(57)【要約】【課題】   燃料電池装置に電力を供給できる給電装置【解決手段】  本発明は、一種の燃料電池装置で、電子装置内に使用され、前記電子装置は前記電子装置の電力に供給できる給電装置を具備し、且つ、前記燃料電池装置には燃料電池、電圧安定化ユニット、マイクロプロセッサユニット、補助ユニット、及び、パワーループ装置を含み、前記電圧安定化ユニットは前記燃料電池が出力した電力の直流電圧を変換することに用い、前記マイクロプロセッサユニットは本発明である燃料電池装置の運転制御、及び、その運転に要する演算を行うことに用い、前記補助ユニットは前記燃料電池の操作の必要性に合わせることに用い、及び、前記パワーループ装置は前記燃料電池装置が電力を前記電子装置に出力するか、前記電子装置の電力を前記燃料電池装置に入力するかを選択することに用いる。【選択図】   図１
2008166276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置内で使用する燃料電池装置であって、前記電子装置は前記電子装置に電力を提供できる給電装置を具備し、且つ、前記燃料電池装置は、
燃料電池と、
前記燃料電池に電気的に接続し、並びに、少なくとも１個の直流電圧変換器を含み、各直流電圧変換器の前記燃料電池に電気的に接続する一端が入力電力で、且つ、他端が出力電力となる電圧安定化ユニットと、
前記燃料電池装置の運転制御、及び、その運転に要する演算を行うマイクロプロセッサを含むマイクロプロセッサユニットと、
燃料を供給すると共に前記燃料電池の操作条件を制御する補助ユニット、及び、
複数の電気的な接続経路を具備する回路装置で、また、前記電圧安定化ユニット、前記マイクロプロセッサユニット、及び、前記補助ユニットに電気的に接続するパワーループ装置を含み、
前記マイクロプロセッサユニットが前記パワーループ装置の電気的な接続経路を選択し、また、前記燃料電池装置は電力を前記マイクロプロセッサユニット、前記補助ユニットと前記電子装置まで伝送、または、前記電子装置の電力を前記マイクロプロセッサユニットと前記補助ユニットまでの伝送のいずれかの状態を選択することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池装置において、前記電圧安定化ユニットは第１直流電圧変換器、及び、第２直流電圧変換器を含むことを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池装置において、前記マイクロプロセッサユニットは第３直流電圧変換器を更に含み、前記第２電気スイッチの前記電子装置に電気的に接続する一端が同時に前記マイクロプロセッサユニットの第３直流電圧変換器と電気的に接続することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池装置において、前記第１電気スイッチには第１端点、第２端点、第３端点、第１スイッチ素子、及び、第２スイッチ素子を含み、前記第１スイッチ素子と第２スイッチ素子は逆方向に設置されると共に電気的な直列接続を形成し、且つ、直列接続した第１スイッチ素子と第２スイッチ素子の両端が各々前記第１端点と前記第３端点を形成し、前記第１端点が前記第１直流電圧変換器と前記第４直流電圧変換器に電気的に接続し、前記第３端点が前記電子装置の給電装置に電気的に接続し、前記第２端点が前記マイクロプロセッサユニットのマイクロプロセッサ、前記第１スイッチ素子と第２スイッチ素子のゲート電極に電気的に接続することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池装置において、前記スイッチ素子はトランジスタスイッチ、及び、MOSスイッチのいずれかの電子素子を選択することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項６】
請求項３記載の燃料電池装置において、前記電気スイッチはトランジスタスイッチ、及び、MOSスイッチのいずれかの電子素子を選択することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項７】
請求項２記載の燃料電池装置において、前記補助ユニットは第４直流電圧変換器を更に含み、前記第４直流電圧変換器が前記パワーループ装置に電気的に接続し、並びに、入力した電力を特定電圧に変換し、及び、電力を前記補助ユニットの内部に提供することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池装置において、前記第４直流電圧変換器、及び、前記第１直流電圧変換器が前記第１電気スイッチの同一端に電気的に接続し、前記第１電気スイッチの他端が前記マイクロプロセッサユニットの第３直流電圧変換器、及び、前記電子装置の給電装置に電気的に接続することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池装置において、前記マイクロプロセッサユニットはリニアレギュレータを更に含み、且つ、前記マイクロプロセッサユニットに入力する電力は前記第３直流電圧変換器と前記リニアレギュレータの２ステージの直流電圧変換を介することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項１０】
請求項２記載の燃料電池装置において、前記パワーループ装置は第１電気スイッチ、及び、第２電気スイッチを更に含み、前記第１電気スイッチの一端が前記第１直流電圧変換器と前記補助ユニットに電気的に接続し、前記第１電気スイッチの他端が前記電子装置の給電装置とマイクロプロセッサユニットに電気的に接続し、及び、前記第２電気スイッチの一端が前記第２直流電圧変換器に電気的に接続し、前記第２電気スイッチの他端が前記マイクロプロセッサユニットと前記電子装置の給電装置に電気的に接続することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項１１】
請求項２記載の燃料電池装置において、前記マイクロプロセッサユニットのマイクロプロセッサが、前記第１電気スイッチと前記第２電気スイッチに電気的に接続し、また、前記第１電気スイッチと前記第２電気スイッチをオン、或いは、オフとして選択することを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項１２】
請求項４記載の燃料電池装置において、前記マイクロプロセッサユニットの制御ステップには、
前記給電装置の電力を前記第３直流電圧変換器までに伝送し、並びに、マイクロプロセッサが燃料電池からの起動コマンドを受け取るまで前記マイクロプロセッサユニットに電力を提供することと、
前記第１電気スイッチをオンとして選択し、前記第２電気スイッチをオフとして選択し、及び、前記第４直流電圧変換器の起動を選択することと、
前記補助ユニットのポンプとファンの作動を制御して、前記燃料電池の活性化を行うことと、
前記燃料電池が正常に電力を出力した時、前記第１電気スイッチをオフとして選択し、 
前記第２電気スイッチをオンとして選択し、前記第１直流電圧変換器と前記第２直流電圧変換器の起動を選択することと、
前記第１直流電圧変換器が出力した電力を前記第４直流電圧変換器までに伝送して前記補助ユニットの使用のために供給すること、及び、
前記第２直流電圧変換器が出力した電力を各々前記第３直流電圧変換器、及び、前記電子装置の給電装置までに伝送して、前記マイクロプロセッサユニットと前記給電装置が必要な電力への供給を含むことを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項１３】
請求項１記載の燃料電池装置において、前記電子装置電力の給電装置には二次電池を含むことを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項１４】
請求項１記載の燃料電池装置において、前記電子装置電力の給電装置には外付け電力を含むことを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項１５】
請求項１記載の燃料電池装置において、前記補助ユニットはポンプを更に含むことを特徴とする、燃料電池装置。
【請求項１６】
請求項１記載の燃料電池装置において、前記補助ユニットはファンを更に含むことを特徴とする、燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置に関り、特に、電子装置の給電装置を利用して燃料電池内部の負荷起動使用に提供され、且つ燃料電池が起動した後、燃料電池が電子装置の電源供給を負担できるよう変化することにある。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池は、水素と酸素の結合を通じて、電気化学反応を起こすことで、電気エネルギーを供給できる新規エネルギーである。一般的な燃料電池は、毎回起動プロセスにおいて、もしも燃料電池を長時間未使用の場合、その膜・電極接合体の湿潤環境状態が比較的悪くなるため、燃料電池の活性化プロセスを通じその膜・電極接合体を湿潤させることで、燃料電池の正常な電気化学反応を効果的に行わせ、定格の出力電力に達する。これにより燃料電池が起動プロセスを完了しなかった時、燃料電池の活性化起動プロセスのため、内部のマイクロプロセッサ及び燃料制御ユニット等の内部負荷運転に要する電力を提供する必要がある。しかしながら、通常燃料電池内において、燃料電池内部の二次電池を通じて前記燃料電池の内部負荷使用に供給する。燃料電池内部に二次電池を別途取り付けると、システムの体積が大きくなりすぎるため、燃料電池の携帯性が不便となり、同時に燃料電池コストが増加してしまう。
【０００３】
これにより、本発明の発明者は、従来の燃料電池の欠陥に鑑み、一種の燃料電池装置を発明するに至った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、主な目的は、マイクロプロセッサユニット及びパワーループ装置を通じて、外付け電子装置による電力入力或いは前記燃料電池装置の電力出力を選択する燃料電池装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の別の目的は、外付け電子装置が提供する電力で燃料電池装置の活性化プロセスを行う燃料電池装置を提供することにある。
【０００６】
さらに、本発明の別の目的は、主に燃料電池の活性化が完成した後、前記燃料電池が内部のマイクロプロセッサユニット、補助ユニットと前記電子装置に要する電力を供する燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は燃料電池装置を提供することにあり、前記燃料電池装置が電子装置内に使用され、前記電子装置が前記電子装置の電力に供給できる給電装置を具備し、且つ前記燃料電池装置には燃料電池、電圧安定化ユニット、マイクロプロセッサユニット、補助ユニット及びパワーループ装置を含み、前記電圧安定化ユニットは前記燃料電池が出力した電力の直流電圧を変換することに用い、前記マイクロプロセッサユニットは本発明の燃料電池装置の運転制御及びその運転に要する演算を行うことに用い、前記補助ユニットは前記燃料電池の操作の必要性に合わせることに用い及び前記パワーループ装置は前記燃料電池装置が電力を前記電子装置に出力するか、前記電子装置の電力を前記燃料電池装置に入力するかを選択することに用いる。
【０００８】
当該技術を熟知する者に本発明の目的、特徴及び効果について理解していただくため、下記の具体的な実施例を介し付属の図面を組み合わせることで、本発明に対する詳細な説明を後記のとおり行うものである。
【０００９】
図１は、本発明の燃料電池装置の具体的な実施例のデバイス関係図である。本発明は燃料電池装置に関し、且つ燃料電池１、電圧安定化ユニット２、マイクロプロセッサユニット３、補助ユニット４及びパワーループ装置５を含み、並びに前記パワーループ装置５を通じて前記電子装置６に電気的に接続することで、前記燃料電池装置が電力を前記電子装置６までに伝送させることができる、或いは前記電子装置６の電力を前記燃料電池装置まで伝送させることができる。
【００１０】
前記電子装置６が給電装置６１を具備し、前記給電装置６１には二次電池、外付け電力電源及びその電力切り換えに要する回路を含み、前記電子装置６の電源を供給することに用い、且つ前記電子装置６は前記電子装置６の二次電池或いは外付け電力の使用を選択可能となっている。具体的な実施例から言うと、前記電子装置６はノートブックコンピュータとすることができ、前記給電装置６１の二次電池がリチウム電池で、前記給電装置６１の外付け電源には商用電力系統と本発明の燃料電池装置を含み、前記電子装置６は二次電池或いは外付け電力の使用を選択でき、並びに前記外付け電力で前記二次電池の充電を行うよう選択できる。その他、前記電子装置６ではまた内部の回路制御（図内には未表示、且つこの部分は本発明の重点ではない）を通じて前記給電装置６１と本発明の燃料電池装置をハイブリッド電力供給システム（ｈｙｂｒｉｄ  ｐｏｗｅｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）として構成できる。更に、前記給電装置６１は、前記燃料電池装置が前記燃料電池１の起動を選択する時、前記給電装置６１の電力を利用して前記マイクロプロセッサユニット３と前記補助ユニット４に電源を提供でき、前記燃料電池装置の燃料電池活性化手順を進めることに用いる。
【００１１】
本発明の前記燃料電池装置において、前記燃料電池１は、触媒物質を具備すると共に水素リッチ燃料と酸素燃料を介して電気化学反応を行って、電力を出力できる。前記電圧安定化ユニット２は、前記燃料電池１に電気的に接続し、並びに前記燃料電池１が出力した電力の直流電圧変換を行うための複数の直流電圧変換器を含む。前記マイクロプロセッサユニット３には、マイクロプロセッサ３１を含み、且つ前記マイクロプロセッサユニット３は前記電圧安定化ユニット２、前記補助ユニット４及び前記パワーループ装置５に電気的に接続し、前記マイクロプロセッサ３１は本発明の燃料電池装置の運転制御及びその運転に要する演算を行うことができる。前記燃料電池１の操作要求に合わせるため、前記補助ユニット４は燃料を供給できると共に前記燃料電池１の操作条件を制御できる。及び前記パワーループ装置５はパワーループ装置で、また前記マイクロプロセッサユニット３のマイクロプロセッサ３１の制御を通じて、前記燃料電池装置が電力を前記電子装置６に出力するか、前記電子装置６の電力を前記燃料電池装置に入力するかを選択する。これにより前記燃料電池１は前記電圧安定化ユニット２を介して前記燃料電池１が出力した電源をデフォルト電圧の出力に変換して、更に前記パワーループ装置５を通じて電気信号を前記マイクロプロセッサユニット３、補助ユニット４と電子装置の使用に提供できる。及び前記マイクロプロセッサユニット３を通じて前記パワーループ装置５が前記電子装置６の給電装置６１の電力を前記マイクロプロセッサユニット３と補助ユニット４の使用への提供を選択できる。
【００１２】
前記電圧安定化ユニット２内の各直流電圧変換器の前記燃料電池１に電気的に接続する一端が入力電力で、他端が出力電力とさせるよう制限する。
【００１３】
具体的に言うと、本発明の前記燃料電池装置内の各ユニットから更に一歩進んで見ると、前記電圧安定化ユニット２内に第１直流電圧変換器２１及び第２直流電圧変換器２２を更に含むことができる。前記第１直流電圧変換器２１と前記第２直流電圧変換器２２は燃料電池１で生じる電圧を各々安定した電圧Ｖ１と電圧Ｖ２に変換し、各々前記電子装置６と前記補助ユニット４の使用のために提供する。前記マイクロプロセッサユニット３は第３直流電圧変換器３２を更に含むことができる。前記第３直流電圧変換器３２は前記マイクロプロセッサユニット３に入力する電圧を前記マイクロプロセッサユニット３のマイクロプロセッサ３１に要する電圧Ｖ３に変換することに用いる。前記補助ユニット４は、第４直流電圧変換器４１、ポンプ４２とファン４３を更に含むことができる。前記第４直流電圧変換器４１は補助ユニット４に入力する電圧を前記補助ユニット４内の各デバイスに要する電圧Ｖ４を変換することに用い、且つ前記ポンプ４２と前記ファン４３が各々前記燃料電池１の操作に合わせて燃料供給或いは前記燃料電池１の操作温度制御のために用いる。及び前記パワーループ装置５は複数の電気スイッチを更に含むことができる。前記電気スイッチは前記マイクロプロセッサユニット３内のマイクロプロセッサ３１に電気的に接続し、前記マイクロプロセッサ３１が前記電気スイッチのオン或いはオフ状態の選択を可能とすることで、前記パワーループ装置５の導通経路と電力供給方向の制御を達成できる。
【００１４】
前記パワーループ装置５内の複数の電気スイッチには、第１電気スイッチ５１及び第２電気スイッチ５２を含み、前記第１電気スイッチ５１の一端が前記第１直流電圧変換器２１と前記第４直流電圧変換器４１に電気的に接続し、前記第１電気スイッチ５１の他端が前記電子装置６の給電装置６１に電気的に接続する。及び前記第２電気スイッチ５２の一端が前記第２直流電圧変換器２２に電気的に接続し、前記第２電気スイッチ５２の他端が前記マイクロプロセッサユニット３の第３直流電圧変換器３２と前記電子装置６の給電装置６１に電気的に接続する。
【００１５】
前記マイクロプロセッサユニット３内においてリニアレギュレータ３３を更に含むことができ、前記マイクロプロセッサユニット３に入力する電力が前記第３直流電圧変換器３２と前記リニアレギュレータ３３の２ステージ直流電圧変換を経由して、比較的安定した電圧を得てマイクロプロセッサ３１の使用に供給できる。
【００１６】
本発明の前記燃料電池装置内において、前記給電装置６１の電力を前記第３直流電圧変換器３２までに伝送してデフォルト電圧Ｖ３に変換することで、前記マイクロプロセッサ３１の作動のために提供する。前記燃料電池１から起動コマンドを受けた時、前記マイクロプロセッサ３１は前記第１電気スイッチ５１をオンとして選択し、前記第２電気スイッチ５２をオフとして選択し、及び前記第４直流電圧変換器４１のオンを選択することで、前記給電装置６１の電力が前記第４直流電圧変換器４１を通じて電圧Ｖ４に変換し、前記補助ユニット４に要する電力を提供し、また前記マイクロプロセッサユニット３を介して前記ポンプ４２と前記ファン４３の運転を制御して前記燃料電池１の活性化（ｈｙｄｒａｔｉｏｎ）を行う。前記燃料電池１の活性化が完了して正常な動作を開始して電源が生じた時、前記マイクロプロセッサユニット３のマイクロプロセッサ３１は前記第１電気スイッチ５１をオフとして選択し、前記第２電気スイッチ５２をオンとして選択し、前記第１直流電圧変換器２１及び前記第２直流電圧変換器２２の起動を選択することで、前記燃料電池１の電力を各々前記第１直流電圧変換器２１を通じて電圧Ｖ１に変換及び前記第２直流電圧変換器２２を通じて電圧Ｖ２に変換する。前記第１直流電圧変換器２１が出力電圧Ｖ１の電力を前記第４直流電圧変換器４１までに伝送してから、出力電圧Ｖ４に変換し、前記補助ユニット４の使用のために提供される。及び前記第２直流電圧変換器２２が出力電圧Ｖ２の電力を各々前記マイクロプロセッサユニット３及び前記電子装置６の給電装置６１までに伝送し、且つ前記第３直流電圧変換器３２が更に電力を出力電圧Ｖ３に変換して前記マイクロプロセッサユニット３の使用のために提供される。前記給電装置６１は電力を前記電子装置６に配分或いは前記給電装置６１内の二次電池が充電するために配分する。
【００１７】
更に一歩進めて図２を参考すると、図２は本発明の燃料電池装置の局所デバイス見取図である。前記第１電気スイッチ５１には、第１端点５１ａ、第２端点５１ｂ、第３端点５１ｃ、第１スイッチ素子５１ｄ及び第２スイッチ素子５１ｅを含み、前記第１スイッチ素子５１ｄと第２スイッチ素子５１ｅは逆方向に設置されると共に電気的な直列接続を形成し、且つ直接接続した第１スイッチ素子５１ｄと第２スイッチ素子５１ｅの両端は各々前記第１端点５１ａと前記第３端点５１ｃを形成する。前記第１端点５１ｂが前記第１直流電圧変換器２１と前記第４直流電圧変換器４１に電気的に接続し、前記第３端点５１ｃが前記電子装置６の給電装置６１に電気的に接続し、前記第２端点５１ｂが前記マイクロプロセッサユニット３、前記第１スイッチ素子５１ｄと第２スイッチ素子５１ｅのゲート電極に電気的に接続し、前記マイクロプロセッサ３１が燃料電池の操作プロセスに基づいてオン・オフ状況を制御する。これにより前記第１スイッチ素子５１ｄと第２スイッチ素子５１ｅの両トランジスタの回路接続方法は、単一トランジスタの単独使用により発生する漏れ電流のトラブルを避けることができる。
【００１８】
以上、本発明を詳細に説明したが、以上の述べるものは本発明の好ましい実施例のみであって、本発明の実施範囲に限定されることなく、本発明の請求範囲に基づいて行った種々の改良変更をなし得ることは本発明の特許請求範囲内に含めるものであるのが勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の燃料電池装置の具体的な実施例デバイス関係図である。
【図２】本発明の燃料電池装置の局部デバイス見取図である。
【符号の説明】
【００２０】
１     燃料電池
２     電圧安定化ユニット
３     マイクロプロセッサユニット
４  補助ユニット
５     パワーループ装置
６     電子装置
２１   第１直流電圧変換器
２２   第２直流電圧変換器
３１   マイクロプロセッサ
３２   第３直流電圧変換器
３３   リニアレギュレータ
４１   第４直流電圧変換器
４２   ポンプ
４３   ファン
５１   第１電気スイッチ
５１ａ 第１端点
５１ｂ 第２端点
５１ｃ 第３端点
５１ｄ 第１スイッチ素子
５１ｅ 第２スイッチ素子
５２   第２電気スイッチ
６１   給電装置
【図１】
2008166276.tif 000003
【図２】
2008166276.tif 000004