(57)【要約】【課題】一種の燃料電池の電力検出方法を提供することで、燃料電池が定常に入る前に、燃料電池から出力される電圧、電流、及び、力率を得る。【解決手段】過渡電圧の変化率を演算し、燃料電池が起動して負荷電力を供給した後、電圧が初期電圧から定常電圧まで下降する過渡過程において、第一参考時間と第二参考時間の電圧値を捕捉し、電圧の時間に伴う変化率を演算し、過渡電圧の変化率の対応関係と、過渡電圧の変化率と特定操作温度下の燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係から、燃料電池が定常に入る時の定常電圧値と定常電流値を得る。また、定常時の定常電圧値と定常電流値から、その力率を演算し、燃料電池の出力電力が定格出力を満たしているかどうかを判断する。【選択図】    図１
2007059369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一種燃料電池の電力検出方法において、
a. 燃料電池を電圧/電流の判別手段、及び、蓄積手段を具備する回路である主制御回路に電気的に接続を提供することと、
b. 過渡電圧の変化率を演算し、燃料電池が起動して負荷電力を供給した後、電圧が初期電圧から定常電圧まで下降する過渡過程において、第一参考時間と第二参考時間の電圧値を捕捉し、また該主制御回路を介して電圧/電流の判別手段を使用して電圧が時間と伴に変化率を演算することと、
c. 過渡電圧の変化率の対応関係を検査し、主制御回路は蓄積手段で蓄積した過渡電圧の変化率と特定操作温度下の燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係を介することで、燃料電池が定常に入る時の定常電圧値と定常電流値を得ること、及び、
d. 燃料電池の出力電力が定格出力を満たしているかどうかを検査し、前記ステップで得られた定常時の定常電圧値と定常電流値を介することで、主制御回路を経由してその力率を演算し、燃料電池の出力電力が定格出力しているかどうかを判断するステップを含むことを特徴とする、燃料電池の電力検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池の電力検出方法において、更に一歩進んで、
a. 燃料電池の操作温度を検出し、該主制御回路が含んだ該温度検出メカニズムであり、また、該燃料電池の操作を開始する時、該温度検出メカニズムが燃料電池の温度状態を該主制御回路にフィードバックすることと、
b. 前記の過渡電圧の変化率の対応関係の検査において、主制御回路は蓄積手段で蓄積した過渡電圧の変化率と燃料電池の操作温度、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係を介することで、燃料電池が定常に入る時の定常電圧値と定常電流値を得るステップを含むことを特徴とする、燃料電池の電力検出方法。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池の電力検出方法において、その温度検出メカニズムは、温度検出器を通じて達成することを特徴とする、燃料電池の電力検出方法。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池の電力検出方法において、その温度検出器は、熱電対温度検出器、及び、その他の温度検出器内のいずれかを選択できることを特徴とする、燃料電池の電力検出方法。
【請求項５】
請求項２記載の燃料電池の電力検出方法において、その温度検出メカニズムは、燃料電池の無負荷下の初期電圧を捕捉し、また、該蓄積手段で蓄積した燃料電池の無負荷下の初期電圧と燃料電池の操作温度の対応関係を介することで、燃料電池の操作温度を得ることができる。
【請求項６】
請求項２記載の燃料電池の電力検出方法において、その温度検出メカニズムは、燃料電池の無負荷下の初期電圧を捕捉し、且つ、蓄積手段で蓄積した過渡電圧の変化率と燃料電池の操作温度、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係内の燃料電池の操作温度を初期電圧で代替することを特徴とする、燃料電池の電力検出方法。
【請求項７】
請求項１記載の燃料電池の電力検出方法において、更に一歩進んで第二電池の提供、及び、該主制御回路に更に一歩進んで論理演算器、メモリデバイス、及び、直流変圧器、且つ、該論理演算器が電圧/電流の判別手段を具備する回路であり、該燃料電池と第二電池の操作を制御し、該メモリデバイスが保存手段を提供する集積回路であり、及び、該直流変圧器が降圧論理手段、及び、昇圧論理手段のいずかを具備して、負荷に必要な電圧に組み合わせて該燃料電池と第二電池から出力される電力を転換して対応する電圧の大きさに形成することを含むことを特徴とする、燃料電池の電力検出方法。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池の電力検出方法において、その第二電池は、一次電池、及び、二次電池のいずれかを選択することを特徴とする、燃料電池の電力検出方法。
【請求項９】
請求項７記載の燃料電池の電力検出方法において、更に一歩進んで、
a.前記ステップで得られた定常時の定常電圧と定常電流を介し、主制御回路で燃料電池から出力された力率の演算、及び、
b. 燃料電池の出力電力を調整し、該主制御回路が前記ステップで得られた燃料電池出力の力率を介して負荷の需要を満たしているかどうかを判断し、燃料電池から出力された力率が燃料電池の最大出力の力率に達した時、やはり負荷の必要とする力率を満たすことができない場合、主制御回路の論理演算器が第二電池と燃料電池の並列給電状態を選択することができ、同時に電力出力を提供すると共に該直流変圧器を介し燃料電池、及び、第二電池からの出力された電力を安定電圧に変換して該負荷に供給している。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池の電力検出方法において、その燃料電池が単独で該負荷に必要な電力を供給できる時、該理論演算器は、第二電池の電力出力の停止を選択でき、また、該燃料電池が同時に第二電池に電力供給することを選択でき、これにより第二電池への充電を行う。
【請求項１１】
請求項１記載の燃料電池の電力検出方法において、その蓄積手段が蓄積した過渡電圧の変化率と燃料電池出力電圧、及び、燃料電池から出力される電流の対応関係は直接数値表、或いは、関係式の方式で存在できることを特徴とする、燃料電池の電力検出方法。
【請求項１２】
請求項１記載の燃料電池から発生する力率の制御方法において、その燃料電池は、プリント回路板の製造工程を利用して製造された燃料電池であることを特徴とする、燃料電池から発生する力率の制御方法。
【請求項１３】
請求項３記載の燃料電池から発生する力率の制御方法において、該第二電池は、一次電池、及び、二次電池のいずれかの電池を選択することを特徴とする、燃料電池から発生する力率の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一種の燃料電池の電力検出方法及びその応用に関り、特に燃料電池の時間と電圧特性曲線、及び、電圧と燃料電池の操作温度、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係を介することで、燃料電池の電気的性質と操作温度を得られることに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池は、水素リッチ燃料(例えばメタノール)と酸素燃料を利用して電気化学的反応を起して電力を出力する電池核心を具備し、また、該電池核心の運転状態(例えば電圧/電流の出力)は、燃料電池核心の操作条件の設定を通じて達成し、その燃料電池で発生する電力が集電グリッドを介して出力する。通常、この種の燃料電池は、制御手段でその電力出力状況を監視制御する必要があるが、燃料電池が定電流の出力時において、負荷に接続するとその電圧が徐々に下降し、約数十秒経過した後、電圧が定常の定電圧状態に入ることができることを図３に示す。しかし、回路を通じて定常の電圧/電流値を検出する場合、非常に長い反応時間を経過する必要があることで、制御の必要性に対して相当不利なものとなり、且つ、リアルタイムの監視制御ができない。
【０００３】
更に、通常燃料電池を使用する電子システム内に、その他の例えば充電式リチウム電池の二次電池のような電気エネルギー出力装置を組み合わせることで、燃料電池と二次電池の間の電力出力を調整してリアルタイムで負荷に反応させることができるため、燃料電池の出力の力率もリアルタイムで監視制御しなければならない。
【０００４】
本発明の発明者は、従来の燃料電池がスピーディーに燃料電池からの出力電力に反応できないことに鑑み、一種の電池の電力検出方法の改良に努めることで、燃料電池から出力される電圧、電流、及び、力率をリアルタイムで監視制御できるものにした。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、一種の燃料電池の電力検出方法を提供することで、燃料電池が定常に入る前に、燃料電池から出力される電圧、電流、及び、力率を得ることができる。
【０００６】
本発明の別の目的は、一種の燃料電池の電力検出方法を提供し、また、燃料電池の出力特性を介することで、燃料電池の過渡過程中において、燃料電池から出力された電圧、電流、力率、及び、その操作温度を得ることができる。
【０００７】
本発明の更なる目的は、一種の燃料電池の電力検出方法を提供し、また、二次電池に組み合わせるシステム内において応用し、リアルタイムで燃料電池の電力出力の監視制御を介することで、同時に二次電池の電力出力を調整して、負荷に必要な出力電力に達することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上述の目的を達成するため、本発明は、一種の燃料電池の電力検出方法及びその応用で、この燃料電池の電力検出方法には、燃料電池を電圧/電流の判別手段、及び、蓄積手段を具備する回路である主制御回路に電気的に接続を提供することと、過渡電圧の変化率を演算し、燃料電池が起動して負荷電力を供給した後、電圧が初期電圧から定常電圧まで下降する過渡過程において、第一参考時間と第二参考時間の電圧値を捕捉し、また該主制御回路を介して電圧/電流の判別手段を使用して電圧が時間と伴に変化率を演算することと、過渡電圧の変化率の対応関係を検査し、主制御回路は蓄積手段で蓄積した過渡電圧の変化率と特定操作温度下の燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係を介することで、燃料電池が定常に入る時の定常電圧値と定常電流値を得ること、及び、燃料電池の出力電力が定格出力を満たしているかどうかを検査し、前記ステップで得られた定常時の定常電圧値と定常電流値を介することで、主制御回路を経由してその力率を演算し、燃料電池の出力電力が定格出力を満たしているかどうかを判断するステップを含むことを提供することにある。
【０００９】
更に、本発明は燃料電池がその他の電気エネルギーの出力装置と組合せることでマルチエネルギーの出力に応用できることである。
【００１０】
その他、本発明の主制御回路は、温度検出メカニズムを具備することができ、この温度検出メカニズムは、燃料電池の無負荷下の初期電圧を捕捉し、また、該蓄積手段で蓄積した燃料電池の無負荷下の初期電圧と燃料電池の操作温度の対応関係を介することで、燃料電池の操作温度を得ることができる。
【００１１】
該項目を熟知する技術者に本発明の目的、特徴、及び、効果を理解してもらうため、下記の具体的な実施例を介すると共に付属の図式を組合せ、本発明に対する詳細な説明を以下のとおり行うものである。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明である燃料電池の電力検出方法及び負荷の回路を具備したデバイスに応用した関連の見取図である。図１を参考にすると、本発明は、燃料電池(1)が主制御回路(2)に電気的に接続し、且つ、該主制御回路(2)が負荷(3)に電気的に接続し、該主制御回路(2)を介することで該燃料電池(1)の運転を操作し、また、燃料電池(1)が変換した電圧の電力を該負荷(3)の使用に供給する。この中の該燃料電池(1)は、水素リッチ燃料、酸素燃料、及び、触媒物質を介することで電気化学的反応を起して電力を発生する一種のエネルギー変換器であり、また該燃料電池(1)が発生する電力を該主制御回路(2)に出力する。該主制御回路(2)には、電圧/電流の判別手段、及び、蓄積手段を具備する回路であり、且つ、該電圧/電流の判別手段は電圧が時間と伴に変化率を演算し、該蓄積手段が過渡電圧の変化率と燃料電池出力電圧、及び、燃料電池から出力される電流の対応関係を蓄積し、この対応関係は直接数値表、或いは、関係式の方式で存在できる。
【００１３】
前記の燃料電池(1)は、プリント回路板の製造工程を利用して製造された燃料電池である。
【００１４】
その他、前記本発明である燃料電池の電力検出方法を使用するシステム内において、該主制御回路(2)に更に一歩進んで温度検出メカニズム(21)を具備することができ、該温度検出メカニズム(21)は、例えば熱電対(thermocouple)、或いは、その他任意の温度を検出できる装置のような温度検出器とすることができ、これにより該燃料電池(1)の温度を検出でき、またこの温度値を該主制御回路(2)にフィードバックすることで該燃料電池(1)の運転温度を提供できる。この状況下において、該蓄積手段は、過渡電圧の変化率と燃料電池の操作温度、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係を蓄積する。
【００１５】
図２は、本発明である燃料電池の電力検出方法を応用したシステムの操作チャート図である。図３は、本発明で使用する燃料電池の起動操作が安定するまでの時間-電圧関係の見取図である。図４は、本発明である燃料電池の電力検出方法の過渡電圧の変化率と燃料電池の操作温度、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係の見取図である。図２を参考にすると、本発明である燃料電池の電力検出方法を応用したシステムの操作ステップには、ステップ101、ステップ102、ステップ103、及び、ステップ104を包括する。前記の本発明である燃料電池の電力検出方法を応用するシステムに基づき、その運転ステップには、ステップ101が燃料電池の操作温度を検出し、該燃料電池(1)の操作を開始し、且つ、該温度検出メカニズム(21)が燃料電池(1)の温度状態を該主制御回路(2)にフィードバックすることと、ステップ102は過渡電圧の変化率を演算して、図３に示すとおりあり、該主制御回路(2)がその電圧/電流の判別手段を介して電圧が時間と伴に変化率を演算し、その燃料電池(1)の初期電圧がV0で、この電圧V0が無負荷下で、且つ、燃料電池の特定操作温度における特性に対応し、燃料電池(1)が時間t0に起動して負荷(3)電力を供給した後、電圧V0が徐々に減衰でき、且つ、電流が安定なIS値(ただしこの時のこの電流値は未だ分からない)となり、これにより第一参考時間t1と第二参考時間t2においてそれぞれ対応した電圧値V1とV2を捕捉することができ、また、主制御回路(2)を介した過渡電圧の変化率を演算できることと、ステップ103、過渡電圧の変化率の対応関係を検査し、主制御回路(2)が図４に示すとおりの過渡電圧の変化率と燃料電池の操作温度、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係を介し、また、前記ステップで得られた操作温度と過渡電圧の変化率を該関係内に対応させることで、燃料電池が定常に入る時の電圧VS値と電流IS値を得ることができることと、ステップ104では、燃料電池の出力電力が定格出力を満たしているかどうかを検査し、前記ステップで得られた定常時の電圧VSと電流ISを介して、主制御回路(2)でその力率を演算することで、燃料電池(1)の出力電力が定格出力を満たしているかどうかを判断できる。
【００１６】
その他、図３を参考にすると、燃料電池の無負荷下の初期電圧V0は、燃料電池の特定操作温度における特性に対応し、これにより、主制御回路(2)を介して無負荷下の初期電圧V0を検出でき、また、該蓄積手段は燃料電池の無負荷下の初期電圧と燃料電池の操作温度、或いは、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係を蓄積することで、更に一歩進んで燃料電池の操作温度を得ることができる。故に、前記ステップ内の燃料電池の操作温度は、燃料電池の無負荷下の初期電圧V0を検出することで得られる、或いは、直接初期電圧V0を該蓄積手段で蓄積した対応関係内の燃料電池の操作温度として代替できる。
【００１７】
図５は、本発明である燃料電池の電力検出方法及び負荷を具備した第二実施例の回路デバイスに応用した関連の見取図である。図５を参考にすると、本発明の前記の実施例に基づき、本発明である燃料電池の電力検出方法は、第二電池(4)を具備したシステム内に使用でき、且つ、前記の主制御回路(2)に更に一歩進んで論理演算器(22)、メモリデバイス(23)、及び、直流変圧器(24)を具備させることができる。該第二電池(4)は、別の電力発生装置として蓄積した化学エネルギーを電気エネルギーへ変換できる一次電池、或いは、二次電池であり、また、電力を発生して出力する。例を挙げると該第二電池(4)をアルカリ電池の一次電池、或いは、リチウム電池の二次電池とすることができる。更に、該主制御回路(2)内の該論理演算器(22)は、電圧/電流の判別手段を具備する回路であり、また、該燃料電池(1)と第二電池(4)の操作を制御でき、該メモリデバイス(23)は蓄積手段を提供する集積回路であり、前記の各種情報を保存、及び、該直流変圧器(24)(DC converter)が降圧論理(buck logic)手段、或いは、昇圧論理(boost logic)手段を具備し、負荷(3)に必要な電圧を組み合わせることで、該燃料電池(1)、或いは、第二電池(4)から出力する電力を対応する電圧の大きさに転換して形成する。
【００１８】
図６は、本発明である燃料電池の電力検出方法を応用したシステムの第二実施例の操作チャート図である。図６を参考にすると、本発明である燃料電池の電力検出方法の応用システムの操作ステップには、ステップ201、ステップ202、ステップ203、ステップ204、及び、ステップ205を包括する。前記の本発明である燃料電池の電力検出方法を応用するシステムの第二実施例に基づき、その運転ステップには、ステップ201が燃料電池の操作温度を検出し、該燃料電池(1)の操作を開始し、且つ、該温度検出メカニズム(21)が燃料電池(1)の温度状態を該主制御回路(2)にフィードバックすることと、ステップ202は過渡電圧の変化率を演算して、図３に示すとおりあり、該主制御回路(2)がその電圧/電流の判別手段を介して電圧が時間と伴に変化率を演算し、その燃料電池(1)の初期電圧がV0で、この電圧V0が無負荷下で、且つ、燃料電池の特定操作温度における特性に対応し、燃料電池(1)が時間t0に起動して負荷(3)電力を供給した後、電圧V0が徐々に減衰でき、且つ、電流が安定なIS値(ただしこの時のこの電流値は未だ分からない)となり、これにより第一参考時間t1と第二参考時間t2においてそれぞれ対応した電圧値V1とV2を捕捉することができ、また、主制御回路(2)を介した過渡電圧の変化率を演算できることと、ステップ203、過渡電圧の変化率の対応関係を検査し、主制御回路(2)が図４に示すとおりの過渡電圧の変化率と燃料電池の操作温度、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係を介し、また、前記ステップで得られた操作温度と過渡電圧の変化率を該関係内に対応させることで、燃料電池が定常に入る時の電圧VS値と電流IS値を得ることができることと、ステップ204では、燃料電池の出力電力が負荷に十分供給できるかどうかを検査し、前記ステップで得られた定常時の電圧VSと電流ISを介して、主制御回路(2)で燃料電池(1)が出力された力率を演算することで、負荷の要求を満たしているかどうかを判断する。ステップ205は、燃料電池の出力電力を調整し、該主制御回路(2)が前記ステップで得られた燃料電池(1)出力の力率を介して負荷(3)の需要を満たしているかどうかを判断し、燃料電池(1)から出力された力率が燃料電池の最大出力の力率に達した時、やはり負荷(3)の必要とする力率を満たすことができない場合、主制御回路(2)の論理演算器(22)が第二電池(4)と燃料電池(1)の並列給電状態を選択することができ、同時に電力出力を提供すると共に該直流変圧器(24)を介し燃料電池(1)、及び、第二電池(4)からの出力された電力を安定電圧に変換して該負荷(3)に供給している。
【００１９】
その他、前記ステップ内において、燃料電池(1)が単独で該負荷(3)に必要な電力を供給できる時、該理論演算器(22)は、第二電池(4)の電力出力の停止を選択でき、また、該燃料電池(1)が同時に第二電池(4)に電力供給することを選択でき、これにより第二電池(4)への充電を行う。
【００２０】
更に、前記燃料電池の操作温度は、すでに知られている特定値を設定することもでき、これにより、測燃料電池の操作温度検出のステップを省略することができる。
【００２１】
本発明における具体的な実施例を上記に記載したが、本発明の実施範囲が制限されるものではなく、この技術を熟知している任意のものが、本発明の精神と範囲内に基づいた各種の改変と修飾を行うことについて、その改変と修飾もまた本発明の請求範囲に属するものとし、本発明の保護範囲は特許請求範囲で定めたものを基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明である燃料電池の電力検出方法及び負荷の回路を具備したデバイスに応用した関連の見取図である。
【図２】本発明である燃料電池の電力検出方法を応用したシステムの操作チャート図である。
【図３】本発明で使用する燃料電池の起動操作が安定するまでの時間-電圧関係の見取図である。
【図４】本発明である燃料電池の電力検出方法の過渡電圧の変化率と燃料電池の操作温度、燃料電池の出力電圧、及び、燃料電池の出力電流の対応関係の見取図である。
【図５】本発明である燃料電池の電力検出方法及び負荷を具備した第二実施例の回路デバイスに応用した関連の見取図である。
【図６】本発明である燃料電池の電力検出方法を応用したシステムの第二実施例の操作チャート図である。
【符号の説明】
【００２３】
(1) 燃料電池
(2) 主制御回路
(21)  温度検出メカニズム
(22) 論理演算器
(23) メモリデバイス
(24)  直流変圧器
(3) 負荷
(4) 第二電池
ステップ101：燃料電池の操作温度の検出
ステップ102：過渡電圧の変化率の演算
ステップ103：過渡電圧の変化率の対応関係の検査
ステップ104：燃料電池の出力電力が定格出力を満たしているかどうかを検査
ステップ201：燃料電池の操作温度の検出
ステップ202：過渡電圧の変化率の演算
ステップ203：過渡電圧の変化率の対応関係の検査
ステップ204：燃料電池の出力電力が負荷に十分供給できるかどうかを検査
ステップ205：燃料電池の出力電力の調整
t0：起動時間
t1：第一参考時間
t2：第二参考時間
V0：t0時の初期電圧
V1：t1時の電圧
V2：t2時の電圧
VS：定常電圧
IS：定常電流
【図１】
2007059369.tif 000003
【図２】
2007059369.tif 000004
【図３】
2007059369.tif 000005
【図４】
2007059369.tif 000006
【図５】
2007059369.tif 000007
【図６】
2007059369.tif 000008