(57)【要約】【課題】  燃料電池に用いる電圧転換装置を提供することを課題とする。【解決手段】  本考案は電子回路により電圧電流の安定出力を制御する燃料電池に用いる電圧転換装置に関する。後段回路を正常な動作電圧の下で安定的に操作させるため、その電子回路は、燃料電池を転換して負荷側に出力する時、瞬間電圧と瞬間電流を調節する機能を持ち、即ち、電子回路により、燃料電池の特性曲線を変え、その特性曲線は負荷が外接される時、燃料電池の電圧・電流の変化のことである。【選択図】    図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いる電圧転換装置であって、負荷側に電圧を提供する燃料電池と、電圧整流手段及び電流制限手段を含む電圧整流ユニットを含み、その燃料電池は電気的にその電圧整流ユニットと接続し、且つその燃料電池はその電圧整流ユニットを介して所定の電圧を出力することを特徴とする燃料電池に用いる電圧転換装置。
【請求項２】
その電圧整流ユニットはインダクターと、出力の開閉を制御する電子スイッチと、入力電圧を基準電圧と比較する電圧コンパレーターと、基準電圧と切り替え時間を制御し、選択する基準電圧の電圧回路と、電子スイッチの開閉を駆動するチップ制御回路を含み、インダクター、電子スイッチ、電圧コンパレーター、基準電圧の電圧回路及びチップ制御回路により、その電圧整流手段とその電流制限手段を構成することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる電圧転換装置。
【請求項３】
その電子スイッチが電界効果トランジスター又はトランジスターのいずれかの電子素子であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池に用いる電圧転換装置。
【請求項４】
その電流制限手段の基準電圧は二段階の電圧を含むことを特徴とする請求項２記載の燃料電池に用いる電圧転換装置。
【請求項５】
その電流制限手段は燃料電池が負荷側の電力需要を反応してできた電圧レスポンスにより、負荷の大きさを判断し、且つ負荷の大きさによって所望な基準電圧の電圧値設定及び段階数を調整することを特徴とする請求項２記載の燃料電池に用いる電圧転換装置。
【請求項６】
さらに二次電池を含むことを特徴とする請求項２記載の燃料電池に用いる電圧転換装置。
【請求項７】
その二次電池はリチウム電池であることを特徴とする請求項６記載の燃料電池に用いる電圧転換装置。
【請求項８】
その電圧整流手段は昇圧回路手段、降圧回路手段、及び昇圧と降圧併用可能な回路手段のいずれかの一つから選ぶことを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる電圧転換装置。
【請求項９】
その電流制限手段には、各段階の電流値制限が持続していた最適な時間は各段階の電圧レスポンスのモーメントレスポンスが終了後まで持続することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる電圧転換装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電子回路により電圧電流の安定出力を制御する燃料電池に用いる電圧転換装置に関する。後段回路を正常な動作電圧の下で安定的に操作させるため、その電子回路は、燃料電池を整流して負荷側に出力する時、瞬間電圧と瞬間電流を調節する機能を持つ。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池（FUEL CELL）動作特性により（図１に示したように）、負荷が外接されると、その電圧・電流特性は瞬間電圧の曲線に、電圧降下の陥落現象が起こり、「行き過ぎ量」（overshoot）ということは周知である。その現象は外接負荷の燃料電池の電流出力への影響を受けたためであり、従って電圧の降下陥落瞬間から安定まで、曖昧な不安定な電圧があり、燃料電池がこの間に出力した電圧は後段の定額駆動入力電圧より低いと、後段回路が正常に動作できなくなるから、本考案によれば、燃料電池の電流出力を制御する手段により、回路装置によって安定して出力することができる電圧を実現する。
【０００３】
本考案は、上述の周知技術の欠陥に鑑み、改良に努めることで、回路装置を燃料電池を制御する手段にして、安定した電圧の出力を提供し、従来の技術と比べて、回路をより効率に動作する長所を持つ。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本考案は、燃料電池に用いる電圧転換装置に関する。その装置は電子回路により実現し、燃料電池の特性曲線を変え、その特性曲線は、負荷が外接される時、燃料電池の出力電圧が負荷電流に伴なって変化することである。従来、燃料電池は負荷を外接する時、電流は瞬間的に0アンペアから安定した負荷に対応する出力電流に達すが、電圧変化は電流変化の瞬間に安定した電圧に達しなく、行き過ぎ量の現象が起こり、その行き過ぎ量の現象は上述の後段回路安定動作電圧により低いことであり、また、当該電圧は定額電圧から安定した電圧に達した間に、時間差と電圧差があり、その時間差と、電圧が降下した電圧差とが形成したスロープは外接負荷に影響される。上述の電圧の変化は外接負荷の燃料電池に対応する電流によって決められ、電圧の瞬間変化の現象により起こった行き過ぎ量は後段駆動装置の正常な動作に影響するから、本考案では電子回路により燃料電池が負荷を外接する時の電流を制御する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の電子回路はインダクター、電圧コンパレーター、FET（電界効果トランジスタ）又はBJT（パイポーラ接合トランジスタ）及びチップ制御回路を含む。燃料電池による出力電圧は電圧コンパレーターと基準電圧との比較により、入力電圧が基準電圧より低いと、コンパレーターがシグナルを示し、チップ制御回路を介して、コンパレーターから得た電子シグナルを処理してFET又はBJTのスイッチを制御し、上述のスイッチの動作により、燃料電池が出力した電流を調整することができ、且つ、異なった基準電圧により、各段階の出力電流を得る、又、その基準電圧の個数と切り替え時間は既知の負荷値または自発性的に外接負荷を検知する方法によって、所望な基準電圧個数と切り替え時間を算出することができる。二次電池を負荷側に並行接続しても良く、燃料電池が供給した出力電力が不足する時、二次電池を利用して負荷側の必要な電力を安定した値に維持することができる。
【考案の効果】
【０００６】
本考案によれば燃料電池の特性曲線を変え、その特性曲線は負荷が外接される時、燃料電池の電圧-電流の変化のことである。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００７】
図２は本考案に係る燃料電池に用いる電圧転換装置２００のブロック概略図であり、燃料電池２１０と、電圧整流ユニット２２０と、負荷２３０と二次電池２４０を含む。その燃料電池２１０は水素燃料と酸素燃料との電気化学反応によって発電する電源発生装置であり、直接メタノール燃料電池を実施例にすると、メタノール燃料と酸素を電気化学反応させて、電力を発電するものである；その電圧整流ユニット２２０は電圧整流手段と電流制限手段を備え、その電圧整流手段がその燃料電池２１０の出力電圧を所定電圧に転換して出力し、その電流制限手段はその燃料電池２１０の出力電流を所定電流値より低い値で出力することを制御する；その負荷２３０は電子装置であり、燃料電池２１０からの電力を消耗する；およびその二次電池２４０は可充電電池であり、燃料電池２１０の供給電力が不足するような状況を補う。なお、上述の電圧整流ユニット２２０は電流制限手段により、燃料電池２１０を負荷２３０のため相対電流を発生させ、燃料電池２１０の電圧レスポンスの行き過ぎ量を低減することができ、後段回路を安定的に動作させることができる。
【０００８】
さらに図２に示したように、その燃料電池２１０は電圧整流ユニット２２０との電気的な接続により、その接続により燃料電池２１０が電源を電圧整流ユニット２２０に伝送することができ、電圧整流ユニット２２０の他方の出力側は電気的に負荷２３０に接続され、負荷２３０の所望な定額電圧は電圧整流ユニット２２０の処理によって安定した電圧を得、負荷２３０は又電気的に二次電池２４０に接続され、燃料電池２１０が供給した電力の力率が不足する時、その二次電池２４０によりその負荷２３０の必要な電力を補う。
【０００９】
上述の電圧整流手段は昇圧（booster）回路手段、降圧(buck)回路手段、及び昇圧と降圧併用可能な回路(SEPIC又はZELTA)手段のいずれかの一つで良く、その昇圧回路手段は燃料電池の出力電力の電圧をより高い電圧の電力に引き上げて出力する；降圧回路手段は燃料電池の出力電力の電圧をより低い電圧の電力に引き下げて出力する；及び昇圧と降圧併用可能な回路手段は選択的に燃料電池の出力電力の電圧をより高い電圧の電力に引き上げ、又はより低い電圧の電力に引き下げて出力する。
【００１０】
図３は本考案に係る電圧整流回路３００の概略図であり、上述の電圧整流ユニットの電圧整流手段と電流制限手段は回路手段によって達成し、その最適な施行回路はインダクター３１０と、電界効果トランジスタＦＥＴ３２０と、電圧コンパレーター３３０と、基準電圧回路３４０とチップ回路３５０を含み、且つその電圧整流手段は昇圧回路手段であり、その主要な動作原理は電界効果トランジスタＦＥＴ３２０がONにある時、燃料電池の電流がインダクター３１０に用いる時、電界効果トランジスタＦＥＴ３２０のオン抵抗（RDS(ON)）とインダクターの電流がオン電圧を生じ、以下はVRDS(ON)といい、電圧コンパレーター３３０のうちに基準電圧回路３４０と電圧を比較して、比較結果をチップ回路３５０に伝送して、電界効果トランジスタ３２０のスイッチを制御し、即ち、VRDS(ON)が基準電圧より高くなると、電界効果トランジスタＦＥＴ３２０がOFFにし、且つインダクター３１０に誘導ポテンシャルを生じ、こうして図４に示した特性曲線図が得られる。基準電圧は一段階目の切り替え電圧にある時、燃料電池からの電圧は、電圧整流回路と参照回路との比較により、VRDS(ON)より低い時、安定した電流を出力し、VRDS(ON)がその参照基準電圧より高くなると、その電子スイッチがOFFにし、二段階目の基準電圧に切り替えた時、さらにVRDS(ON)と基準電圧との比較により、切り替える過程中に、燃料電池からの出力電圧は基準電圧のため、一定の値に制限され、有効動作を必要とすると、その電流制限手段に達成するため、少なくとも二段階基準電圧が必要である。
【００１１】
図４は電圧転換装置により転換された電流電圧の特性図４００であり、負荷が外接された時の電流は瞬間的に上昇し、生じた電圧瞬間陥落状況は電圧整流回路３００の作用によって、直ちにその負荷に対応する電流値に落ちなく、一段階目の電圧の参照時間の時間t2の内に、まず負荷に対応する電流値より低い電流に落ち、その基準電圧と時間t2は基準電圧回路によって制御され、図面に示したように、電圧は瞬間陥落がなく、後段の安定した操作電圧より低く、時間t2が終了後、基準電圧は次の基準電圧に切り替えられ、そして時間t3の内に負荷に対応する電流値I1であり、電圧曲線も電圧が更に安定した電圧V1に落ちたことを示し、電圧行き過ぎ量の状況を避けることができないが、本電圧転換装置は電圧行き過ぎ量を動作電圧より高くさせるから、後段回路で依然として正常的に動作することができる。又、別の実施例は自動電圧整流器でも良く、負荷２３０に対応した燃料電池が生じた電圧電流の特性によって得られた電圧差と時間差のスロープにより、自発的に基準電圧を調整して、それを適当な電流段階数に達成させる。
【００１２】
上述の電流制限手段は負荷判断手段を含み、その負荷判断手段は燃料電池が負荷側の電力需要を反応して生じた電圧レスポンスによって、負荷の大きさを判断し、且つ負荷の大きさによって基準電圧の電圧値の設定と段階数を調整して、燃料電池の電圧レスポンスが過度の行き過ぎ量を生じることを避ける。
【００１３】
上述の電流制限手段において、各段階の電流値制限が持続していた最適な時間は各段階の電圧レスポンスのモーメントレスポンスが終了後まで持続することである。
【００１４】
本考案は具体的な実施例で以上のように開示したが、本考案は上述の開示された具体的な実施例に限定しなく、この技術を周知した何れかの者は本考案の主旨と範囲を遊離しない下で本考案に関するいかなる改変或いは修飾も全て本考案の意図した保護範囲にあり、本考案の請求範囲は添付した実用新案登録請求の範囲に定義されたものに準じる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の燃料電池が負荷を接続する時の電圧電流特性曲線図。
【図２】本考案に係る燃料電池に用いる電圧転換装置のブロック概略図である。
【図３】本考案に係る電圧整流回路の概略図である。
【図４】本考案に係る燃料電池に用いる電圧転換装置により転換された電流電圧の特性図である。
【符号の説明】
【００１６】
２１０  燃料電池
２２０  電圧整流回路
２３０  負荷側
２４０  二次電池
３１０  インダクター
３２０  電界効果トランジスタ
３３０  電圧コンパレーター
３４０  基準電圧回路
３５０  チップ回路
t１  時間
t２  時間
I1  電流値
V1  電圧値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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