燃料电池的最大功率点电压确定方法及其应用技术

提供一种燃料电池的最大功率点电压确定方法及其应用，以高精度确定在最大功率点发电时的输出电压，并进行不超过最大功率点的功率控制。利用电阻（Ｒ１）、（Ｒ２）的分压在差动放大器（Ｓ１）中比较燃料电池（１）的检测电压和第１参照电压（Ｖｒｅｆ１），将该差分值输入到控制部（１１）。控制部（１１）相应于该差分值对电路部（３ａ）进行ＰＷＭ控制。第１参照电压（Ｖｒｅｆ１）是根据燃料电池（１）在以最大功率发电时的输出电压，与电阻Ｒ１、Ｒ２的分压相对应地进行设定的。在以最大功率发电时的输出电压是在电流－电压特性曲线中除了输出电流在零附近的区域之外的范围中，以近似线近似特性曲线，在该近似线的延长线上，求出输出电流为零时的外推电压，确定该外推电压的５０％作为燃料电池在最大功率点发电时的输出电压。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的最大功率点电压确定方法及其应用
本专利技术涉及燃料电池的最大功率点电压确定方法、燃料电池控制系统以及在燃料电池控制系统中使用的功率控制装置。
技术介绍
由于近年电子技术的进步，便携电话机、笔记本PC(个人计算机)、音频视频机器或移动终端机器等便携电子机器的普及进展迅速。作为这些便携电子机器的电源的二次电池，通过进行电池活性物质的开发及高容量电池结构的开发，从现有的密封铅电池起发展到Ni/Cd电池、Ni氢电池、再到Li离子电池，力图增加容量。另一方面，在便携电子机器中，在努力实现低功耗化，在元件中每个功能的功耗大幅度下降，但是可以认为，用户需要要提高，今后也必须增加新功能，存在整个机器的功耗日益增加的倾向。作为电源，需要更高密度，即小型化，驱动时间长的电源。作为满足这种要求的电源，最近燃料电池受到注目。燃料电池，一方面具有随着输出电流的增加而输出功率增加的特性，另一方面，具有当输出电流大于等于某一值时，输出功率从增加反而转为下降的特性。就是说，在燃料电池的输出特性中，存在发电效率最佳的最大功率点，在超过该最大功率点使用时，由于招致发电效率下降而输出功率不足，可能使燃料电池的电极劣化。作为燃料电池的控制技术，例如，在专利文献1中提出，在使燃料电池在最大功率点发电时的输出电压设定为预定电压值，检测到的燃料电池的输出电压低于设定的预定电压值时，为了使输出电压保持为大于等于预定电压值，从辅助功率单元向负载供给功率，使燃料电池的输出功率维持在最大功率点以内的范围的燃料电池系统。-->另外，在专利文献2中，揭示一种为了控制输出功率，设定上限电压和下限电压，当燃料电池的输出电压超过上限电压时，使输出电流增加，而当输出电压低于下限电压时，使输出电流减小，通过控制输出功率使燃料电池的输出电压维持在规定范围内的燃料电池发电装置。[专利文献1]日本专利特开2003-229138号公报(参照第0051段及图3)[专利文献2]日本专利特开平7-153474号公报(参照笫0008段及图1～图3)
技术实现思路
然而，在专利文献1中记载的技术中，将燃料电池在最大功率点发电时的输出电压(最大功率点电压)确定为大于等于开路电压的35％小于等于开路电压的50％的范围内，由于设定预定电压值，就存在根据不同燃料电池不能将输出功率控制在最大功率点以内的范围内的问题。图12是示出固定高分子型燃料电池(PEFC)、直接甲醇型燃料电池(DMFC)的输出特性的特性图。横轴表示电流密度(A/cm2)，纵轴表示输出电压(V)及功率密度(mW/cm2)。特性曲线a，表示直接甲醇型燃料电池的电流-电压特性，特性曲线b，表示直接甲醇型燃料电池的电流-功率密度特性，特性曲线c，表示固定高分子型燃料电池的电流-电压特性。关于直接甲醇型燃料电池，如特性曲线a所示，其电压范围，是从开路电压0.8V至0.2V以下，但从良好的电流-电压特性考虑，实际发电可以使用的区域为小于等于0.4V范围。此外，由于在最大功率点Q发电时的电压(最大功率点电压)在0.2V附近，实际可以使用的电压范围在0.4V至0.2V的范围内。具有这种特性的直接甲醇型燃料电池的控制中，例如，在应用上述专利文献1的技术时，由于开路电压为0.8V，最大功率点电压确定-->为大于等于0.28V的电压，其结果，燃料电池的输出电压控制为大于等于0.28V。此时，如表示电流-功率密度特性的特性曲线b所示，输出功率离最大功率点Q距离大，不能使燃料电池在高输出下进行发电。关于固定高分子型燃料电池，如特性曲线c所示，开路电压为1V，可以使用的电压范围为0.95V至0.50V。因此，例如，在应用上述专利文献1的技术进行固定高分子型燃料电池的控制时，由于开路电压为1V，最大功率点电压确定为大于等于0.35V的电压，其结果，燃料电池的输出电压控制为大于等于0.35V，由于是在可以使用的电压范围外，不仅不能使燃料电池在高效率下进行发电，而且由于输出功率下降，招致输出功率的不足，出现使燃料电池的电极劣化的可能性。特别是，如直接甲醇型燃料电池这样的输出电压变化很大的燃料电池的场合，因为会以输出电压的微小差别使输出功率离开最大功率点的距离很大，所以必须正确确定在最大功率点发电时的电压，即最大功率点电压，但在如上述专利文献1所示那样，在基于开路电压的方法中，存在根据不同燃料电池产生很大误差而不能正确确定的场合。另外，直接甲醇型燃料电池除了具有由于燃料电池的温度及空气极的气体的流速而使输出特性发生很大的改变的特性之外，例如，也有由于二氧化碳及水这样的伴随反应的生成物发生堵塞等的某种原因而使输出功率急剧下降的情况。在输出功率急剧下降时，必须迅速限制输出电流。然而，此处，例如，在应用上述专利文献2所述的技术进行控制的场合，因为当燃料电池的输出电压超过上限电压时，使电流增加，低于下限电压时，使电流减小，这样逐步使输出电流增减，所以存在的问题是电流的限制跟不上上述的输出功率的急剧变化。另外，在燃料电池的温度上升时，输出电压也增加。然而，在专利文献2的技术中，因为当输出电压增加时，还进行使输出电流增加的控制，存在输出电压以发散方式逐渐增大的问题。-->本专利技术正是鉴于以上的问题而完成的，本专利技术的目的在于提供一种与燃料电池的种类无关地正确确定燃料电池的最大功率点电压的最大功率点电压确定方法，可以将燃料电池发电时的输出功率限制在最大功率点以内的范围内的燃料电池控制系统或进行该控制的功率控制装置，在燃料电池控制系统或功率控制装置中，即使是在输出功率急剧下降的场合或温度变化的场合也可以应付。因此，本专利技术的最大功率点的确定方法，是在除了输出电流在零附近时输出电压急剧变化的区域之外的范围中，以近似线近似表示电流-电压特性的特性曲线，在其延长线上，求出输出电流为零时的外推电压，利用该外推电压确定上述燃料电池在最大功率点发电时的输出电压作为最大功率点电压。最大功率点电压，例如，可以定为上述外推电压的50％的电压。本专利技术的燃料电池控制系统，具有产生基准电压的基准电压发生单元；将上述燃料电池的输出电压和上述基准电压进行比较，并在上述输出电压低于上述基准电压时，限制上述燃料电池的输出功率的控制单元；上述基准电压发生单元，以利用上述最大功率点电压确定方法确定的最大功率点电压为最小，而将大于等于该值的电压值作为基准电压产生。作为上述控制单元，还可以将上述燃料电池的温度检测值与规定的温度值进行比较，并且在上述燃料电池的温度检测值超过上述规定的温度值时，限制输出功率以限制温度的上升。本专利技术的功率控制装置，具备至少可以输入燃料电池的输出电压的电压输入端子；对调整上述燃料电池的输出功率的功率调整单元的控制端输出控制信号的控制端子；产生基准电压的基准电压发生源；将从上述电压输入端子输入的燃料电池的输出电压和上述基准电压发生单元产生的基准电压进行比较，并在上述输出电压小于上述基准电压时，为使上述燃料电池的输出电压增加而生成用来限制上述燃料电池的输出功率的控制信号并输出到上述控制端子的控制信号生成单元；基准电压发生源，以利用上述最大功率点电压确定方法确定的-->最大功率点电压为最小，产生大于等于该值的电压值作为基准电压。此外，在具备可以将上述燃料电池的温度检测值输入的温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池的最大功率点电压确定方法，其特征在于：根据燃料电池的电流－电压特性，在表示上述电流－电压特性的特性曲线中除了输出电流在零附近时输出电压急剧变化的区域之外的范围中，以预定的近似线近似上述特性曲线，在该近似线的延长线上，求出输出电流为零时的外推电压，利用该外推电压确定燃料电池在最大功率点发电时的输出电压作为最大功率点电压。

【技术特征摘要】
JP 2005-3-31 2005-1048751.一种燃料电池的最大功率点电压确定方法，其特征在于：根据燃料电池的电流-电压特性，在表示上述电流-电压特性的特性曲线中除了输出电流在零附近时输出电压急剧变化的区域之外的范围中，以预定的近似线近似上述特性曲线，在该近似线的延长线上，求出输出电流为零时的外推电压，利用该外推电压确定燃料电池在最大功率点发电时的输出电压作为最大功率点电压。2.如权利要求1所述的燃料电池的最大功率点电压确定方法，其特征在于：在上述最大功率点发电时的输出电压是上述外推电压的50％的电压。3.如权利要求1或2所述的燃料电池的最大功率点电压确定方法，其特征在于：上述燃料电池使用直接甲醇型燃料电池。4.一种燃料电池控制系统，具有：产生基准电压的基准电压发生单元；和在燃料电池的输出电压低于上述基准电压时，控制上述燃料电池的输出功率以使上述输出电压增加的控制单元，其特征在于：上述基准电压发生单元产生的基准电压，以上述燃料电池在最大功率点发电时的最大功率点电压为最小，并设定为大于等于该值的电压值；上述最大功率点电压，是根据上述燃料电池的电流-电压特性，在表示上述电流-电压特性的特性曲线中除了输出电流在零附近时输出电压急剧变化的区域之外的范围中，以预定的近似线近似上述特性曲线，并在该近似线的延长线上，求出输出电流为零时的外推电压，利用该外推电压确定的。5.如权利要求4所述的燃料电池控制系统，其特征在于：-->上述控制单元，将上述燃料电池的温度检测值与预定的温度值进行比较，并且在上述燃料电池的温度检测值超过上述预定的温度值时，控制上述燃料电池的输出功率以使上述燃料电池的温度不上升。6.如权利要求5所述的燃料电池控制系统，其特征在于：上述控制单元，是可以相应于上述燃料电池的温度检测值和预定的温度值的差分值，控制上述燃料电池的输出功率的单元，并进行校正以使得上述差分值越小则上述基准电压越大。7.如权利要求4至权利要求6中的任一项所述的燃料电池控制系统，其特征在于：上述燃料电池与利用上述燃料电池充电的蓄电单元相连接，上述控制单元，将上述蓄电单元的输入电压与预定的电压进行比较，并且在上述蓄电单元的输入电压超过上述预定的电压时，对上述燃料电池的输出功率进行限制。8.如权利要求7所述的燃料电池控制系统，其特征在于：上述控制单元，为了限制上述燃料电池的输出功率，求出上述蓄电单元的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：乘松泰明，叶田玲彦，菊地睦，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]