(57)【要約】【課題】既定の電圧範囲内で低出力モードおよび高出力モードで電力を提供するためのさらに向上された燃料電池アッセンブリが提供される。【解決手段】本開示の例示的態様に従う燃料電池アッセンブリ１８は、とりわけ、可変抵抗器３２と直列である第１の燃料電池スタック２６と、第１の燃料電池スタック２６と並列であり、かつ接触器３６と直列である第２の燃料電池スタック２８とを備える。可変抵抗器３２の抵抗レベルは、接触器３６の停止に応答して調節される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池アッセンブリであって、
可変抵抗器と直列である第１の燃料電池スタックと、
前記第１の燃料電池スタックと並列であり、かつ接触器と直列である第２の燃料電池スタックと、
を備え、
前記可変抵抗器の抵抗レベルは、前記接触器の停止に応答して調節されることを特徴とする燃料電池アッセンブリ。
【請求項２】
前記第１の燃料電池スタックは、第１の出力範囲で電力を生成するように作動可能であり、前記第２の燃料電池スタックは、前記第１の出力範囲と異なる第２の出力範囲で電力を生成するように作動可能であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項３】
前記第１の燃料電池スタックおよび前記第２の燃料電池スタックは、前記燃料電池アッセンブリの高出力モードで複合高出力範囲を生成するように作動可能であり、前記第１の燃料電池スタックは、前記燃料電池アッセンブリの低出力モードで低出力範囲を生成するように作動可能であり、前記第２の燃料電池スタックは、前記低出力範囲で停止され、前記抵抗レベルは、前記低出力範囲と前記高出力範囲との間の移行に応答して変化することを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項４】
電力は、単一の所望される電圧範囲内の前記低出力範囲および前記高出力範囲のそれぞれで生成されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項５】
前記可変抵抗器の現在の抵抗は、前記第１の燃料電池スタックの現在の電圧に基づいて調節されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項６】
前記可変抵抗器の現在の抵抗は、前記第１の燃料電池スタックの現在の電流に基づいて調節されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項７】
前記第１および第２の燃料電池スタックは、前記第１の燃料電池スタックの電流の前記第２の燃料電池スタックの電流に対する既定の比率で電流を負荷に提供するように構成されることを特徴とする請求項６記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項８】
前記接触器が停止状態にあるときに、前記第２の燃料電池スタックへの反応物と酸化剤のうちの少なくとも１つの流れを最小限に抑えるように構成された弁を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項９】
前記可変抵抗器の前記抵抗レベルを制御するように構成された制御装置を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記接触器の停止状態を制御するように構成されることを特徴とする請求項９記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１１】
燃料電池アッセンブリを調整する方法であって、
互いに並列である第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックを用いて高出力範囲で高電力を生成し、
前記第１の燃料電池スタックを用いて低出力範囲で低電力を生成する、
ことを含み、
前記第２の燃料電池スタックは、前記低出力範囲で停止されており、
前記第１の燃料電池スタックによって画定されるパス内の抵抗は、低出力範囲と高出力範囲との間の移行に応答して変化し、それにより単一の所望の電圧範囲内で前記低電力および前記高電力を維持することを特徴とする、燃料電池アッセンブリを調整する方法。
【請求項１２】
前記低出力範囲で電力を生成することにより、前記第２の燃料電池スタックへの反応物および酸化剤のうちの少なくとも１つの流れを最小限に抑えることをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記抵抗は、前記第１の燃料電池スタックの瞬時電圧に依存することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記抵抗は、前記パス内の瞬時電流に依存することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の燃料電池スタックは、第１の出力範囲で電力を生成するように作動可能であり、前記第２の燃料電池スタックは、前記第１の出力範囲と異なる第２の出力範囲で電力を生成するように作動可能であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、電動輸送装置（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ）に関する。より詳細には本開示は、燃料電池アッセンブリを備える電動輸送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの例では、電動輸送装置はある一定期間、低出力モードで作動し、別の一定期間、高出力モードで作動するよう要求され得る。例えば、電動輸送装置は、低出力モードで作動するように構成された負荷と、電動輸送装置に可動性を提供するために高出力モードで作動するように構成されたモータを含み得る。負荷は、既定の電圧範囲で作動するように構成された通信およびセンサペイロードなどの種々の電気部品を含み得る。既定の電圧範囲外で電気部品を作動させることは、部品の劣化または損傷を招き得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既定の電圧範囲内で低出力モードおよび高出力モードで電力を提供するための種々の手法は、当業界で既知である。一手法において、電動輸送装置には直列の複数の燃料電池スタックが提供される。出力調整は、燃料電池スタックのうちの１つしか低出力モードで作動しないときに負荷の電圧要求を満たすために利用される。この出力調整は、燃料消費における非効率を発生させ、部品のパッケージング要件およびシステムの複雑度も増加させ得る。
【０００４】
別の手法において、２つ以上の燃料電池スタックが互いに並列に配置される。しかしながら、燃料電池スタックを並列で作動させることは、スタックの可変性および燃料の不均衡配分による燃料切れのリスクを増加させ得、これは腐食および他の作動条件による燃料電池の劣化を招き得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の例示的な実施例による燃料電池アッセンブリは、可変抵抗器と直列である第１の燃料電池スタックと、前記第１の燃料電池スタックと並列であり、かつ接触器と直列である第２の燃料電池スタックと、を備え、前記可変抵抗器の抵抗レベルは、前記接触器の停止に応答して調節される。
【０００６】
本開示の例示的な実施例による燃料電池アッセンブリを調整する方法は、互いに並列である第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックを用いて高出力範囲で高電力を生成し、前記第１の燃料電池スタックを用いて低出力範囲で低電力を生成する、ことを含み、前記第２の燃料電池スタックは、前記低出力範囲で停止されており、前記第１の燃料電池スタックによって画定されるパス内の抵抗は、低出力範囲と高出力範囲との間の移行に応答して変化し、それにより単一の所望の電圧範囲内で前記低電力および前記高電力を維持する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例の電動輸送装置を示す概略図である。
【図２】実施例の燃料電池アッセンブリの概略図である。
【図３】燃料電池アッセンブリを調整する実施例の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、例示的な電動輸送装置１０の非常に概略的な側面図を示す。一実施例において、電動輸送装置１０は、大排水量無人水中輸送装置（Ｌａｒｇｅ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）（ＬＤＵＵＶ）である。別の実施例において、電動輸送装置１０は、地上輸送装置である。しかしながら、航空および宇宙システム、有人および無人システム、ハイブリッドシステム、および定置システムを含む、他の電動輸送装置およびシステムが企図される。
【０００９】
電動輸送装置１０は、１つまたは複数の電気部品を含む負荷１１を備える。いくつかの実施例において、負荷１１は、水域の中を長手軸線Ａ周りにプロペラ１４を回転させるように構成されたモータ１２を含む。さらなる実施例において、負荷１１は、電子機器ペイロード１６を含む。電子機器ペイロード１６は、通信機器、１つまたは複数のセンサ、１つまたは複数の計算装置および他の電気部品を含み得る。
【００１０】
電動輸送装置１０は、負荷１１に電力を提供するように構成された燃料電池アッセンブリ１８を備える。燃料電池アッセンブリ１８は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換することにより電力を生成するための複数の燃料電池１９（図２に図示）を備える。いくつかの実施例において、燃料電池１９はそれぞれ、プロトン交換膜（ｐｒｏｔｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）（ＰＥＭ）である。金属水素化物燃料電池、固体酸化物型燃料電池（ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）（ＳＯＦＣ）、アルカリ型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池（ｍｏｌｔｅｎ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）（ＭＣＦＣ）、およびリン酸型燃料電池（ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）（ＰＡＦＣ）を含む、他の従来の燃料電池の配置が企図される。加えて、燃料電池１９は、さまざまな量の電力を生成するために、同一の活性領域または異なる活性領域を含み得る。燃料電池アッセンブリ１８は、燃料供給源２０から水素（Ｈ2）などの燃料または反応物を、酸化剤供給源２２から酸素（Ｏ2）などの酸化剤または空気などの別の酸素含有ガスを受け取る。他の燃料の種類も企図される。加えて、バッテリおよび電解槽などの他のエネルギー供給源を展開するシステムは、本明細書の教示から利益を享受することができる。
【００１１】
いくつかの実施例では、電動輸送装置１０は、燃料電池アッセンブリ１８によって生成された電力により、ある期間、低出力モードで、別の期間、高出力モードで作動する。例えば、電動輸送装置１０は、低出力モードで作動する間よりも比較的短期間、高出力モードで作動することができる。低出力モードおよび高出力モードの長さは、電動輸送装置１０のユーザ要求および作動条件ならびに他の考慮すべき事項によって決定され得る。
【００１２】
燃料電池アッセンブリ１８は、燃料電池アッセンブリ１８に１つまたは複数の命令を提供するための制御装置２４を備える。制御装置２４は、搭載コンピュータ、マイクロコントローラ、１つまたは複数のデジタル論理部品、またはこれらの組み合わせを含み得る。他の従来のデジタル計算装置も企図される。他の実施例においては、制御装置２４は、少なくとも１つのアナログ部品である。さらに他の実施例においては、制御装置２４は、デジタル部品とアナログ部品との組み合わせを含む。さらなる実施例においては、制御装置２４は、燃料電池アッセンブリ１８の中に統合される。
【００１３】
図２を参照して、燃料電池１９は、２つ以上の燃料電池スタックの中に配置されている。いくつかの実施例において、それぞれの燃料電池スタックの燃料電池１９は、互いに直列に配置される。他の実施例においては、それぞれの燃料電池スタックの燃料電池１９は、互いに並列に配置される。図示のように、燃料電池１９は、低出力モードおよび高出力モードで負荷１１に電力を提供するための互いに並列に配置された第１の燃料電池スタック２６および第２の燃料電池スタック２８として配置され得る。第１の燃料電池スタック２６は、第１の燃料電池スタック２６によって画定される第１のパス２７を介して負荷１１に電気的に結合し、第２の燃料電池スタック２８は、第２の燃料電池スタック２８によって画定される第２のパス２９を介して負荷１１に電気的に結合する。しかしながら、燃料電池アッセンブリ１８は、２つを上回る燃料電池スタックを備えることができ、負荷１１に２つを上回る電力レベルの電力を提供することもできる。
【００１４】
第１および第２の燃料電池スタック２６、２８は、燃料電池アッセンブリ１８の高出力モードで複合高出力範囲を生成するように作動可能であり、第１の燃料電池スタック２６は、燃料電池アッセンブリ１８の低出力モードで低出力範囲を生成するように作動可能である。一実施例においては、低出力モードは約０．７ｋＷであり、高出力モードは約３７．０キロワット（ｋＷ）であり、低出力モードおよび高出力モードはそれぞれ、約２５０．０ボルト（Ｖ）である。第１の燃料電池スタック２６は、低出力モードで電力を提供するように最適化され得、第２の燃料電池スタック２８は、高出力モードで電力を提供するように最適化され得る。ゆえに、スタック２６、２８のそれぞれの電力減少率が最小限に抑えられ得、それにより燃料電池アッセンブリ１８の全体の効率が上昇する。
【００１５】
いくつかの実施例において、第１の燃料電池スタック２６は、第１の出力範囲で電力を生成するように作動可能であり、第２の燃料電池スタック２８は、第１の出力範囲と異なる第２の出力範囲で電力を生成するように作動可能である。第１の出力範囲は、第２の出力範囲よりも小さくすることができる。他の実施例においては、第１の燃料電池スタック２６および第２の燃料電池スタック２８は、同様の量の電力を生成するように作動可能である。第１の燃料電池スタック２６および第２の燃料電池スタック２８のそれぞれから生成される電力はスタック２６、２８のそれぞれにおける燃料電池１９の数量、燃料電池１９のそれぞれの活性領域、および当技術分野で既知の他の技術に依存し得る。さらなる実施例においては、燃料電池アッセンブリ１８は、単一の所望の電圧範囲内で低出力モードおよび高出力モード内で電力を生成する。単一の所望の電圧範囲内で電動輸送装置１０を作動させることは、負荷１１の種々の電気部品の性能要件、数量、および全体の構成を簡略化することができる。
【００１６】
燃料電池アッセンブリ１８は、第１および第２の燃料電池スタック２６、２８によって負荷１１に提供される電力を調整するための調整アッセンブリ３１を備える。調整アッセンブリ３１は、第１の燃料電池スタック２６と直列に配置された第１の可変抵抗器３２を備える。いくつかの実施例において、調整アッセンブリは、第２の燃料電池スタック２８と直列に配置された第２の可変抵抗器３４を備える。第１および第２の可変抵抗器３２、３４はそれぞれ、パス２７、２９の各々にわたる電圧降下を生成するように構成される。可変抵抗器３２、３４はそれぞれ、従来の可変抵抗器、電位差計、または当技術分野で既知の別の適切なデバイスであり得る。他の実施例においては、調整アッセンブリ３１は、第１および第２の可変抵抗器３２、３４のうちの１つのみを備える。この配置において、１つのみの可変抵抗器を作動させることは、特に可変抵抗器を比較的低出力範囲に最適化された燃料電池スタックと直列に配置することにより、可変抵抗器による電力消費の低減につながり得、これにより燃料電池アッセンブリ１８の全体の効率を上昇させる。また、可変抵抗器３２、３４は、第１および第２の燃料電池スタック２６、２８のうちの各々の１つの前または後ろに電気的に配置され得る。
【００１７】
いくつかの実施例において、調整アッセンブリ３１は、第２の燃料電池スタック２８および第２の可変抵抗器３４と直列に配置される従来のスイッチまたは接触器３６を備える。接触器３６は、第２のパス２９を開くことにより、第２の燃料電池スタック２８を負荷１１から選択的に停止させるか、または電気的に切り離すように作動可能である。接触器３６は、燃料電池１９の劣化を招き得る電流の流れが第２の燃料電池スタック２８の中へと戻ることを阻む。他の実施例においては、接触器３６は、第１の燃料電池スタック２６を選択的に停止させまたは電気的に絶縁するために、第１の燃料電池スタック２６および第１の可変抵抗器３２と直列に配置され得る。
【００１８】
接触器３６は、指令線４２を介して制御装置２４によって生成される指令信号に応答して開閉するように構成される。いくつかの実施例において、第１の燃料電池スタック２６は、負荷１１に低出力モードで電力を提供し、第１と第２の燃料電池スタック２６、２８の組み合わせは、接触器３６が閉または停止状態にあるときに、負荷１１に電力を提供する。他の実施例においては、接触器３６は、第１および第２の燃料電池スタック２６、２８の各々の１つを負荷１１から電気的に絶縁するように構成された従来のダイオードまたは別の従来の部品である。
【００１９】
制御装置２４は、第１の可変抵抗器３２および第２の可変抵抗器３４の現在または瞬時抵抗レベルを制御するように作動可能である。制御装置２４は、第１の制御信号線３８を介して第１の可変抵抗器３２に抵抗制御信号を提供する。第２の可変抵抗器３４を含む実施例において、制御装置２４は、第２の制御信号線４０を介して第２の可変抵抗器３４に抵抗制御信号を提供する。抵抗制御信号は、第１および第２の可変抵抗器３２、３４のうちの少なくとも１つの所望の抵抗レベルに対応する。いくつかの実施例において、抵抗制御信号は、低値または高値の離散的信号である。一実施例においては、低値は約０オーム（Ω）に対応し、高値は約０オーム（Ω）より大きい値に対応する。他の実施例においては、抵抗制御信号は、所望の抵抗レベルに対応する値の範囲のうちの１つを含む。当業者は、燃料電池アッセンブリ１８の作動および設計の制約および本明細書に開示される教示に基づいて、適切な値を決定することができる。
【００２０】
制御装置２４は、燃料電池アッセンブリ１８の１つまたは複数の条件に応答して可変抵抗器３２、３４の抵抗レベルを調節することができる。いくつかの実施例において、制御装置２４は、接触器３６の停止に応答して可変抵抗器３２、３４の抵抗レベルを調節する。いくつかの燃料電池配置において、それぞれの燃料電池１９は、当業者によって電力曲線の特徴として既知である、瞬時電圧に対する電流出力の非線形レートによって特徴付けられる。そのため、第１の燃料電池スタック２６は、負荷１１に提供される電流に基づいて、第２の燃料電池スタック２８が作動状態にあるときに、第２の燃料電池スタック２８が停止状態にあるときと比べて異なる電圧レベルで電力を生成し得る。したがって、第２の燃料電池スタック２８が停止状態にあるときに、第１の可変抵抗器３２の抵抗レベルを上昇させるように制御装置２４が第１の可変抵抗器３２に指示し、それにより負荷１１にわたる電圧レベルを単一の所望の電圧範囲内に維持することが望ましくあり得る。
【００２１】
他の実施例においては、制御装置２４は、燃料電池アッセンブリ１８の回路の種々の点における電圧レベルに応答して、可変抵抗器３２、３４の抵抗レベルを調節する。一実施例においては、調整アッセンブリ３１は、複数の電圧通信線５６を介して瞬時電圧の測定値を制御装置２４に提供するようにそれぞれ構成された、第１の電圧計５０、第２の電圧計５２、および第３の電圧計５４を備える。制御装置２４は、第１の電圧計５０を介して負荷１１にわたる電圧レベルを受け取り、第２の電圧計５２を介して第１の燃料電池スタック２６にわたる電圧レベルを受け取り、第３の電圧計５４を介して第２の燃料電池スタック２８にわたる電圧レベルを受け取る。制御装置２４は、電力レベルのうちの１つの中で負荷１１またはスタック２６、２８にわたって測定された現在の電圧における変化に応答して、または低出力モードと高出力モードとの間の負荷１１の移行の結果として、可変抵抗器３２、３４の抵抗レベルを調節することができる。他の実施例においては、制御装置２４は、負荷１１ならびに第１および第２の燃料電池スタック２６、２８にわたって電圧レベルを直接測定するように作動可能である。
【００２２】
さらに他の実施例においては、制御装置２４は、燃料電池アッセンブリ１８の回路の種々の点における電流レベルに応答して可変抵抗器３２、３４の抵抗レベルを調節する。一実施例においては、調整アッセンブリ３１は、複数の電流通信線６２を介してそれぞれが瞬時電流の測定値を制御装置２４に提供するように構成された第１のアンペア数メータ５８および第２のアンペア数メータ６０を備える。制御装置２４は、第１のアンペア数メータ５８を介して第１のパス２７内の電流レベルを受け取り、第２のアンペア数メータ６０を介して第２のパス２９内の電流レベルを受け取り、第１および第２のパス２７、２９内の電流の合計である第３のパス６１を通って全電流が負荷１１に提供される。一実施例においては、第１の可変抵抗器３２の抵抗レベルは、第１の燃料電池スタック２６の現在の電流レベルに基づいて調節される。別の実施例においては、第２の可変抵抗器３４の抵抗レベルは、第２の燃料電池スタック２８の現在の電流に基づいて調節される。他の実施例においては、制御装置２４は、第１および第２のパス２７、２９のそれぞれの電流レベルを直接測定するように作動可能である。
【００２３】
さらなる実施例においては、燃料電池アッセンブリ１８は、第１の燃料電池スタック２６の電流の第２の燃料電池スタック２８の電流に対する既定の比率で電流を負荷１１に提供するように構成される。第１および第２の可変抵抗器３２、３４の抵抗レベルは、単一の所望の電圧範囲内で既定の比率を維持するように調節され得る。既定の比率を維持することは、第１および第２の燃料電池スタック２６、２８のうちの少なくとも１つが負荷１１の電力要求を満たすために十分でない量の反応物を受け取ることによる反応物不均衡配分または燃料切れの可能性を最小限に抑えることにつながり得る。反応物不均衡配分は、燃料電池１９の腐食による燃料電池の劣化を招き得、かつ性能の不安定さをもたらし得る。
【００２４】
いくつかの実施例において、制御装置２４は、燃料および酸化剤供給源２０、２２によって第２の燃料電池スタック２８に提供される燃料および／または酸化剤の流れを調整または計量する。制御装置２４は、弁作動線４４を介して、作動状態にあるときに第２の燃料電池スタック２８に提供される燃料および／または酸化剤を計量するための、燃料弁４６および／または酸化剤弁４８への弁制御信号を提供する。いくつかの実施例において、弁４６、４８はそれぞれ、燃料電池アッセンブリ１８のそれぞれの電力レベルの間の移行中、全開位置と全閉位置との間で移動可能である。他の実施例においては、弁４６、４８はそれぞれ、所定範囲の位置にわたって可変であり、燃料電池アッセンブリ１８の電力レベルのうちの１つ以内で調節され得る。この配置において、燃料電池スタック２６、２８のそれぞれの電流は、反応物の流量で制御されて、反応物の消費を最小限に抑えることにより反応物の欠乏を阻止しかつ燃料電池アッセンブリ１８の全体の効率を上昇させることができる。
【００２５】
図３は、燃料電池アッセンブリ１８を作動させる実施例の方法を示したものである。電動輸送装置１０は、ステップ７２で起動シーケンスを介して初期化される。燃料電池アッセンブリ１８は、ステップ７４で低出力モードで作動する。代替的に、燃料電池アッセンブリ１８は、ステップ８２で高出力モードで作動を開始することができる。制御装置２４は、ステップ７６で高出力信号を受け取る。いくつかの実施例において、高出力信号は、上述したように、燃料電池アッセンブリ１８の回路の１つまたは複数の点における電圧レベルおよび／または電流レベルに基づく。他の実施例においては、高出力信号は、電動輸送装置１０の別のシステムによって生成され、制御装置２４に提供される。制御装置２４は、ステップ７８で接触器３６を閉じることによって第２の燃料電池スタック２８を作動させる。いくつかの実施例において、ステップ７８は、燃料弁４６および／または酸化剤弁４８を開けることによる第２の燃料電池スタック２８の作動を含む。
【００２６】
ステップ８０で、第１の燃料電池スタック２６の電圧は、第１の可変抵抗器３２の抵抗レベルを変更することによって調節される。いくつかの実施例において、第１の可変抵抗器３２の抵抗レベルは上昇し、それにより負荷１１にわたる電圧レベルを単一の所望の電圧範囲内に維持するために、第１の燃料電池スタック２６の第１のパス２７にわたる電圧降下を生じる。いくつかの実施例において、第１の可変抵抗器３２の抵抗レベルは、接触器３６を閉じると同時に調節される。その後、燃料電池アッセンブリ１８はステップ８２で、単一の所望の電圧範囲内で高出力モードで作動を開始する。
【００２７】
低出力信号を受け取ると、制御装置２４は、ステップ８６で第２のパス２９を電気的に開くために接触器３６を開くことにより、第２の燃料電池スタック２８を停止させる。いくつかの実施例において、ステップ８６は、燃料弁４６および／または酸化剤弁４８を少なくとも部分的に閉じることによる第２の燃料電池スタック２８の停止を含む。いくつかの実施例において、低出力信号は、上述したように、燃料電池アッセンブリ１８の回路の１つまたは複数の点における電圧レベルおよび／または電流レベルに基づく。他の実施例においては、低出力信号は、電動輸送装置１０の別のシステムによって生成され、制御装置２４に提供される。ステップ８８で、第１の燃料電池スタック２６の電圧は、第１の可変抵抗器３２の抵抗レベルを変更することによって調節される。いくつかの実施例において、第１の可変抵抗器３２の抵抗レベルは、負荷１１にわたる電圧レベルを単一の所望の電圧範囲内に維持するために低下される。いくつかの実施例において、第１の可変抵抗器３２の抵抗レベルは、接触器３６を開くと同時に調節される。
【００２８】
第１および第２の燃料電池スタック２６、２８のうちのどちらかの現在の電圧レベルは、燃料電池アッセンブリ１８の作動条件の変化によって変動し得る。いくつかの実施例において、第１および第２の可変抵抗器３２、３４のそれぞれの抵抗レベルは、負荷１１にわたる所望の電圧範囲を低出力モードと高出力モードのそれぞれ以内に維持するように、制御装置２４によって調節され得る。
【００２９】
実施例の燃料電池アッセンブリ１８は、従来の燃料電池アッセンブリよりも多くの利益を含む。利益の１つは、単一の所望の電圧範囲内で負荷１１に電力を提供し、それにより負荷１１の種々の電気部品の劣化または損傷のリスクを最小限に抑えることを含む。別の利益は、洗練された電力調整回路の排除であり、電力消費およびパッケージング要件の低減をもたらす。加えて、燃料電池スタック２６、２８はそれぞれ、燃料切れの可能性の低い並列で作動することができ、ゆえに浸食および他の望ましくない作動条件による燃料電池スタック２６、２８のうちのどちらかの故障のリスクが最小限に抑えられる。燃料電池スタック２６、２８はまた、わずかに異なる電圧範囲で互いに並列に作動することができる。燃料電池アッセンブリ１８はまた、特定の反応物および／または酸化剤の流量配分に基づいて、燃料電池スタックの間に所望の電流分布を維持することができる。
【００３０】
燃料電池アッセンブリ１８のそれぞれの可変抵抗器の抵抗レベルは、回復可能または回復不可能な性能損失および他の性能の不安定性に起因する触媒の消費および他の状態によるスタックの時間の経過による劣化または腐食の変化に対応するように調節され得る。スタック２６、２８は、スタック２６、２８のそれぞれを異なる期間および異なる電力レベルで作動させるため、異なる速度で腐食し得る。それぞれの可変抵抗器の抵抗レベルは、回復可能な性能損失に対応して、燃料電池１９の現在の特性に対応するように調節され得る。
【００３１】
先行の記述は、実際には、制限的ではなく例示的である。必ずしも本開示の本質を逸脱しない開示の実施例に対する変形および修正変更は、当業者に明らかになり得る。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定され得る。
【符号の説明】
【００３２】
１０…電動輸送装置
１１…負荷
１２…モータ
１４…プロペラ
１６…電子機器ペイロード
１８…燃料電池アッセンブリ
１９…燃料電池
２０…燃料供給源
２２…酸化剤供給源
２４…制御装置
２６…第１の燃料電池スタック
２７…第１のパス
２８…第２の燃料電池スタック
２９…第２のパス
３１…調整アッセンブリ
３２…第１の可変抵抗器
３４…第２の可変抵抗器
３６…接触器
３８…第１の制御信号線
４０…第２の制御信号線
４２…指令線
４４…弁作動線
４６…燃料弁
４８…酸化剤弁
５０…第１の電圧計
５２…第２の電圧計
５４…第３の電圧計
５６…電圧通信線
５８…第１のアンペア数メータ
６０…第２のアンペア数メータ
６１…第３のパス
６２…電流通信線
【図１】
2019061963.tif 000003
【図２】
2019061963.tif 000004
【図３】
2019061963.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月13日(2018.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池アッセンブリであって、
可変抵抗器と直列である第１の燃料電池スタックと、
前記第１の燃料電池スタックと並列であり、かつ接触器と直列である第２の燃料電池スタックと、
を備え、
前記可変抵抗器の抵抗レベルは、前記接触器の停止に応答して調節されることを特徴とする燃料電池アッセンブリ。
【請求項２】
前記第１の燃料電池スタックは、第１の出力範囲で電力を生成するように作動可能であり、前記第２の燃料電池スタックは、前記第１の出力範囲と異なる第２の出力範囲で電力を生成するように作動可能であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項３】
前記第１の燃料電池スタックおよび前記第２の燃料電池スタックは、前記燃料電池アッセンブリの高出力モードで複合高出力範囲を生成するように作動可能であり、前記第１の燃料電池スタックは、前記燃料電池アッセンブリの低出力モードで低出力範囲を生成するように作動可能であり、前記第２の燃料電池スタックは、前記低出力範囲で停止され、前記抵抗レベルは、前記低出力範囲と前記高出力範囲との間の移行に応答して変化することを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項４】
電力は、単一の所望される電圧範囲内の前記低出力範囲および前記高出力範囲のそれぞれで生成されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項５】
前記接触器が停止状態にあるときに、前記第２の燃料電池スタックへの反応物と酸化剤のうちの少なくとも１つの流れを最小限に抑えるように構成された弁を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項６】
前記可変抵抗器の前記抵抗レベルを制御するように構成された制御装置を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項７】
前記制御装置は、前記接触器の停止状態を制御するように構成されることを特徴とする請求項６記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項８】
前記可変抵抗器の抵抗レベルは、前記第１の燃料電池スタックの現在の電圧レベルに基づいて調節されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項９】
前記可変抵抗器の抵抗レベルは、前記第１の燃料電池スタックの現在の電流レベルに基づいて調節されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１０】
前記第１および第２の燃料電池スタックは、前記第１の燃料電池スタックの電流の前記第２の燃料電池スタックの電流に対する既定の比率で電流を負荷に提供するように構成されることを特徴とする請求項９記載の燃料電池アッセンブリ。
【請求項１１】
可変抵抗器と直列である第１の燃料電池スタックと、前記第１の燃料電池スタックと並列であり、かつ接触器と直列である第２の燃料電池スタックとを備える燃料電池アッセンブリを調整する方法であって、
互いに並列である前記第１の燃料電池スタックおよび前記第２の燃料電池スタックを用いて高出力範囲で高電力を生成し、
前記第１の燃料電池スタックを用いて低出力範囲で低電力を生成する、
ことを含み、
前記第２の燃料電池スタックは、前記低出力範囲で停止されており、
前記第１の燃料電池スタックによって画定されるパス内の前記可変抵抗器の抵抗レベルは、低出力範囲と高出力範囲との間の移行に応答して変化し、それにより単一の所望の電圧範囲内で前記低電力および前記高電力を維持することを特徴とする、燃料電池アッセンブリを調整する方法。
【請求項１２】
前記低出力範囲で電力を生成することにより、前記第２の燃料電池スタックへの反応物および酸化剤のうちの少なくとも１つの流れを最小限に抑えることをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記抵抗レベルは、前記第１の燃料電池スタックの瞬時電圧に依存することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記抵抗レベルは、前記パス内の瞬時電流に依存することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の燃料電池スタックは、第１の出力範囲で電力を生成するように作動可能であり、前記第２の燃料電池スタックは、前記第１の出力範囲と異なる第２の出力範囲で電力を生成するように作動可能であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記可変抵抗器の抵抗レベルは、前記第１の燃料電池スタックの現在の電圧レベルに基づいて調節されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記可変抵抗器の抵抗レベルは、前記第１の燃料電池スタックの現在の電流レベルに基づいて調節されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
前記第１および第２の燃料電池スタックは、前記第１の燃料電池スタックの電流の前記第２の燃料電池スタックの電流に対する既定の比率で電流を負荷に提供するように構成されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
先行の記述は、実際には、制限的ではなく例示的である。必ずしも本開示の本質を逸脱しない開示の実施例に対する変形および修正変更は、当業者に明らかになり得る。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定され得る。
なお、好ましい燃料電池アッセンブリについて、以下に記載する。
好ましい燃料電池アッセンブリは、
可変抵抗器と直列である第１の燃料電池スタックと、
第１の燃料電池スタックと並列であり、かつ接触器と直列である第２の燃料電池スタックと、
を備え、
可変抵抗器の抵抗レベルは、接触器の停止に応答して調節される。
第１の燃料電池スタックは好ましくは、第１の出力範囲で電力を生成するように作動可能であり、第２の燃料電池スタックは好ましくは、第１の出力範囲と異なる第２の出力範囲で電力を生成するように作動可能である。
第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックは好ましくは、燃料電池アッセンブリの高出力モードで複合高出力範囲を生成するように作動可能であり、第１の燃料電池スタックは好ましくは、燃料電池アッセンブリの低出力モードで低出力範囲を生成するように作動可能であり、第２の燃料電池スタックは好ましくは、低出力範囲で停止され、抵抗レベルは、低出力範囲と高出力範囲との間の移行に応答して変化する。
電力は好ましくは、単一の所望される電圧範囲内の低出力範囲および高出力範囲のそれぞれで生成される。
可変抵抗器の現在の抵抗は好ましくは、第１の燃料電池スタックの現在の電圧に基づいて調節される。
可変抵抗器の現在の抵抗は好ましくは、第１の燃料電池スタックの現在の電流に基づいて調節される。
第１および第２の燃料電池スタックは好ましくは、第１の燃料電池スタックの電流の第２の燃料電池スタックの電流に対する既定の比率で電流を負荷に提供するように構成される。
燃料電池アッセンブリは好ましくは、接触器が停止状態にあるときに、第２の燃料電池スタックへの反応物と酸化剤のうちの少なくとも１つの流れを最小限に抑えるように構成された弁を備える。
燃料電池アッセンブリ好ましくは、可変抵抗器の抵抗レベルを制御するように構成された制御装置を備える。
制御装置は好ましくは、接触器の停止状態を制御するように構成される。
また、好ましい、燃料電池アッセンブリを調整する方法について、以下に記載する。
好ましい、燃料電池アッセンブリを調整する方法は、
互いに並列である第１の燃料電池スタックおよび第２の燃料電池スタックを用いて高出力範囲で高電力を生成し、
第１の燃料電池スタックを用いて低出力範囲で低電力を生成する、
ことを含み、
第２の燃料電池スタックは、低出力範囲で停止されており、
第１の燃料電池スタックによって画定されるパス内の抵抗は、低出力範囲と高出力範囲との間の移行に応答して変化し、それにより単一の所望の電圧範囲内で低電力および高電力を維持する。
燃料電池アッセンブリを調整する方法は好ましくは、低出力範囲で電力を生成することにより、第２の燃料電池スタックへの反応物および酸化剤のうちの少なくとも１つの流れを最小限に抑えることをさらに含む。
抵抗は好ましくは、第１の燃料電池スタックの瞬時電圧に依存する。
抵抗は好ましくは、パス内の瞬時電流に依存する。
第１の燃料電池スタックは好ましくは、第１の出力範囲で電力を生成するように作動可能であり、第２の燃料電池スタックは好ましくは、第１の出力範囲と異なる第２の出力範囲で電力を生成するように作動可能である。