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JP5191644B2 - Fuel cell system, voltage determination device and voltage determination method - Google Patents

Fuel cell system, voltage determination device and voltage determination method Download PDF

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JP5191644B2 JP2006279387A JP2006279387A JP5191644B2 JP 5191644 B2 JP5191644 B2 JP 5191644B2 JP 2006279387 A JP2006279387 A JP 2006279387A JP 2006279387 A JP2006279387 A JP 2006279387A JP 5191644 B2 JP5191644 B2 JP 5191644B2
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Description

本発明は、燃料が供給されることにより発電する燃料電池と負荷に供給される電力の大きさに応じて充放電を行う充放電装置とを備える燃料電池システム、燃料電池システムに接続される電圧決定装置、及び電圧決定装置において動作する電圧決定方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by supplying fuel and a charge / discharge device that performs charge / discharge according to the amount of power supplied to a load, and a voltage connected to the fuel cell system. The present invention relates to a determination device and a voltage determination method that operates in the voltage determination device.

近年、燃料が供給されることにより発電する燃料電池と、電気エネルギーの充放電を行う二次電池やキャパシタ等の充放電装置とを組合せた燃料電池システムが種々開発されている。燃料電池と充放電装置とを組み合わせる目的として、負荷に電力が供給されたときの過渡応答時において燃料電池の出力が低下しても、充放電装置が当該低下した出力を補うことにより、燃料電池システムとして安定した出力を得ることができる為である。   2. Description of the Related Art In recent years, various fuel cell systems have been developed that combine a fuel cell that generates electricity when supplied with fuel and a charging / discharging device such as a secondary battery or a capacitor that charges and discharges electric energy. For the purpose of combining the fuel cell and the charging / discharging device, even if the output of the fuel cell decreases during the transient response when power is supplied to the load, the charging / discharging device compensates for the decreased output, thereby This is because a stable output can be obtained as a system.

このような燃料電池システムに対して、電源としての燃料電池システムの利便性を高める為、充放電可能な充放電装置を完全充電(満充電)状態で維持、保管し、常に電力を取り出し可能な状態にする技術(例えば、特許文献1参照)が知られている。また、充放電装置として高い出力密度やエネルギー密度を得る為に充放電装置を満充電状態とする技術(例えば、特許文献2、特許文献3参照)も知られている。   In order to improve the convenience of a fuel cell system as a power source for such a fuel cell system, a charge / discharge device that can be charged and discharged can be maintained and stored in a fully charged state (full charge), and power can be always taken out. A technique for making a state (see, for example, Patent Document 1) is known. Moreover, in order to obtain a high output density and energy density as a charging / discharging apparatus, the technique (for example, refer patent document 2, patent document 3) which makes a charging / discharging apparatus a full charge state is also known.

このように、充放電装置を常に満充電の状態することによって、充放電装置から常に最大の電気量或いは静電容量が得られることとなり、電源としての利便性を向上させることができる。
特開2006−54976号公報 特開2005−135666号公報 特開2005−269825号公報
Thus, by always charging the charging / discharging device, the maximum amount of electricity or capacitance can always be obtained from the charging / discharging device, and the convenience as a power source can be improved.
JP 2006-54976 A JP 2005-135666 A JP 2005-269825 A

しかしながら、充放電装置が燃料電池に接続されると、充放電装置において出力インピーダンス(内部インピーダンス)が存在するため、当該出力インピーダンスにより無駄に電力が消費される場合があった。
そこで、本発明は以上の点に鑑みて成されたものであり、充放電装置が燃料電池に接続されても、燃料電池が発電した電力を効率的に負荷に供給することができる燃料電池システム、電圧決定装置及び電圧決定方法を提供することを目的とする。
However, when the charging / discharging device is connected to the fuel cell, there is an output impedance (internal impedance) in the charging / discharging device.
Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and even when a charge / discharge device is connected to a fuel cell, the fuel cell system can efficiently supply power generated by the fuel cell to a load. An object of the present invention is to provide a voltage determination device and a voltage determination method.

上記課題を解決するために、本発明に係る第1の特徴は、燃料が供給されることにより発電する燃料電池と、燃料電池により出力された出力電圧を所定電圧に調整する電圧調整装置と、電圧調整装置に接続され、電圧調整装置から負荷に供給される電力の大きさに応じて充放電を行う充放電装置とを備え、所定電圧は、充放電装置の電圧に対応する充放電装置の出力インピーダンスにより定められる特性曲線において、最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧であることを要旨とする。   In order to solve the above problems, a first feature according to the present invention includes a fuel cell that generates power when fuel is supplied, a voltage regulator that adjusts an output voltage output from the fuel cell to a predetermined voltage, and A charging / discharging device that is connected to the voltage regulating device and performs charging / discharging according to the magnitude of power supplied from the voltage regulating device to the load, and the predetermined voltage corresponds to the voltage of the charging / discharging device. The gist of the characteristic curve is a voltage corresponding to an output impedance lower than the maximum output impedance in the characteristic curve defined by the output impedance.

かかる特徴によれば、充放電装置において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、電圧調整装置が充放電装置に供給する。これにより、電圧調整装置が、充放電装置の出力インピーダンスを低減させる電圧を、充放電装置に供給することができるため、充放電装置の出力インピーダンスによって電力が無駄に消費され難くなり、燃料電池が発電した電力を効率的に負荷に供給することができる。   According to this feature, the voltage regulator supplies the voltage corresponding to the output impedance lower than the maximum output impedance in the charge / discharge device to the charge / discharge device. Thereby, since the voltage regulator can supply the voltage which reduces the output impedance of the charging / discharging device to the charging / discharging device, it becomes difficult for the power to be consumed unnecessarily by the output impedance of the charging / discharging device, and the fuel cell The generated power can be efficiently supplied to the load.

本願に係る第2の特徴は、所定電圧が、特性曲線において最大の出力インピーダンスと最小の出力インピーダンスとの中間よりも低いインピーダンスに対応する電圧であることを要旨とする。   The second feature of the present application is summarized in that the predetermined voltage is a voltage corresponding to an impedance lower than an intermediate value between the maximum output impedance and the minimum output impedance in the characteristic curve.

本発明に係る第3の特徴は、所定電圧が、特性曲線において、最小の出力インピーダンスに対応する電圧であることを要旨とする。   The third feature of the present invention is summarized in that the predetermined voltage is a voltage corresponding to the minimum output impedance in the characteristic curve.

本発明に係る第4の特徴は、燃料が供給されることにより発電する燃料電池と、燃料電池により出力された出力電圧を所定電圧に調整する電圧調整装置と、電圧調整装置に接続され、電圧調整装置から負荷に供給される電力の大きさに応じて充放電を行う充放電装置とを備える燃料電池システムに接続される電圧決定装置であって、充放電装置の電圧に対応する充放電装置の出力インピーダンスにより定められる特性曲線を算出する算出部と、算出された特性曲線において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、所定電圧として決定する電圧決定部とを備えることを要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates electric power when fuel is supplied, a voltage regulator that regulates an output voltage output from the fuel cell to a predetermined voltage, and a voltage regulator that is connected to the voltage regulator. A voltage determination device connected to a fuel cell system including a charging / discharging device that performs charging / discharging according to the magnitude of electric power supplied from an adjusting device to a load, the charging / discharging device corresponding to the voltage of the charging / discharging device And a voltage determination unit that determines a voltage corresponding to an output impedance lower than the maximum output impedance in the calculated characteristic curve as a predetermined voltage. And

本発明に係る第5の特徴は、電圧決定部が、特性曲線において最大の出力インピーダンスと最小の出力インピーダンスとの中間よりも低いインピーダンスに対応する電圧を、所定電圧として決定することを要旨とする。   A fifth feature of the present invention is summarized in that the voltage determination unit determines a voltage corresponding to an impedance lower than the middle of the maximum output impedance and the minimum output impedance in the characteristic curve as the predetermined voltage. .

本発明に係る第6の特徴は、電圧決定部が、特性曲線において最小の出力インピーダンスに対応する電圧を、所定電圧として決定することを要旨とする。   The sixth feature of the present invention is summarized in that the voltage determining unit determines a voltage corresponding to the minimum output impedance in the characteristic curve as a predetermined voltage.

本発明によれば、充放電装置が燃料電池に接続されても、燃料電池が発電した電力を効率的に負荷に供給することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if a charging / discharging apparatus is connected to a fuel cell, the electric power which the fuel cell generated can be supplied to a load efficiently.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明による燃料電池システムの概略を示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a fuel cell system according to the present invention.

図1に示すように、燃料電池システム1は、燃料電池2と、電圧調整装置3と、充放電装置4を備え、外部の回路である負荷5に電力を供給する。燃料電池2の出力端は電圧調整装置3の入力に接続されており、電圧調整装置3の出力は、充放電装置4及び外部の回路である負荷5に接続されている。ここで、負荷5と充放電装置4は並列接続されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 2, a voltage regulator 3, and a charge / discharge device 4, and supplies power to a load 5 that is an external circuit. The output terminal of the fuel cell 2 is connected to the input of the voltage regulator 3, and the output of the voltage regulator 3 is connected to the charge / discharge device 4 and a load 5 that is an external circuit. Here, the load 5 and the charging / discharging device 4 are connected in parallel.

燃料電池2は、発電セル21と、燃料供給器22と、タンク23とを備える。発電セル21の種類によって、燃料供給器22から発電セル21に送られる燃料、及び燃料供給器22の機構とタンク23に収容される物質が異なる。   The fuel cell 2 includes a power generation cell 21, a fuel supplier 22, and a tank 23. Depending on the type of power generation cell 21, the fuel sent from the fuel supplier 22 to the power generation cell 21, and the mechanism of the fuel supplier 22 and the substance stored in the tank 23 are different.

発電セル21がDMFC(Direct Methanol Fuel Cell)である場合は、燃料供給器22から発電セル21に送られる燃料はメタノールとなる。このため、タンク23に収容される物質は、メタノールか燃料供給器22でメタノールを生成可能な化合物となる。 If the power generation cell 21 is DMFC (D irect M ethanol F uel C ell) , the fuel fed from the fuel supply unit 22 to the power generation cell 21 is methanol. For this reason, the substance accommodated in the tank 23 is methanol or a compound capable of generating methanol by the fuel supplier 22.

タンク23に収容される物質がメタノールやメタノール包摂化合物である場合は、燃料供給器22は、ポンプやバルブなどを主として構成され、発電セル21に燃料であるメタノールを供給する。   When the substance stored in the tank 23 is methanol or a methanol inclusion compound, the fuel supply unit 22 is mainly configured with a pump, a valve, and the like, and supplies methanol as fuel to the power generation cell 21.

タンク23に収容される物質が燃料供給器22でメタノールを生成可能な化合物である場合は、燃料供給器22は、メタノールを生成可能な化合物から化学的操作によってメタノールを取り出すことが可能な反応器を主として構成され、発電セル21に燃料であるメタノールを供給する。   When the substance stored in the tank 23 is a compound capable of generating methanol with the fuel supply device 22, the fuel supply device 22 is a reactor capable of extracting methanol from the compound capable of generating methanol by chemical operation. And is configured to supply methanol as a fuel to the power generation cell 21.

発電セル21が、燃料として水素を必要とするPEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell)である場合は、燃料供給器22から発電セル21に送られる燃料が水素である。このため、タンク23に収容される物質は、水素か燃料供給器22で水素を生成可能な化合物となる。   When the power generation cell 21 is a PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) that requires hydrogen as a fuel, the fuel sent from the fuel supplier 22 to the power generation cell 21 is hydrogen. For this reason, the substance accommodated in the tank 23 is hydrogen or a compound capable of generating hydrogen by the fuel supplier 22.

タンク23に収容される物質が水素である場合は、タンク23は、液体水素ボンベや高圧水素ボンベや水素吸蔵合金タンク等であり、水素が貯蔵される。貯蔵された水素は、バルブやレギュレータ等の燃料供給器22によって発電セル21に供給される。   When the substance stored in the tank 23 is hydrogen, the tank 23 is a liquid hydrogen cylinder, a high-pressure hydrogen cylinder, a hydrogen storage alloy tank, or the like, and stores hydrogen. The stored hydrogen is supplied to the power generation cell 21 by a fuel supplier 22 such as a valve or a regulator.

タンク23に収容される物質が燃料供給器22で水素を生成可能な化合物である場合は、燃料供給器22は、水素を生成可能な化合物から加水分解や水蒸気改質等の化学的操作によって水素を取り出すことが可能な反応器や改質器等を主として構成され、発電セル21に燃料である水素を供給する。   When the substance stored in the tank 23 is a compound capable of generating hydrogen by the fuel supplier 22, the fuel supplier 22 generates hydrogen from the compound capable of generating hydrogen by chemical operation such as hydrolysis or steam reforming. The reactor is mainly composed of a reactor, a reformer, and the like that can take out hydrogen, and supplies hydrogen as a fuel to the power generation cell 21.

ここで、燃料供給器22で水素を生成可能な化合物とは、メタノール等のアルコール類や、水素化ホウ素ナトリウムやなどの金属水素化物(無機ハイドライド)やシクロヘキサンやデカリン等の有機ハイドライド、アルミニウムやマグネシウムの金属粉末など、化学的操作によって水素を取り出しうる物質であれば良い。   Here, the compound capable of generating hydrogen in the fuel supplier 22 is an alcohol such as methanol, a metal hydride such as sodium borohydride (inorganic hydride), an organic hydride such as cyclohexane or decalin, aluminum or magnesium. Any material can be used as long as it can extract hydrogen by chemical operation, such as metal powder.

電圧調整装置3は、燃料電池2により出力された出力電圧を所定電圧に調整する。例えば、電圧調整装置3には、電圧調整装置3に入力された直流電圧を調整し、安定化した直流電圧又は交流電圧を出力する装置が挙げられる。安定化した直流電圧を出力する電圧調整装置はDC−DCコンバータと呼ばれる。安定化した交流電圧を出力する電圧調整装置はDC−ACコンバータと呼ばれる。   The voltage adjustment device 3 adjusts the output voltage output from the fuel cell 2 to a predetermined voltage. For example, the voltage adjusting device 3 includes a device that adjusts the DC voltage input to the voltage adjusting device 3 and outputs a stabilized DC voltage or AC voltage. A voltage regulator that outputs a stabilized DC voltage is called a DC-DC converter. A voltage regulator that outputs a stabilized AC voltage is called a DC-AC converter.

DC−DCコンバータは、燃料電池の直流電圧を負荷の動作に支障がない直流電圧に変換し負荷へ電力を供給することが可能であればよく、負荷への供給電圧が安定化され、一定であるとより好ましい。例えば、DC−DCコンバータには、シリーズレギュレータ、スイッチングレギュレータ、チャージポンプやスイッチドキャパシタ等が挙げられる。   The DC-DC converter only needs to convert the DC voltage of the fuel cell into a DC voltage that does not hinder the operation of the load and supply power to the load. The supply voltage to the load is stabilized and constant. More preferably. For example, a DC-DC converter includes a series regulator, a switching regulator, a charge pump, a switched capacitor, and the like.

同様にDC−ACコンバータも、燃料電池の直流電圧を負荷の動作に支障がない交流電圧に変換し負荷へ電力を供給することが可能であればよい。例えば、DC−ACコンバータにはトランスなどが挙げられる。   Similarly, the DC-AC converter only needs to convert the DC voltage of the fuel cell into an AC voltage that does not hinder the operation of the load and supply power to the load. For example, a transformer etc. are mentioned in DC-AC converter.

電圧調整装置3の出力電圧(所定電圧)の設定値は、燃料電池システム1に搭載されている充放電装置4を構成する二次電池、あるいは蓄電器の種類によって異なる。   The set value of the output voltage (predetermined voltage) of the voltage adjusting device 3 varies depending on the type of secondary battery or capacitor constituting the charging / discharging device 4 mounted on the fuel cell system 1.

電圧調整装置3の出力電圧の設定値の下限値は、負荷5の動作下限電圧或いは充放電装置4を構成する二次電池の放電終止電圧のいずれか高い方の電圧値以上であることが望ましい。また、電圧調整装置3の出力電圧の設定値の上限値は、充放電装置4を構成する二次電池を完全充電状態としうる充電電圧或いは負荷5の最大耐電圧のいずれか低い方の電圧値以下であることが望ましい。   The lower limit value of the set value of the output voltage of the voltage adjusting device 3 is preferably equal to or higher than the higher one of the operation lower limit voltage of the load 5 and the discharge end voltage of the secondary battery constituting the charge / discharge device 4. . Further, the upper limit value of the set value of the output voltage of the voltage regulator 3 is the lower of the charging voltage that can fully charge the secondary battery constituting the charging / discharging device 4 or the maximum withstand voltage of the load 5. The following is desirable.

例えば、負荷5の動作下限電圧が3.3V、最大耐電圧が6.0Vであり、充放電装置4としてリチウムイオン二次電池を用いた場合は、充放電装置4の放電終止電圧が3.0V、充電電圧が4.2Vであるので、この場合の電圧調整装置3の出力電圧は、3.3V以上4.2V以下の範囲で設定される。なお、電圧調整装置3の出力電圧の設定値は、充放電装置4を構成する二次電池あるいは蓄電器の公称電圧付近の電圧値が好ましい場合が多く、充放電装置4としてリチウムイオン二次電池を用いた場合は、電圧調整装置3の出力電圧の設定値は、リチウムイオン二次電池1セルあたり3.6〜3.8Vとなる。   For example, when the operation lower limit voltage of the load 5 is 3.3 V, the maximum withstand voltage is 6.0 V, and a lithium ion secondary battery is used as the charge / discharge device 4, the discharge end voltage of the charge / discharge device 4 is 3. Since 0V and the charging voltage are 4.2V, the output voltage of the voltage regulator 3 in this case is set in the range of 3.3V to 4.2V. In many cases, the set value of the output voltage of the voltage adjusting device 3 is preferably a voltage value in the vicinity of the nominal voltage of the secondary battery or the battery constituting the charging / discharging device 4, and a lithium ion secondary battery is used as the charging / discharging device 4. When used, the set value of the output voltage of the voltage regulator 3 is 3.6 to 3.8 V per lithium ion secondary battery cell.

より効果的な電圧調整装置3の出力電圧の設定値は、充放電装置4を構成する二次電池をインピーダンスアナライザー等の測定器を用いた測定による直流や交流による直列内部抵抗値や、出力インピーダンス値を基に設定を行う。

具体的には、充放電装置4の出力インピーダンスと充放電装置4の出力電圧との関係を測定し、図2に示すように両者の関係を示す特性曲線を算出する。当該特性曲線において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンス(又は直列内部抵抗値)の値に対応する出力電圧が、電圧調整装置3の出力電圧(所定電圧)として設定される。
A more effective setting value of the output voltage of the voltage adjusting device 3 is a series internal resistance value by direct current or alternating current by measuring a secondary battery constituting the charging / discharging device 4 using a measuring instrument such as an impedance analyzer, or an output impedance. Set based on the value.

Specifically, the relationship between the output impedance of the charging / discharging device 4 and the output voltage of the charging / discharging device 4 is measured, and a characteristic curve indicating the relationship between the two is calculated as shown in FIG. The output voltage corresponding to the value of the output impedance (or series internal resistance value) lower than the maximum output impedance in the characteristic curve is set as the output voltage (predetermined voltage) of the voltage regulator 3.

ここで、充放電装置4としてリチウムイオン二次電池が用いられた場合の電圧調整装置3の出力電圧の設定方法の一例について説明する。負荷5で想定される最大消費電流や負荷5の定格電流値等の電流値をIo、リチウムイオン二次電池からIoを出力させる直前のリチウムイオン二次電池の電圧である充放電装置電圧をVi、リチウムイオン二次電池から電流を出力させたときにリチウムイオン二次電池の降下した分の電圧をVddとする。   Here, an example of a method for setting the output voltage of the voltage regulator 3 when a lithium ion secondary battery is used as the charge / discharge device 4 will be described. The current value such as the maximum current consumption assumed for the load 5 and the rated current value of the load 5 is Io, and the charge / discharge device voltage, which is the voltage of the lithium ion secondary battery immediately before outputting Io from the lithium ion secondary battery, is Vi. When the current is output from the lithium ion secondary battery, the voltage corresponding to the drop of the lithium ion secondary battery is defined as Vdd.

本実施形態では、Vddは次のような値として用いられている。図3に示すように、リチウムイオン二次電池からIoが出力され、リチウムイオン二次電池の充放電装置電圧が低下した後に、リチウムイオン二次電池の電圧降下の変化率が変わる変異点を特定する。そして、当該変異点に対応する電圧値をViから減算した値がVddとして用いられている。   In the present embodiment, Vdd is used as the following value. As shown in FIG. 3, after Io is output from the lithium ion secondary battery and the charging / discharging device voltage of the lithium ion secondary battery is lowered, the variation point at which the rate of change in the voltage drop of the lithium ion secondary battery changes is identified. To do. A value obtained by subtracting the voltage value corresponding to the mutation point from Vi is used as Vdd.

電圧調整装置3の出力電圧の設定方法では、先ず、リチウムイオン二次電池の充放電装置電圧がViの時の出力インピーダンスRzをRz=Vdd/Ioより求める。そして、リチウムイオン二次電池の充放電装置電圧Viを変更し、上記と同様にして変更後の充放電装置電圧Viに対応する出力インピーダンスRzを算出する。充放電装置電圧Viの変化に対応する出力インピーダンスRzは、図2に示すような特性曲線となった。   In the setting method of the output voltage of the voltage regulator 3, first, the output impedance Rz when the charge / discharge device voltage of the lithium ion secondary battery is Vi is obtained from Rz = Vdd / Io. Then, the charging / discharging device voltage Vi of the lithium ion secondary battery is changed, and the output impedance Rz corresponding to the changed charging / discharging device voltage Vi is calculated in the same manner as described above. The output impedance Rz corresponding to the change in the charging / discharging device voltage Vi is a characteristic curve as shown in FIG.

本実施形態では、図2に示す特性曲線において、最大の出力インピーダンスよりも低いインピーダンスに対応するViが電圧調整装置3の出力電圧として設定される。   In the present embodiment, Vi corresponding to an impedance lower than the maximum output impedance is set as the output voltage of the voltage regulator 3 in the characteristic curve shown in FIG.

なお、上記特性曲線において、最大の出力インピーダンスと最小の出力インピーダンスとの中間よりも低いインピーダンスに対応する出力電圧が、電圧調整装置3の出力電圧(所定電圧)として設定されるのが好ましい。また、上記特性曲線において、最小の出力インピーダンスに対応する電圧が、電圧調整装置3の出力電圧(所定電圧)として設定されるのが最も好ましい。   In the above characteristic curve, it is preferable that an output voltage corresponding to an impedance lower than the middle between the maximum output impedance and the minimum output impedance is set as the output voltage (predetermined voltage) of the voltage regulator 3. In the above characteristic curve, the voltage corresponding to the minimum output impedance is most preferably set as the output voltage (predetermined voltage) of the voltage regulator 3.

充放電装置4は、鉛蓄電池やニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池等に代表される繰り返し充放電が可能な二次電池や、コンデンサやキャパシタや電気二重層コンデンサ等の電圧の印加によって電荷・静電エネルギーを蓄え電気容量を得る蓄電器を用いることが可能である。二次電池は、ニッケルカドニウム二次電池のようにメモリー効果が発現しない電池が好ましい。また、負荷5の動作電圧や最低動作電圧や負荷特性等によって、適切な二次電池あるいは蓄電器の種類を選択し、必要に応じて二次電池あるいは蓄電器を直列接続し負荷5へ供給する電圧を調整することが可能である。   The charging / discharging device 4 is a secondary battery that can be repeatedly charged and discharged, such as a lead storage battery, a nickel hydride secondary battery, or a lithium ion secondary battery, or a voltage applied to a capacitor, a capacitor, an electric double layer capacitor, or the like. It is possible to use a capacitor that stores electric charge / electrostatic energy and obtains electric capacity. The secondary battery is preferably a battery that does not exhibit a memory effect, such as a nickel cadmium secondary battery. In addition, an appropriate secondary battery or capacitor type is selected according to the operating voltage, minimum operating voltage, load characteristics, etc. of the load 5, and the voltage supplied to the load 5 by connecting the secondary battery or capacitor in series as necessary. It is possible to adjust.

充放電装置の電気的な容量の設定は、燃料電池システム1が負荷5および燃料電池システム1の内部回路へ電力を供給する際に負荷5および燃料電池システム1の動作時に安定的に電力が供給可能である最小限の容量を有することが必要となる。
かかる特徴によれば、燃料電池が有する燃料のエネルギーから負荷への電力供給及び充放電装置の充放電に必要な電気エネルギーへ変換する際に生じるエネルギー損失を最小限に抑えることが可能となり、燃料電池の発電による無駄な電力の発生と燃料消費を低減し、燃料電池システムのエネルギー変換効率を向上させることが可能となる。
The electric capacity of the charging / discharging device is set so that when the fuel cell system 1 supplies power to the load 5 and the internal circuit of the fuel cell system 1, power is stably supplied when the load 5 and the fuel cell system 1 operate. It is necessary to have the minimum capacity possible.
According to such a feature, it is possible to minimize energy loss that occurs when converting the energy of the fuel that the fuel cell has into electrical energy required for power supply to the load and charging / discharging of the charging / discharging device. It is possible to reduce generation of useless power and fuel consumption due to the power generation of the battery, and to improve the energy conversion efficiency of the fuel cell system.

すなわち、充放電装置4において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、電圧調整装置3が充放電装置4に供給する。これにより、電圧調整装置3が、充放電装置4の出力インピーダンスを低減させる電圧を、充放電装置4に供給することができるため、充放電装置4の出力インピーダンスによって電力が無駄に消費され難くなり、燃料電池2が発電した電力を効率的に負荷に供給することができる。   That is, the voltage adjustment device 3 supplies the voltage corresponding to the output impedance lower than the maximum output impedance in the charge / discharge device 4 to the charge / discharge device 4. Thereby, since the voltage regulator 3 can supply the voltage which reduces the output impedance of the charging / discharging apparatus 4 to the charging / discharging apparatus 4, electric power becomes difficult to be consumed wastefully by the output impedance of the charging / discharging apparatus 4. The electric power generated by the fuel cell 2 can be efficiently supplied to the load.

また、充放電装置4において最大の出力インピーダンスと最小の出力インピーダンスとの中間よりも低いインピーダンスに対応する電圧を、電圧調整装置3が充放電装置4に供給することができるため、充放電装置4の出力インピーダンスによって消費される無駄な電力を効果的に低減させることができ、燃料電池2が発電した電力を負荷に対して効率的に供給することができる。   Moreover, since the voltage adjustment apparatus 3 can supply the voltage corresponding to the impedance lower than the intermediate | middle of the maximum output impedance and the minimum output impedance in the charging / discharging apparatus 4 to the charging / discharging apparatus 4, the charging / discharging apparatus 4 The wasteful power consumed by the output impedance can be effectively reduced, and the power generated by the fuel cell 2 can be efficiently supplied to the load.

さらに、充放電装置4において最小の出力インピーダンスに対応する電圧を電圧調整装置3が充放電装置4に供給するため、充放電装置4の出力インピーダンスによって消費される無駄な電力をより効果的に低減させることができ、燃料電池2が発電した電力を負荷に対してより効率的に供給することができる。   Furthermore, since the voltage regulator 3 supplies the voltage corresponding to the minimum output impedance in the charging / discharging device 4 to the charging / discharging device 4, the wasteful power consumed by the output impedance of the charging / discharging device 4 is more effectively reduced. The electric power generated by the fuel cell 2 can be supplied more efficiently to the load.

(実施例1)
図4は本実施例における本発明を適用した燃料電池の概略図を示す図である。本発明を適用する燃料電池20は、燃料の供給によって発電し電力を発生しうる機構であれば良く、発電セルや燃料供給器やボンベを特別に限定することはないが、本実施例では、水素の供給によって発電を行うPEFCタイプの発電セル24と、燃料供給器25として圧力レギュレータと、燃料タンク26として水素吸蔵合金ボンベによって、燃料電池20を構成した。
Example 1
FIG. 4 is a schematic diagram of a fuel cell to which the present invention is applied in this embodiment. The fuel cell 20 to which the present invention is applied may be any mechanism that can generate electricity by supplying fuel and generate electric power, and does not specifically limit the power generation cell, the fuel supplier, or the cylinder. The fuel cell 20 is configured by a PEFC type power generation cell 24 that generates power by supplying hydrogen, a pressure regulator as the fuel supplier 25, and a hydrogen storage alloy cylinder as the fuel tank 26.

燃料電池20の出力を入力する電圧調整装置として、DC−DCコンバータである昇降圧が可能なスイッチングレギュレータ方式の電圧調整装置30を用いた。電圧調整装置30の平均電圧変換効率は85%である。   As a voltage regulator for inputting the output of the fuel cell 20, a switching regulator type voltage regulator 30 capable of step-up / step-down, which is a DC-DC converter, was used. The average voltage conversion efficiency of the voltage regulator 30 is 85%.

電圧調整装置30の出力に電圧調整装置30の出力と直列に切換器6を接続した。この切換器6は、先に接続される蓄電要素や負荷から電圧調整装置30や燃料電池20への電流の逆流や電圧の印加を防ぐ為に用いる。切換器6は、切換器6を流れる電流の経路を切換えたり、遮断したりすることが可能な回路素子であれば良い。例えば、切換器6には、ショットキダイオードなどのダイオード、電界効果型トランジスタ(MOS−FET)、バイポーラトランジスタ、リレー素子、トグルスイッチ等の回路素子が挙げられる。また、切換器6は、これらの回路素子の少なくとも1つ以上により構成されてもよい。本実施例においては、切換器6としてショットキダイオード60を使用した。   The switch 6 was connected to the output of the voltage regulator 30 in series with the output of the voltage regulator 30. The switch 6 is used to prevent a reverse current flow or voltage application from the previously connected power storage element or load to the voltage regulator 30 or the fuel cell 20. The switch 6 may be a circuit element that can switch or cut off the path of the current flowing through the switch 6. For example, the switch 6 includes a diode such as a Schottky diode, a circuit element such as a field effect transistor (MOS-FET), a bipolar transistor, a relay element, and a toggle switch. Moreover, the switch 6 may be comprised by at least 1 or more of these circuit elements. In this embodiment, a Schottky diode 60 is used as the switch 6.

ここで、負荷50の消費電力は平均3W、入力電圧範囲が電圧の上限値である最大耐電圧が6.0V、電圧の下限値である動作下限電圧が3.0Vである。この負荷50にはパルス負荷特性を有しており、最大消費電流が1.6A(0.4秒以下)である。   Here, the power consumption of the load 50 is 3 W on average, the maximum withstand voltage whose input voltage range is the upper limit value of the voltage is 6.0 V, and the operating lower limit voltage which is the lower limit value of the voltage is 3.0 V. This load 50 has a pulse load characteristic, and the maximum current consumption is 1.6 A (0.4 seconds or less).

燃料電池を構成する発電セルは、負荷50の平均消費電力である3Wを供給することが可能である発電能力を要する為、電圧調整装置30の電圧変換効率85%を考慮し、3[W]÷85%より導き出される約3.6Wを出力可能な構成とした。発電セルが3.6W出力時の発電セル、すなわち燃料電池20の出力電圧は1.8Vであった。   Since the power generation cells constituting the fuel cell require a power generation capability capable of supplying 3 W, which is the average power consumption of the load 50, 3 [W] in consideration of the voltage conversion efficiency 85% of the voltage regulator 30 ÷ About 3.6W derived from 85% was configured to be output. The output voltage of the power generation cell when the power generation cell was 3.6 W, that is, the output voltage of the fuel cell 20 was 1.8V.

負荷50を動作させる為に燃料電池20の出力のみではパルス負荷に対応できず、負荷50は動作停止や誤作動をする恐れがある。そのため、負荷50の入力電圧範囲において適応可能な充放電装置を選択する必要がある。本実施例においては、負荷50の入力電圧範囲内に出力電圧を有するリチウムイオン二次電池を充放電装置40として使用した。   In order to operate the load 50, the output of the fuel cell 20 alone cannot cope with the pulse load, and the load 50 may stop operating or malfunction. Therefore, it is necessary to select a charge / discharge device that can be applied in the input voltage range of the load 50. In the present embodiment, a lithium ion secondary battery having an output voltage within the input voltage range of the load 50 is used as the charge / discharge device 40.

リチウムイオン二次電池の使用可能な電圧範囲は、上限が完全充電状態とする為に必要な充電電圧である4.2V、下限電圧が放電終止電圧である3.0Vである。   The usable voltage range of the lithium ion secondary battery is a charge voltage of 4.2 V, which is necessary for the upper limit to be in a fully charged state, and a lower limit voltage of 3.0 V, which is a discharge end voltage.

ここで、電圧調整装置30の出力電圧範囲が負荷50の入力電圧範囲とリチウムイオン二次電池の使用可能な電圧範囲より、3.0〜4.2Vとなる。本実施例では、1000mAhの充放電装置40を用いた。   Here, the output voltage range of the voltage adjusting device 30 is 3.0 to 4.2 V from the input voltage range of the load 50 and the usable voltage range of the lithium ion secondary battery. In this example, a 1000 mAh charge / discharge device 40 was used.

電圧調整装置30の出力電圧は、充放電装置40の出力インピーダンスの充放電装置40電圧特性を示す特性曲線より決定する。特性曲線を求める出力インピーダンスの電圧特性の測定は、想定される充放電装置40の最大電流値1.6Aを出力させたときの充放電装置40電池電圧の降下電圧値(Vdd)から充放電装置40の出力インピーダンスRzを、Vdd÷1.6[A]より求め、このRzを充放電装置40から電流を出力させる前の電圧値Viのときの出力インピーダンスとする。この測定結果は、先に示した特性曲線図2である。なおVddは、同じく先に示した図3に示すように、充放電装置が電流を出力した後の電圧変化の経時変化に変異点がある場合は、その地点での電圧値からVddを得る。   The output voltage of the voltage adjusting device 30 is determined from a characteristic curve indicating the voltage characteristics of the charging / discharging device 40 of the output impedance of the charging / discharging device 40. The measurement of the voltage characteristic of the output impedance for obtaining the characteristic curve is performed by calculating the charge / discharge device from the voltage drop (Vdd) of the battery voltage when the assumed maximum current value 1.6A of the charge / discharge device 40 is output. The output impedance Rz of 40 is obtained from Vdd ÷ 1.6 [A], and this Rz is set as the output impedance at the voltage value Vi before the current is output from the charge / discharge device 40. This measurement result is the characteristic curve diagram 2 shown above. Similarly, as shown in FIG. 3 described above, Vdd is obtained from the voltage value at that point when there is a variation point in the change over time in the voltage change after the charging / discharging device outputs the current.

電圧調整装置30の出力電圧範囲3.0〜4.2Vにおいて、図2に示した特性曲線より充放電装置40の出力インピーダンスが最も低い値をとる電圧値は3.8Vであるので、この電圧値(3.8V)を電圧調整装置30の出力電圧値として設定した。   In the output voltage range of 3.0 to 4.2 V of the voltage adjusting device 30, the voltage value at which the output impedance of the charging / discharging device 40 takes the lowest value from the characteristic curve shown in FIG. The value (3.8V) was set as the output voltage value of the voltage regulator 30.

これによって、燃料電池システムの動作時のエネルギー損失が減少し、燃料電池の燃料が有する燃料から燃料電池システムから得られる電気エネルギーへの変換効率が向上した。   As a result, energy loss during operation of the fuel cell system is reduced, and the conversion efficiency from the fuel of the fuel cell fuel to the electrical energy obtained from the fuel cell system is improved.

つまり、本実施例によれば、充放電装置40において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、電圧調整装置30が充放電装置40に供給している。これにより、電圧調整装置30が、充放電装置40の出力インピーダンスを低減させる電圧を、充放電装置40に供給しているため、充放電装置40の出力インピーダンスによって電力が無駄に消費され難くなり、燃料電池20が発電した電力を効率的に負荷に供給することができた。   That is, according to the present embodiment, the voltage adjustment device 30 supplies the voltage corresponding to the output impedance lower than the maximum output impedance in the charge / discharge device 40 to the charge / discharge device 40. Thereby, since the voltage regulator 30 is supplying the voltage which reduces the output impedance of the charging / discharging apparatus 40 to the charging / discharging apparatus 40, it becomes difficult to consume electric power wastefully by the output impedance of the charging / discharging apparatus 40, The electric power generated by the fuel cell 20 could be efficiently supplied to the load.

特に本実施例では、充放電装置40において最小の出力インピーダンスに対応する電圧を電圧調整装置30が充放電装置40に供給しているため、充放電装置40の出力インピーダンスによって消費される無駄な電力を効果的に低減させることができ、燃料電池20が発電した電力を負荷に対して効率的に供給することができた。   In particular, in this embodiment, since the voltage adjustment device 30 supplies the voltage corresponding to the minimum output impedance in the charging / discharging device 40 to the charging / discharging device 40, wasted power consumed by the output impedance of the charging / discharging device 40. Can be effectively reduced, and the electric power generated by the fuel cell 20 can be efficiently supplied to the load.

(実施例2)
図5は本実施例における本発明を適用した燃料電池の概略図を示す図である。実施例1で示した図4と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
(Example 2)
FIG. 5 is a diagram showing a schematic diagram of a fuel cell to which the present invention is applied in this embodiment. The same parts as those in FIG. 4 shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本発明を適用する燃料電池は、実施例1と同様に燃料の供給によって発電し電力を発生しうる機構であれば良く、発電セルや燃料供給器やボンベを特別に限定することはないが、本実施例では、メタノールの供給によって発電を行うDMFCの発電セル27と、燃料供給器28として送液ポンプと、燃料タンク29としてメタノール溶液が充電されたカートリッジより、燃料電池200を構成した。電圧変換回路は、実施例1で使用した回路を用い出力電圧のみ別途調整を行った電圧変換回路31を使用した。   The fuel cell to which the present invention is applied may be any mechanism that can generate electricity by supplying fuel as in the first embodiment, and does not specifically limit the power generation cell, the fuel supplier, or the cylinder, In this embodiment, the fuel cell 200 is constituted by a DMFC power generation cell 27 that generates power by supplying methanol, a liquid feed pump as the fuel supply device 28, and a cartridge charged with a methanol solution as the fuel tank 29. As the voltage conversion circuit, the voltage conversion circuit 31 in which only the output voltage was separately adjusted using the circuit used in the first embodiment was used.

負荷は、パルス負荷電流が大きくない平均消費電流が3.2A、入力電圧範囲が10〜15Vの負荷51であり、燃料電池システム11によって動作される。   The load is a load 51 having an average current consumption of 3.2 A and an input voltage range of 10 to 15 V with no large pulse load current, and is operated by the fuel cell system 11.

負荷51および燃料電池システム11の内部回路へ電力を供給する際に、負荷51および燃料電池システム11の動作時に安定的に電力が供給可能である容量、且つ負荷51が動作後、充放電装置から負荷51へ電力が供給されてから燃料電池が出力可能な状態となるまで電力の供給が可能である充放電装置として、本実施例で用いた充放電装置は、容量が3600mAhのリチウムイオン二次電池を3直列接続とした充放電装置41を用いた。この充放電装置41の電圧範囲は、上限が充電電圧である12.6V、放電下限電圧9.0Vとなる。よって、電圧調整装置41の出力電圧値は、10V〜12.6Vの範囲内となる。   When supplying power to the load 51 and the internal circuit of the fuel cell system 11, the capacity capable of stably supplying power during the operation of the load 51 and the fuel cell system 11, and after the load 51 is operated, from the charge / discharge device The charge / discharge device used in this example as a charge / discharge device capable of supplying power from the time when power is supplied to the load 51 until the fuel cell is ready to output is a lithium ion secondary having a capacity of 3600 mAh. A charge / discharge device 41 having three batteries connected in series was used. As for the voltage range of this charging / discharging device 41, the upper limit is 12.6V, which is the charging voltage, and the lower limit discharge voltage is 9.0V. Therefore, the output voltage value of the voltage regulator 41 is in the range of 10V to 12.6V.

図6に充放電装置41の出力インピーダンスRzの電池電圧依存性の測定結果を示す。この結果から、電圧調整装置31の出力電圧の範囲内で最小のRzをとるViが11.4Vであることから電圧調整装置31の出力電圧を11.4Vに設定した。   FIG. 6 shows the measurement result of the battery voltage dependence of the output impedance Rz of the charge / discharge device 41. From this result, Vi taking the minimum Rz within the range of the output voltage of the voltage regulator 31 is 11.4V, so the output voltage of the voltage regulator 31 was set to 11.4V.

なお、燃料電池システム11を動作させる都合上、詳細には図示しないが切換器61はNチャンネルのMOS―FET62とタイマを使用し、MOS―FET62のドレインを電圧調整装置31の出力と接続し、MOS―FET62のソースを充放電装置の出力に接続した。また、充放電装置41と負荷51との間に電流検出用の10mΩの抵抗器7を直列に接続し、抵抗器7の両端を電圧増幅アンプ8に入力した。アンプ8は、入力される2つの電圧の電位差を1000倍に増幅しその出力が、燃料電池21を構成する燃料供給器28と切換器61を構成するタイマに入力される。燃料電池21を構成する燃料供給器28は1Vを超えるアンプからの入力があると動作を開始し、発電セルに燃料であるメタノールを供給する。切換器61を構成するタイマは、1Vを超えるアンプからの入力があると動作を開始し、1Vを超えるアンプからの入力がされてから10秒後にMOS―FET62のゲートに充放電装置41の電池電圧が印加されるように構成されている。このような構成とすることによって、負荷51が起動後に充放電装置41から負荷51に100mA以上の電流が出力されると、アンプ8からの出力が1V以上となり、ポンプが動作しその後10秒後に燃料電池21の出力が電圧調整装置31を介して負荷51及び充放電装置41に供給される。   For convenience of operating the fuel cell system 11, although not shown in detail, the switch 61 uses an N-channel MOS-FET 62 and a timer, and connects the drain of the MOS-FET 62 to the output of the voltage regulator 31. The source of the MOS-FET 62 was connected to the output of the charge / discharge device. A 10 mΩ resistor 7 for current detection was connected in series between the charge / discharge device 41 and the load 51, and both ends of the resistor 7 were input to the voltage amplification amplifier 8. The amplifier 8 amplifies the potential difference between the two input voltages by 1000 times, and the output is input to the fuel supplier 28 constituting the fuel cell 21 and the timer constituting the switch 61. When there is an input from an amplifier exceeding 1V, the fuel supplier 28 constituting the fuel cell 21 starts operation and supplies methanol as fuel to the power generation cell. The timer constituting the switch 61 starts operation when there is an input from an amplifier exceeding 1V, and 10 seconds after the input from the amplifier exceeding 1V is received, the battery of the charge / discharge device 41 is connected to the gate of the MOS-FET 62. A voltage is applied. With this configuration, when a current of 100 mA or more is output from the charging / discharging device 41 to the load 51 after the load 51 is started, the output from the amplifier 8 becomes 1 V or more, and the pump operates and 10 seconds later. The output of the fuel cell 21 is supplied to the load 51 and the charge / discharge device 41 via the voltage adjustment device 31.

電圧調整装置31の出力電圧を11.4Vとすることによって、負荷51への平均供給電力は、11.4[V]×3.2[A]=36.48[W]となる。一方、従来技術のように電圧調整装置の出力電圧をリチウムイオン二次電池3直列の充電電圧12.6Vに設定すると負荷51への平均供給電力は、12.6[V]×3.2[A]=40.32[W]となる。よって、本発明を適用することによって、約4Wに相当するエネルギー損失を低減し、燃料電池システムとしてのエネルギー変換効率を向上することが可能となった。   By setting the output voltage of the voltage regulator 31 to 11.4V, the average supply power to the load 51 is 11.4 [V] × 3.2 [A] = 36.48 [W]. On the other hand, when the output voltage of the voltage regulator is set to 12.6 V in series with the lithium ion secondary battery 3 as in the prior art, the average power supplied to the load 51 is 12.6 [V] × 3.2 [ A] = 40.32 [W]. Therefore, by applying the present invention, it is possible to reduce the energy loss corresponding to about 4 W and improve the energy conversion efficiency as the fuel cell system.

また、本実施例によれば、充放電装置41において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、電圧調整装置31が充放電装置41に供給している。これにより、電圧調整装置31が、充放電装置41の出力インピーダンスを低減させる電圧を、充放電装置41に供給しているため、充放電装置41の出力インピーダンスによって電力が無駄に消費され難くなり、燃料電池200が発電した電力を効率的に負荷に供給することができた。   Further, according to the present embodiment, the voltage adjustment device 31 supplies the voltage corresponding to the output impedance lower than the maximum output impedance in the charge / discharge device 41 to the charge / discharge device 41. Thereby, since the voltage regulator 31 is supplying the voltage which reduces the output impedance of the charging / discharging apparatus 41 to the charging / discharging apparatus 41, it becomes difficult to consume electric power wastefully by the output impedance of the charging / discharging apparatus 41, The electric power generated by the fuel cell 200 could be efficiently supplied to the load.

特に本実施例では、充放電装置41において最小の出力インピーダンスに対応する電圧を電圧調整装置31が充放電装置41に供給しているため、充放電装置41の出力インピーダンスによって消費される無駄な電力を効果的に低減させることができ、燃料電池200が発電した電力を負荷に対して効率的に供給することができた。   In particular, in this embodiment, since the voltage regulator 31 supplies the voltage corresponding to the minimum output impedance in the charging / discharging device 41 to the charging / discharging device 41, wasted power consumed by the output impedance of the charging / discharging device 41. The electric power generated by the fuel cell 200 can be efficiently supplied to the load.

(その他の実施形態)
なお、燃料電池システム11が充放電装置41に供給する所定電圧を決定してもよいし、図7にしめすように、燃料電池システム11に接続される電圧決定装置300が充放電装置41に供給する所定電圧を決定してもよいのは勿論のことである。
(Other embodiments)
The predetermined voltage supplied to the charging / discharging device 41 by the fuel cell system 11 may be determined, or the voltage determining device 300 connected to the fuel cell system 11 is supplied to the charging / discharging device 41 as shown in FIG. Of course, the predetermined voltage to be determined may be determined.

具体的には、電圧決定装置300は、充放電装置41の電圧に対応する充放電装置41の出力インピーダンスにより定められる特性曲線を算出する算出部301と、算出された特性曲線において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、所定電圧として決定する電圧決定部302とを備える。なお、電圧決定装置300の動作については上述した実施形態と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。   Specifically, the voltage determination device 300 includes a calculation unit 301 that calculates a characteristic curve determined by the output impedance of the charge / discharge device 41 corresponding to the voltage of the charge / discharge device 41, and the maximum output impedance in the calculated characteristic curve. A voltage determination unit 302 that determines a voltage corresponding to a lower output impedance as a predetermined voltage. Note that the operation of the voltage determination device 300 is the same as that of the above-described embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.

なお、電圧決定部302は、特性曲線において最大の出力インピーダンスと最小の出力インピーダンスとの中間よりも低いインピーダンスに対応する電圧を、所定電圧として決定するのが好ましい。電圧決定部302は、特性曲線において最小の出力インピーダンスに対応する電圧を、所定電圧として決定するのが最も好ましい。   In addition, it is preferable that the voltage determination unit 302 determines a voltage corresponding to an impedance lower than the middle between the maximum output impedance and the minimum output impedance in the characteristic curve as the predetermined voltage. Most preferably, the voltage determination unit 302 determines the voltage corresponding to the minimum output impedance in the characteristic curve as the predetermined voltage.

なお、電圧決定装置300において動作する電圧決定方法は、充放電装置41の電圧に対応する充放電装置41の出力インピーダンスにより定められる特性曲線を算出する算出ステップと、算出された特性曲線において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、所定電圧として決定する電圧決定ステップとを備えてもよい。   The voltage determination method that operates in the voltage determination device 300 includes a calculation step for calculating a characteristic curve determined by the output impedance of the charge / discharge device 41 corresponding to the voltage of the charge / discharge device 41, and a maximum in the calculated characteristic curve. And a voltage determining step of determining a voltage corresponding to an output impedance lower than the output impedance as a predetermined voltage.

なお、電圧決定ステップでは、特性曲線において最大の出力インピーダンスと最小の出力インピーダンスとの中間よりも低いインピーダンスに対応する電圧が、所定電圧として決定されるのが好ましい。また、電圧決定ステップでは、特性曲線において最小の出力インピーダンスに対応する電圧が、所定電圧として決定されるのが最も好ましい。   In the voltage determination step, it is preferable that a voltage corresponding to an impedance lower than the middle between the maximum output impedance and the minimum output impedance in the characteristic curve is determined as the predetermined voltage. In the voltage determination step, the voltage corresponding to the minimum output impedance in the characteristic curve is most preferably determined as the predetermined voltage.

本実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment. 充放電装置の充放電装置電圧と出力インピーダンスとの関係を示す特性曲線である。It is a characteristic curve which shows the relationship between the charging / discharging apparatus voltage and output impedance of a charging / discharging apparatus. 充放電装置の充放電装置電圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the charging / discharging apparatus voltage of a charging / discharging apparatus. 本発明の実施例1に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例2に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on Example 2 of this invention. 図5に示す充放電装置の充放電装置電圧と出力インピーダンスとの関係を示す特性曲線である。It is a characteristic curve which shows the relationship between the charging / discharging apparatus voltage and output impedance of the charging / discharging apparatus shown in FIG. その他の実施形態に係る燃料電池しすてむの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell according to other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム、2…燃料電池、3…電圧調整装置、4…充放電装置、5…負荷、6…切換器、7…抵抗器、8…アンプ、10…燃料電池システム、11…燃料電池システム、20…燃料電池、21…発電セル、22…燃料供給器、23…燃料タンク、24…発電セル、25…燃料供給器、26…燃料タンク、27…発電セル、28…燃料供給器、29…燃料タンク、30…電圧変換器、31…電圧変換器、40…充放電装置、41…充放電装置、50…負荷、51…負荷、61…切換器、200…燃料電池、300…電圧決定装置、301…算出部、302…電圧決定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 3 ... Voltage regulator, 4 ... Charging / discharging apparatus, 5 ... Load, 6 ... Switch, 7 ... Resistor, 8 ... Amplifier, 10 ... Fuel cell system, 11 ... Fuel Battery system, 20 ... Fuel cell, 21 ... Power generation cell, 22 ... Fuel supply, 23 ... Fuel tank, 24 ... Power generation cell, 25 ... Fuel supply, 26 ... Fuel tank, 27 ... Power generation cell, 28 ... Fuel supply , 29 ... Fuel tank, 30 ... Voltage converter, 31 ... Voltage converter, 40 ... Charge / discharge device, 41 ... Charge / discharge device, 50 ... Load, 51 ... Load, 61 ... Switch, 200 ... Fuel cell, 300 ... Voltage determining device 301... Calculation unit 302. Voltage determining unit

Claims (8)

燃料が供給されることにより発電する燃料電池と、前記燃料電池により出力された出力電圧を所定電圧に調整する電圧調整装置と、前記電圧調整装置に接続され、前記電圧調整装置から負荷に供給される電力の大きさに応じて充放電を行う充放電装置とを備える燃料電池システムに接続される電圧決定装置であって、
前記充放電装置の電圧に対応する前記充放電装置の出力インピーダンスにより定められる特性曲線を算出する算出部と、
算出された前記特性曲線において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、前記所定電圧として決定する電圧決定部と
を備える電圧決定装置。
A fuel cell that generates electricity when supplied with fuel, a voltage regulator that regulates an output voltage output from the fuel cell to a predetermined voltage, and is connected to the voltage regulator and is supplied from the voltage regulator to a load. A voltage determining device connected to a fuel cell system comprising a charging / discharging device that performs charging / discharging according to the magnitude of the electric power,
A calculation unit that calculates a characteristic curve defined by an output impedance of the charge / discharge device corresponding to a voltage of the charge / discharge device;
A voltage determination device comprising: a voltage determination unit that determines, as the predetermined voltage, a voltage corresponding to an output impedance lower than a maximum output impedance in the calculated characteristic curve.
前記電圧決定部は、前記特性曲線において最大の出力インピーダンスと最小の出力インピーダンスとの中間よりも低いインピーダンスに対応する電圧を、前記所定電圧として決定する請求項に記載の電圧決定装置。 Said voltage determining unit, a voltage corresponding to a lower impedance than the intermediate between the maximum output impedance and minimum output impedance at the characteristic curve, a voltage determination device according to claim 1 for determining as the predetermined voltage. 前記電圧決定部は、前記特性曲線において最小の出力インピーダンスに対応する電圧を、前記所定電圧として決定する請求項に記載の電圧決定装置。 The voltage determination device according to claim 2 , wherein the voltage determination unit determines a voltage corresponding to a minimum output impedance in the characteristic curve as the predetermined voltage. 請求項1から3の何れか一項に記載の電圧決定装置と接続された燃料電池システムであって、  A fuel cell system connected to the voltage determination device according to any one of claims 1 to 3,
前記電圧調整装置の出力側に、自己に流れる電流の経路を切換える切換器を備えることを特徴とする燃料電池システム。  A fuel cell system comprising a switcher for switching a path of a current flowing through the output side of the voltage regulator.
請求項4に記載の燃料電池システムであって、  The fuel cell system according to claim 4, wherein
前記充放電装置と前記負荷との間に接続される抵抗器と、  A resistor connected between the charge / discharge device and the load;
前記抵抗器の両端それぞれの電圧を入力し、入力した2つの電圧の電位差を増幅するアンプと、  An amplifier that inputs voltages at both ends of the resistor and amplifies a potential difference between the two input voltages;
を備え、  With
前記切換器は、ドレインが前記電圧調整装置の出力側と接続され、ソースが前記充放電装置の出力側に接続されたFETと、前記アンプにより増幅された電位差の大きさに応じて動作し、予め定めた時間が経過した時点で前記FETのゲートに前記充放電装置の出力電圧を印加させるタイマと、を有することを特徴とする燃料電池システム。  The switch operates according to the magnitude of the potential difference amplified by the FET, the drain of which is connected to the output side of the voltage regulator, the source of which is connected to the output side of the charge / discharge device, and the amplifier, And a timer for applying an output voltage of the charging / discharging device to the gate of the FET when a predetermined time has elapsed.
燃料が供給されることにより発電する燃料電池と、前記燃料電池により出力された出力電圧を所定電圧に調整する電圧調整装置と、前記電圧調整装置から負荷に供給される電力の大きさに応じて充放電を行う充放電装置とを備える燃料電池システムに接続される電圧決定装置において動作する電圧決定方法であって、
前記充放電装置の電圧に対応する前記充放電装置の出力インピーダンスにより定められる特性曲線を算出する算出ステップと、
算出された前記特性曲線において最大の出力インピーダンスよりも低い出力インピーダンスに対応する電圧を、前記所定電圧として決定する電圧決定ステップと
を備える電圧決定方法。
A fuel cell that generates electricity when supplied with fuel, a voltage regulator that adjusts the output voltage output from the fuel cell to a predetermined voltage, and a magnitude of electric power supplied from the voltage regulator to the load A voltage determination method that operates in a voltage determination device connected to a fuel cell system including a charge / discharge device that performs charge / discharge,
A calculation step for calculating a characteristic curve defined by an output impedance of the charge / discharge device corresponding to a voltage of the charge / discharge device;
A voltage determination method comprising: a voltage determination step of determining, as the predetermined voltage, a voltage corresponding to an output impedance lower than a maximum output impedance in the calculated characteristic curve.
前記電圧決定ステップでは、前記特性曲線において最大の出力インピーダンスと最小の出力インピーダンスとの中間よりも低いインピーダンスに対応する電圧を、前記所定電圧として決定する請求項に記載の電圧決定方法。 The voltage determination method according to claim 6 , wherein in the voltage determination step, a voltage corresponding to an impedance lower than an intermediate value between a maximum output impedance and a minimum output impedance in the characteristic curve is determined as the predetermined voltage. 前記電圧決定ステップでは、前記特性曲線において最小の出力インピーダンスに対応する電圧を、前記所定電圧として決定する請求項に記載の電圧決定方法。 The voltage determination method according to claim 7 , wherein in the voltage determination step, a voltage corresponding to a minimum output impedance in the characteristic curve is determined as the predetermined voltage.
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