０１１であり、前記第３の起動モードの前記第３の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１１１であり、
前記第４の起動モードにおいて、負荷電流値が前記最小電流値より小さいとき、第４のＤＣ−ＤＣコンバータを起動し、前記第４の起動モードの前記第１の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、０１０１、１００１および００１１であり、前記第４の起動モードの前記第２の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１０１、１０１１および０１１１であり、前記第４の起動モードの前記第３の電流区間に対応する前記スイッチ情報は、１１１１であって、
ここで、各スイッチ情報の数列の表示において、０はＤＣ−ＤＣコンバータの停止を、１は、起動を示し、これらの数の表記はそれぞれ各コンバータの順序、すなわち、１０００というモードは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータの起動、第２〜４のＤＣ−ＤＣコンバータの停止を表し、以下同様とする、
ことを特徴とする請求項６記載のランダム制御式燃料電池電力モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はランダム制御式燃料電池電力モジュールに関し、特に、負荷電流値に基づき、電力モジュールシステムの動作をランダムに制御し、各コンバータを平均的に使用することにより、故障率を低減し、システムの安定性を向上させるランダム制御式燃料電池電力モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球上のエネルギー資源の消費量が増大するに伴い、環境保護に対する意識が益々高まっている。特に、石油などの化石燃料は、益々不足しているため、新たなエネルギーの研究が盛んに行われ、その一環として燃料電池が研究されている。現在、燃料電池は、電力、工業、運輸、宇宙、軍事などの各領域において広く応用されており、例えば、発電所、予備電池、携帯電源、フォークリフト、ロボット、電気自動車、小型潜水艇などの製品に応用されている上、宇宙船および宇宙ステーションの電源にも応用されている。
【０００３】
燃料電池が重視される理由は、燃料電池が有する幾つかの特徴が時代のフローに適合するからである。また、燃料電池は、未来の発電の領域において、注目されている。燃料電池の第１の特徴として、高効率であることが挙げられる。燃料電池のエネルギー変換効率は非常に高く、４０％以上に達する。また、コジェネレーション（ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）技術を応用し、反応時に放出される廃熱を回収すると、総エネルギー変換効率は、８０％が以上に達することが見込まれる。第２の特徴として、クリーンであることが挙げられる。燃料電池は、発電の過程において、汚染物質が殆ど発生しない。第３の特徴として、静粛であることが挙げられる。燃料電池発電所付近で測定される騒音量は非常に低い。
【０００４】
しかし、燃料電池にも欠点がある。その１つは、分極損失の問題である。燃料電池の内部の化学特性により、燃料電池が負荷に接続された後、その端子電圧は、負荷電流の変化に伴い、変動しやすく、その変動比率は約５０％にも達する。また、負荷電流が大きいほど、燃料電池の端子電圧の変化量も大きくなる。従って、一般に、燃料電池が発生する電圧は、直接利用されず、先ず、電力技術により、燃料電池が出力する電圧を安定させ、安定化された後の電圧を出力して使用する。例えば、高周波スイッチ技術により、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を使用することにより、燃料電池が出力する電圧を安定させる。
【０００５】
図１および図２を参照する。図１は、従来の燃料電池電力モジュールを示すブロック図である。図２は、従来の他の燃料電池電力モジュールを示すブロック図である。
【０００６】
図１に示すように、従来の燃料電池電力モジュールは、燃料電池４０、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０およびコントローラ６０を具える。ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、燃料電池４０の出力電圧を受け、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧に変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ５０の出力電圧は、負荷７０に供給される。コントローラ６０は、負荷７０が必要とする負荷電流に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０を起動し、出力パワーを増減させ、負荷７０に供給する。
【０００７】
また、燃料電池の出力パワーの規格に基づき、１０００ワットから１００００ワットの形式に分けることができるが、高出力パワーを達成するために、コンバータは、一般に、単一の変換モジュールが多数並列に接続されたものが採用される。図２に示すように、従来の他の燃料電池電力モジュールは、燃料電池８０と、複数のＤＣ−ＤＣコンバータが並列接続されて構成される電力モジュールシステム９０と、からなる。燃料電池８０の出力電圧に基づき、複数のＤＣ−ＤＣコンバータの任意の一ＤＣ−ＤＣコンバータが制御されて起動し、そのＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧に変換される。
【０００８】
上述の変換モジュールが多数並列に接続される技術は、一般に、負荷電流を均一化する方式とマスタスレーブ（Ｍａｓｔｅｒ−Ｓｌａｖｅ）制御方式の２種類に分類される。負荷電流を均一化する方式においては、出力電流が１つの抵抗を経由して均一化バスに接続される。均一化バス上の電流コマンドは、全ての並列接続されたＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流信号の平均値であり、この電流信号の平均値は、全ての電力モジュールシステムの共同の基準コマンドとなる。しかし、この負荷電流を均一化する方式は、耐故障性に劣るという欠点を有する。
【０００９】
マスタスレーブ制御方式は、１台がマスタＤＣ−ＤＣコンバータを担当し、均一化バスを駆動する出力電流の情報をマスタ電流コマンドとする。他のＤＣ−ＤＣコンバータは、このマスタ電流コマンドを基準にして自身の出力電流を調整する。しかし、このマスタスレーブ制御方式は、システムの信頼度が低いという欠点を有する。
【００１０】
また、上述の負荷電流を均一化する方式およびマスタスレーブ制御方式による制御方法は、何れも、固定された順番で各スレーブＤＣ−ＤＣコンバータを起動するため、頻繁に起動されるＤＣ−ＤＣコンバータが破損しやすく、ＤＣ−ＤＣコンバータ全体の安定性およびシステムの寿命が影響を受けやすい。
【００１１】
従って、ＤＣ−ＤＣコンバータを利用して燃料電池の出力電圧を安定させる場合、故障率を低減し、使用寿命を延長し、システムを安定させるために、ＤＣ−ＤＣコンバータを平均的に使用することができる回路アーキテクチャが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１８６７２６号公報
【特許文献２】特開２００６−８１３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の第１の目的は、ランダム制御ユニットが一起動モードをランダムに選択し、負荷が必要とする負荷電流値に基づき、選択した起動モードを参照して複数のＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに制御し、複数のＤＣ−ＤＣコンバータを平均的に使用することにより、故障率を低減するランダム制御式燃料電池電力モジュールを提供することにある。
本発明の第２の目的は、電流検出ユニットが検出した負荷電流値に基づき、ランダム制御ユニットが、複数のＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに制御するランダム制御式燃料電池電力モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決するために、本発明は、ランダム制御式燃料電池電力モジュールを提供するものである。本発明のランダム制御式燃料電池電力モジュールは、少なくとも２つのＤＣ−ＤＣコンバータが並列接続されて構成され、負荷が必要とする電力を供給する電力モジュールシステムと、負荷の一負荷電流値を検出する電流検出ユニットと、負荷電流値を読み取り、一制御モードをランダムに選択し、負荷電流値に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータを起動するランダム制御ユニットと、から構成する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明を実施することにより、少なくとも下記の効果が達成される。
１．ランダム制御ユニットが異なるＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに選択して起動し、異なるＤＣ−ＤＣコンバータを代わる代わる使用することができるため、特定のＤＣ−ＤＣコンバータが偏って使用されるのを防止することができ、これにより、使用寿命を延長することができる。
２．ランダム制御ユニットが、検出した負荷電流値に基づき、異なるＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに選択して起動し、各ＤＣ−ＤＣコンバータを平均的に使用することができるため、各ＤＣ−ＤＣコンバータの故障率を低減し、電力モジュールシステムの安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の燃料電池電力モジュールを示すブロック図である。
【図２】従来の他の燃料電池電力モジュールを示すブロック図である。
【図３】本発明のランダム制御式燃料電池電力モジュールを示すブロック図である。
【図４】本発明のランダム制御ユニットを示すブロック図である。
【図５】本発明のランダム制御ユニットの起動モードを示す図である。
【図６】本発明のランダム制御ユニットが実行するステップを示すフロー図である。
【図７】本発明のランダム制御ユニットが選択した制御モードを実行するステップを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
当該技術に熟知する者が本発明の技術モード、目的および長所を簡単に理解できるように、本発明の実施形態を図面に沿って詳細に説明する。
【００１８】
図３は、本発明のランダム制御式燃料電池電力モジュールを示すブロック図である。図４は、本発明のランダム制御ユニットを示すブロック図である。図５は、本発明のランダム制御ユニットの起動モードを示す図である。図６は、本発明のランダム制御ユニットが実行するステップを示すフロー図である。図７は、本発明のランダム制御ユニットが選択した制御モードを実行するステップを示すフロー図である。
【００１９】
図３を参照する。図３に示すように、本実施形態によるランダム制御式燃料電池電力モジュール１００は、電力モジュールシステム１０、電流検出ユニット２０およびランダム制御ユニット３０により構成する。
【００２０】
電力モジュールシステム１０は、燃料電池１と直列接続され、燃料電池１が出力する直流電圧を補償するのに使用される。これにより、燃料電池１が出力する直流電圧は、さらに安定する。電力モジュールシステム１０は、２以上のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ・・・１０ｎが並列接続されて構成され、負荷２が必要とする電力を供給する。
【００２１】
電流検出ユニット２０は、負荷２の負荷電流値を検出し、負荷電流信号をランダム制御ユニット３０に出力する。
【００２２】
ランダム制御ユニット３０は、負荷電流信号を受信し、負荷電流信号を対応する負荷電流値に変換する。ランダム制御ユニット３０は、負荷電流値に基づき、ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ・・・１０ｎをランダムに起動する。
【００２３】
ランダム制御ユニット３０は、先ず、電流検出ユニット２０が検出した負荷電流値を読み取る。その後、起動モード中の一起動モードをランダムに選択し、それを制御モードとする。その後、制御モード中の負荷電流値に対応するモードに基づき、制御信号を出力し、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ・・・１０ｎを制御する。
【００２４】
詳細に述べると、ランダム制御ユニット３０は、マイクロコントローラであって、ｎ個のＤＣ−ＤＣコンバータに対して、予め複数の電流値を画定する。複数の電流値として少なくとも１つの最小電流値および少なくとも１つの最大電流値を設定し、それらの間に複数の電流区間を区分して形成する。
複数の電流値が、ＬC1、ＬC2、ＬC3、・・・ＬCnであるとすると、負荷電流ＬCがＬC1とＬC2との間に介在するとき、第１の電流区間３であると画定し、負荷電流ＬCがＬC2とＬC3との間に介在するとき、第２の電流区間４であると画定し、負荷電流ＬCがＬC3とＬC4との間に介在するとき、第３の電流区間５であると画定する（図４を参照）。
即ち、負荷電流ＬCがＬCn-1とＬCnとの間に介在するとき、第ｎ−１の電流区間であると画定する。ＬC1は、最小電流値であり、ＬCnは、最大電流値である。また、ｎは、２より大きい正の整数である。
【００２５】
ランダム制御ユニット３０には、最小電流値と最大電流値との間に画定されるｎ−１個の電流区間に基づき、ｎ個の起動モードが予め設定される。各電流区間は、少なくとも１つの対応するスイッチ情報を有する。また、各スイッチ情報のモードは、各ＤＣ−ＤＣコンバータの起動状態にそれぞれ対応する。
【００２６】
ランダム制御ユニット３０は、負荷電流値を読み取った後、負荷電流値に対応する電流区間を判断する。負荷電流値が最小電流値よりも小さいとき、任意の一ＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに起動し、起動モード中の一起動モードをランダムに選択し、それを制御モードとする。
【００２７】
負荷電流値が最小電流値と最大電流値との間に介在するとき、ランダム制御ユニット３０は、電流区間に基づき、制御モード中の対応する一スイッチ情報を選択し、そのスイッチ情報に基づき、制御信号を出力してＤＣ−ＤＣコンバータを制御する。
【００２８】
電流信号が最大電流値より大きいとき、全てのＤＣ−ＤＣコンバータがすでに起動されたことから、起動モード中の他の一起動モードをランダムに選択し、それを新たな制御モードとする。
【００２９】
図４を参照する。図４に示すように、具体的な数を例示して詳細な説明を行う。本実施形態において、電力モジュールシステム１０は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂ、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃおよび第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを具える（図３を合わせて参照）。
ランダム制御ユニット３０には、第１の電流値ＬC1、第２の電流値ＬC2、第３の電流値ＬC3および第４の電流値ＬC4が予め設定される。第１の電流値ＬC1は、最小電流値であり、第４の電流値ＬC4は最大電流値である。最小電流値と最大電流値との間には、第１の電流区間３、第２の電流区間４および第３の電流区間５が順番に画定される。第１の電流区間３は、第１の電流値ＬC1と第２の電流値ＬC2との間に介在する。第２の電流区間４は、第２の電流値ＬC2と第３の電流値ＬC3との間に介在する。第３の電流区間５は、第３の電流値ＬC3と第４の電流値ＬC4との間に介在する。
【００３０】
図５を参照する。図５に示すように、ランダム制御ユニット３０には、第１の起動モード３１、第２の起動モード３２、第３の起動モード３３および第４の起動モード３４が予め設けられる。第１の起動モード３１は、スイッチ情報３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを有する。第２の起動モード３２は、スイッチ情報３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを有する。第３の起動モード３３は、スイッチ情報３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを有する。第４の起動モード３４は、スイッチ情報３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを有する。各スイッチ情報のモードは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂ、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃおよび第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄの起動状態にそれぞれ対応する。
【００３１】
さらに詳細に述べると、第１の起動モード３１中、スイッチ情報３１ａは、負荷電流値が最小電流値よりも小さいときに対応し、１０００というモードとなる。０は、停止を示し、１は、起動を示す。従って、１０００というモードは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａを起動し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂを停止し、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃを停止し、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを停止することを表す。
【００３２】
同様に、スイッチ情報３１ｂは、第１の電流区間３に対応し、１１００、１０１０および１００１というモードに対応する。０は、停止を示し、１は、起動を示す。従って、１１００、１０１０および１００１は、３種類の状況を示す。第１の状況は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａを起動し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂを起動し、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃを停止し、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを停止することを表す。第２の状況は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａを起動し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂを停止し、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃを起動し、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを停止することを表す。第３の状況は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａを起動し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂを停止し、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃを停止し、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを起動することを表す。同様に、スイッチ情報３１ｃは、第２の電流区間４に対応し、１１１０、１１０１および１０１１というモードとなる。同様に、スイッチ情報３１ｄは、第３の電流区間５に対応し、１１１１というモード、すなわち、すべてのコンバータが起動するモードとなる。
【００３３】
第２の起動モード３２中、スイッチ情報３２ａは、負荷電流値が最小電流値よりも小さいときに対応し、０１００というモードに対応する。スイッチ情報３２ｂは、第１の電流区間３に対応し、０１１０、０１０１および１１００というモードに対応する。スイッチ情報３２ｃは、第２の電流区間４に対応し、１１１０、０１１１および１１０１というモードに対応する。スイッチ情報３２ｄは、第３の電流区間５に対応し、１１１１というモードに対応する。
【００３４】
第３の起動モード３３中、スイッチ情報３３ａは、負荷電流値が最小電流値よりも小さいときに対応し、００１０というモードに対応する。スイッチ情報３３ｂは、第１の電流区間３に対応し、０１１０、１０１０および００１１というモードに対応する。スイッチ情報３３ｃは、第２の電流区間４に対応し、１１１０、０１１１および１０１１というモードを含む。スイッチ情報３３ｄは、第３の電流区間５に対応し、１１１１というモードに対応する。
【００３５】
第４の起動モード３４中、スイッチ情報３４ａは、負荷電流値が最小電流値よりも小さいときに対応し、０００１というモードに対応する。スイッチ情報３４ｂは、第１の電流区間３に対応し、０１０１、１００１および００１１というモードに対応する。スイッチ情報３４ｃは、第２の電流区間４に対応し、１１０１、１０１１および０１１１というモードに対応する。スイッチ情報３４ｄは、第３の電流区間５に対応し、１１１１というモードに対応する。
【００３６】
次に、ランダム制御ユニット３０が第１の起動モード３１を制御モードとする場合を例に挙げて説明する。負荷電流ＬCが増大し続け、最小電流値（即ち、第１の電流値ＬC1）より大きくなり、電流検出ユニット２０が検出する負荷電流値が第１の電流値ＬC1と第２の電流値ＬC2との間に介在するとき、ランダム制御ユニット３０は、第１の電流区間３に対応すると判断する。従って、ランダム制御ユニット３０は、第１の起動モード３１中のスイッチ情報３１ｂに基づき、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａおよび第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂを起動し、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃおよび第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを停止する。或いは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａおよび第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃを起動し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂおよび第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを停止する。或いは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａおよび第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを起動し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂおよび第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃを停止する。
【００３７】
負荷電流ＬCが増大し続け、電流検出ユニット２０が検出する負荷電流値が第２の電流値ＬC2と第３の電流値ＬC3との間に介在するとき、ランダム制御ユニット３０は、第２の電流区間４に対応すると判断する。ランダム制御ユニット３０は、第１の起動モード３１中のスイッチ情報３１ｃに基づき、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂおよび第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃを起動し、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを停止する。或いは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂおよび第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを起動し、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃを停止する。或いは、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｃおよび第４のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｄを起動し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０ｂを停止する。
【００３８】
負荷電流ＬCが増大し続け、電流検出ユニット２０が検出する負荷電流値が第３の電流値ＬC3と第４の電流値ＬC4との間に介在するとき、ランダム制御ユニット３０は、電流信号が第３の電流区間５に対応すると判断する。ランダム制御ユニット３０は、第１の起動モード３１中のスイッチ情報３１ｄに基づき、制御信号を出力して全てのＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを起動すると同時に、他の起動モードをランダムに選択し、それを新たな制御モードとする。
【００３９】
以上のように電力モジュールシステム１０をランダムに制御することにより、異なるＤＣ−ＤＣコンバータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを代わる代わる使用することができるため、特定のＤＣ−ＤＣコンバータが偏って使用されるのを防止することができる。これにより、使用寿命を延長し、故障率を低減することができると同時に、システムの安定性を向上させることができる。
【００４０】
図６を参照する。図６に示すように、本実施形態のランダム制御ユニット３０は、下記のステップを行う。
【００４１】
ステップ１０：複数の電流値を画定する。これらの電流値中には、最小電流値および最大電流値を設定して、これらを複数の電流区間に区分する。各起動モードは、各電流区間において、少なくとも１つの対応するスイッチ情報を有する。
【００４２】
ステップ２０：負荷電流値を読み取る。
【００４３】
ステップ３０：負荷電流値に対応する電流区間を判断する。
【００４４】
ステップ４０：制御モードを実行する。ランダム制御ユニット３０は、先ず、起動モード中の一起動モードをランダムに選択し、それを制御モードとする。その後、負荷電流値に対応する電流区間に基づき、選択した制御モードの対応するスイッチ情報により、ＤＣ−ＤＣコンバータを起動する。
【００４５】
図７を参照する。図７に示すように、本実施形態によるランダム制御ユニットが制御モードを実行するステップは下記のステップからなる。
【００４６】
ステップ４０１：負荷電流値が最小電流値より小さいとき、任意の一ＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに起動する。
【００４７】
ステップ４０２：負荷電流値が最小電流値と最大電流値との間に介在する場合において、負荷電流値が増大し続け、他の電流区間に変動したとき、他のＤＣ−ＤＣコンバータをさらにランダムに起動する。また、負荷電流値が減少し続け、他の電流区間に変動したとき、任意の一ＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに停止する。
【００４８】
ステップ４０３：すべてのＤＣ−ＤＣコンバータがすでに起動したとき、起動モード中の他の一起動モードをランダムに選択し、それを新たな制御モードとする。
【００４９】
以上のように、本発明のランダム制御式燃料電池電力モジュールは、ランダム制御ユニットが異なるＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに選択して起動し、異なるＤＣ−ＤＣコンバータを代わる代わる使用することができるため、特定のＤＣ−ＤＣコンバータが偏って使用されるのを防止することができ、これにより、使用寿命を延長することができる。さらに、ランダム制御ユニットが、検出した負荷電流値に基づき、異なるＤＣ−ＤＣコンバータをランダムに選択して起動し、各ＤＣ−ＤＣコンバータを平均的に使用することができるため、各ＤＣ−ＤＣコンバータの故障率を低減し、電力モジュールシステムの安定性を向上させることができる。
【００５０】
上述の各実施形態は、本発明の特徴を示すものであり、その目的は、当該技術に熟知するものが本発明のモードを理解し、実施することであり、本発明の範囲を限定することではない。従って、本発明の主旨を逸脱しない範囲における修飾または変更は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１００  ランダム制御式燃料電池電力モジュール
１  燃料電池
２  負荷
３  第１の電流区間
４  第２の電流区間
５  第３の電流区間
１０  電力モジュールシステム
１０ａ  第１のＤＣ−ＤＣコンバータ
１０ｂ  第２のＤＣ−ＤＣコンバータ
１０ｃ  第３のＤＣ−ＤＣコンバータ
１０ｄ  第４のＤＣ−ＤＣコンバータ
１０ｎ  第ｎのＤＣ−ＤＣコンバータ
２０  電流検出ユニット
３０  ランダム制御ユニット
３１  第１の起動モード
３１ａ  スイッチ情報
３１ｂ  スイッチ情報
３１ｃ  スイッチ情報
３１ｄ  スイッチ情報
３２  第２の起動モード
３２ａ  スイッチ情報
３２ｂ  スイッチ情報
３２ｃ  スイッチ情報
３２ｄ  スイッチ情報
３３  第３の起動モード
３３ａ  スイッチ情報
３３ｂ  スイッチ情報
３３ｃ  スイッチ情報
３３ｄ  スイッチ情報
３４  第４の起動モード
３４ａ  スイッチ情報
３４ｂ  スイッチ情報
３４ｃ  スイッチ情報
３４ｄ  スイッチ情報
４０  燃料電池
５０  ＤＣ−ＤＣコンバータ
６０  コントローラ
７０  負荷
８０  燃料電池
９０  電力モジュールシステム
【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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【図６】
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【図７】
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