(57)【要約】【課題】  充電回路を具備する燃料電池装置を提供することを課題とする。【解決手段】  充電回路を具備する燃料電池装置は、燃料電池、電力出力回路、及び、充電回路を含む。該電力出力回路は該燃料電池が出力した電力を伝送し、並びに、該電力出力回路が出力した電力特性を検出し、且つ、対応する電気信号を出力することに用いるセンサーユニットを更に含む。該充電回路は該燃料電池が出力した電力を伝送し、並びに、二次電池、及び、充電ユニットを含み、該充電ユニットは該充電回路が該二次電池の充電作業を制御することに用いる。該電力出力回路と該充電回路は、電気的に並列接続し、該燃料電池は該電力出力回路に電気的に直列接続し、且つ、該充電ユニットは該センサーユニットが出力した電気信号に基づき、該充電回路で該二次電池の充電制御を行う。【選択図】   図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電回路を具備する燃料電池装置であって、
燃料電池と、
前記燃料電池が出力した電力を伝送し、電力出力回路が出力した電力特性を検出し、且つ、その電力特性に対応する電気信号を出力するセンサーユニットを更に含む電力出力回路、及び、
前記燃料電池が出力した電力を伝送し、並びに、充電可能な蓄電装置である二次電池、及び、電力制御装置であり、充電回路の二次電池に供給する充電の電力特性を制御する充電ユニットを具備する充電回路を含み、
前記電力出力回路と前記充電回路が電気的に並列接続し、前記燃料電池は前記電力出力回路に電気的に直列接続し、前記センサーユニットが前記充電ユニットに電気的に接続し、且つ、前記充電ユニットは前記センサーユニットが出力した電気信号によって前記充電回路の前記二次電池に供給する充電の電力特性を決定することを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記充電ユニットは前記センサーユニットが出力した電気信号によって前記充電回路の前記二次電池に供給する充電の電力特性を決定し、並びに、前記電力出力回路が伝送した電流の大きさを合理的な範囲内に安定させることができることを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項３】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記充電ユニットは前記センサーユニットが出力した電気信号によって前記充電回路の前記二次電池に供給する充電の電力特性を決定し、並びに、前記燃料電池が出力した電流の大きさを合理的な範囲内に安定させることができることを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記センサーユニットは前記電力出力回路に設置され、並びに、前記燃料電池から前記電力出力回路と前記充電回路の電気接点の間に位置することを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項５】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記電力出力回路の前記燃料電池に電気的に接続する側と対向する他側は電力を出力する負荷側で、前記センサーユニットは前記電力出力回路に設置され、並びに、前記電力出力回路、及び、前記充電回路の電気接点と前記負荷側の間に位置することを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項６】
請求項５記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、直流電力のエネルギー蓄積と放出手段の電気回路で、且つ、前記電力出力回路内に電気的に直列接続する第１電圧変換ユニットを更に含むことを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項７】
請求項６記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記第１電圧変換ユニットは出力した電流値が定格電流値を超えないよう制限することを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項８】
請求項７記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記第１電圧変換ユニットが出力した電流値は前記定格電流値より低い場合、前記充電ユニットが前記充電回路の電流の大きさを増して前記二次電池の充電作業を行い、且つ、前記燃料電池の出力電流を安定状態に維持させることができることを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項９】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記第１電圧変換ユニットは直流電力の昇圧回路を含むことを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項１０】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記第１電圧変換ユニットは直流電力の降圧回路を含むことを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項１１】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記センサーユニットは抵抗素子と電圧差動増幅器を更に含み、前記抵抗素子は前記電力出力回路内に電気的に直列接続し、前記電圧差動増幅器は演算増幅器からなる電圧差動増幅回路で、且つ、前記電圧差動増幅器の両入力側は前記抵抗素子の両側に電気的に並列接続し、前記電圧差動増幅器は前記抵抗素子両側の電圧の差によって対応の電気信号を前記充電回路に出力することを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項１２】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、制御ユニットを更に含み、前記制御ユニットは前記センサーユニットと前記充電ユニットに電気的に接続し、前記センサーユニットが出力した電気信号は前記制御ユニットを経由して処理され、前記充電ユニットは前記制御ユニットが出力した処理後のセンサーユニットの出力電気信号によって前記充電回路の前記二次電池に供給する充電の電力特性を制御することを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項１３】
請求項１記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、直流電力のエネルギー蓄積と放出手段の電気回路で、且つ、前記充電回路の二次電池の後側に電気的に直列接続する第２電圧変換ユニットを更に含むことを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の充電回路を具備する燃料電池装置において、前記第２電圧変換ユニットは出力した電流値が定格電流値を超えないよう制限することを特徴とする、充電回路を具備する燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電回路を具備する燃料電池装置に関り、特に、燃料電池装置内でその充電回路の充電制御を利用して、燃料電池装置の安定出力制御を達することを提供することに関る。
【背景技術】
【０００２】
既知の燃料電池装置は、水素を含有する燃料と酸素の化学反応を通じて電気を生成する発電装置で、例えば直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）、陽子交換膜型燃料電池（ＰＥＭ）等である。燃料電池の電力出力は、燃料電池の例えば温度、燃料供給濃度等の動作条件を制御しなければならないほかに、負荷への給電に合わせなければならないため、負荷の給電需要が不安定となった時、燃料電池の操作制御上の困難が起きてしまう。しかしながらこの種の燃料電池技術には、燃料電池の電力出力側の電力供給安定について制御する関連装置或いは方法がなかった。
【０００３】
これにより、本発明の発明者は既知の燃料電池の欠陥に鑑み、充電回路を具備する燃料電池装置を提供することをその課題としている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主要な目的は、燃料電池装置に合わせて負荷回路に要する電力を供給し、同時に二次電池充電時の電力或いは電流の大きさを調節することで、燃料電池装置に安定した大きさの電力を出力させることができることに用いる充電回路のある充電回路を具備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、その電力出力回路が燃料電池装置が出力する電力を検出し、並びに関連制御の根拠として提供することに用いるセンサーユニットのある充電回路を具備する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、その電力出力回路と充電回路が各回路が出力した電圧の制御に用いる各々電圧変換ユニットのある充電回路を具備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、本発明の充電回路を具備する燃料電池装置は、燃料電池、電力出力回路及び充電回路を含む。該電力出力回路は該燃料電池が出力した電力を伝送し、並びに該電力出力回路が出力した電力特性を検出し、且つ、対応する電気信号を出力することに用いるセンサーユニットを更に含む。該充電回路は該燃料電池が出力した電力を伝送し、並びに二次電池及び充電ユニットを含み、該充電ユニットは該充電回路が該二次電池の充電作業を制御することに用いる。該電力出力回路と該充電回路は、電気的に並列接続し、該燃料電池は該電力出力回路に電気的に直列接続し、且つ該充電ユニットは該センサーユニットが出力した電気信号に基づき、該充電回路で該二次電池の充電制御を行う。
【０００８】
前述の充電ユニットは、該センサーユニットが出力した電気信号によって該充電回路の二次電池に充電する電力特性を決定し、並びに該電力出力回路が伝送した電流の大きさを合理的な範囲内に安定させることができる、若しくは該燃料電池が出力した電流の大きさを合理的な範囲内に安定させることができる。
【０００９】
前述のセンサーユニットは該電力出力回路に設置され、また該燃料電池から該電力出力回路と該充電回路の電気接点の間に位置する。
【００１０】
その他、前記電力出力回路の該燃料電池に電気的に接続する側と対向する他端は電力を出力する負荷側である。該センサーユニットを該電力出力回路に設置することができ、並びに該電力出力回路及び該充電回路の電気接点と該負荷側の間に位置する。充電回路を具備する燃料電池装置において、更に第１電圧変換ユニットを含むことができる。該第１電圧変換ユニットは直流電力のエネルギー蓄積と放出手段の電気回路で、且つ該電力出力回路内に電気的に直列接続し、並びに該第１電圧変換ユニットは出力した電流値が定格電流値を超えないよう制限できる。該第１電圧変換ユニットが出力した電流値は該定格電流値より低い場合、該充電ユニットは該充電回路の電流の大きさを増加または下降することで該二次電池の充電作業を行い、且つ該燃料電池の出力電流を安定状態に維持させる。
【００１１】
前記充電回路を具備する燃料電池装置において、更に制御ユニットを含むことができる。該制御ユニットは該センサーユニットと該充電ユニットに電気的に接続し、該センサーユニットが出力した電気信号は該制御ユニットを経由して処理され、該充電ユニットは該制御ユニットが出力した処理後のセンサーユニットの出力電気信号によって該充電回路の該二次電池に供給する充電の電力特性を制御する。
【００１２】
前記充電回路を具備する燃料電池装置において、更に第２電圧変換ユニットを含むことができる。該第２電圧変換ユニットは直流電力のエネルギー蓄積と放出手段の電気回路で、且つ該第２電圧変換ユニットが該充電回路の二次電池の後側に電気的に直列接続する。その他、該第２電圧変換ユニットは出力した電流値が定格電流値を超えないよう制限できる。
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第１具体的な実施例を示したデバイス関係図である。本発明は充電回路を具備する燃料電池装置に関り、これは燃料電池１、電力出力回路２及び充電回路３を含み、且つ該充電ユニット３１は該電力出力回路２の出力電力によって充電電力を決定する。
【００１５】
前記本発明の充電回路を具備する燃料電池装置において、該燃料電池１は水素を含有する燃料と酸素の化学反応を通じて電気を生成する発電装置である。該電力出力回路２は、センサーユニット２１を含み、且つ該センサーユニット２１は該電力出力回路２が出力した電力特性、例えば電圧、電流或いは電力等の電力特性を検出することに用いる。及び該充電回路３は二次電池３２及び充電ユニット３１を含み、該二次電池３２は充電可能な蓄電装置で、該充電ユニット３１は電力制御装置で、並びに該二次電池３２に供給する充電の電力或いは電流を制御することに用いることができる。
【００１６】
前記実施例において、該電力出力回路２は該燃料電池１に電気的に接続し、また該燃料電池１が発生した電力を該負荷側４に伝送する。該センサーユニット２１は該電力出力回路２の電力特性を検出でき、並びに該電力特性に対応する電気信号を出力できる。及び該充電回路３は該電力出力回路２に電気的に並列接続し、且つ該電力出力回路２内のセンサーユニット２１は該充電回路３内の充電ユニット３１に電気的に接続する。該充電ユニット３１は該センサーユニット２１が出力した電気信号によって該二次電池３２の充電制御を行う。
【００１７】
前記実施例に基づき、更に具体的に述べると、該電力出力回路２内のセンサーユニット２１は該電力出力回路２の電流の大きさを検出し、且つ該センサーユニット２１が該電流の大きさに対応する電気信号を該充電回路３内の充電ユニット３１まで出力でき、該充電ユニット３１は対応する電流の大きさで該二次電池３２の充電作業を行うよう該充電回路３を制御し、並びに該電力出力回路２が伝送した電流の大きさを合理的な範囲内に安定させることができる。
【００１８】
前記実施例において、該センサーユニット２１は該電力出力回路２に設置でき、並びに該燃料電池１から該電力出力回路２と該充電回路３の電気接点５の間に位置し、該燃料電池１の総出力電流或いは電圧、更にはその他電気的特性を検出することに用いる。
【００１９】
その他、該センサーユニット２１も該電力出力回路２に設置でき、並びに該電力出力回路２と該充電回路３の電気接点５から該負荷側４の間に位置し、該燃料電池１が該負荷側４までに出力した電流量或いはその他電気的特性を検出することに用いる。これにより、前記実施例において、該電力出力回路２内のセンサーユニット２１は該電力出力回路２から該負荷側４に供給した電流の大きさを検出でき、且つ該充電ユニット３１は該燃料電池１が予め設定した出力電流の大きさ及び該センサーユニット２１が提供した電気信号により、該充電回路３の電流の大きさに対応するように制御することで、該二次電池３２の充電作業を行い、並びに該電力出力回路２が伝送した電流の大きさを合理的な範囲内に安定させることができる。
【００２０】
図２は、本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第２具体的な実施例を示したデバイス関係図である。前記実施例に基づき、本発明の充電回路を具備する燃料電池装置内に更に第１電圧変換ユニット２２を含む。該第１電圧変換ユニット２２は直流電力のエネルギー蓄積と放出手段の電気回路で、これは該電力出力回路２内に電気的に直列接続し、該燃料電池１の該電力出力回路２に送り込んだ電力を安定した電圧に変換して該負荷側４までに出力することで、該負荷側４に要する電力を提供する。
【００２１】
前記本発明の充電回路を具備する燃料電池装置において、該燃料電池１が該電力出力回路２を経由して電力を該負荷側４までに出力した時、該第１電圧変換ユニット２２は該電力出力回路２の該負荷側４に供給した電力の電圧の大きさを変換できる。該充電ユニット３１は該センサーユニット２１が該電力出力回路２を検出して得られた電流の大きさによって、該二次電池３２充電時の電流の大きさを調節することで、該燃料電池１の総出力電流或いは電圧、更に総出力電力を安定状態に維持させることができる。
【００２２】
前記実施例において、該第１電圧変換ユニット２２は直流電力の昇圧回路或いは直流電力の降圧回路を含み、該第１電圧変換ユニット２２は昇圧電圧の変換或いは降圧電圧の変換を行うことができ、更には複数の直流電力昇圧回路或いは複数個直流電力降圧回路を含み、該第１電圧変換ユニット２２は各々複数の異なる電圧の電力を変換、出力させることができる。
【００２３】
図３は、本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第３具体的な実施例を示したデバイス関係図である。前記実施例に基づき、該センサーユニット２１は抵抗素子２３及び電圧差動増幅器２４を含むことができる。該抵抗素子２３は該電力出力回路２内に電気的に直列接続し、該電圧差動増幅器２４は演算増幅器からなる電圧差動増幅回路で、且つ該電圧差動増幅器２４の両入力側は該抵抗素子２３の両側に電気的に並列接続し、該抵抗素子２３両側の電圧の差を比較し、並びに該抵抗素子２３両側の電圧の差によって該電圧差動増幅器２４の出力側から対応する電気信号を該充電回路３に出力できる。
【００２４】
このため、該センサーユニット２１の電圧差動増幅器２４は、該抵抗素子２３両端間電圧の差によって電気信号を出力し、且つ該センサーユニット２１が該電気信号を該充電回路３の充電ユニット３１までに送信し、該充電ユニット３１が該充電回路３の電流の大きさを増して該二次電池３２の充電作業を行い、該燃料電池１の総出力電流或いは総出力電力を安定状態に維持させることができる。
【００２５】
図４は、本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第４具体的な実施例を示したデバイス関係図である。前記本発明の充電回路を具備する燃料電池装置において、更に制御ユニット６を含み、該制御ユニット６は該センサーユニット２１及び該充電ユニット３１に電気的に接続する。該制御ユニット６は論理演算と制御の機能を具備し、且つ該充電回路３の動作を制御できる。
【００２６】
該燃料電池１の出力電力は、該第１変換ユニット２２を通じて電力を該負荷側４に要する電力需要に変換し、且つ該制御ユニット６は電気信号を該充電ユニット３１までに発し、該充電ユニット３１が該燃料電池１の一部電力を変換して該二次電池３２に貯蔵させることができる。
【００２７】
図５は、本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第５具体的な実施例のデバイスを示した関係図である。前記実施例に基づき、本発明の充電回路を具備する燃料電池装置において、該充電回路３は更に第２電圧変換ユニット３３を含む。該第２電圧変換ユニット３３は直流電力のエネルギー蓄積と放出手段の電気回路で、これは該充電回路３の二次電池３２の後側に電気的に直列接続し、該二次電池３２が出力した電力を安定した電圧出力として変換させることができる。該第２電圧変換ユニット３３は、通常の電流制限手段を具備でき、また合理的な制御信号を通じて、該第２電圧変換ユニット３３に入力する電流の大きさ或いは該第１電圧変換ユニット２２が出力した電流の大きさは定格電流値を超えないよう制御できる。
【００２８】
このため、前記実施例において、該電力出力回路２内のセンサーユニット２１は該電力出力回路２が伝送した電流の大きさを検出でき、且つ該充電ユニット３１は該燃料電池１が予め設定した出力電流の大きさ及び該センサーユニット２１が提供した電気信号によって、該充電回路３の電流の大きさに対応するよう制御することで、該二次電池３２の充電作業を行い、並びに該燃料電池１が出力した電流の大きさを予め設定した範囲内に安定させることができる。その他、該センサーユニット２１は該充電ユニット３１を制御して該充電回路３の電流の大きさを増加または下降することで該二次電池３２の充電作業を行い、該燃料電池１の総出力電流或いは総出力電力を安定状態に維持させ、且つ該第２電圧変換ユニット３３は該センサーユニット２１が提供した信号により、該二次電池３２出力側の電圧を該第１電圧変換ユニット２２の出力側電圧より低くなるまで下降させることができる。
【００２９】
更に、前記実施例において、該充電回路３は該電力出力回路２と電気的に直列接続して出力し、該負荷側４に要する電力を提供することに用いる。
【００３０】
以上、本発明につき具体的な実施例を挙げて開示したが、本発明はこの開示された具体的な実施例に限定されるものではなく、当該技術を熟知する者は本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の改良変更をなし得ることは、添付されている特許請求の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】
【００３１】
【図１】本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第１具体的な実施例を示したデバイス関係図である。
【図２】本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第２具体的な実施例を示したデバイス関係図である。
【図３】本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第３具体的な実施例を示したデバイス関係図である。
【図４】本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第４具体的な実施例を示したデバイス関係図である。
【図５】本発明の充電回路を具備する燃料電池装置の第５具体的な実施例を示したデバイス関係図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  燃料電池
２  電力出力回路
２１  センサーユニット
２２  第１電圧変換ユニット
２３  抵抗素子
２４  電圧差動増幅器
３  充電回路
３１  充電ユニット
３２  二次電池
３３  第２電圧変換ユニット
４  負荷側
５  電気接点
６  制御ユニット
【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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