(57)【要約】【課題】    本発明は直列／並列回路を有する燃料電池装置を新規に提案するものである。【解決手段】   複数の燃料電池セットを含み、各前記燃料電池セットはそれぞれ燃料電池部、直流電圧変換ユニット及び直列／並列回路ユニットからなり、各前記燃料電池セットにおける燃料電池部は対応する直流電圧変換ユニットを電気接続し、各前記燃料電池セットにおける直流電圧変換ユニットがそれぞれプラス端子とマイナス端子を含み、前記直列／並列回路ユニットは各前記燃料電池セットにおけるプラス端子とマイナス端子を電気接続すると共に特定の直列／並列に電気接続関係を形成し、前記直列／並列回路ユニットは統合後の前記燃料電池セットの電力を出力する。【選択図】    図１
2008186454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ燃料電池部及び直流電圧変換ユニットからなる複数の燃料電池セットと、直列／並列回路ユニットを含み、各前記燃料電池セットにおける燃料電池部は対応する直流電圧変換ユニットを電気接続し、各前記燃料電池セットにおける直流電圧変換ユニットがプラス端子とマイナス端子を含み、前記直列／並列回路ユニットは各前記燃料電池セットにおけるプラス端子とマイナス端子を電気接続すると共に特定の直列／並列に電気接続関係を形成し、前記直列／並列回路ユニットは統合後の前記燃料電池セットの電力を出力することを特徴とする直列／並列回路を有する燃料電池装置。
【請求項２】
前記燃料電池セットにおける燃料電池セットは第一燃料電池セットと定義し、もう一つの燃料電池セットは第二燃料電池セットと定義し、前記第一燃料電池セットのプラス端子とマイナス端子はそれぞれ第一プラス端子とマイナス端子と定義し、前記第二燃料電池セットのプラス端子とマイナス端子は第二プラス端子と第二マイナス端子と定義し、前記直列／並列回路ユニットはさらに第一マルチチャネル切換素子を含み、前記第一マルチチャネル切換素子は前記第一マイナス端子が前記第二プラス端子を電気接続し、又は前記第二プラス端子が前記出力プラス端子を電気接続するかの何れか一つの状態を選択することを特徴とする請求項1に記載する直列／並列回路を有する燃料電池装置。
【請求項３】
前記燃料電池セットにおける別の燃料電池セットは第三燃料電池セットと定義し、前記第三燃料電池セットのプラス端子とマイナス端子はそれぞれ第三プラス端子と第三マイナス端子と定義し、前記直列／並列回路ユニットはさらに第二マルチチャネル切換素子を含み、前記第一マルチチャネル切換素子はさらに前記第一マイナス端子が前記第二プラス端子を電気接続し、又は前記第二プラス端子が前記出力プラス端子を電気接続し、又は前記第一マイナス端子が前記第二マルチチャネル切換素子を電気接続し、又は前記第二マルチチャネル切換素子が前記力プラス端子を電気接続するかの何れかの状態を選択し、また前記第二マルチチャネル切換素子は前記第二マイナス端子が前記第三プラス端子を電気接続し、又は前記第二マイナス端子が前記出力マイナス端子を電気接続し、又は前記第三プラス端子が前記第一マルチチャネル切換素子を電気接続し、又は前記第一マルチチャネル切換素子が前記出力マイナス端子を電気接続するかの何れかの状態を選択することを特徴とする請求項２に記載する直列／並列回路を有する燃料電池装置。
【請求項４】
前記燃料電池セットにおける少なくとも一つの燃料電池セットが対応する直流電圧変換ユニットはさらに直流昇圧コンバータと直流降圧コンバータを含み、前記直流昇圧コンバータは特定電圧昇圧変換比を有する直流電圧コンバータであり、前記直流降圧コンバータは特定電圧降圧変換比を有する直流電圧コンバータで、前記マイクロコントローラーユニットは前記直流電圧変換ユニットが前記直流昇圧コンバータにより或いは前記直流降圧コンバータにより変換した電圧を出力するのかを選択することを特徴とする請求項２に記載する直列／並列回路を有する燃料電池装置。  
【請求項５】
前記第一燃料電池セットと前記第二燃料電池セットは前記直列／並列回路ユニットにより電気を直列にする直列／並列電気関係を形成し、また前記直列／並列回路ユニットは統合後の前記燃料電池セットの電力を出力することを特徴とする請求項２に記載する直列／並列回路を有する燃料電池装置。
【請求項６】
前記第一燃料電池セットと前記第二燃料電池セットは前記直列／並列回路ユニットにより電気を並列にする直列／並列電気関係を形成し、また前記直列／並列回路ユニットは統合後の前記燃料電池セットの電力を出力することを特徴とする請求項２に記載する直列／並列回路を有する燃料電池装置。
【請求項７】
さらにマイクロコントローラーユニットを含み、前記直列／並列回路ユニットはロジック回路であって前記燃料電池セットを電気接続し、前記マイクロコントローラーユニットは前記直列／並列回路ユニットのロジック回路の回路トポロジー形態を選択できることを特徴とする請求項１に記載する直列／並列回路を有する燃料電池装置。
【請求項８】
各燃料電池セットの直流電圧変換ユニットはそれぞれが異なる直流電圧変換比率の直流電圧コンバータに区分されることを特徴とする請求項１に記載する直列／並列回路を有する燃料電池装置。
【請求項９】
前記直列／並列回路ユニットの燃料電池装置はさらにマイクロコントローラーユニットを含み、前記マイクロコントローラーユニットは各燃料電池セットにおける直流電圧変換ユニットの直流電圧変換比率を選択できることを特徴とする請求項１に記載する直列／並列回路を有する燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直列／並列回路を有する燃料電池装置に関し、特に複数の直流電圧変換ユニットを有する燃料電池セットの直列／並列、及びその出力電力の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池は水素と酸素の結合で電気化学反応変化を起こして、電気エネルギーが提供可能な新興エネルギーとしている。通常、燃料電池は直流電圧変換を経て、燃料電池の出力電圧を制御して負荷に必要な電力を供給する。然しながら、直流電圧変換という手段からすると、過大な変換比率又は不適当な変換範囲によって燃料電池が変換効率不良によって電力ロスが増加する。また、こうした燃料電池はマルチ電圧変換を採用した場合、総体的にコスト上昇を招くだけでなく、変換可能な電圧範囲も制限される。
【０００３】
さらに、単純な直列又は並列という方法によって、数個の燃料電池の電力を統合して、特定電圧又は特定電流の電力を出力するものもある。ただ、こうした燃料電池は再度直流電圧に変換して初めて異なる特定の負荷に必要な電力特性を満たすための安定した出力電圧を得ることができる。
【０００４】
従って、本発明の発明人は従来の燃料電池の欠点に鑑みて、直列／並列回路を有する燃料電池装置の発明に至った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は主として燃料電池の直列数が多いほど、その電圧変動も激しいという様に燃料電池電圧が負荷によって変動し易い現象を解決するための直列／並列回路を有する燃料電池装置を提供する。それは数個の燃料電池セットをそれぞれ電圧変換させて、特定の直列／並列回路を統合することで、必要な電力特性を効率的に出力し、各燃料電池セットの電力は一段階の電圧変換を利用するだけで、経済的で高い変換効果が得られる。
【０００６】
本発明の別途目的は数個の燃料電池セットの個別の出力電圧の変換制御を通じて直列／並列回路を経た後の出力電圧又は電流特性を調節できる前記直列／並列回路を有する燃料電池装置を提供することである。
【０００７】
本発明は主として数個の燃料電池セットをそれぞれ電圧変換させて、これら燃料電池セットの直列／並列回路制御を通じて直列／並列回路の回路トポロジーの関係を変えて直列／並列回路を経た後の出力電圧又は電流特性を調節する前記直列／並列回路を有する燃料電池装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明ではそれぞれ燃料電池部及び直流電圧変換ユニットからなる複数の燃料電池セットと直列／並列回路ユニットを含む直列／並列回路を有する燃料電池装置を提供し、各前記燃料電池セットにおける燃料電池部は対応する直流電圧変換ユニットを電気接続し、各前記燃料電池セットにおける直流電圧変換ユニットが各々プラス端子とマイナス端子を含み、前記直列／並列回路ユニットは各前記燃料電池セットにおけるプラス端子とマイナス端子を電気接続すると共に、特定の直列／並列の電気接続関係を形成し、前記直列／並列回路ユニットは統合後の前記燃料電池セットの電力を出力する。
【０００９】
当業者が本発明の目的、特徴及び効果を理解するために、具体的実施例を下記に述べると共に図面を配して、本発明を以下の通り詳述する。
【発明の効果】
【００１０】
数個の燃料電池セットをそれぞれ電圧変換させて、特定の直列／並列回路を統合することで、必要な電力特性を効率的に出力し、各燃料電池セットの電力は一段階の電圧変換を利用するだけで、経済的で高い変換効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置の具体実施例の素子関連図である。本発明は直列／並列回路を有する燃料電池装置に関し、第一燃料電池セット１、第二燃料電池セット２、第三燃料電池セット３の複数の燃料電池セットからなり、直列／並列回路ユニット４が前記燃料電池セットを電気接続すると共に、前記直列／並列回路ユニット４が前記電子装置５を電気接続することを通じて、前記燃料電池セットは電力を前記電子装置５へ伝送することができる。
【００１２】
前記本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置において、前記第一燃料電池セット１は第一燃料電池部１１と第一直流電圧変換ユニット１２からなり、前記第一燃料電池部１１は前記第一直流電圧変換ユニット１２と電気が直列接続し、また前記第一燃料電池セット１の第一プラス端子１３と第一マイナス端子１４を通じてそれぞれ前記直列／並列回路ユニット４に電気接続している。そして、前記第二燃料電池セット２は第二燃料電池部２１と第二直流電圧変換ユニット２２からなり、前記第二燃料電池部２１は前記第二直流電圧変換ユニット２２に電気が直列接続し、第二燃料電池セット２の第二プラス端子２３と第二マイナス端子２４を通じてそれぞれ前記直列／並列回路ユニット４に電気接続する。そして、前記第三燃料電池セット３は第三燃料電池部３１と第三直流電圧変換ユニット３２からなり、第三燃料電池部３１は第三直流電圧変換ユニット３２に電気が直列接続し、前記第三燃料電池セット３の第三プラス端子３３と第三マイナス端子３４を通じてそれぞれ前記直列／並列回路ユニット４に電気接続する。さらに、直列／並列回路ユニット４は、前記第一燃料電池セット１、前記第二燃料電池セット２及び前記第三燃料電池セット３に電気接続して、前記燃料電池セットは特定の直列／並列の電気接続関係を形成する。
【００１３】
従って、前記燃料電池セットの出力電気の特性設計を通じて、例えば前記第一燃料電池セット１、前記第二燃料電池セット２及び前記第三燃料電池セット３を選択してそれぞれ特定の電圧、電流又はパワーを出力して、前記直列／並列回路ユニット４に電気接続させて、特定の電圧、電流又はパワーの出力電力に統合して前記電子装置５へ伝送する。具体的には、前記第一燃料電池セット１の第一直流電圧変換ユニット１２、前記第二燃料電池セット２の第二直流電圧変換ユニット２２及び前記第三燃料電池セット３の第三直流電圧変換ユニット３２はそれぞれ異なる直流電圧変換比率の直流電圧コンバータに区分され、前記第一燃料電池セット１、前記第二燃料電池セット２及び前記第三燃料電池セット３がそれぞれ異なる直流電圧を出力し、さらに前記直列／並列回路ユニット４の直列を通じて、各燃料電池セットの出力電圧の総和後の出力電力を出力することができる。また、各燃料電池セット間の直列／並列関係を変えることで、別の電気出力特性の電力を得ることができる。
【００１４】
このほか、前記本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置はさらにマイクロコントローラーユニット６を含み、前記マイクロコントローラーユニット６は前記第一直流電圧変換ユニット１２、前記第二直流電圧変換ユニット２２又は前記第三直流電圧変換ユニット３２の直流電圧変換比率を選択することができ、前記第一燃料電池セット１、前記第二燃料電池セット２及び前記第三燃料電池セット３はそれぞれ異なる直流電圧を出力することができる。
【００１５】
前記本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置における具体的実施例によれば、本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置は主として各燃料電池セットにおいてそれぞれ直流電圧変換ユニットを通して電圧変換と安定処理を行うことで、各燃料電池セットの電力は一段階の電圧変換だけでよい。特に直列の燃料電池セットの数が多いほど、その電圧変化は激しいので、数個の燃料電池セットをそれぞれ電圧変換した上で、特定の直列／並列回路に統合すると、必要とする特性の電力を効率的に出力することができ、燃料電池が負荷で変動し易い現象を解決して、経済的で高い変換効果が得られる。
【００１６】
図２は本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置の別途具体実施例の素子関連図である。前記実施例の直列／並列回路ユニット４は前記燃料電池セットのロジック回路に電気接続して、前記マイクロコントローラーユニット６が前記直列／並列回路ユニット４のロジック回路の回路トポロジーを選択し、さらに前記燃料電池セットの直列／並列関係を変えることで、特定の電気出力特性の電力を求めることができる。具体的には、前記第一燃料電池セット１、前記第二燃料電池セット２及び前記第三燃料電池セット３が前記直列／並列回路ユニット４を通じて直列の電気接続関係を形成し、且つ前記直列／並列回路ユニット４はさらに第一マルチチャネル切換素子４１、第二マルチチャネル切換素子４２、出力プラス端子４３及び出力マイナス端子４４からなり、前記第一マルチチャネル切換素子４１と前記第二マルチチャネル切換素子４２はそれぞれマルチポート対マルチポートのマルチチャネル切換素子であって、前記マイクロコントローラーユニット６がそれぞれ前記第一マルチチャネル切換素子４１と第二マルチチャネル切換素子４２の各対応ポートの電気接続関係を選択し、且つ前記第一マルチチャネル切換素子４１は前記第一マイナス端子１４が前記第二プラス端子２３に電気接続し、又は前記第一マイナス端子１４が前記第二マルチチャネル切換素子４２に電気接続し、又は前記第二プラス端子２３が前記出力プラス端子４３に電気接続し、又は前記第二マルチチャネル切換素子４２が前記出力プラス端子４３に電気接続するかを選択でき、また前記第二マルチチャネル切換素子４２は前記第二マイナス端子２４が前記第三プラス端子３３に電気接続し、又は前記第二マイナス端子２４が前記出力マイナス端子４４に電気接続し、又は前記第三プラス端子３３が前記第一マルチチャネル切換素子４１に電気接続し、又は前記第一マルチチャネル切換素子４１が前記出力マイナス端子４４に電気接続するかを選択できることで、前記直列／並列回路ユニット４は任意に前記燃料電池セットの直列／並列方式を選択でき、出力電圧の制御が達成される。  
【００１７】
図３は本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置の別途具体実施例の素子関連図である。前記本発明に係る直列／並列回路ユニットを有する燃料電池装置において、前記燃料電池セットの直流電圧変換ユニットはそれぞれ異なる直流電圧変換比率の直流電圧コンバータに区分され、各燃料電池セットがそれぞれ異なる直流電圧を出力し、さらに前記直列／並列回路ユニット４の直列を通じて、各燃料電池セットにおける出力電圧の総和後の出力電力を出力することができる。具体的には、前記第一燃料電池セット１を例に取ると、前記第一燃料電池セット１の第一直流電圧変換ユニット１２はさらに第一直流昇圧コンバータ１２ａ及び第一直流降圧コンバータ１２ｂからなり、前記第一直流昇圧コンバータ１２ａは特定電圧の昇圧変換比を有する直流電圧コンバータで、前記第一直流降圧コンバータ１２ｂは特定電圧の降圧変換比を有する直流電圧コンバータであって、且つ前記マイクロコントローラーユニット６が前記第一燃料電池セット１の第一直流電圧変換ユニット１２を選択することは前記第一直流昇圧コンバータ１２ａ又は第一直流降圧コンバータ１２ｂを経由して出力電圧の変換を行うことであり、これにより前記第一燃料電池セット１の電力の出力電圧の制御を達成する。
【００１８】
以上本発明を詳細に説明したが、上記内容は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。また、本発明の請求範囲に基づく等価変更若しくは修正等は、全て本発明における特許の範囲内に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置の具体実施例の素子関連図である。
【図２】本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置の別途具体実施例の素子関連図である。
【図３】本発明に係る直列／並列回路を有する燃料電池装置の別途具体実施例の素子関連図である。
【符号の説明】
【００２０】
１        第一燃料電池セット
１１      第一燃料電池部
１２      第一直流電圧変換ユニット
１２ａ    第一直流昇圧コンバータ
１２ｂ    第一直流降圧コンバータ
１３      第一プラス端子
１４      第一マイナス端子
２        第二燃料電池セット
２１      第二燃料電池部
２２      第二直流電圧変換ユニット
２３      第二プラス端子
２４      第二マイナス端子
３        第三燃料電池セット
３１      第三燃料電池部
３２      第三直流電圧変換ユニット
３３      第三プラス端子
３４      第三マイナス端子
４        直列／並列回路ユニット
４１      第一マルチチャネル切換素子
４２      第二マルチチャネル切換素子
４３      出力プラス端子
４４      出力マイナス端子
５        電子装置
６        マイクロコントローラーユニット
【図１】
2008186454.tif 000003
【図２】
2008186454.tif 000004
【図３】
2008186454.tif 000005