(57)【要約】 【課題】  駆動装置とエネルギー管理モジュールを提供する。【解決手段】  負荷を駆動する駆動装置であって、二次電池、燃料電池、燃料補給装置、及び前記二次電池、前記燃料電池と、前記燃料補給装置に接続され、電流信号を前記負荷に発生し、前記燃料電池の電気信号と液位信号に基づいて、第１と第２補給信号を前記燃料供給装置に発生し、前記燃料供給装置を駆動して、燃料溶液を前記燃料電池に補給するエネルギー管理モジュールを含む駆動装置。【選択図】      図２
2009170405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動する駆動装置であって、
二次電池、
燃料電池、
燃料補給装置、及び
前記二次電池、前記燃料電池と、前記燃料補給装置に接続され、電流信号を前記負荷に発生し、前記燃料電池の電気信号と液位信号に基づいて、第１と第２補給信号を前記燃料供給装置に発生し、前記燃料供給装置を駆動して、燃料溶液を前記燃料電池に補給するエネルギー管理モジュール
を含む駆動装置。
【請求項２】
前記燃料電池は、
膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）モジュール、及び
前記ＭＥＡモジュールに燃料溶液を提供し、電気信号を発生する燃料蓄積装置を含む請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記燃料蓄積装置は、液位センサを更に含み、前記液位センサは、燃料蓄積装置の燃料溶液の液位状態に基づいて前記液位信号を提供する請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記エネルギー管理モジュールは、
処理ユニット、及び
温度検出ユニットを含み、
前記温度検出ユニットは、前記燃料電池の温度状態に基づいて前記温度信号を前記処理ユニットに発生し、前記処理ユニットは、前記電気信号、前記液位信号と、前記燃料電池の温度信号に基づいて、前記第１と第２信号を前記燃料供給装置に発生する請求項１に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記燃料補給装置は、
第１濃度燃料補給ユニット、及び
第２濃度燃料補給ユニットを含み、
前記第１濃度燃料補給ユニットは、前記第１補給信号に基づいて、第１濃度燃料溶液を前記燃料電池に補給し、前記第２濃度燃料補給ユニットは、前記第２補給信号に基づいて、第２濃度燃料溶液を前記燃料電池に補給し、前記第１濃度燃料溶液は、前記第２濃度燃料溶液の濃度より高い燃料濃度を有する請求項１に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記第１濃度燃料溶液は、５０％（ｖｏｌ％）より高い燃料濃度を有し、前記第２濃度燃料溶液は、１０％（ｖｏｌ％）より少ない燃料濃度を有する請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記第１濃度燃料溶液は、１００％（ｖｏｌ％）の燃料濃度を有し、第２濃度燃料溶液は、約３〜１０％（ｖｏｌ％）の燃料濃度を有する請求項５に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記第１濃度燃料溶液と前記第２濃度燃料溶液は、メタノールと水の溶液である請求項５に記載の駆動装置。
【請求項９】
第１ポンプは、前記第１濃度燃料補給ユニット内に設置され、前記第１補給信号に基づいて前記第１濃度燃料溶液を補給し、第２ポンプは、前記第２濃度燃料補給ユニット内に設置され、前記第２補給信号に基づいて前記第２濃度燃料溶液を補給する請求項５に記載の駆動装置。
【請求項１０】
二次電池、燃料電池と、燃料補給装置に接続されて負荷を駆動し、前記燃料補給装置に補給するエネルギー管理モジュールであって、
処理ユニット、及び
温度検出ユニットを含み、
前記温度検出ユニットは、前記燃料電池の温度状態に基づいて、前記処理ユニットの温度信号を提供し、前記処理ユニットは、前記電気信号、前記液位信号と、前記燃料電池の前記温度信号に基づいて、第１と第２補給信号を前記燃料供給装置に発生するエネルギー管理モジュール。
【請求項１１】
前記燃料供給装置は、
前記燃料電池からの前記電気信号を検出する検出回路、及び
前記検出回路と前記温度検出ユニットに接続され、前記電気信号、前記液位信号と、前記温度信号に基づいて、前記第１と第２補給信号を前記燃料補給装置に発生するマイクロプロセッサを含む請求項１０に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項１２】
前記燃料補給装置は、
第１濃度燃料補給ユニット、及び
第２濃度燃料補給ユニットを含み、前記第１濃度燃料補給ユニットは、前記第１補給信号に基づいて、第１濃度燃料溶液を前記燃料電池に補給し、前記第２濃度燃料補給ユニットは、前記第２補給信号に基づいて、第２濃度燃料溶液を前記燃料電池に補給し、前記第１濃度燃料溶液は、前記第２濃度燃料溶液の濃度より高い燃料濃度を有する請求項１１に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項１３】
前記第１と第２濃度燃料溶液間は、濃度比Ａを有し、前記検出回路は、電気信号に基づいて、電圧信号と電流信号を順次に発生し、前記マイクロプロセッサは、前記燃料電池の効率値を得て、前記第１濃度燃料溶液に補給する理論値Ｙ０と、前記第２濃度燃料溶液に補給する第２定量ＹＬを得て、公式Ｙ２＝Ｙ０−（ＹＬ＊Ａ）に基づいて、前記第１濃度燃料溶液に補給する第１定量Ｙ２を得る請求項１２に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項１４】
第１補給ポンプは、前記第１濃度燃料補給ユニット内に設置され、前記第１補給信号に基づいて前記第１濃度燃料溶液を補給し、第２補給ポンプは、前記第２濃度燃料補給ユニット内に設置され、前記第２補給信号に基づいて第２濃度燃料溶液を補給し、前記マイクロプロセッサは、前記第１定量Ｙ２と前記第２定量ＹＬを前記第１補給信号と前記第２補給信号にそれぞれ変換し、前記第１補給ポンプと第２補給ポンプに伝送する請求項１３に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項１５】
前記第１濃度燃料溶液は、５０％（ｖｏｌ％）より高い燃料濃度を有し、前記第２濃度燃料溶液は、１０％（ｖｏｌ％）より少ない燃料濃度を有する請求項１２に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項１６】
前記第１濃度燃料溶液は、１００％（ｖｏｌ％）の燃料濃度を有し、第２濃度燃料溶液は、約３〜１０％（ｖｏｌ％）の燃料濃度を有する請求項１５に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項１７】
前記第１濃度燃料溶液と前記第２濃度燃料溶液は、メタノールと水の溶液である請求項１２に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項１８】
負荷を駆動する駆動装置であって、
二次電池、
燃料電池、
燃料補給装置、及び
前記二次電池、前記燃料電池と、前記燃料補給装置に接続され、電流信号を前記負荷に発生し、前記燃料電池の燃料濃度信号と液位信号に基づいて、第１と第２補給信号を前記燃料供給装置に発生し、前記燃料供給装置を駆動して、燃料溶液を前記燃料電池に補給する駆動装置。
【請求項１９】
前記燃料電池は、
膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）モジュール、及び
前記ＭＥＡモジュールの燃料溶液を提供する燃料蓄積装置を含み、液位センサと濃度センサが前記燃料蓄積装置に設置され、前記液位センサが前記燃料蓄積装置の前記燃料溶液の液位状態に基づいて前記液位信号を発生し、前記濃度センサが前記燃料蓄積装置の前記燃料溶液の液位状態に基づいて前記濃度信号を発生する請求項１８に記載の駆動装置。
【請求項２０】
前記エネルギー管理モジュールは、
前記燃料濃度信号と前記液位信号に基づいて前記第１と前記第２補給信号を前記燃料補給装置に発生する処理ユニットを含む請求項１８に記載の駆動装置。
【請求項２１】
前記燃料補給装置は、
第１濃度燃料補給ユニット、及び
第２濃度燃料補給ユニットを含み、前記第１濃度燃料補給ユニットは、前記第１補給信号に基づいて、第１濃度燃料溶液を前記燃料電池に提供し、前記第２濃度燃料補給ユニットは、前記第２補給信号に基づいて、第２濃度燃料溶液を前記燃料電池に提供し、前記第１濃度燃料溶液は、前記第２濃度燃料溶液の濃度より高い燃料濃度を有する請求項１８に記載の駆動装置。
【請求項２２】
前記第１濃度燃料溶液は、５０％（ｖｏｌ％）より高い燃料濃度を有し、前記第２濃度燃料溶液は、１０％（ｖｏｌ％）より少ない燃料濃度を有する請求項２１に記載の駆動装置。
【請求項２３】
前記第１濃度燃料溶液は、１００％（ｖｏｌ％）の燃料濃度を有し、第２濃度燃料溶液は、約３〜１０％（ｖｏｌ％）の燃料濃度を有する請求項２１に記載の駆動装置。
【請求項２４】
前記第１濃度燃料溶液と前記第２濃度燃料溶液は、メタノールと水の溶液である請求項２１に記載の駆動装置。
【請求項２５】
第１ポンプは、前記第１濃度燃料補給ユニット内に設置され、前記第１補給信号に基づいて前記第１濃度燃料溶液を提供し、第２ポンプは、前記第２濃度燃料補給ユニット内に設置され、前記第２補給信号に基づいて前記第２濃度燃料溶液を提供する請求項２１に記載の駆動装置。
【請求項２６】
二次電池、燃料電池と、燃料補給装置に接続されて負荷を駆動し、前記燃料補給装置に補給するエネルギー管理モジュールであって、
前記燃料電池の燃料濃度信号と液位信号に基づいて、前記第１と前記第２補給信号を前記燃料補給装置に発生する処理ユニットを含むエネルギー管理モジュール。
【請求項２７】
前記処理ユニットは、燃料温度信号と前記液位信号に基づいて、前記第１と前記第２補給信号を前記燃料補給装置に発生するマイクロプロセッサを含む請求項２６に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項２８】
前記燃料補給装置は、
第１濃度燃料補給ユニット、及び
第２濃度燃料補給ユニットを含み、前記第１濃度燃料補給ユニットは、前記第１補給信号に基づいて、第１濃度燃料溶液を前記燃料電池に提供し、前記第２濃度燃料補給ユニットは、前記第２補給信号に基づいて、第２濃度燃料溶液を前記燃料電池に提供し、前記第１濃度燃料溶液は、前記第２濃度燃料溶液の濃度より高い燃料濃度を有する請求項２６に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項２９】
前記第１と第２濃度燃料溶液間は、濃度比Ａを有し、前記マイクロプロセッサは、前記第１濃度燃料溶液に補給する理論値Ｙ０と、前記第２濃度燃料溶液に補給する第２定量ＹＬを得て、且つ公式Ｙ２＝Ｙ０−（ＹＬ＊Ａ）に基づいて、前記第１濃度燃料溶液に補給する第１定量Ｙ２を得る請求項２８に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項３０】
第１補給ポンプは、前記第１濃度燃料補給ユニット内に設置され、前記第１補給信号に基づいて前記第１濃度燃料溶液を補給し、第２補給ポンプは、前記第２濃度燃料補給ユニット内に設置され、前記第２補給信号に基づいて第２濃度燃料溶液を補給し、前記マイクロプロセッサは、前記第１定量Ｙ２と前記第２定量ＹＬを前記第１補給信号と前記第２補給信号にそれぞれ変換し、前記第１補給ポンプと第２補給ポンプに伝送する請求項２８に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項３１】
前記第１濃度燃料溶液は、５０％（ｖｏｌ％）より高い燃料濃度を有し、前記第２濃度燃料溶液は、１０％（ｖｏｌ％）より少ない燃料濃度を有する請求項３０に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項３２】
前記第１濃度燃料溶液は、１００％（ｖｏｌ％）の燃料濃度を有し、第２濃度燃料溶液は、約３〜１０％（ｖｏｌ％）の燃料濃度を有する請求項３１に記載のエネルギー管理モジュール。
【請求項３３】
前記第１濃度燃料溶液と前記第２濃度燃料溶液は、メタノールと水の溶液である請求項２８に記載のエネルギー管理モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷を駆動する駆動装置に関し、特に、燃料電池を含む駆動装置と、それに用いられるエネルギー管理モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、非常用予備発電、輸送可能な電源システム、または携帯型電子装置等に広く用いられている。各燃料電池は、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を含む。一定濃度の燃料がＭＥＡの陽極に提供され、適量の酸素がＭＥＡの陰極に提供された時、陽極と陰極間の電位差が化学反応により発生される。そして、燃料電池が電力を外部負荷に提供する。燃料電池による生成物は、二酸化炭素と水であり、有機物は生成されない。よって、燃料電池は、環境にやさしい。従来の燃料電池は、メタノール水溶液を発電用燃料とするダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を含む。
【０００３】
しかし、従来のＤＭＦＣに用いられるメタノール水溶液の濃度は、既定値で制御されてメタノールクロスオーバーを防止しているため、ＭＥＡの発電効率を低下させる可能性がある。メタノール水溶液のこの既定値は、ＤＭＦＣに用いられるＭＥＡの性質によって決まり、通常、１０％（ｖｏｌ％）を超えない。また、ＤＭＦＣは、操作温度と環境温度によって影響され易く、その操作温度と環境温度が高すぎた場合（通常、６０℃の温度以上）、発電効率が低下する可能性がある。
【０００４】
ＤＭＦＣの反応は、下記の公式（１）〜（３）に基づいて発生する。
【０００５】
（１）陽極で：  ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
【０００６】
（２）陰極で：  １.５Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →３Ｈ２Ｏ
【０００７】
（３）全反応で：  ＣＨ３ＯＨ＋１.５Ｏ２  →  ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
【０００８】
全ての反応から分るように、水はＤＭＦＣの操作中に生成される。しかし、水は、反応中に蒸発する可能性があり、蒸発した水の量は、環境温度と操作温度などの要因により、ＤＭＦＣの操作中のその生成量より多い可能性がある。また、メタノール水溶液のメタノールの量は、ＤＭＦＣの反応時間が増加した時、減少され、メタノール水溶液の濃度は、反応時間が増加した時、減少される。メタノール水溶液の濃度が低すぎた場合、陽極で発生された水素イオンは、減少し、メタノールと水の量は、ＤＭＦＣの連続的な化学反応を持続するために増加されてＤＭＦＣの連続運転を維持する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
駆動装置とエネルギー管理モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
負荷を駆動する駆動装置であって、二次電池、燃料電池、燃料補給装置と、二次電池、燃料電池と、燃料補給装置に接続されたエネルギー管理モジュールを含み、電流信号を負荷に発生し、燃料電池の電気信号と液位信号に基づいて、第１と第２補給信号を燃料供給装置に発生する。エネルギー管理モジュールは、燃料供給装置を駆動し、燃料溶液を燃料電池に補給する。
【００１１】
二次電池、燃料電池と、燃料補給装置に接続され、負荷を駆動して、燃料電池に補給するエネルギー管理モジュールが提供される。エネルギー管理モジュールは、処理ユニットと、温度検出ユニットを含み、温度検出ユニットは、燃料電池の温度状態に基づいて処理ユニットの温度信号を提供し、処理ユニットは、燃料電池の電気信号、液位信号と、温度信号に基づいて、第１と第２信号を燃料供給装置に発生する。
【００１２】
二次電池、燃料電池、燃料補給装置と、二次電池、燃料電池と、燃料補給装置に接続されたエネルギー管理モジュールを含み、電流信号を負荷に発生する、負荷を駆動するもう１つの駆動装置が提供される。駆動装置は、燃料濃度信号と燃料電池からの液位信号に基づいて、第１と第２信号を燃料供給装置に発生し、燃料補給装置を駆動して燃料電池に燃料補給を提供する。
【００１３】
二次電池、燃料電池と、燃料補給装置に接続され、負荷を駆動し、燃料補給装置に補給するもう１つのエネルギー管理モジュールが提供される。エネルギー管理モジュールは、処理ユニットを含み、燃料電池からの燃料濃度信号と液位信号に基づいて第１と第２信号を燃料補給装置に発生する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の駆動装置のエネルギー管理モジュールは、その中の燃料電池安定した制御と管理をすることができ、燃料電池とその中の燃料補給装置の設置によって、純燃料と水分の補給をする。よって、燃料電池の安定した発電効率を駆動装置に提供し、長時間操作することができる。また、用いられる燃料補給装置は、一般的なタンクと定量ポンプなどの装置を用いているだけで、燃料電池の燃料溶液の濃度は、エネルギー管理モジュールによって制御され、管理されることができる。よって、簡易化したシステム構成と簡単な操作などの利点を有する。よって、人工的に燃料電池の燃料溶液を調整する不便と可能な問題が防げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【００１６】
図１は、駆動システムの実施例の概略図である。駆動システム１００は、駆動装置１１０と負荷１２０を含む。負荷１２０は、駆動装置１１０によって提供された電源信号を受け、関連する機能を実行する。この実施例では、負荷１２０は、ファン、ポンプ、加熱器、またはその他の電気機器である。
【００１７】
図２は、駆動装置の実施例の概略図である。駆動装置１１０は、二次電池２１０、燃料電池２２０、エネルギー管理モジュール２３０と、燃料補給装置２４０を含む。二次電池２１０は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッカド電池、またはニッケル水素電池などの再充電可能電池である。エネルギー管理モジュール２３０は、二次電池２１０、燃料電池２２０と、燃料補給装置２４０に接続され、二次電池２１０によって発生された電気信号ＳＳＥＣと、燃料電池２２０によって発生された電気信号ＳＦＣとに基づいて負荷１２０を駆動する。エネルギー管理モジュール２３０はまた、燃料電池２２０からの電気信号ＳＦＣと液位信号ＳＬに基づいて、２つの補給信号ＳＨＬＳとＳＬＬＳを異なる燃料濃度の２つの燃料補給ユニット（図示されていない）にそれぞれ発生させることで、燃料補給装置２４０内の燃料ポンプ（図示されていない）を駆動し、異なる濃度の燃料を燃料電池２２０に補給する。よって、燃料電池２２０は、純燃料（ｐｕｒｅ ｆｕｅｌ）と水で補給されて電気発生し、駆動装置１１０の安定した長時間の運転を維持することができる。この実施例では、電気信号ＳＳＥＣとＳＦＣ、液位信号ＳＬ、補給信号ＳＨＬＳとＳＬＬＳは、例えば電圧信号または電流信号からなることができる。
【００１８】
図３は、エネルギー管理モジュールの実施例の概略図である。図３に示されるように、エネルギー管理モジュール２３０は、電圧変換ユニット３１０と電流発生ユニット３２０を含む。電圧変換ユニット３１０は、電気信号ＳＳＥＣまたはＳＦＣを変換して電圧信号ＳＤＣを発生し、電流発生ユニット３２０は、電圧信号ＳＤＣを受け、信号グループＳＣＧ１に基づいて異なる電流を負荷に発生する。この実施例では、エネルギー管理モジュール２３０は、処理ユニット３３０、スイッチユニット３４０と、温度検出ユニット３５０を更に含む。処理ユニット３３０は、検出回路３３１とマイクロプロセッサ３３２を含む。温度検出ユニット３５０は、燃料電池の操作温度、または燃料電池の環境温度を検出し、温度信号ＳＴを処理ユニット３３０のマイクロプロセッサ３３２に提供することができる。検出回路３３１は、燃料電池からの電気信号ＳＦＣを検出し、対応する電圧信号または電流信号を発生し、燃料電池の電気状態を表す。マイクロプロセッサ３３２は、検出回路３３１に接続され、上述の電圧信号、または電流信号を受ける。よって、マイクロプロセッサ３３２は、上述の電気信号ＳＦＣ、液位信号ＳＬと、温度信号ＳＴに基づいて、補給信号ＳＬＬＣとＳＨＬＣを燃料補給装置２４０（図２を参照）に発生することができるため、燃料補給装置２４０は、補給燃料を燃料電池に提供することができる。
【００１９】
この実施例では、処理ユニット３３０は、燃料電池の状態（ｅ.ｇ.電気信号ＳＦＣ、液位信号ＳＬと、温度信号ＳＴ）に基づいて、信号グループＳＣＧ１を電流発生ユニット３２０に提供する。よって、電流発生ユニット３２０は、燃料電池の状態に基づいて異なる電流を負荷に提供することができる。提供された電流信号は、燃料電池内の燃料消費に比例する。また、処理ユニット３３０は、燃料電池の状態に基づいて信号グループＳＣＧ２をスイッチユニット３４０に更に提供する。よって、スイッチユニット３４０は、上述の燃料電池の状態に基づいて、電気信号ＳＦＣを電圧変換ユニット３１０に伝送し、処理ユニット３３０からの補給信号ＳＬＬＣとＳＨＬＣに基づいて、燃料補給装置２４０（図２を参照）によって燃料と水の補給を燃料電池に提供する。よって、電流発生ユニット３２０で受けた電圧信号ＳＤＣを安定させ、安定した電流を負荷に提供する。
【００２０】
図４は、燃料電池２２０の実施例の概略図であり、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）モジュール４１０と燃料蓄積装置４２０を含んでいる。燃料蓄積装置４２０は、ＭＥＡモジュール４１０に接続され、ＭＥＡモジュール４１０の電気発生用の燃料溶液の保存と提供をする。燃料蓄積装置４２０は、分流と合流装置（図示されていない）を含んで、ＭＥＡモジュール４１０内に流れる燃料溶液の伝送と回収をする。燃料蓄積装置は、例えば、そこに設置された液位センサ４２２を有するタンクであることができる。液位センサ４２２は、燃料蓄積装置の液位状態に基づいて、液位信号ＳＬをエネルギー管理モジュール２３０の処理ユニット３３０のマイクロプロセッサ３３２に提供する。燃料蓄積装置４２０内の液位は、例えば、最高液位（ＨＨ）、高液位（Ｈ）、低液位（Ｌ）と、最低液位（ＬＬ）を含む高い位置から低い位置に定義される。最高液位と最低液位は、ほぼ満杯の液位とほぼ空の液位にそれぞれ対応し、高液位と低液位は、上述の２つの液位の間に位置され、燃料溶液の濃度によって決まる。一般的に、高液位と低液位間の液位の燃料溶液の濃度は、ＭＥＡモジュール４１０の電気発生を安定させることができる燃料溶液の濃度である。ＤＭＦＣの燃料電池を例にすると、好ましいメタノール水溶液の濃度は、約３〜１０％であり、その中に用いられるＭＥＡモジュールの電気発生を安定させる。よって、エネルギー管理モジュール２３０の処理ユニット３３０は、燃料電池の燃料蓄積装置の液位状態を得ることができ、液位状態と燃料電池からの電気信号の状態に基づいて、適当な補給信号ＳＬＬＣとＳＨＬＣを燃料補給装置２４０に発生する。
【００２１】
図５は、燃料補給装置の実施例の概略図である。図５に示すように、燃料補給装置２４０は、第１濃度燃料補給ユニット５１０と第２濃度燃料補給ユニット５１４を含む。第１濃度燃料補給ユニット５１０は、補給信号ＳＨＬＣに基づいて一定量の第１濃度燃料溶液を燃料電池２２０の燃料蓄積装置４２０に提供することができ、第２濃度燃料補給ユニット５１４は、補給信号ＳＬＬＣに基づいて一定量の第２濃度燃料溶液を燃料電池２２０の燃料蓄積装置４２０に提供することができる。第１濃度燃料溶液は、第２濃度燃料溶液の濃度より高い燃料濃度を有し、第１濃度燃料補給ユニット５１０と第２濃度燃料補給ユニット５１４は単独に、または同時に、または順次に操作して燃料蓄積装置４２０に燃料溶液補給を提供することができる。第１濃度燃料補給ユニット５１０と第２濃度燃料補給ユニット５１４は、燃料蓄積装置４２０より大きい体積を有するタンクであることができ、これは、長時間の補給に有益である。第１補給ポンプ５１２は、第１濃度燃料補給ユニット５１０内に設置され、補給信号ＳＨＬＳに基づいて第１濃度燃料溶液を補給する。第２補給ポンプ５１４は、第２濃度燃料補給ユニット５１４内に設置され、補給信号ＳＬＬＳに基づいて第２濃度燃料溶液を補給する。第１と第２補給ポンプ５１２と５１４は、例えば定量ポンプであることができる。
【００２２】
１つの実施例では、第１濃度燃料溶液は、通常５０％（ｖｏｌ％）を超える濃度を有し、これは、主に補給燃料溶液の損耗の純燃料量（水を含まない）である。第２濃度燃料溶液は、通常１０％（ｖｏｌ％）より少ない濃度を有し、この主な作用は、燃料溶液から蒸発された水分を補給する。好ましい実施例では、第１濃度燃料溶液は、通常１００％（純燃料溶液）の濃度を有し、第２濃度燃料溶液は、約３〜１０％の濃度を有して水分の補給を提供し、燃料電池の燃料と水を補給する。この実施例では、燃料電池はＤＭＦＣであることができ、電気発生燃料溶液、第１濃度燃料溶液と、第２濃度燃料溶液は、前述の濃度のメタノール水溶液、または純メタノール溶液である。
【００２３】
図６は、制御方法の概略流れ図である。制御方法６００では、負荷は燃料電池によって駆動され、燃料電池は、エネルギー管理モジュールによって制御された燃料電池の燃料溶液補給を用いることで、長時間かつ安定した操作ができる。図６に表されるように、二次電池はまず、図３に表された回路（表示されていない）と異なる回路によって駆動されて、第２濃度補給ユニットの補給ポンプを駆動し、第２濃度燃料溶液を燃料電池の燃料蓄積装置の最高液位（ＨＨ）までポンプする。この時、第２濃度燃料溶液は、ＭＥＡモジュールを駆動して電気を発生することができ、その機能を安定させる（ステップＳ６１０）。このステップでは、二次電池の駆動前に、ＭＥＡモジュールと燃料蓄積装置は、空でその中に燃料溶液が存在しない。
【００２４】
続いて、燃料電池を駆動した後、ＭＥＡモジュールは、電気信号をエネルギー管理モジュールの処理ユニットに発生し、燃料電池の燃料蓄積装置の液位センサは、液位信号を処理ユニットに発生し、エネルギー管理モジュールの温度検出ユニットは、温度信号を処理ユニットに発生する。よって、処理ユニットは、上述の電気信号、液位信号と、温度信号に基づいて第１補給信号と第２補給信号を燃料補給装置に発生する（ステップＳ６２０）。
【００２５】
続いて、第１濃度燃料補給ユニットは、第１補給信号に基づいて第１定量の第１濃度燃料溶液を燃料電池の燃料蓄積装置内に補給する。第２濃度燃料補給ユニットは、第２補給信号に基づいて第２定量の第２濃度燃料溶液を燃料電池の燃料蓄積装置内に補給する。第１濃度燃料溶液は、第２濃度燃料溶液より高い燃料濃度を有する。第１ポンプは、第１濃度燃料供給ユニットに設置され、第２ポンプは、第２濃度燃料供給ユニットに設置されて、第１補給信号と第２補給信号に基づいて、第１と第２燃料溶液をそれぞれ補給する。よって、燃料電池の燃料蓄積装置の液位と燃料溶液の濃度が安定して維持され、燃料電池の安定した電気発生が提供される（ステップＳ６３０）。
【００２６】
図７は、上述のステップＳ６２０に示された処理信号に第１と第２補給信号を発生する実施例を表す流れ図である。まず、処理ユニットの検出回路は、燃料電池からの電気信号に基づいて、電圧信号と電流信号を順次に発生する（ステップＳ７１０）。
【００２７】
続いて、処理ユニットのマイクロプロセッサは、温度検出ユニットからの電圧信号と温度信号に基づいて、燃料電池の発電効率値を得る（ステップＳ７２０）。発電効率値は、上述の電圧信号と温度信号をマイクロプロセッサ内に保存された発電効率表と照合することで得られることができる。
【００２８】
続いて、処理ユニットのマイクロプロセッサは、電流信号に基づいて、且つ発電効率値を参照することによって、第１濃度燃料溶液の補給量Ｙ０を発生する。補給量Ｙ０は、理論値であるが燃料電池の実際の補給値ではなく、燃料電池の燃料溶液の燃料消費量に比例する（ステップＳ７３０）。
【００２９】
続いて、マイクロプロセッサは、燃料蓄積補給装置の液位信号に基づいて、第２濃度燃料溶液の補給量ＹＬを燃料蓄積装置に発生する（ステップＳ７４０）。上述の液位信号に基づくと、第２濃度の補給量は、下記のような各種の実施例を有することができる。
【００３０】
ａ．燃料蓄積装置の燃料溶液が高液位（Ｈ）より高いと液位信号が示した時、第２濃度燃料溶液の補給量ＹＬは、０となり、第２濃度燃料溶液の補給が行われない。
【００３１】
ｂ．燃料蓄積装置の燃料溶液が低液位（Ｌ）より低いと液位信号が示した時、第２濃度燃料溶液の補給量ＹＬは、低液位（Ｌ）から高液位（Ｈ）の量に設定される。
【００３２】
ｃ．燃料蓄積装置の燃料溶液が高液位（Ｈ）と低液位（Ｌ）の間の液位（Ｘ）にあると液位信号が示した時、第２濃度燃料溶液の補給量ＹＬは、定時に定量の補給が提供されることができる。前記補給量は、実験によって得られ、決められることができる。
【００３３】
続いて、マイクロプロセッサは、公式Ｙ２＝Ｙ０−（ＹＬ＊Ａ）に基づいて、実際の第１濃度燃料溶液の補給量Ｙ２を発生する。その中の標号Ａは、第２濃度燃料溶液と第１濃度燃料溶液間の濃度比を表しており（ステップＳ７５０）、既知値となる。
【００３４】
続いて、エネルギー管理モジュールの処理ユニットのマイクロプロセッサは、上述の補給量Ｙ２とＹＬを第１と第２補給信号にそれぞれ変換し、第１と第２濃度燃料補給ユニットにそれぞれ伝送する（ステップＳ７６０）。
【００３５】
上述のように、駆動装置のエネルギー管理モジュールは、燃料電池内の安定した制御と管理をすることができ、燃料電池と燃料補給装置の設置によって、純燃料と水分の補給をする。よって、燃料電池の安定した発電効率を駆動装置に提供し、長時間操作することができる。また、用いられる燃料補給装置は、一般的なタンクと定量ポンプなどの装置を用いているだけで、燃料電池の燃料溶液の濃度は、エネルギー管理モジュールによって制御され、管理されることができる。よって、簡易化したシステム構成と簡単な操作などの利点を有する。よって、人工的に燃料電池の燃料溶液を調整する不便と可能な問題が防げられる。  
【００３６】
駆動装置とエネルギー管理モジュールは、図２と図３の実施例に制限されるものではない。図８と図９は、各種の実施例に基づいた駆動装置とエネルギー管理モジュールである。
【００３７】
図８は、図２に表された駆動装置１１０と似たもう１つの実施例の概略図を表している。図８と図２の唯一の違いは、図８の駆動装置は、図２に表された燃料電池と異なる燃料電池２２０’を用いている。この実施例では、燃料電池２２０’は、電気信号ＳＦＣと液位信号ＳＬを発生するだけでなく、燃料濃度信号ＳＣもエネルギー管理モジュール２３０に発生させる。エネルギー管理モジュール２３０は、二次電池２１０、燃料電池２２０’と、燃料補給装置２４０に接続され、二次電池２１０によって発生された電気信号ＳＳＥＣに基づいて、または燃料電池２２０によって発生された電気信号ＳＦＣに基づいて負荷１２０を駆動する。エネルギー管理モジュール２３０はまた、燃料電池２２０’からの電気信号ＳＦＣと液位信号ＳＬに基づいて、２つの補給信号ＳＨＬＳとＳＬＬＳを異なる燃料濃度の２つの燃料補給ユニット（図示されていない）にそれぞれ発生させることで、燃料補給装置内の燃料ポンプ（図示されていない）を駆動し、異なる濃度の燃料を燃料電池２２０’に補給する。よって、燃料電池２２０’は、純燃料（ｐｕｒｅ ｆｕｅｌ）と水で補給されて電気発生し、駆動装置１１０の安定した長時間の運転を維持することができる。この実施例では、電気信号ＳＳＥＣとＳＦＣ、液位信号ＳＬ、燃料濃度信号ＳＣ、補給信号ＳＨＬＳとＳＬＬＳは、例えば電圧信号または電流信号からなることができる。
【００３８】
図９は、図８に用いられたエネルギー管理モジュールの実施例の概略図である。図９に示されるように、エネルギー管理モジュール２３０は、電圧変換ユニット３１０と電流発生ユニット３２０を含む。電圧変換ユニット３１０は、電気信号ＳＳＥＣまたはＳＦＣを変換して電圧信号ＳＤＣを発生し、電流発生ユニット３２０は、電圧信号ＳＤＣを受け、信号グループＳＣＧ１に基づいて異なる電流を負荷に発生する。この実施例では、エネルギー管理モジュール２３０は、処理ユニット３３０、スイッチユニット３４０と、温度検出ユニット３５０を更に含む。処理ユニット３３０は、検出回路３３１とマイクロプロセッサ３３２を含む。温度検出ユニット３５０は、燃料電池の操作温度、または燃料電池の環境温度を検出し、温度信号ＳＴを処理ユニット３３０のマイクロプロセッサ３３２に提供することができる。検出回路３３１は、燃料電池からの電気信号ＳＦＣを検出し、対応する電圧信号または電流信号を発生し、燃料電池の電気状態を表す。マイクロプロセッサ３３２は、検出回路３３１に接続され、上述の電圧信号、または電流信号を受ける。この実施例では、マイクロプロセッサ３３２は、液位信号ＳＬと燃料濃度信号ＳＣに基づいて、補給信号ＳＬＬＣとＳＨＬＣを燃料補給装置２４０（図２を参照）に発生することができるため、燃料補給装置２４０は、補給燃料を燃料電池に提供することができる。
【００３９】
この実施例では、処理ユニット３３０は、燃料電池の状態（ｅ.ｇ.電気信号ＳＦＣ、燃料濃度信号ＳＣ、液位信号ＳＬと、温度信号ＳＴ）に基づいて、信号グループＳＣＧ１を電流発生ユニット３２０に提供する。よって、電流発生ユニット３２０は、燃料電池の状態に基づいて異なる電流を負荷に提供することができる。提供された電流信号は、燃料電池内の燃料消費に比例する。また、処理ユニット３３０は、燃料電池の状態に基づいて信号グループＳＣＧ２をスイッチユニット３４０に更に提供する。よって、スイッチユニット３４０は、上述の燃料電池の状態に基づいて、電気信号ＳＦＣを電圧変換ユニット３１０に伝送し、処理ユニット３３０からの補給信号ＳＬＬＣとＳＨＬＣに基づいて、燃料補給装置２４０（図２を参照）によって燃料と水の補給を燃料電池に提供する。よって、電流発生ユニット３２０によって受けた電圧信号ＳＤＣを安定させ、安定した電流を負荷に提供する。
【００４０】
図１０は、燃料電池２２０’の実施例の概略図であり、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）モジュール４１０と燃料蓄積装置４２０を含む。燃料蓄積装置４２０は、ＭＥＡモジュール４１０に接続され、ＭＥＡモジュール４１０の電気発生用の燃料溶液の保存と提供をする。燃料蓄積装置４２０は、分流と合流装置（図示されていない）を含んで、ＭＥＡモジュール４１０内に流れる燃料溶液の伝送と回収をする。燃料蓄積装置は、例えば、そこに設置された液位センサ４２２と濃度センサ４２４を有するタンクであることができる。液位センサ４２２は、燃料蓄積装置の液位状態に基づいて、液位信号ＳＬをエネルギー管理モジュール２３０の処理ユニット３３０のマイクロプロセッサ３３２に提供する。濃度センサ４２４は、燃料蓄積装置の燃料濃度に基づいて、燃料濃度信号ＳＣをエネルギー管理モジュール２３０の処理ユニット３３０のマイクロプロセッサ３３２に提供する。燃料蓄積装置４２０内の液位は、例えば、最高液位（ＨＨ）、高液位（Ｈ）、低液位（Ｌ）と、最低液位（ＬＬ）を含む高い位置から低い位置に定義される。最高液位（ＨＨ）と最低液位（ＬＬ）は、ほぼ満杯の液位とほぼ空の液位にそれぞれ対応し、高液位（Ｈ）と低液位（Ｌ）は、上述の２つの液位の間に位置され、燃料溶液の濃度によって決まる。一般的に、高液位（Ｈ）と低液位（Ｌ）間の液位の燃料溶液の濃度は、ＭＥＡモジュール４１０の電気発生を安定させることができる燃料溶液の濃度である。ＤＭＦＣの燃料電池を例にすると、好ましいメタノール水溶液の濃度は、約３〜１０％であり、その中に用いられるＭＥＡモジュールの電気発生を安定させる。よって、エネルギー管理モジュール２３０の処理ユニット３３０は、燃料電池の燃料蓄積装置の燃料濃度状態を得ることができ、燃料濃度信号ＳＣに基づいて、適当な補給信号ＳＬＬＣとＳＨＬＣを燃料補給装置２４０に発生する。
【００４１】
図１１は、制御方法の概略流れ図である。制御方法８００では、負荷は燃料電池によって駆動され、燃料電池は、エネルギー管理モジュールによって制御された燃料電池の燃料溶液補給を用いることで、長時間かつ安定した操作ができる。図１１に表されるように、二次電池はまず、図９に表された回路（表示されていない）と異なる回路によって駆動され、第２濃度補給ユニットの補給ポンプを駆動し、第２濃度燃料溶液を燃料電池の燃料蓄積装置の最高液位（ＨＨ）までポンプする。この時、第２濃度燃料溶液は、ＭＥＡモジュールを駆動して電気を発生することができ、その機能を安定させる（ステップＳ８１０）。このステップでは、二次電池の駆動前に、ＭＥＡモジュールと燃料蓄積装置は、空でその中に燃料溶液が存在しない。
【００４２】
続いて、燃料電池を駆動した後、燃料蓄積装置の濃度センサは、燃料濃度が設定値より低い時、燃料濃度信号をマイクロプロセッサに発生する。燃料電池の燃料蓄積装置の液位センサは、液位信号を処理ユニットのマイクロプロセッサに発生し、エネルギー管理モジュールの温度検出ユニットは、温度信号を処理ユニットに発生する。よって、処理ユニットは、上述の濃度信号と液位信号に基づいて第１補給信号と第２補給信号を燃料補給装置に発生する（ステップＳ８２０）。
【００４３】
続いて、第１濃度燃料補給ユニットは、第１補給信号に基づいて第１定量の第１濃度燃料溶液を燃料電池の燃料蓄積装置内に補給する。第２濃度燃料補給ユニットは、第２補給信号に基づいて第２定量の第２濃度燃料溶液を燃料電池の燃料蓄積装置内に補給する。第１濃度燃料溶液は、第２濃度燃料溶液より高い燃料濃度を有する。第１ポンプは、第１濃度燃料供給ユニットに設置され、第２ポンプは、第２濃度燃料供給ユニットに設置されて、第１補給信号と第２補給信号に基づいて第１と第２燃料溶液をそれぞれ補給する。よって、燃料電池の燃料蓄積装置の液位と燃料溶液の濃度が安定して維持され、燃料電池の安定した電気発生が提供される（ステップＳ８３０）。
【００４４】
図１２は、上述のステップＳ８２０の処理ユニットに第１と第２補給信号を発生する、方法９００を表す概略流れ図である。
【００４５】
まず、燃料電池の燃料蓄積層の濃度センサは、燃料濃度が設定値より低いと検出した時、燃料濃度信号をマイクロプロセッサに発生し、燃料電池の燃料蓄積装置の液位センサは、液位信号を処理ユニットのマイクロプロセッサに発生する。よって、処理ユニットのマイクロプロセッサは、第１濃度燃料溶液の補給量Ｙ０を発生する（ステップＳ９１０）。補給量Ｙ０は、理論値であるが燃料電池の実際の補給値ではなく、燃料電池の燃料溶液の燃料消費量に比例する。
【００４６】
続いて、マイクロプロセッサは、燃料蓄積補給装置の液位信号に基づいて、第２濃度燃料溶液の補給量ＹＬを燃料蓄積装置に発生する（ステップＳ９２０）。上述の液位信号に基づくと、第２濃度の補給量は、下記のような各種の実施例を有することができる。
【００４７】
ａ．燃料蓄積装置の燃料溶液が高液位（Ｈ）より高いと液位信号が示した時、第２濃度燃料溶液の補給量ＹＬは、０となり、第２濃度燃料溶液の補給が行われない。
【００４８】
ｂ．燃料蓄積装置の燃料溶液が低液位（Ｌ）より低いと液位信号が示した時、第２濃度燃料溶液の補給量ＹＬは、低液位（Ｌ）から高液位（Ｈ）の量に設定される。
【００４９】
ｃ．燃料蓄積装置の燃料溶液が高液位（Ｈ）と低液位（Ｌ）の間の液位（Ｘ）にあると液位信号が示した時、第２濃度燃料溶液の補給量ＹＬは、定時に定量の補給が提供されることができる。前記補給量は、実験によって得られ、決められることができる。
【００５０】
続いて、マイクロプロセッサは、公式Ｙ２＝Ｙ０−（ＹＬ＊Ａ）に基づいて、実際の第１濃度燃料溶液の補給量Ｙ２を発生する。その中の標号Ａは、第２濃度燃料溶液と第１濃度燃料溶液間の濃度比を表しており（ステップＳ９３０）、既知値となる。
【００５１】
続いて、エネルギー管理モジュールの処理ユニットのマイクロプロセッサは、上述の補給量Ｙ２とＹＬを第１と第２補給信号にそれぞれ変換し、第１と第２濃度燃料補給ユニットにそれぞれ伝送する（ステップＳ９４０）。
【００５２】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、駆動システムの実施例の概略図である。
【図２】図２は、駆動装置の実施例の概略図である。
【図３】図３は、エネルギー管理モジュールの実施例の概略図である。
【図４】図４は、燃料電池の実施例の概略図である。
【図５】図５は、燃料補給装置の実施例の概略図である。
【図６】図６は、制御方法の概略流れ図である。
【図７】図７は、補給信号を発生する方法の概略流れ図である。
【図８】図８は、駆動装置の実施例の概略図である。
【図９】図９は、エネルギー管理モジュールのもう１つの実施例の概略図である。
【図１０】図１０は、燃料電池のもう１つの実施例の概略図である。
【図１１】図１１は、もう１つの制御方法の概略流れ図である。
【図１２】図１２は、補給信号を発生するもう１つの方法の概略流れ図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００  駆動システム
１１０  駆動装置
１２０  負荷
２１０  二次電池
２２０、２２０’ 燃料電池
２３０  エネルギー管理モジュール
２４０  燃料補給装置
３１０  電圧変換ユニット
３２０  電流発生ユニット
３３０  処理ユニット
３３１  検出回路
３３２  マイクロプロセッサ
３４０  スイッチユニット
３５０  温度検出ユニット
４１０  ＭＥＡモジュール
４２０  燃料蓄積装置
４２２  液位センサ
４２４  濃度センサ
５１０  第１濃度燃料補給ユニット
５１２  第１補給ポンプ
５１４  第２濃度燃料補給ユニット
５１６  第２補給ポンプ
【図１】
2009170405.tif 000003
【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】
2009170405.tif 000008
【図７】
2009170405.tif 000009
【図８】
2009170405.tif 000010
【図９】
2009170405.tif 000011
【図１０】
2009170405.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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