(57)【要約】本発明は、燃料電池（６１）の動作点すなわち出力電圧または出力電流を所望の値に制御して、利用可能な燃料電池電力を充電式バッテリ（６５）および負荷（６６）に効率的に転送し、バッテリ（６５）および負荷（６６）から燃料電池（６１）を分離する方法および装置を提供する。電力出力および燃料効率を最適化するために、燃料電池の動作点を動的に制御する。本発明は、入力からのフィードバックを用いて、入力電圧または入力電流を調節する。ＤＣ／ＤＣコンバータ（６２）の出力はバッテリに直接されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ（６２）の出力は、バッテリ（６５）を充電するか、または、バッテリ（６５）から負荷（６６）への供給を助け、バッテリ電圧と同じ電圧に維持される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧および出力電流を生成する直接酸化型燃料電池手段を含む電源と、
前記燃料電池手段から前記出力電圧および出力電流を受け取るように接続された入力を有するＤＣ−ＤＣコンバータ回路と、
前記コンバータ回路の出力に接続された充電式バッテリと、
前記燃料電池手段および前記コンバータ回路に接続され、前記燃料電池手段の少なくとも１つの動作パラメタを基準と比較し、それに応じて前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に対する前記制御信号を生成することにより、前記燃料電池手段の少なくとも１つの動作パラメタを前記基準によって決まる所望のレベルに維持するコントローラと、
からなる高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項２】
前記直接酸化型燃料電池手段は、電気的に接続された２以上の電池を含むダイレクトメタノール型燃料電池スタック、および、単体のダイレクトメタノール型燃料電池のうちのいずれか一方を含む、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項３】
前記充電式バッテリと並列に負荷が接続され、前記コンバータ回路は、前記バッテリの充電、および／または、前記負荷に対する電流の供給を行なうように動作する、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項４】
前記コンバータ回路の前記出力が前記バッテリに接続され、前記コンバータ回路の出力電圧が前記バッテリの電圧と等しくなるように構成される、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項５】
充電式バッテリを効率的に充電する方法であって、
（１）直接酸化型燃料電池手段を用いて、ＤＣ−ＤＣ電力コンバータ回路の入力に供給される電力を生成するステップと、
（２）前記コンバータ回路の出力を用いて充電式バッテリを充電するステップと、
（３）前記燃料電池手段の少なくとも１つの動作パラメタをフィードバック信号として使用するステップと、
（４）前記フィードバック信号を用いて、前記コンバータ回路を制御するための制御信号を生成するステップと、
（５）前記制御信号を前記コンバータ回路に供給することにより、前記燃料電池手段の少なくとも１つの動作パラメタを前記基準によって決まる所望のレベルに実質的に維持するステップと、
からなる方法。
【請求項６】
前記直接酸化型燃料電池手段は、電気的に接続された２以上の電池を含むダイレクトメタノール型燃料電池スタック、および、単体のダイレクトメタノール型燃料電池のうちのいずれか一方を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記充電式バッテリと並列に負荷が接続され、前記コンバータ回路は、前記バッテリの充電、および／または、前記負荷に対する電流の供給を行なうように動作する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記基準は調節可能である、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項９】
前記基準を調節して前記燃料電池手段の少なくとも１つの動作パラメタを調節する制御システムをさらに含む、請求項８に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１０】
前記制御システムは、前記燃料電池手段動作パラメタのうちの１以上を制御して、燃料電池手段電力出力の最適化、および／または、所望の範囲の動作条件にわたる効率の最適を行なう、請求項９に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１１】
前記制御システムは、前記燃料電池動作パラメタのうちの１以上を制御し、燃料電池手段の診断を実施する、請求項９に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１２】
前記燃料電池手段の診断は、少なくとも１つの電圧において前記燃料電池手段の電流を測定することを含む、請求項１１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１３】
前記燃料電池手段の診断は、少なくとも１つの電流において前記燃料電池手段の電圧を測定することを含む、請求項１１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１４】
前記直接酸化型燃料電池手段は、電気的に接続された２以上の電池を含む直接酸化型燃料電池スタック、および、単体の直接酸化型燃料電池のうちのいずれか一方を含む、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１５】
前記燃料電池手段は燃料電池スタックであり、前記制御システムは、１以上の燃料電池スタック動作パラメタを制御し、前記燃料電池スタック内の個々の燃料電池が所望の電圧範囲外で動作することを実質的に防止する、請求項９に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１６】
前記コントローラは、アナログコントローラ、デジタルコントローラ、および、混合信号コントローラのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１７】
前記制御信号は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路内のスイッチを切替えるための該スイッチのオン／オフの時間を調節する波形を有する、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１８】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、
（Ａ）インダクタを利用するコンバータ、
（Ｂ）変圧器を利用するコンバータ、
（Ｃ）ステップアップ（ブースト）コンバータ、
（Ｄ）ステップダウン（バック）コンバータ、
（Ｅ）反転コンバータ、および、
（Ｆ）コンデンサを利用するコンバータ
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項１９】
前記燃料電池手段は燃料電池スタックであり、前記燃料電池手段動作パラメタは、燃料電池スタック出力電圧、燃料電池スタック出力電流、燃料電池スタック出力電力、並びに、前記スタック内の個々の電池の電圧、電流および電力を含む、請求項１４に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項２０】
前記燃料電池手段は単体の燃料電池であり、前記燃料電池手段動作パラメタは、燃料電池出力電圧、燃料電池出力電流および燃料電池出力電力を含む、請求項１４に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項２１】
前記基準は調節可能である、請求項５に記載の方法。
【請求項２２】
前記基準を調節し、少なくとも１つの燃料電池手段動作パラメタを調節するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの燃料電池手段動作パラメタを調節し、前記燃料電池手段電力出力、および／または、所望の範囲の動作条件にわたる効率を最適化するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
燃料電池手段の診断を実施するために少なくとも１つの燃料電池手段動作パラメタを調節するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの電圧において前記燃料電池手段電流を測定するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの電流において前記燃料電池手段電圧を測定するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記直接酸化型燃料電池手段は、電気的に接続された２以上の電池を含む直接酸化型燃料電池スタック、および、単体の直接酸化型燃料電池のうちのいずれか一方を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項２８】
前記燃料電池手段は燃料電池スタックであり、前記方法は、少なくとも１つの燃料電池スタック動作パラメタを調節し、前記燃料電池スタック内の個々の電池が所望の電圧範囲外で動作することを実質的に防止するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、
（Ａ）インダクタを利用するコンバータ、
（Ｂ）変圧器を利用するコンバータ、
（Ｃ）ステップアップ（ブースト）コンバータ、
（Ｄ）ステップダウン（バック）コンバータ、
（Ｅ）反転コンバータ、および、
（Ｆ）コンデンサを利用するコンバータ
のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項３０】
前記制御信号を、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のスイッチを切替えるための該スイッチのオン／オフの時間を調節する駆動波形として使用するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項３１】
前記燃料電池手段は燃料電池スタックであり、前記燃料電池手段動作パラメタは、燃料電池スタック出力電圧、燃料電池スタック出力電流、燃料電池スタック出力電力、並びに、前記スタック内の個々の燃料電池の電圧、電流および電力を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記燃料電池手段は単体の燃料電池であり、前記燃料電池手段動作パラメタは、燃料電池出力電圧、燃料電池出力電流および燃料電池出力電力を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
コントローラを用いて前記制御信号を生成するステップと、
アナログコントローラ、デジタルコントローラ、および、混合信号コントローラのうちの少なくとも１つを前記コントローラとして選択するステップと、
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項３４】
前記電源は、複数の直接酸化型燃料電池手段を含む、請求項１に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【請求項３５】
前記電源の複数の燃料電池手段における各燃料電池手段が、コントローラを有する独自のＤＣ−ＤＣコンバータ回路に接続され、各ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力が単一の充電式バッテリに接続される、請求項３４に記載の高能率ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してバッテリ充電に関し、詳しくは、充電式バッテリの電源として直接酸化型燃料電池を使用するＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびバッテリ充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用電子機器で広く使用されるリチウムイオン電池などの充電式バッテリを充電する従来の技術およびコンポーネント（例えば、既製の集積回路など）は、多数ある。一般に、ＡＣ壁コンセントや、自動車に通常備えられている１２ＶのＤＣ電源は、この種の充電器の電源として使用される。
【０００３】
従来の充電器の１つの欠点は、その能率があまり良くない点にある。つまり、従来の充電器は、想定動作条件範囲において電源からバッテリに電力を高比率で伝達することができない。これが驚く程でない理由は、それらの充電器にとって、能率が高いことは、優秀であることの基準には一般にならないからである。むしろ、バッテリを急速に充電する機能や、バッテリの寿命を維持または拡大する機能の方が、重要と考えられている。
【０００４】
しかしながら、直接酸化型燃料電池などの燃料電池を電源として使用する場合、充電器の能率の重要性は増してくる。特に、バッテリ充電器などの携帯装置の一部である燃料電池は、そこで利用可能な燃料の量に限りがある。一般に、利用可能な燃料は慎重に管理する必要があり、ユーザの利便性を最大限にし、燃料電池から電力供給を受ける装置の動作時間を最小限にし、そして充電間隔を延ばすようにしなければならない。従って、燃料電池を充電器の電源として使用する利点を得るためには、必須ではないとしても、高能率の充電器が必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡単に要約すると、本発明は、直接酸化型燃料電池または燃料電池スタックの動作点（すなわち、出力電圧または出力電流）を動的に制御し、燃料電池から充電式バッテリおよび負荷への効率的な電力の伝達を可能にする方法および装置を提供する。
【０００６】
本発明の好ましい実施形態の一態様によれば、直接酸化型燃料電池と、充電式バッテリと負荷を並列接続したものとの間に、ＤＣ−ＤＣコンバータが接続される。この構成では、燃料電池の出力電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータに対して入力電圧として印加される。コンバータの出力は、バッテリと負荷の組み合わせに直接接続することが好ましい。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧はバッテリ電圧と等しくなる。コンバータは無調節電流源として動作し、その出力電流は、バッテリを充電するか、または、バッテリが負荷に電流を供給するのを助ける。
【０００７】
燃料電池の出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング素子のデューティサイクルを制御する閉ループ・フィードバック信号として有利に使用される。フィードバック信号は、燃料電池の所定の最適出力電圧を表す基準と比較される。あるいは、基準電圧を調節し、種々の動作条件における燃料電池の出力を最適化することも可能である。閉ループは、フィードバック信号と基準との差をゼロに縮小する働きをする。その結果、広範囲のバッテリ電圧にわたって、燃料電池の出力電圧を実質的に一定に保つことができる。さらに、本発明の装置によれば、燃料電池の動作条件（例えば、温度や、燃料の流速など）に変化があっても、対応する燃料電池の出力電流、出力電圧の変化は、概ね一定に保たれる。
【０００８】
本発明のさらに他の利点は、燃料電池スタックの動作電圧範囲全体にわたって有効な制御が可能となり、高い負荷電流や不十分な反応物が原因で、燃料電池スタック内の電池が反転したり、損傷を受けたりすることのない、安全最小電圧を維持することが可能となる点にある。同様に、動作電圧範囲全体にわたる有効な制御が可能になると、種々の燃料濃度に対して異なる動作電圧を設定することが可能になる。これはダイレクトメタノール型燃料電池から最大能率を得る際の重要な要素である。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態のさらに他の態様によれば、バッテリと負荷の組み合わせに対して並列に分路電圧レギュレータが配置され、バッテリが過電圧状態にならないように保護される。
【００１０】
本発明の代替実施形態によれば、燃料電池の出力電圧ではなく、燃料電池の出力電流が、フィードバック信号として使用される。この構成では、燃料電池の出力電流が実質的に一定に保たれ、出力電圧の変化は許容される。
【００１１】
ダイレクトメタノール型燃料電池の典型的な燃料電池出力電圧範囲およびリチウムイオン電池の典型的なバッテリ電圧範囲における本発明を用いた実験は、９０％を超える電力効率が達成されることを示した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１Ａ〜図１Ｄは、４つの従来のスイッチングＤＣ−ＤＣ電力コンバータ・トポロジの基本回路を示す。すなわち、ブースト（図１Ａ）、バック（図１Ｂ）、反転（図１Ｃ）およびフライバック（図１Ｄ）である。比較を単純かつ容易にするために、似たような構成要素には同じ参照符号を付している。電源１１は、コンバータ１２、２２、３２または４２の入力に接続される。各コンバータの出力は、負荷１４と並列に接続されたコンデンサ１３に接続される。コンバータ１２、２２および３２はそれぞれ、インダクタ１５、スイッチ１６および整流器１７を含む。フライバック・コンバータ４２の場合、１つのインダクタの代わりに変圧器４４が使用される。従来は、コントローラ（図１Ａ〜図１Ｄには示されていないが、図２に示されている）をさらに設け、パルス幅変調技術やパルス周波数変調技術（いずれも当業者がよく知っているものである）を用いてスイッチ１６のデューティサイクルを制御している。当業者であれば、それらのトポロジのＣＵＫ構成やフォワード構成への変形を含む他の構成も考慮することができ、それらも本発明の範囲内であることが分かるであろう。
【００１３】
図２は、図１Ａ〜図１Ｄに示したトポロジ（ただし、これらに限定はしない）を有する任意のコンバータを表す従来のスイッチングＤＣ−ＤＣ電力コンバータ５２を示す。このコンバータの出力電圧は、スイッチ・コントローラ５１に対するフィードバック信号として使用される。詳しくは、抵抗器５４および５５によって分圧されたコンバータの出力電圧が、増幅器５３の反転入力に印加される。基準電圧Ｖrefが、増幅器５３の非反転入力に印加される。さらに、増幅器５３の出力（エラー）信号が、スイッチ・コントローラ５１に供給される。スイッチ・コントローラ５１は、それに応じてコンバータ５２内のスイッチ１６（図１Ａ〜図１Ｄ）のデューティサイクルを調節し、エラーがゼロになるようにする。すなわち、コンバータ５２の出力電圧を、Ｖrefおよび抵抗器５４、５５によって決まる実質的に一定の大きさに維持する。あるいは、コンバータ５２の出力電圧ではなく、出力電流を実質的に一定に維持するために、電流検出増幅器（図示せず）の出力をＶrefと比較してもよい。
【００１４】
図３は、本発明に従って構成された電力コンバータおよびバッテリ充電器６０の概略を示す。スイッチングＤＣ−ＤＣ電力コンバータ６２は、スイッチ・コントローラ６４によって制御される。コンバータ６２は、必須ではないが、図１Ａ〜図１Ｄに示すようなトポロジを有するものでよい。コンバータ６２の出力は充電式バッテリ６５に直接接続され、充電式バッテリ６５は負荷６６と並列に接続される。従って、コンバータ６２の出力電圧はバッテリ電圧と等しく、出力電流は、バッテリを充電するか、または、バッテリが負荷に電流を供給するのを助ける。当業者であれば、バッテリを保護するために、バッテリ保護回路（図示せず）を採用してもよいことが分かるであろう。
【００１５】
本発明は、電流出力とともに電圧出力が変化するいかなる電源とともに使用してもよい。本明細書に記載された発明は、直接酸化型燃料電池を用いて実施されているが、本発明は、他のタイプの燃料電池や、電流出力とともに電圧出力が変化する他の電源を用いて実施することもできる。直接酸化型燃料電池６１（本明細書で使用する場合、「燃料電池」という用語は燃料電池スタックも含むものとして解釈しなければならない）は、コンバータ６２の電源として機能する。燃料電池６１は、ダイレクトメタノール型燃料電池スタックとして実施することが望ましいが、エタノールや他の炭素質燃料（またはその水溶液）を利用した燃料電池を含む他のタイプの直接酸化型燃料電池も、本発明の範囲内であるものと考えなければならない。燃料電池６１はコンバータ６２に直接接続されるため、燃料電池６１の出力電圧は、コンバータに対する入力電圧でもある。
【００１６】
従来の方法とは違い、コンバータ６２の出力電圧ではなく、入力電圧をスイッチ・コントローラ・ループに対するフィードバック信号として使用している。例として図３は、燃料電池出力電圧が増幅器６３の反転入力に接続され、基準電圧Ｖrefが増幅器６３の非反転入力に接続され、増幅器６３の出力がスイッチ・コントローラ６４の入力に供給されることを示している。スイッチ・コントローラ・ループを実施する方法は他にも多数あり、例えば、フィードバック信号および基準電圧を増幅器ではなく比較器に入力する方法などがある。コントローラ・ループを実施する方法の詳細は、本発明にとって重要ではない。本発明の重要な態様は、スイッチ・コントローラ・ループが、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧ではなく入力電圧を制御する働きをする点にある。
【００１７】
スイッチ・コントローラ６４は、上記と同様の方法でコンバータ６２内のスイッチのデューティサイクルを変化させ、燃料電池６１の出力電圧をＶrefと実質的に同じレベルに維持する。従って、コンバータ６２は、燃料電池６１から必要な量の電流を引き出し、燃料電池の出力電圧を実質的にＶrefと同じレベルに維持する。燃料電池の出力電圧をＶrefを用いて制御することにより、燃料電池の温度や燃料の濃度などの動作条件に応じて燃料電池の効率を最適化することが可能になる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を直接制御しないので、バッテリとＤＣ−ＤＣコンバータとの間に直接接続を形成することができ、燃料電池からバッテリへの効率的なエネルギー転送が可能になる。
【００１８】
図４は、本発明に従って構成された電力コンバータおよびバッテリ充電器９８の一実施形態を示す詳細回路図である。破線で囲まれた関連部品を有する電力コンバータ９０（この例では、ＭＡＸＩＭから市販されている集積回路（部品番号ＭＡＸ１７０１））は、ブースト型ＤＣ−ＤＣ電力コンバータとして機能する（図１Ａのトポロジおよび図２の従来のコントローラ・トポロジを参照）。ピン９４は、コンバータ９０に対する電源入力であり、このピンには非常に小さな電流が流れる。コンバータ９０のフィードバックピン９６は、図２の増幅器５３の反転入力ピンに似ている。図示の実施形態において、図２に示したＶrefは、コンバータ９０の内部にあり、１．２３Ｖに固定されている。ピン９２は、図１Ａのスイッチ１６に似た内部スイッチに接続される。コンバータ９０のピン９２とピン９３の間には内部同期整流器スイッチが配置され、電力変換効率を向上させるために、ダイオード７２が導通するサイクル部分の間は、そのスイッチが閉じる。
【００１９】
コンバータ９０は出力電圧を制御するように設計されているので、図３に示したような望ましい燃料電池電圧制御を実施するためには、コンバータ９０の内部スイッチ・コントローラを外部アナログ信号で制御する方法を考案する必要がある。この例では、制御電圧Ｖcontrolおよび抵抗器８２を用いてピン９６のフィードバック・ノードに制御電流を流し込むことによって、外部制御を実施している。抵抗器８２（Ｖcontrol＞１．２３Ｖ）を通じてフィードバック・ノード９６に電流が入ることにより、有効出力電圧設定点は、抵抗器８１および７９だけによって設定される場合よりも低くなる。逆に言えば、抵抗器８２（Ｖcontrol＜１．２３Ｖ）を通じてフィードバック・ノード９６から電流が出ていくことにより、有効出力電圧設定点は、抵抗器８１および７９だけによって設定される場合よりも高くなる。抵抗器７９、８１、８２の値は、Ｖcontrolの大きさが１〜２Ｖの範囲に維持されるような値にすることが望ましく、リチウムイオン電池の電圧２．３Ｖ〜４．２Ｖの範囲で回路が正しく動作するようにすることが望ましい。コンバータの内部スイッチ・コントローラを制御するというここで考案した外部的方法は、モード選択ピン９５をハイに引き上げることにより、コンバータ９０がＰＷＭ（パルス幅変調）モードに設定されたときにとられる。この例で使用されるコントローラ９０の内部構成からすれば、コントローラ９０がＰＦＭモード（パルス周波数変調：出力電流が小さいときの効率の改善に使用される）に設定されている場合、スイッチ・コントローラの外部アナログ制御を実施することはできない。これに関し、市販のコンバータ９０を用いてＰＦＭモードを実施することはできないが、本発明は、ＰＦＭを含むあらゆるスイッチ・コントローラ方法に容易に適合させ、実施することができる。
【００２０】
増幅器６３は、基準電圧Ｖrefを燃料電池６１の出力電圧と比較するように構成される。そして燃料電池６１の出力電圧がＶrefよりも高くなり始めると、Ｖcontrolの大きさを低下させ、コンバータ９０の出力電圧をバッテリ電圧よりもほんの僅かに高いところまで増加させる。バッテリ、バッテリ保護回路（図示せず）および接続線の直列抵抗が低いので、コンバータの出力電圧を僅かに増加させるだけで、バッテリの出力電流は大きく増加する。バッテリに送られる電流の大きさを増加させるためには、燃料電池から引き出される電流を増加させ、燃料電池の出力電圧を減少させてＶrefに戻す必要がある。逆に、燃料電池電圧がＶref未満に減少した場合、このフィードバック・ループは、燃料電池から引き出される電流を減少させることにより、燃料電池電圧を増加させ、Ｖrefに戻すことができる。このようにして、燃料電池６１の出力電圧は、実質的に基準電圧Ｖrefと同じ大きさに維持される。
【００２１】
バッテリ６６を過電圧から保護するために、分路電圧レギュレータ８０を設けられ、バッテリ６５および負荷６６に対して並列に接続される。バッテリがリチウムイオン電池である一実施形態において、電圧レギュレータ８０は４．２Ｖに設定され、その電圧までバッテリが充電されると、レギュレータ８０を通って電流が流れ始め、バッテリ電圧が４．２Ｖよりも高くなることが防止される。バッテリ電圧が４．２Ｖ未満のときは、非常に小さな電流がレギュレータ８０を通って流れ、利用可能な電力の大半は、バッテリの充電に使用される。図示していないが、当業者であれば、バッテリ・モニタ回路を用いて充電を適切に終了させることも可能であることが、分かるであろう。
【００２２】
本発明の代替実施形態によれば、燃料電池の出力電圧の代わりに、燃料電池の出力電流をフィードバック信号として使用することもできる。そのような構成の場合、電流検出増幅器を用いて燃料電池の出力電流（すなわち、電力コンバータの入力電流）を測定することが望ましく、本発明は、燃料電池の出力電流を実質的に一定に維持し、出力電圧の変動を許容するように動作することが望ましい。
【００２３】
市販のＤＣ−ＤＣコンバータＩＣには制約があり、特にスイッチ・コントローラに対して直接アクセスする機能がないことから、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用することが望ましい。市販のスイッチングＤＣ−ＤＣコンバータの内部機能の全てを備え、且つ、本明細書の教示に従って構成されたＡＳＩＣは、優れた性能を有する。
【００２４】
上記の説明は、本発明の特定の実施形態に関するものとなっている。しかしながら、記載した実施形態に対し、それらの実施形態の利点の一部または全部が得られるようにして、他の変更および他の変形を施すことも可能であることは明らかである。従って、付記した特許請求の範囲の目的は、それらの変形および変更も本発明の思想および範囲に入るようにすることである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】従来技術のスイッチングＤＣ−ＤＣ電力コンバータの１タイプを示す回路図である。
【図１Ｂ】従来技術のスイッチングＤＣ−ＤＣ電力コンバータの１タイプを示す回路図である。
【図１Ｃ】従来技術のスイッチングＤＣ−ＤＣ電力コンバータの１タイプを示す回路図である。
【図１Ｄ】従来技術のスイッチングＤＣ−ＤＣ電力コンバータの１タイプを示す回路図である。
【図２】従来技術のスイッチングＤＣ−ＤＣ電力コンバータのコントローラを示す概略図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に従って構成された、直接酸化型燃料電池を電源とするスイッチングＤＣ−ＤＣコンバータおよびバッテリ充電器を示す概略図である。
【図４】図３の電力コンバータおよびバッテリ充電器の一実施形態を示す詳細回路図である。
【図１Ａ】
2006501798.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
2006501798.tif 000007
【図３】
2006501798.tif 000008
【図４】
2006501798.tif 000009
【国際調査報告】
2006501798.tif 000010