(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
-  電気的に互いに直列に接続されている電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、105、105A、105B、105C)のスタック(3、103)であって、それにより、前記スタック(3、103)の端子の電圧が前記電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、105、105A、105B、105C)の前記端子の前記電圧の合計に等しくなる、電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、105、105A、105B、105C)のスタック(3、103)と、
-  前記スタック(3、103)の前記端子に電気的に接続されている電気変換器(9、109)と、
-  前記スタック(3、103)の少なくとも1つの電気化学セル(5、105)のうちの少なくとも1つのグループの前記端子の前記電圧を閾値電圧と比較する電圧コンパレータ(7、107)と、
-  前記変換器(9、109)を制御するモジュール(11、111)と
を備えた電気システム(1、100)であって、
制御モジュール(11、111)は、前記変換器(9、109)の制御設定値を生成する発生器(74、174)と、前記制御設定値を前記変換器(9、109)へ送信する送信ユニット(76、176)とを備え、前記電圧コンパレータ(7、107)は、前記送信ユニット(76、176)へ信号を送信するように適合され、前記信号は、前記比較された電圧が前記閾値電圧よりも大きいときに、前記制御設定値の送信のための送信設定値および前記制御設定値をブロックするためのブロック設定値のうちの第1の設定値にあり、前記比較された電圧が前記閾値電圧よりも小さいまたは等しいときに、前記送信設定値およびブロック設定値のうちの第2の設定値にあり、前記送信ユニット(76、176)は、前記送信ユニット(76、176)が前記送信設定値を受信するときに、前記制御設定値を前記変換器(9、109)へ送信し、前記送信ユニット(76、176)が前記ブロック設定値を受信するときに前記制御設定値をブロックするように適合されていることを特徴とする電気システム(1、100)。
【請求項２】
前記スタック(3、103)の各電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、105、105A、105B、105C)は、前記電圧コンパレータ(7、107)によって前記電圧が閾値電圧と比較されるグループに属する、請求項1に記載の電気システム(1、100)。
【請求項３】
前記電圧コンパレータ(7、107)は、少なくとも1つの電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、105、105A、105B、105C)の複数のグループの各グループの前記端子の前記電圧を、前記グループに関連した閾値電圧と比較し、前記比較された電圧のうちの1つが前記関連した閾値電圧以下であるとすぐに、前記第2の設定値を前記送信ユニット(76、176)へ送信するように適合されている、請求項1または2に記載の電気システム(1、100)。
【請求項４】
前記送信ユニット(76、176)は、前記電圧コンパレータ(7、107)によって送信された前記信号によって制御されるように構成されたスイッチ(86、186)を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の電気システム(1、100)。
【請求項５】
前記制御されたスイッチ(86、186)はトランジスタである、請求項4に記載の電気システム(1、100)。
【請求項６】
前記制御されたスイッチ(86、186)は、フォトトランジスタまたは金属酸化物ゲートを有する電界効果トランジスタである、請求項5に記載の電気システム(1、100)。
【請求項７】
前記電圧コンパレータ(7、107)は、前記スタック(3、103)の各電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、105、105A、105B、105C)の前記端子間の前記電圧を前記電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F、105、105A、105B、105C)に関連した閾値電圧と個々に比較し、前記比較された電圧のうちの1つが前記関連した閾値電圧以下であるとすぐに、前記第2の設定値を前記送信ユニット(76、176)へ送信するように適合されている、請求項1から6のいずれか一項に記載の電気システム(1、100)。
【請求項８】
前記電圧コンパレータ(107)は、前記スタック(103)の電気化学セル(105、105A、105B、105C)ごとに、前記セル(105、105A、105B、105C)の前記端子間の前記電圧を制御する制御装置(130、130A、130B、130C)と、前記セル(105、105A、105B、105C)に電気的に接続されている電圧調整装置(132A、132B、132C)とを備え、それにより、前記制御装置(130A、130B、130C)は、前記電圧調整装置(132、132A、132B、132C)の前記端子間のシフト電圧だけ下げられた前記セル(105、105A、105B、105C)の前記端子間の前記電圧を測定する、請求項7に記載の電気システム(100)。
【請求項９】
前記電圧コンパレータ(7)は、前記スタック(3)の電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)ごとに、前記セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)の前記端子間の前記電圧を制御する制御装置(30、30C、30D、30E、30F)と、前記セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)に電気的に接続されている電圧調整装置(32、32C、32D、32E、32F)とを備え、それにより、前記制御装置(30、30C、30D、30E、30F)は、前記電圧調整装置(32、32C、32D、32E、32F)の前記端子間のシフト電圧だけ増加された前記セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)の前記端子間の前記電圧を測定する、請求項7に記載の電気システム(100)。
【請求項１０】
前記スタック(3)の前記端子間の前記電圧を測定する電圧センサ(90)と、前記スタック(3)の機能不全を検出する検出モジュール(92)とを備え、前記検出モジュール(92)は、前記電圧センサ(90)によって測定された前記電圧と、前記電圧コンパレータ(7)によって前記送信ユニット(76)へ送信された前記信号とを入力として有する、請求項1から9のいずれか一項に記載の電気システム(1)。
【請求項１１】
前記検出モジュール(92)は、前記測定された電圧を最大電圧と比較し、前記測定された電圧が前記最大電圧よりも大きいときに、前記スタック(3)の機能不全を示す機能不全信号を発するようにプログラムされ、前記電圧コンパレータ(7)によって前記送信ユニット(76)へ送信された前記信号は、前記ブロック設定値にある、請求項10に記載の電気システム(1)。
【請求項１２】
前記スタック(3)から出る電流の強度を測定する電流センサ(94)と、前記スタック(3)の機能不全を検出する検出モジュール(96)とを備え、前記検出モジュール(96)は、前記電流センサ(94)によって測定された前記強度、および前記電圧コンパレータ(7)によって前記送信ユニット(76)へ送信された前記信号を入力として有する、請求項1から9のいずれか一項に記載の電気システム(1)。
【請求項１３】
前記検出モジュール(96)は、前記測定された強度を最小強度と比較し、前記測定された強度が前記最小強度よりも小さいときに、前記スタック(3)の機能不全を示す機能不全信号を発するようにプログラムされ、前記電圧コンパレータ(7)によって前記送信ユニット(76)へ送信された前記信号は、前記ブロック設定値にある、請求項12に記載の電気システム(1)。
【請求項１４】
請求項1から13のいずれか一項に記載の電気システム(1)を制御する方法であって、以下の連続するステップ、すなちち、
-  少なくとも1つの電気化学セル(5、5A、5B、5C、5D、5E、5F)の少なくとも1つのグループの前記端子間の比較された電圧を閾値電圧と比較するステップであって、前記比較された電圧は前記閾値電圧よりも大きく、前記変換器(9)は動作中である、比較するステップと、
-  前記閾値電圧の値よりも小さい値への前記比較された電圧の降下を検出するステップと、
-  前記変換器(9)を停止させるステップと、
-  前記閾値電圧の値を超える値への前記比較された電圧の増加を検出するステップと、
-  前記変換器(9)を再開するステップと
を含む方法。
【請求項１５】
請求項1から8のいずれか一項に記載の電気システム(100)を制御する方法であって、以下の連続するステップ、すなわち、
-  少なくとも1つの電気化学セル(105、105A、105B、105C)の少なくとも1つのグループの前記端子間の比較された電圧を閾値電圧と比較するステップであって、前記比較された電圧は前記閾値電圧よりも小さく、前記変換器(109)は動作中である、比較するステップと、
-  前記閾値電圧の値よりも大きい値への前記比較された電圧の上昇を検出するステップと、
-  前記変換器(109)を停止させるステップと、
-  前記閾値電圧の値よりも小さい値への前記比較された電圧の降下を検出するステップと、
-  前記変換器(109)を再開するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
-  電気的に互いに直列に接続されている電気化学セルのスタックであって、それにより、このスタックの端子の電圧が電気化学セルの端子の電圧の合計に等しくなる、電気化学セルのスタックと、
-  スタックの端子に電気的に接続されている電気変換器と、
-  スタックの少なくとも1つの電気化学セルのうちの少なくとも1つのグループの端子の電圧を閾値電圧と比較する電圧コンパレータと、
-  変換器の制御モジュールと
を備えるタイプの電気システムに関する。
【０００２】
本発明は、この電気システムを制御する方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
酸化流体と還元流体との間の酸化還元反応によって電気の発生を可能にする電気化学セルが知られている。特に、水素を含む燃料と酸素を含む酸化剤との間の酸化還元反応によって電気の発生を可能にする燃料電池のセルが知られている。燃料は、アノード導管の中に注入され、酸化剤は、セルのカソード導管の中に注入され、電解質層は、これらの導管の両方の間を封止することを確実にし、イオン交換を可能にする。これらのイオン交換が理由で、燃料内に含有される水素は、アノードにおいて電子を発生させることによって水を生成するために、燃料内に含有された酸素と反応し得る。これは、セルの動作中に、電解質の両側面の間の電位差の確立を確実にし、この電位差は、電流を生成するために利用され得る。
【０００４】
しかしながら、燃料電池のセル内に確立された電位差は、0.6から1.0V程度の低いままである。また、利用可能な出力電圧を得るために、セルは、ほとんどの場合、一般に燃料電池と呼ばれるものの内でスタックされ、電気的に互いに直列に接続されている。
【０００５】
燃料電池は、一般に、負荷による電流の消費のために燃料電池から出る電流を成形する潜在能力を与える電気変換器に電気的に接続されている。電気変換器は、変換器から出る電流が負荷に適合されるように変換器に作用する制御モジュールによって制御される。制御モジュールは、典型的には、出力電流の電圧と、出力電流が交流である場合には、出力電流の周波数とを調整する。
【０００６】
ほとんどの場合、燃料電池は、機能不全の場合に、例えば、セルのうちの1つの電解質層の封止が失われた場合に、燃料電池を停止させる緊急停止モジュールを装備している。緊急停止モジュールは、前記機能不全を検出するために、一般に、燃料電池のセルの端子の電圧を測定するユニットに関連している。
【０００７】
知られている燃料電池に現在生じている問題は、あまりに大きい電力が燃料電池で得られるので、緊急停止がタイミング悪く起動することである。これは、燃料電池が冷たく、要求される電力が突然増加するときに、または燃料電池が古く、限られた性能を有するときに特に生じる。
【０００８】
米国特許第6,428,917号は、燃料電池から出る最大出力電流の調節を提案する。この目的のために、米国特許第6,428,917号は、最低セル電圧と閾値電圧との間の比較から燃料電池の出口における最大出力電流を推測し、前記最大電流を表す設定値を電気変換器へ送信するようにプログラムされた制御モジュールを備えた燃料電池に関する電気エネルギー発生システムを提案する。
【０００９】
しかしながら、この発生システムは、複雑な演算を実行するコンピュータを必要とする。したがって、この発生システムは、製造が困難であり、費用がかかる。さらに、制御モジュールは、例えば100個よりも多くの多数の電気化学セルを有する燃料電池にあまり適合しない。
【００１０】
第三者の流体の電気分解によって酸化流体および還元流体を生成する可能性を与える電気化学セルも知られている。特に、水素および酸素を生成する可能性を与える水電解セルが知られている。この水は、セルのアノードまたはカソード導管に注入され、電解質層は、イオン交換を可能にすることによってこれらの導管の両方の間の封止を確実にする。両導管の間に加えられた電位差の影響の下で、水は、正の水素イオンと負の酸素イオンとに分解し、同じ符号のイオンは、電解質層を通じてセルの他の導管へ移動する。したがって、酸素イオンは、水素イオンから分離している。次いで、酸素イオンは、それらの電子をもたらし、したがってジオキシゲナーゼに変換され、一方、水素イオンは、電子を受け取り、したがって、二水素に変換される。
【００１１】
ほとんどの場合、電解セルは、電解槽と現在呼ばれているものの内部でスタックされ、電気的に互いに直列に接続されている。
【００１２】
電解槽は、一般に、電源によって供給される電解槽の供給電流を成形する潜在能力を与える電気変換器に電気的に接続されている。電気変換器は、変換器から出る電流が電解槽へ適合されるように変換器に機能する制御モジュールによって制御される。制御モジュールは、典型的には、供給電流の電圧を調整する。
【００１３】
ほとんどの場合、電解槽は、機能不全の場合に、例えば、セルのうちの1つの端子が過電圧である場合に、電解槽を停止させる緊急停止モジュールを装備する。緊急停止モジュールは、一般に、前記機能不全を検出するために、電解槽のセルの端子の電圧を測定するユニットに関連している。
【００１４】
しかしながら、知られている測定ユニットは、典型的には100個より多くの電気化学セルを備えた大きい電解槽のセルの端子の電圧を測定するのにはあまり適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第6,428,917号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、タイミングの悪い安全停止を防ぐことである。他の目的は、電気化学セルのスタックの寿命を増加させ、単純であまり費用のかからないシステムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このため、本発明の目的は、前述のタイプの電気システムであり、制御モジュールは、変換器を制御するための設定値の発生器と、制御設定値を変換器に送信するユニットとを備え、電圧コンパレータは、送信ユニットへ信号を送信するように適合され、前記信号は、比較された電圧が閾値電圧よりも大きいときに、送信設定値および制御設定値をブロックするための設定値のうちの第1の設定値にあり、比較された電圧が閾値電圧以下であるときに、送信設定値および制御設定値のブロック設定値のうちの第2の設定値にあり、送信ユニットは、送信ユニットが送信設定値を受信したときに、設定制御値を変換器へ送信し、送信ユニットがブロック設定値を受信したときに制御設定値をブロックするように適合されている。
【００１８】
本発明の特定の実施形態によれば、電気システムは、個々に得られるまたは全ての技術的に可能な組み合わせに従って得られる前述の特徴のうちの1つまたはいくつかも備え、
-  スタックの各電気化学セルは、電圧コンパレータによって電圧が閾値電圧と比較されるグループに属し、
-  電圧コンパレータは、少なくとも1つの電気化学セルの複数のグループの各グループの端子の電圧を、前記グループに関連した閾値電圧と比較し、比較された電圧のうちの1つが関連した閾値電圧以下であるとすぐに、第2の設定値を送信ユニットへ送信するように適合されており、
-  各グループに関連した閾値電圧は、各他のグループに関連した閾値電圧にほぼ等しく、
-  送信ユニットは、電圧コンパレータによって送信された信号によって制御される制御されたスイッチを備え、制御されたスイッチは、特に、トランジスタあり、例えば、フォトトランジスタまたは金属酸化物ゲートを有する電界効果トランジスタであり、
-  電圧コンパレータは、スタックの各電気化学セルの端子の電圧を電気化学セルに関連した閾値電圧と個々に比較し、比較された電圧のうちの1つが関連した閾値電圧以下であるとすぐに、第2の設定値を送信ユニットへ送信するように適合されており、
-  各セルに関連した閾値電圧は、他の各セルに関連した閾値電圧にほぼ等しく、
-  電圧コンパレータは、スタックの電気化学ごとに、前記セルの端子の電圧を制御する装置と、前記セルに電気的に接続されている電圧調整装置とを備え、それにより、制御装置は、調整装置の端子のシフト電圧だけ下げられたセルの端子の電圧を測定し、
-  電圧コンパレータは、スタックの電気化学ごとに、前記セルの端子の電圧を制御する装置と、前記セルに電気的に接続されている電圧調整装置とを備え、それにより、制御装置は、調整装置の端子のシフト電圧だけ増加されたセルの端子の電圧を測定し、
-  シフト電圧は、一定であり、
-  調整装置は、ダイオードなどの受動的デバイスであり、
-  調整装置は、電圧が測定されるセルと共通のスタックの連続セルの端子へ第1の端子を通じて電気的に接続され、前記連続セルの他の端子へ第2の端子を通じて電気的に接続され、
-  調整装置の第1の端子は、電圧が測定されるセルと連続セルに共通の端子と直接電気的に接続し、
-  抵抗器は、調整装置の第2の端子と前記第2の端子へ接続される連続セルの端子との間に電気的に挿入され、
-  制御装置は、一方では、圧が測定されるセルの端子に接続され、他方では、調整装置の第2の端子に接続されている入口を備え、
-  制御装置は、能動的光学素子であり、
-  制御装置は、測定された電圧の画像を構築するための出口を備え、制御装置のうちの少なくとも2つの出口は、電気的に互いに直列に接続されており、
-  電気システムは、スタックの端子の電圧を測定する電圧センサと、スタックの機能不全を検出するモジュールとを備え、検出モジュールは、電圧センサによって測定された電圧と、電圧コンパレータによって送信ユニットへ送信された信号とを入力として有し、
-  検出モジュールは、測定された電圧を最大電圧と比較し、測定された電圧が最大電圧よりも大きいときに、スタックの機能不全信号を発するようにプログラムされ、電圧コンパレータによって送信ユニットへ送信された信号は、ブロック設定値にあり、
-  電気システムは、スタックから出る電流の強度を測定する電流センサと、スタックの機能不全を検出するモジュールとを備え、検出モジュールは、電流センサによって測定された強度、および電圧コンパレータによって送信ユニットへ送信された信号を入力として有し、
-  検出モジュールは、測定された強度を最小強度と比較し、測定された強度が最小強度よりも小さいときに、スタックの機能不全信号を発するようにプログラムされ、電圧コンパレータによって送信ユニットへ送信された信号は、ブロック設定値にある。
【００１９】
本発明の目的は、
-  少なくとも1つの電気化学セルの少なくとも1つのグループの端子の電圧を閾値電圧と比較するステップであって、比較された電圧は閾値電圧よりも大きく、変換器は動作中である、比較するステップと、
-  閾値電圧の値よりも小さい値を有する比較された電圧の下降の検出ステップと、
-  変換器を停止させるステップと、
-  閾値電圧の値よりも大きい値と比較して電圧の増加を検出するステップと、
-  変換器を再開するステップと
を含む、上記のような電気システムを制御する方法でもある。
【００２０】
本発明の目的は、
-  少なくとも1つの電気化学セルの少なくとも1つのグループの端子の電圧を閾値電圧と比較するステップであって、比較された電圧は閾値電圧よりも小さく、変換器は動作中である、比較するステップと、
-  記閾値電圧の値よりも大きい値と比較して電圧の上昇を検出するステップと、
-  変換器を停止させるステップと、
-  閾値電圧の値よりも小さい値と比較して電圧の下降を検出するステップと、
-  変換器を再開するステップと
を含む、上記のような電気システムを制御する方法でもある。
【００２１】
本発明の他の特徴および利点は、あくまでも例として与えられ、添付図面への参照と共に行われる、以下に続く説明を読めば、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】負荷に電気的に接続されている、本発明の第1の実施形態による電気システムの概略図である。
【図２】図1の電気システムの燃料電池の電気化学セルの概略断面図である。
【図３】第1の実施形態の第1の代替例による、図1の電気システムの電圧コンパレータの詳細の概略図である。
【図４】第1の実施形態の第2の代替例による、図3の図と同様の図である。
【図５】図1の電気システムの電圧コンパレータの概略図である。
【図６】図1の電気システムの代替例の概略図である。
【図７】ソースに電気的に接続されている、本発明の第2の実施形態による電気システムの概略図である。
【図８】図7の電気システムの電解槽の電気化学セルの概略断面図である。
【図９】図7の電気システムの電圧コンパレータの詳細の概略図である。
【図１０】図7の電気システムの電圧コンパレータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図1に示された電気システム1は、電気エネルギーを発生させるシステムである。電気システム1は、酸化流体および還元流体から電流を発生させるための電気化学セル5のスタック3によって形成された燃料電池と、燃料電池3の各セル5の端子の電圧を閾値電圧と個々に比較する電圧コンパレータ7と、燃料電池3によって発生させられた電流を変換する電気変換器9と、変換器9を制御するモジュール11とを備える。電気システム1は、システム1が発生させた電気エネルギーを消費するために負荷13に電気的に接続されている。
【００２４】
燃料電池3のセル5は、図2に示される。セル5は、アノード板18とカソード板22の間に挿入された膜電極アセンブリ16を備える。
【００２５】
膜電極アセンブリ16は、アノード28aとカソード28bの間に挟まれたイオン交換膜26を備える。
【００２６】
膜26は、アノード28aをカソード28bから電気的に絶縁する。
【００２７】
膜26は、価イオン、好ましくは陽イオンだけが膜26を横切らせるように適合されている。膜26は、一般に、陽子だけが膜26を横切らせるように適合されている陽子交換膜である。膜26は、典型的には高分子材料にある。
【００２８】
アノード28aおよびカソード28bは、反応を助けるために触媒、典型的には白金または白金合金をそれぞれ備える。
【００２９】
アノード板18は、還元気体をアノード28aに沿って循環させそれと接触するように循環させるためにアノード導管20を画定する。これをするために、板18は、膜電極アセンブリ16に向かって曲げられた板の面内に作製され、前記膜電極アセンブリ16によって閉じられた少なくとも1つのチャンネルを備える。アノード板18は、導電性材料、典型的にはグラファイトで形成される。使用される還元気体は、例えば純粋な二水素のような二水素を含む気体である。
【００３０】
カソード板22は、酸化気体をカソード28bに沿って循環させそれと接触するように循環させるためにカソード導管24を画定する。これをするために、板22は、膜電極アセンブリ16に向かって曲げられた板の面内に作製され、前記膜電極アセンブリ16によって閉じられた少なくとも1つのチャンネルを備える。カソード板22は、導電性材料、典型的にはグラファイトで形成される。使用される酸化気体は、例えば純粋なジオキシゲナーゼのようなジオキシゲナーゼ、空気、またはジオキシゲナーゼと窒素または二酸化炭素などの天然ガスとの再構築された混合物を含む気体である。
【００３１】
膜26は、酸化気体と還元気体を隔離する。膜26は、セル5のアノード板18とカソード板22の間に配置され、互いからそれを電気的に絶縁する。
【００３２】
アノード28aは、アノード板18と電気接触している。カソード28bは、カソード板22と電気接触している。燃料電池の動作中、還元気体の酸化は、アノード28aにおいて電子および陽子の発生を引き起こす。次いで、電子は、通過中、酸化気体の還元に参加するために、アノード板18を介してセル5のカソード28bへ向かってまたは別のセルのカソードへ向かって通る。
【００３３】
したがって、セル5は2つの電気端子を備え、すなわち、負の電気端子はアノード板18によって形成され、正の電気端子はカソード板22によって形成される。
【００３４】
セル5は、他の同様のセルを用いてスタックされ、各セルのアノード板18は、隣接セルのカソード板22と接触している。このようにして、アノード板18およびカソード板22は、セル内を循環する還元気体への電子を別のセル内を循環する酸化気体に向けて伝達することを確実にする。好ましくは、スタックの両隣接セルのアノード18およびカソード22板は、それらと同じ材料で作製され、両極性板を共に形成する。
【００３５】
セル5は、スタック3の端子の電圧がセル5の端子の電圧の合計に等しくなるように電気的に互いに直列に接続されている。
【００３６】
図3および図4を参照すると、電圧コンパレータ7は、スタック3のセル5Aごとに、前記セル5の端子の電圧を制御する装置30を備える。電圧コンパレータ7は、制御装置30が一定の偏差電圧ΔVだけ増加されたセル5Aの端子の電圧VAを測定するように配置された電圧調整装置32をさらに備える。
【００３７】
セル5Aの正常動作時、典型的には、電圧VAは、0.5から1.0Vの間に含まれる。偏差電圧ΔVは、調整装置の32端子の電圧である。好ましくは、偏差電圧ΔVは、0.3Vにほぼ等しい。
【００３８】
制御装置30は、動的光学デバイス、典型的にはオプトカプラによって形成されている。制御装置30は、セル5Aに電気的に接続されその電圧VAを測定する入口34と、測定された電圧VAの画像を構成するための出口36とを備える。入口34および出口36は、電気的に絶縁されている。
【００３９】
入口34は、発光ダイオード38を備え、その端子の電圧が閾値電圧Vminよりも大きいときに、光子を発するように適合される。セル5Aの正常動作時に、閾値電圧Vminは、電圧VAとΔVの合計より少なく、それによって発光ダイオード38は、光子を発する。典型的には、閾値電圧Vminは、0.8と1.2Vの間に含まれる。
【００４０】
出口36は、フォトトランジスタ40であって、そのベース41Cが光子を受け取るとき、閉じた構成にあるように、すなわち、そのコレクタ41Aおよびそのエミッタ41Bを互いに電気的に接続するように適合され、そのベース41Cが何ら光子を受け取らないときに、開いた構成にあるように、すなわち、そのコレクタ41Aおよびそのエミッタ41Bを互いから電気的に絶縁するように適合されているフォトトランジスタ40を備える。
【００４１】
フォトトランジスタ40は、発光ダイオード38と光学的に結合されている。言い換えると、発光ダイオード38およびフォトトランジスタ40は、ダイオード38によって発せられた光子がフォトトランジスタ40のベース41Cに到達するように配置されている。したがって、その開いた構成からその閉じた構成へのフォトトランジスタ40の通過は、発光ダイオード38の状態によって制御される。
【００４２】
調整装置32は、受動的電気デバイスである。特に、調整装置32は、あまり高価ではなく一定の偏差電圧を与えるので有利であり、容易に制御することができるダイオード、典型的にはショットキーダイオードである。ダイオードは、高電位エリアから低電位エリアへ電流を通させるように向けられている。したがって、正常動作時、シフト電圧ΔVでもある調整装置の32の端子の電圧は、ダイオードの閾値電圧に等しい。
【００４３】
調整装置32は、セル5Aに連続したスタックのセル5Bの端子44に電気的に接続されている第1の端子42を備える。言い換えると、第1の端子42は、セル5Aと5Bの間の分離を形成する両極性板へ接続される。第1の端子42は、セル5A、5Bに共通な端子44と直接電気接続しており、すなわち、端子42と44の間に介在している電気部品はない。
【００４４】
調整装置32は、連続セル5Bの他の端子48に電気的に接続されている第2の端子46も備える。言い換えると、第2の端子46は、セル5Bとセル5Aの接触面とは反対側でセル5Bの板18、22に電気的に接続されている。抵抗器50は、調整装置32を横切る電流の強度を制限するために第2の端子46と端子48の間に介在させられる。
【００４５】
制御装置30の入力34は、一方では、調整装置32の第2の端子46に接続され、他方では、共通端子44以外のセル5Aの端子52に接続されている。
【００４６】
図3に示される例では、共通端子44は、最高電位を有するセル5Aの端子である。そして、連続セル5Bは、スタックの上セルである。調整装置32は、その端子42がその最低電位の端子であるように向けられている。したがって、入力34の端子の電圧は、電圧VAとΔVの合計に等しい。
【００４７】
図4に示される例では、共通端子44は、最低電位を有するセル5Aの端子である。そこで、連続セル5Bは、スタックの下セルである。調整装置32は、その端子42が最高電位の端子であるように向けられている。したがって、入力34の端子の電圧は、電圧VAとΔVの合計に等しい。
【００４８】
したがって、制御装置30は、シフト電圧ΔVだけ増加されたセル5Aの電圧VAを測定し、この電圧VAは、制御装置30の入力34の端子の電圧が閾値電圧Vminよりも下になる前により広い範囲にわたって変化することができる。
【００４９】
図5を参照すると、燃料電池3のセル5C、5D、5E、5Fの端子の電圧VC、VD、VE、VFは、電圧コンパレータ7のそれぞれの制御装置30C、30D、30E、30Fによってそれぞれ測定される。図3および図4に示されたセル5Aについてと同様に、調整装置32C、32D、32E、32Fはそれぞれ、各セル5C、5D、5E、5Fについて設けられ、それによって関連した制御装置30C、30D、30E、30Fは、シフト電圧ΔVだけ増加された電圧VC、VD、VE、VFを測定する。
【００５０】
図を明確にするために、図示された燃料電池3のセルの個数は、4つに限定されてきたが、この個数は、決して限定ではなく、スタック3は、4つの電気化学セルよりも多いまたはそれよりも少ないものを備えることができることに留意されよう。好ましくは、スタック3は、例えば100個よりも多くの多数の電気化学セルを備える。
【００５１】
好ましくは、閾値電圧Vminは、全ての制御装置30C、30D、30E、30Fについてほぼ同じであり、好ましくは、シフト電圧ΔVは、全ての調整装置32C、32D、32E、32Fについてほぼ同じである。したがって、関連したフォトトランジスタ40が開くときより低い各セル5C、5D、5E、5Fの最小電圧は、全てのセル5C、5D、5E、5Fについてほぼ同じである。
【００５２】
セル5D、5E、5Fごとに、セル5D、5E、5Fの端子が調整装置32D、32E、32Fに接続されている連続セルが、それぞれ5C、5D、5Eの上連続セルによって形成される。セル5Cの場合、端子が調整装置32Cに接続されている連続セルが、下連続セル5Dによって形成されている。
【００５３】
制御装置30C、30D、30E、30Fの出力36は、正の電位V+の(典型的には5ボルト)ライン60と出力ライン62の間で互いに直列に接続されている。抵抗器64は、ライン62と基準電位のラインV0のライン66との間に電気的に介在させられる。
【００５４】
したがって、制御装置30C、30D、30E、30Fのフォトトランジスタ40の全部が閉じられている限り、出力ライン62の電位は、正の電位V+に等しい。一方、出力ライン62の電位が基準電位V0になる場合、フォトトランジスタ40の1つが開いている徴候であり、したがって過度の電力が、スタック3から引き出される。
【００５５】
図1に戻ると、変換器9は、システム1によって生成された電気エネルギーを負荷13によって消費されるような形態にするように適合されている。変換器9は、スタック3の端子に電気的に接続されている直流電流入力70と、負荷13の端子に電気的に接続されているように成形された電流出力72とを備える。変換器9は、図示した例では、DC/AC変換器である。代替として、変換器9は、DC/DC変換器である。
【００５６】
変換器9は、制御モジュール11によって制御される。
【００５７】
制御モジュール11は、制御設定値の発生器74と、変換器9への制御設定値についての送信ユニット76とを備える。
【００５８】
制御設定値のための発生器74は、変換器9をその出力72を通じて出る電流が負荷13に適合されるように適合された例えばパルス幅変調タイプの変換器9の制御設定値を生成するようにプログラムされている。そのような制御設定値のための発生器は、当業者に知られている。
【００５９】
送信ユニット76は、端子82を電気的に接続する電気ライン80を備え、受信端子84への発生器74の制御設定値が変換器9による制御設定値用であるようになっている。送信ユニット76は、電気ライン80を選択的に開閉する制御スイッチ86をさらに備える。制御スイッチ86は、典型的にはトランジスタ、例えばフォトトランジスタまたは金属酸化物ゲートを有する電界効果トランジスタである。
【００６０】
電圧コンパレータ7は、制御スイッチ86の制御信号を送信ユニット76へ送信するように適合されており、前記信号は、各セル5端子の電圧が電圧Vmin-ΔVよりも大きいときに、制御設定値の送信設定値にあり、セル5の端子の電圧の1つが電圧Vmin-ΔV以下になるとすぐに、制御設定値のブロック設定値にあり、その結果、送信ユニット76は、それが送信設定値を受信したときに制御設定値を変換器9へ送信し、それがブロック設定値を受信したときに制御設定値をブロックする。
【００６１】
この目的のために、電圧コンパレータ7の出力62は、送信ユニット76に電気的に接続されている。
【００６２】
特に、制御スイッチ86が金属酸化物ゲートを有する電界効果トランジスタである場合には、電圧コンパレータ7の出力62は、トランジスタのゲートに電気的に接続される。制御スイッチ86がフォトトランジスタである場合には、出力62は、その端子の電圧が正の電位V+よりも小さい閾値電圧よりも大きいときに、光子を発するのに適した発光ダイオード(図示せず)に電気的に接続され、発光ダイオードは、フォトトランジスタと光学的に結合されている。
【００６３】
したがって、出力62が正の電位+にあるとき、スイッチ86は閉じられており、制御設定値は変換器9へ送信され、出力62が基準電位V0にあるときに、スイッチ86は開いており、制御設定値は変換器9へ送信されない。
【００６４】
したがって、出力62によって送信ユニット76へ送信される信号は、正の電位V+において交互の矩形波にあり、基準電位V0における矩形波からなり、正の電位V+における各矩形波は、制御設定値のために送信設定値を形成し、基準電位V0における各矩形波は、制御設定値のブロック設定値を形成する。
【００６５】
負荷13は、例えば、モータまたは電気ネットワークである。
【００６６】
図1に示される代替例では、電気システム1は、燃料電池3の端子の電圧を測定するため電圧センサ90と、燃料電池3の機能不全を検出するジュール92とをさらに備える。
【００６７】
検出モジュール92は、入力のために電圧センサ90によって測定された電圧と、電圧コンパレータ7によって送信ユニット76へ送信された信号とを有する。検出モジュール92は、測定された電圧を最大電圧と比較し、測定された電圧が最大電圧よりも大きいときに、燃料電池3の機能不全信号を発するようにプログラムされており、電圧コンパレータ7によって送信ユニット76へ送信される信号は、ブロック設定値にある。典型的には、この機能不全信号は、機能不全信号の受信に続いて電気システム1の停止を制御するのに適した緊急停止モジュール(図示せず)へ、または使用者に機能不全を知らせるために情報を示す装置(図示せず)へ送信される。
【００６８】
図6に示される代替例では、電気システム1は、燃料電池3から出る電流の強度を測定する電流センサ94と、燃料電池3の機能不全を検出するモジュール96とを備える。
【００６９】
検出モジュール96は、入力のために電流センサ94によって測定される強度と、電圧コンパレータ7によって送信ユニット76へ送信される信号とを有する。検出モジュール96は、測定された強度を最小強度と比較し、測定された強度が最小強度よりも小さいときに燃料電池3の機能不全信号を発するようにプログラムされており、電圧コンパレータ7によって送信ユニット76へ送信される信号は、ブロック設定値にある。典型的には、この機能不全信号は、機能不全信号の受信に続いて電気システム1の停止を制御するのに適した緊急停止モジュール(図示せず)へ、または使用者に機能不全を知らせるために情報を示す装置(図示せず)へ送信される。
【００７０】
次に、図1および図6を参照して、電気システム1を制御する方法を説明する。
【００７１】
電気システム1が、まず第1に、動作させられる。この目的のために、燃料電池3に、酸化および還元用流体が供給され、制御設定値は、変換器9の出力電流が負荷13に適合されるように設定値発生器74によって生成される。燃料電池3の各セル5において生じる酸化還元反応の効果の下で、Vmin-ΔVよりも大きい電位差が、セルの端子間に確立される。次いで、電圧コンパレータ7の全フォトトランジスタ36が閉じられ、それによって電圧コンパレータ7の出力信号は、送信設定値にある。次いで、スイッチ86も閉じられ、それによって制御設定値が変換器9へ送信され、したがって変換器9は動作している。
【００７２】
いかなる時点においても、燃料電池3のセル5のうちの1つの端子の電圧は、値Vmin-ΔVよりも下になる。この電圧降下は、前記セル5に関連したフォトトランジスタ40を開くことによって検出され、これは、電圧コンパレータ7の出力62を基準電位V0へ切り替える効果を有する。そのとき、電圧コンパレータ7の出力信号は、ブロック設定値にある。したがって、スイッチ86は開き、制御設定値の停止が停止する変換器9へ送信される。
【００７３】
変換器9は停止され、スタック3でとられるエネルギーはもはやない。それにもかかわらず、スタック3は、酸化および還元用流体が供給され続け、セル5の端子の電圧は、全ての電圧値が値Vmin-ΔVよりも上へ戻るように上昇する。この電圧の上昇は、開いていたフォトトランジスタ40を閉じることによって検出され、これは、電圧コンパレータ7の出力62を正の電位V+へ戻すという効果を有する。スイッチ86も閉じ、制御設定値も、再開する変換器9へ再度送信される。
【００７４】
セル5の端子の電圧は、変換器9を停止した後に非常に急速に上昇する可能性があり、それによって変換器9の停止は、ほんの一瞬だけ続くことに留意されよう。したがって、負荷13は、電気システム1によってその電力供給のカットオフを見ず、電気システム1がそれに供給できる電力の制限を単に見る。
【００７５】
上記の本発明によって、電気システム1のタイミングの悪い安全停止が避けられる。電気システム1によって分配される電力は、燃料電池3の性能に従って単純に制限される。
【００７６】
さらに、燃料電池3は、電気化学セル5の劣化が加速される動作領域に入ることすらなく、その能力の最大限まで利用され得る。利益は、燃料電池3の寿命の終わりにおいて燃料電池3の制限された能力からすらももたらされるが、これらの制限された能力は、先行技術の発生システムにおいては、スタックを利用できないものにする複数のタイミングの悪い停止をもたらす。
【００７７】
さらに、電気システム1は、単純であり、製造するのに費用がかからない。
【００７８】
最後に、最新の発生システムと比較して電圧コンパレータ7の異なる使用となるが、燃料電池3の機能不全は監視されたままであり、これは、これが必要なときに電気システム1を停止させることが必要であるときの可能性をもたらす。
【００７９】
図7に示された電気システム100は、電気分解システムである。電気システム100は、水の電気分解によってジオキシゲナーゼおよび二水素を生成するための電気化学セル105のスタックによって形成された電解槽103と、電解槽103の各セル105の端子の電圧を閾値電圧と個々に比較するための電圧コンパレータ107と、電解槽103から電力電流を変換する電気変換器109と、変換器109を制御するモジュール111とを備える。電気システム100は、システム100によって消費される電気エネルギーを発生させるためのソース113に電気的に接続されている。
【００８０】
電解槽103のセル105は、図8に示されている。セル105は、アノード板118とカソード板122の間に挿入された膜電極アセンブリ116を備える。
【００８１】
膜電極アセンブリ116は、アノード128aとカソード128bの間に挟まれたイオン交換膜126を備える。
【００８２】
膜126は、アノード128aをカソード128bから電気的に絶縁する。
【００８３】
膜126は、価イオン、好ましくは陽イオンだけが膜126を横切らせるように適合されている。膜126は、一般に、陽子だけが膜126を横切らせるように適合されているのに適した陽子交換膜である。膜126は、典型的には高分子材料にある。
【００８４】
アノード128aおよびカソード128bは、膜126の反対面に配置されている。アノード128aおよびカソード128bは、反応を助けるために触媒、典型的には白金または白金合金を備えた多孔性媒体でそれぞれ形成される。
【００８５】
アノード板118は、電気分解されることが意図される水の循環、および電気分解反応に由来するジオキシゲナーゼの収集のために膜電極アセンブリ116と共に、アノード区画120を画定する。このアノード区画120は、アノード128aを支える膜126の面に沿って延びる。
【００８６】
アノード区画120は、多孔性マトリックス121を含む。好ましくは、図示したように、多孔性マトリックス121は、アノード区画120の形状にほぼ嵌め合う形状を有する。
【００８７】
アノード板118は、導電性材料、典型的にはチタンで形成される。
【００８８】
カソード板122は、膜電極アセンブリ116を用いて電気分解反応から二水素を収集するカソード区画124を画定する。このカソード区画124は、カソード128bを支える膜126の面に沿って延びる。
【００８９】
カソード区画124は、多孔性マトリックス125を含む。好ましくは、示されるように、多孔性マトリックス125は、カソード区画124の形状を実質的に作製する形状を有する。
【００９０】
カソード板122は、導電性材料、典型的にはチタンで形成される。
【００９１】
膜126は、電気分解によって発生した二水素からジオキシゲナーゼを分離する。膜126は、セル105のアノード板118とカソード板122の間に配置され、これを互いから電気的に絶縁する。
【００９２】
アノード128aは、アノード板118と電気接触している。カソード128bは、カソード板122と電気接触している。電解槽103の動作中、アノード128aにおいて、水の電気分解が、アノード板118とカソード板122の間に加えられた電位差の影響の下で生じる。それによって形成されたジオキシゲナーゼイオンは、ジオキシゲナーゼを形成するように電子をアノード板へもたらし、一方、水素イオンは、膜126を通じてカソード区画124へ移動し、水素イオンは、電子を元に戻し、二水素を形成するように組み立てる。
【００９３】
セル105は、他の同様のセルを用いてスタックされ、各セルのアノード板118は、隣接セルのカソード板122に接触している。したがって、アノード板118およびカソード板122は、別のセルのアノード区画124内に収集されたジオキシゲナーゼイオンからのイオンの移動を確実にする。好ましくは、スタックの2つの隣接セルのアノード板118およびカソード板122は、それらと同じ材料で作製され、共に両極性板を形成する。
【００９４】
セル105は、電気的に互いに直列に接続されており、それによってスタック103の端子の電圧は、セル105の端子の電圧の合計に等しい。
【００９５】
図9を参照すると、電圧コンパレータ107は、電解槽103のセル105ごとに、前記セル105の端子の電圧を制御する装置130を備える。電圧コンパレータ107は、電圧調整装置132をさらに備え、制御装置130が一定のシフト電圧ΔVだけ下げられたセル105の端子の電圧Vを測定するように配置されている。
【００９６】
セル105の正常動作中、典型的には、電圧Vは、0.5から1.0Vの間に含まれる。シフト電圧ΔVは、調整装置の132端子の電圧である。好ましくは、シフト電圧ΔVは、0.3Vから1Vの間に含まれる。
【００９７】
制御装置130は、動的光学デバイス、典型的にはオプトカプラによって形成されている。制御装置130は、セル105に電気的に接続されその電圧Vを測定する入力134と、測定された電圧Vの画像を構成するための出力136とを備える。入力134および出力136は、電気的に絶縁されている。
【００９８】
入力134は、その端子の電圧が閾値電圧Vminよりも大きいときに、光子を発するように適合された発光ダイオード138を備える。セル105の正常動作中、閾値電圧Vminは、電圧VとΔVの差よりも大きく、その結果、発光ダイオード138は、何も光子を発さない。閾値電圧Vminは、典型的には0.8と1.2Vの間に含まれる。
【００９９】
出力136は、フォトトランジスタ140であって、そのベース141Cが光子を受け取るとき、閉じた構成にあるように、すなわち、そのコレクタ141Aおよびそのエミッタ141Bを互いに電気的に接続するように適合され、そのベース141Cが何ら光子を受け取らないときに、開いた構成にあるように、すなわち、そのコレクタ141Aおよびそのエミッタ141Bを互いに対して電気的に絶縁するフォトトランジスタ140を備える。
【０１００】
フォトトランジスタ140は、発光ダイオード138と光学的に結合されている。言い換えると、発光ダイオード138およびフォトトランジスタ140は、ダイオード138によって発せられた光子がフォトトランジスタ140のベース141Cに到達するように配置されている。したがって、その開いた構成からその閉じた構成へのフォトトランジスタ140の通過は、発光ダイオード138の状態によって制御される。
【０１０１】
調整装置132は、受動的電気デバイスである。特に、調整装置132は、あまり高価ではなく一定のシフト電圧を与えるので有利であり、容易に制御することができるダイオード、典型的にはショットキーダイオードである。ダイオードは、高電位を有するエリアから低電位のエリアへ電流を通させるように向けられている。したがって、正常動作中、シフト電圧ΔVでもある調整装置132の端子の電圧は、ダイオードの閾値電圧に等しい。
【０１０２】
調整装置132は、制御装置130の入力134の端子144に電気的に接続されている第1の端子142を備える。第1の端子142は、端子144と直接電気接続しており、すなわち、端子142と144の間に挿入されている電気部品はない。制御装置130の入力134の他の端子145は、セル105の低い電位の端子147と直接電気接続している。
【０１０３】
調整装置132は、セル105の高電位端子148に電気的に接続されている第2の端子146も備える。言い換えると、第2の端子146は、セル105のアノード板118に電気的に接続されている。抵抗器150は、調整装置132を横切る電流の強度を制限するために第2の端子146と端子148の間に挿入される。
【０１０４】
それによって制御装置130は、シフト電圧ΔVだけ下げられたセル105の電圧Vを測定し、この電圧Vは、制御装置130の入力134の端子の電圧が閾値電圧Vminよりも上になる前により広い範囲にわたって変化することができる。
【０１０５】
図10を参照すると、電解槽103のセル105A、105B、105Cの端子の電圧V'、V''、V'''は、それぞれ電圧コンパレータ107の制御装置130A、130B、130Cによってそれぞれ測定される。図9に示されたセル105についてと同様に、調整装置132A、132B、132Cはそれぞれ、各セル105A、105B、105Cについて設けられ、それによって関連した制御装置130A、130B、130Cは、シフト電圧ΔVだけ下げられた電圧V'、V''、V'''を測定する。
【０１０６】
図を明確にするために、電解槽103の示されたセルの個数は、3つに限定されてきたが、この個数は決して限定ではなく、電解槽103は、これらの3つの電気化学セルよりも多いまたはそれよりも少ないものを備えることができることに留意されよう。好ましくは、電解槽103は、例えば100個よりも多くの多数の電気化学セルを備える。
【０１０７】
好ましくは、閾値電圧Vminは、全ての制御装置130A、130B、130Cについてほぼ同じであり、好ましくは、シフト電圧ΔVは、全ての調整装置132A、132B、132Cについてほぼ同じである。したがって、関連したフォトトランジスタ140が閉じるときを超える各セル105A、105B、105Cの最大電圧は、全てのセル105A、105B、105Cについてほぼ同じである。
【０１０８】
制御装置130A、130B、130Cの出力136は、正の電位V+(典型的には5ボルト)のライン160と中間ライン162との間で互いに並列に接続されている。抵抗器164は、ライン162と基準電位V0を有するライン165との間に電気的に挿入されている。
【０１０９】
したがって、制御装置130A、130B、130Cの全フォトトランジスタ140が開いている限り、中間ライン162の電位は、基準電位V0に等しい。他方で、中間ライン162の電位が正の電位V+へ切り替えられる場合、フォトトランジスタ140の1つが閉じられることが合図であり、したがって過度の電力が電解槽103へ供給される。
【０１１０】
常に図10を参照すると、電圧コンパレータ107は、その出力ライン167上で中間ライン162の電圧に対して反転電圧を供給するために、中間ラインと出力ライン167の間に電気的に介在させられた電圧インバータ166も備える。
【０１１１】
この目的のために、電圧インバータ166はトランジスタ168を備え、トランジスタ168のベースは中間ライン162に電気的に接続され、エミッタはライン165に電気的に接続され、コレクタは出力ライン167に電気的に接続され、抵抗器169を介してライン160へ電気的に接続されている。したがって、中間ライン162が基準電位V0にあるときに、トランジスタ168は開き、したがって出力ライン167は正の電位V+にあり、中間ライン162が正の電位V+にあるときにトランジスタ168は閉じられ、したがって出力ライン167は基準電位V0にある。
【０１１２】
図7に戻ると、変換器109は、システム100によるその消費のために、ソース113によって生成された電気エネルギーを成形するように適合されている。変換器109は、ソース113の端子に電気的に接続されている交流電流のための入力170と、電解槽103の端子に電気的に接続されているDC電流の出口172とを備える。変換器109は、図示した例においてAC/DC変換器である。代替として、変換器109、はDC/DC変換器である。
【０１１３】
変換器109は、制御モジュール111によって制御される。
【０１１４】
制御モジュール111は、制御設定値174の発生器と、変換器109への制御設定値についての送信ユニット176とを備える。
【０１１５】
制御設定値発生器174は、例えばパルス幅変調タイプの変換器制御設定値109を生成するようにプログラムされ、その出力172を通じて変換器109から出る電流が電解槽103に適合されるように適合されている。そのような制御設定値発生器は、当業者に知られている。
【０１１６】
送信ユニット176は、発生器174の制御設定値のための出力端子182を変換器109による制御設定値のための受信端子184に電気的に接続する電気ライン180を備える。送信ユニット176は、電気ライン180を選択的に開閉する制御されたスイッチ186をさらに備える。制御されたスイッチ186典型的にはトランジスタ、例えばフォトトランジスタまたは金属酸化物ゲートを有する電界効果トランジスタである。
【０１１７】
電圧コンパレータ107は、制御されたスイッチ186のための制御信号を送信ユニット176へ送信するように適合されており、前記信号は、各セル105の端子の電圧が電圧Vmin+ΔVよりも小さいときに、制御設定値のための送信設定値にあり、セル105の端子の電圧の1つが電圧Vmin+ΔV以上であるとすぐに制御設定値をブロックするための設定値にあり、それによって送信ユニット176は、それが送信設定値を受信するときに制御設定値を変換器109へ送信し、それがブロック設定値を受信するときに制御設定値をブロックする。
【０１１８】
この目的のために、電圧コンパレータ107の出力167は、送信ユニット176に電気的に接続されている。
【０１１９】
特に、制御されたスイッチ186が金属酸化物ゲートを有する電界効果トランジスタである場合、電圧コンパレータ107の出力162は、トランジスタのゲートに電気的に接続される。制御されたスイッチ186がフォトトランジスタである場合には、出力162は、その端子の電圧が正の電位V+よりも小さい閾値電圧よりも大きいときに、光子を発するように適合された発光ダイオード(図示せず)に電気的に接続されており、発光ダイオードは、フォトトランジスタと光学的に結合されている。
【０１２０】
したがって、出力167が正の電位V+にあるときに、スイッチ186は閉じられ、制御設定値は変換器109へ送信され、出力162が基準電位V0にあるときに、スイッチ186は開いており、制御設定値は変換器109へ送信されない。
【０１２１】
したがって、出口162によって送信ユニット176へ送信された信号は、正の電位V+における矩形波、および基準電位V0における矩形波の交互にあり、正の電位V+における各矩形波は制御設定値の送信設定値を形成し、基準電位V0における各矩形波は、制御設定値のブロック設定値を形成する。
【０１２２】
ソース113は、例えば、中央ユニットまたは電気ネットワークである。
【０１２３】
次に、図7を参照して、電気システム100を制御する方法を説明する。
【０１２４】
電気システム100が、まず第1に、動作させられる。この目的のために、電解槽103は水が供給され、制御設定値は、変換器109の出力電流が電解槽103に適合するように設定値発生器174によって生成される。ソース113によって供給される電流の効果の下で、Vmin+ΔVよりも小さい電位差は、各セル105の端子同士の間に確立される。そこで、電圧コンパレータ107の全フォトトランジスタ136は開き、それによって電圧コンパレータ107の出力信号は、送信設定値にある。したがって、スイッチ186は、制御設定値が変換器109へ送信されるように閉じられてもおり、変換器109はそれによって動作中である。
【０１２５】
いかなる時点においても、電解槽103のセル105のうちの1つの端子の電圧は、値Vmin+ΔVよりも上になる。この電圧の上昇は、前記セル105に関連したフォトトランジスタ140を閉じることによって検出され、これは、電圧コンパレータ107の出力167を基準電位V0へ切り替える効果を有する。
【０１２６】
そのとき、電圧コンパレータ107の出力信号は、ブロック設定値にある。したがって、スイッチ186は開き、制御設定値の停止が停止する変換器109へ送信される。
【０１２７】
変換器109が停止させられると、電解槽103へ送信されるエネルギーはもはや何もない。それにもかかわらず、継続中の電解槽103は水が供給され、セル105の端子の電圧は、全電圧値が値Vmin+ΔV未満に戻るように降下する。この電圧降下は、閉じられていたフォトトランジスタ140を開くことによって検出され、これは、電圧コンパレータ107の出力167を正の電位V+へ戻す効果を有する。スイッチ186は再び閉じ、制御設定値は再開する変換器109へ再び送信される。
【０１２８】
セル105の端子の電圧は、変換器109を停止した後に非常に急速に降下する可能性があり、それによって変換器109の停止は、一般に、ほんの一瞬続くことに留意されよう。したがって、ソース113は、電気システム100によってその負荷のカットオフを見ずに、電気システム100が吸収し得る電力の制限を単に見る。
【０１２９】
この第2の実施形態によって、電解槽103は、電気化学セル105の劣化が加速される動作範囲にずっと入ることなく、その能力を最大まで利用することができる。
【０１３０】
さらに、電気システム100は、単純であり、製造するのに費用がかからない。
【符号の説明】
【０１３１】
1  電気システム、システム
3  スタック、燃料電池、電解槽
5  電気化学セル、セル
5A  セル
5B  セル
5C  セル
5D  セル
5E  セル
5F  セル
7  電圧コンパレータ
9  電気変換器、変換器
11  モジュール
13  負荷
16  膜電極アセンブリ
18  アノード板、板
20  アノード導管、カソード板、板
22  カソード板、板、
24  カソード導管
26  イオン交換膜、膜
28a  アノード
28b  カソード
30  制御装置、装置
30C  制御装置
30D  制御装置
30E  制御装置
30F  制御装置
32  電圧調整装置、調整装置
32C  調整装置
32D  調整装置
32E  調整装置
32F  調整装置
34  入口、入力
36  出口、フォトトランジスタ
38  発光ダイオード
40  フォトトランジスタ
41A  コレクタ
41B  エミッタ
41C  ベース
42  第1の端子、端子
44  端子
46  第2の端子
48  他の端子、端子
50  抵抗器
52  端子
60  正の電位V+ライン
62  出力ライン、ライン、出力
64  抵抗器
70  直流電流入力
72  電流出力、出力
74  制御設定値
76  送信ユニット
80  電気ライン
82  端子
84  受信端子
86  制御スイッチ、スイッチ
90  電圧センサ
92  モジュール
94  電流センサ
96  モジュール
100  電気システム、システム
103  スタック、電解槽
105  電気化学セル、セル
105A  セル
105B  セル
105C  セル
107  電圧コンパレータ
109  電気変換器、変換器、変換器制御設定値
111  モジュール
113  ソース
116  膜電極アセンブリ
118  アノード板
120  アノード区画
121  多孔性マトリックス
122  カソード板
124  カソード区画
125  多孔性マトリックス
126  膜、イオン交換膜
128a  アノード
128b  カソード
130  制御装置、装置
130A  制御装置
130B  制御装置
130C  制御装置
132  電圧調整装置、調整装置
132A  調整装置
132B  調整装置
132C  調整装置
134  入力
136  出力
138  発光ダイオード、ダイオード
140  フォトトランジスタ
141A  コレクタ
141B  エミッタ
141C  ベース
142  第1の端子、端子
144  端子
145  他の端子
146  第2の端子
148  高電位端子、端子
150  抵抗器
160  正の電位V+ライン、ライン
162  中間ライン、ライン、出力
164  抵抗器
165  ライン
166  電圧インバータ
167  出力ライン、出力
168  トランジスタ
169  抵抗器
170  入力
172  出口
174  制御設定値、制御設定値発生器、発生器
176  送信ユニット
180  電気ライン
182  出力端子
184  受信端子
186  制御されたスイッチ、スイッチ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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