(57)【要約】供給された電力に応じて燃料電池発電装置２０を制御する例示的な方法４０が、燃料電池発電装置２０によって供給される電力、燃料電池発電装置２０によって供給される電流、電圧の減少割合の少なくとも１つに応答して可変抵抗装置２４の電気抵抗を選択的に変化させることを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の流れを供給する電池スタックアッセンブリと、
前記電池スタックアッセンブリと作動的に関連する、選択的に可変な電気抵抗を有した可変抵抗装置と、
望ましいレベルに、前記電力の流れの電流または電力レベルの少なくとも一方を維持するように、前記可変抵抗装置の電気抵抗を自動的に選択するコントローラと、
を有した燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記電池スタックアッセンブリの電圧の減少の割合に対応した割合に、選択された電気抵抗を自動的に減少させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
選択された電気抵抗が、前記電池スタックアッセンブリの電圧の減少の割合に比例することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記電流と、記憶部に格納された閾電流との比較に応じて前記電気抵抗を選択するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記電池スタックアッセンブリの直接的な動作条件ではない条件に応答して前記電気抵抗を選択するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記可変抵抗装置は、前記電池スタックアッセンブリに電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
電力の流れを供給する電池スタックアッセンブリと、
前記電力の流れを検出するように構成されたセンサ装置と、
前記電池スタックアッセンブリと作動的に関連する、選択的に可変な電気抵抗を有した可変抵抗装置と、
望ましいレベルの電力または望ましいレベルの電力の電流の少なくとも一方を維持するように、前記可変抵抗装置の電気抵抗を制御するコントローラと、
を備えた燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記コントローラは、前記電池スタックアッセンブリが減少するにつれて、選択された電気抵抗を減少させるように構成されることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
前記選択された電気抵抗は、前記電池スタックアッセンブリの電圧の減少の割合に比例することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記電池スタックアッセンブリの直接的な動作条件ではない条件に応答して前記電気抵抗を選択するように構成されることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１１】
前記可変抵抗装置は、前記電池スタックアッセンブリに電気的に接続されることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１２】
燃料電池発電装置によって供給される電力、前記燃料電池発電装置によって供給される電流または電圧の減少の割合の少なくとも１つに応答して可変抵抗装置の電気抵抗を選択的に変化させることを含む、燃料電池発電装置を制御する方法。
【請求項１３】
望ましい値に前記電力および前記電流の少なくとも一方を維持するように、前記電気抵抗を変化させることを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
選択された電気抵抗が、前記可変抵抗装置の減少の割合に比例した割合で増加することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記電力および前記電流は、電池スタックアッセンブリの直接的な動作条件ではないことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気抵抗を自動的に減少させることを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置によって供給される電力に応じて燃料電池発電装置を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は、周知である。電池スタックアッセンブリおよび他の周知の構成要素が、電力を供給するように周知の方法で動作する。燃料電池発電装置の用途は変化する。設置によって、異なる特徴および機能が、異なる燃料電池発電装置に要求される。
【０００３】
燃料電池発電装置の電池が、電圧を有している。電池内のカーボンが、比較的高い電圧において腐食し得る。また、電池内の白金が、比較的高い電圧において溶解し得る。ある燃料電池発電装置のアッセンブリが、電圧制限装置を備えており、該電圧制限装置は、電池の電圧を制限するか、または無くす。電圧を制限することにより、カーボンの腐食および白金の溶解が減少する。このアプローチが役立つことが証明されてきたが、限界がある。
【０００４】
例えば、電圧制限装置は、１つの特定の形式の燃料電池発電装置のために、および１つのみの動作条件のために設計され易い。さらに、電圧限界が過度に低い場合には、燃料電池スタックアッセンブリは、特に、燃料電池スタックが大きな減少を経験する前の燃料電池スタックアッセンブリの寿命の初期において効率的ではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な燃料電池発電装置の制御構成が、電力の流れを供給する電池スタックアッセンブリを備えている。可変抵抗装置が、電池スタックアッセンブリと作動的に関連している。可変抵抗装置は、選択的に可変な電気抵抗を備えている。コントローラが、望ましいレベルに電力の電流または電力の電力レベルを維持するように、可変抵抗装置の電気抵抗を自動的に選択する。
【０００６】
他の例示的な燃料電池発電装置の制御構成が、電力を供給する電池スタックアッセンブリと、電力の電力レベルを検出するように構成されたセンサ装置とを備えている。可変抵抗装置が、電池スタックアッセンブリと作動的に関連している。可変抵抗装置は、選択的に可変な電気抵抗を備えている。コントローラが、望ましいレベルに電力を維持するように可変抵抗装置の電気抵抗を制御する。
【０００７】
供給された電力に応じて燃料電池発電装置を制御する例示的な方法が、燃料電池発電装置によって供給される電力、燃料電池発電装置によって供給される電流、電圧の減少の割合の少なくとも１つに応答して可変抵抗装置の電気抵抗を選択的に変化させることを含む。
【０００８】
種々の特徴および利点が、以下の発明を実施するための形態から当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電力の流れを供給する例示的な燃料電池発電装置の選択された部分を概略的に示した図である。
【図２】図１の電力の電流レベルを維持することを含む１つの例示的な制御アプローチをまとめたフローチャートである。
【図３】図２の制御アプローチで用いられる１つの例示的な制御信号を示したタイミング図である。
【図４】図１の燃料電池発電装置の寿命に対する電気抵抗を示したグラフである。
【図５】図１の燃料電池発電装置の寿命に対する電圧の減少を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１には、例示的な燃料電池発電装置２０の選択された部分が概略的に示されており、燃料電池発電装置２０は、電池スタックアッセンブリ（ＣＳＡ）２２および可変抵抗装置２４を備えている。この例では、電池スタックアッセンブリ２２は、可変抵抗装置２４と作動的に関連している。電池スタックアッセンブリ２２は、例えば、周知の方法で、経路２６に沿ってバッテリ３０へと電力を供給する。可変抵抗装置２４は、経路２６に沿ってバッテリ３０へと供給される電力と並列に配置される。
【００１１】
この例では、センサ２８が、経路２６に沿って供給される電力の電流レベルを検出するように構成されている。センサ２８によって検出される電流は、可変抵抗装置２４へと供給される電流とバッテリ３０へと供給される電流との合計である。当業者および本発明から恩恵を受ける者は、センサ２８を用いて電流レベルをどのように検出するかを理解するであろう。説明されるように、ある例は、センサ２８を備えていないことがある。
【００１２】
例示的なセンサ２８は、コントローラ３２と通信するように構成されている。この例では、コントローラ３２は、センサ２８によって検出された電流レベルに応答して可変抵抗装置２４の電気抵抗を選択的に制御する。より詳細には、コントローラ３２は、センサ２８によって検出された電流レベルを閾電流値と比較し、そして、必要であれば、閾電流値を満たすか、または超過するように電流レベルを調整する。コントローラ３２は、例えば、可変抵抗装置２４の電気抵抗を変化させることによって電流レベルを調整する。センサ２８によって検出される電流が、可変抵抗装置２４へと供給される電流とバッテリ３０へと供給される電流との合計であるので、電池スタックアッセンブリ２２によって供給される全体の電流は、閾電流値よりも低下しないことになる。
【００１３】
一例では、コントローラ３２の記憶部３４が、閾電流値を格納する。また、例示的な記憶部３４は、データベースまたは情報、例えば、電流の望ましい調整を達成するためにコントローラ３２によって選択されるべき対応した抵抗値を有したルックアップテーブルも備えている。
【００１４】
他の例では、コントローラ３２は、適切なセンサによって提供された電圧情報および電流情報に応じてコントローラ３２により計算された電力レベルに応答して可変抵抗装置２４の電気抵抗を選択的に制御する。コントローラ３２は、計算された電力レベルを、記憶部３４内に格納された閾電力レベルと比較することができる。
【００１５】
つまり、電流レベルおよび計算された電力レベルは、電池スタックアッセンブリ２２の直接的な動作条件ではないが、代わりに、電池スタックアッセンブリ２２によって供給される電力の特性である。
【００１６】
図２には、可変抵抗装置２４の適切な電気抵抗を選択する制御方法４０のフローチャートが示されており、このフローチャートは、例示的なコントローラ３２が用いる１つの例示的なアプローチをまとめている。この例では、方法４０は、ステップ４２を含んでおり、ステップ４２において、コントローラ３２は、経路２６に沿って電池スタックアッセンブリ２２から移動する電流の電流レベルを決定する。ステップ４４において、コントローラ３２は、検出された電流レベルを閾電流値と比較する。ステップ４６において、検出された電流レベルと閾電流値との間の差に応じて、コントローラ３２は、可変抵抗装置２４の電気抵抗を調整することができる。コントローラ３２は、検出された電流レベルが閾電流値を満たすか、または超過するように電気抵抗を調整する。
【００１７】
１つの特定の例では、閾電流値は６０ｍＡ／ｃｍ2であり、検出された電流値は５５ｍＡ／ｃｍ2である。ステップ４４において比較した後に、コントローラ３２は、可変抵抗装置に制御信号を送信し、可変抵抗装置は、検出された電流値が６０ｍＡ／ｃｍ2を満たすか、または超過するまで、可変抵抗装置の電気抵抗を減少させる。他の例は、１０〜５０ｍＡ／ｃｍ2の閾電流値を備えることができる。
【００１８】
図示した例では、コントローラ３２は、複数の異なる方法で、可変抵抗装置２４の電気抵抗を制御する能力を備えている。ステップ４８に概略的に示したように、電気抵抗は、検出された電流レベルを変化させるように一定値に選択および維持され得る。また、ステップ５０に概略的に示したように、コントローラ３２は、検出された電流レベルを変化させるように電気抵抗を動的に変化させる。
【００１９】
一例では、コントローラ３２は、制御信号を用いて可変抵抗装置の電気抵抗を選択的に変化させる。図３に概略的に示した例では、制御信号７０が、複数のパルス７２，７４，７６，７８，８０等を備えている。この例では、コントローラ３２は、制御信号７０上でパルス幅変調を用いて、可変抵抗装置２４によって提供される電気抵抗を選択的に変化させる。
【００２０】
例示的な制御信号のパルス７２〜８０は、徐々に短くなるオン時間を備えている。理解することができるように、さらに、図４にグラフとして示されているように、この方法で制御信号７０のデューティーサイクルを選択的に変化させることにより、可変抵抗装置２４の電気抵抗が、発電装置２０の寿命に対して減少する。特に、電気抵抗の減少は、電池スタックアッセンブリ２２の電圧減少モデルに比例している。
【００２１】
一例では、コントローラ３２は、記憶部３４内に格納されたプログラムを実行する。プログラムは、電池スタックアッセンブリ２２によって供給される電流または電圧の変化に応答するのではなく、負荷時間に応答して、抵抗を徐々に減少させる。上記の例では、コントローラ３２は、電池スタックアッセンブリ２２の典型的な電圧の減少を追うようにして抵抗を徐々に減少させるようにプログラムされる。コントローラ３２は、センサ２８に依存する必要はないが、代わりに、抵抗を自動的に減少させ得る。
【００２２】
一例では、可変抵抗装置２４は、抵抗器および複数のスイッチ、例えば、ＭＯＳＦＥＴを備えており、これらの抵抗器および複数のスイッチは、選択されたパルス幅変調に応じて異なるスイッチを作動することにより、可変抵抗装置２４が、望ましい抵抗を提供することができるように、コントローラ３２からの制御信号に応答するようにして配置されている。この説明を考慮すれば、当業者は、可変抵抗装置および制御構成の特定の要求を満たすために、適切な可変抵抗装置および適切な制御構成を選択することができるであろう。
【００２３】
開示した例の特徴は、電池スタックアッセンブリが最小の電流または最小の電力を供給するように、電池スタックアッセンブリ内の抵抗を制御することを含む。開示した例では、最小の電流または最小の電力を維持することは、例えば、電池スタックアッセンブリ内の電圧を無くすことよりも効率的である。
【００２４】
上述の説明は、例示的なものであって、限定的なものではない。開示した例への変更および修正が、当業者に明らかになるであろう。法的保護の範囲は、特許請求の範囲を検討することによって決定されるのみである。
【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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【国際調査報告】
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