JP4993957B2

JP4993957B2 - 燃料電池を用いた電源装置における燃料電池最適動作点追尾システム、及びこの燃料電池最適動作点追尾システムを備えた電源装置

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Publication number: JP4993957B2
Application number: JP2006177458A
Authority: JP
Inventors: 公禎小林; 英樹藤本
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: JP2008010220A

Description

本発明は、燃料電池の所要の電力を得る電源装置に関するもので、特に燃料電池設置場所の外部環境の変化、即ち、温度などの変化が生じた場合にも、常に燃料電池から最大出力電力を給電できるようにする電源装置における燃料電池最適動作点追尾システムに関するものである。

従来の燃料電池最適動作点追尾システムは、図１８に示すように、コンバータ２の起動時に燃料電池１が出力した電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させる燃料電池出力電圧変動指令回路１１と、燃料電池出力電圧変動指令回路１１で出力電圧を変動させて電力状態を計測する燃料電池出力電力計測回路１２と、燃料電池出力電圧変動指令回路１１で出力電圧を変動させて電力状態を、燃料電池出力電力計測回路１２により計測した出力電力をモニターし、燃料電池の出力電力の最大電力点を判定する燃料電池最大電力点判定・記憶回路１３と、燃料電池出力電圧変動指令回路１１及び燃料電池出力電力計測回路１２を定期的に起動させるタイマー回路１４と、燃料電池出力電圧変動指令回路１１より出力電圧の変動が終了したことの指令を受けて、燃料電池最大電力点判定・記憶回路１３で電力状態をモニターして、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、加えて、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変動量を与えることで最大電力モニターして最適動作点を追尾する最適動作点変動指令回路１５と、を備えてある。

以上からなる燃料電池最適動作点追尾システムは、燃料電池最大電力サーチ機能と、燃料電池最適動作点追尾動作機能とを備え、燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際における燃料電池出力電力最大点での電力状態をモニターして、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、加えて、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変化量を与えることで最大電力モニターして最適動作点を追尾するように構成してある（特許文献１参照）。
国際公開第２００５／０１３４０１号パンフレット

しかし、燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際における出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させるように構成してあるため、図１９の動作波形図で示すように、１回目の電力測定タイミングｔ１、２回目の電力測定タイミングをｔ２とし、１回目の電力測定での燃料電池出力電圧の変化量ΔＶ１と２回目の電力測定での燃料電池出力電圧の変化量ΔＶ２とした場合、ｔ１＝ｔ２で、ΔＶ２＝ΔＶ１×２との関係式が成立するように制御していたため、ΔＶ２の変更後は燃料電池出力電流が安定するのに、時間がかかり、ｔ１をｔ２に合わせることにより、ｔ１も必要以上に長くなった。その結果、燃料電池の応答時間が遅くなり、最適電力点へ到達するのに時間がかかるという問題点が生じた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、できる限り短時間で且つ的確に燃料電池の最適動作を追尾することを可能にする燃料電池を用いた電源装置を提供する。

上記課題を解決するために、燃料電池の電力を入力とする電源装置において、前記燃料電池の出力電圧を可変させて電力状態をモニターして、最大電力点の入力電圧から動作を開始することで応答性を改善する燃料電池最大電力サーチ機能と、この燃料電池最大電力サーチ機能を動作させて、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変化量を与えることで最適動作点を追尾する燃料電池最適動作点追尾動作機能とを備え、前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際に出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測した動作点への燃料電池出力電圧指令値変動量に比例するように待ち時間を設け、この待ち時間後に最大電力モニターして最適動作点を追尾する最大電力サーチタイマー設定手段を備えてある。

前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記最大電力点追尾制御をした際に電力の遷移状況を予め知得した場合において、前記燃料電池出力電圧指令値変動量を調整して、前記最大電力サーチタイマー設定手段で設ける待ち時間が無いの状態になるように制御する燃料電池出力電力指令値変動順序調整手段を備えてある。

前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際における出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させる燃料電池出力電圧変動指令手段を備えてある。

前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際における出力電圧を変動させて電力状態を計測する燃料電池出力電力計測手段を備えてある。

前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際における出力電力をモニターし、燃料電池の出力電力の最大電力点を判定する燃料電池最大電力点判定・記憶手段を備えてある。
また、前記燃料電池最大電力点判定・記憶手段は、前記指令電圧を変動させても最大電力点が連続で検出された場合は、連続した範囲の指令電圧が最大となる電圧を最大電力点と判断するようにしてある。

前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、指定電圧更新間隔を設定してあり、この指定電圧更新間隔毎に、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際における燃料電池出力電力最大点及びその出力電圧の記憶値をクリアして、前記燃料電池の出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測するようにするタイマー手段を備えてある。

前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際における燃料電池出力電力最大点での電力状態をモニターして、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、加えて、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変化量を与えることで最大電力モニターして最適動作点を追尾する最適動作点変動指令手段とを備えてある。

また、燃料電池最適動作点追尾システムを備えた電源装置は、燃料電池の電力を入力とする電源装置において、前記燃料電池の出力電圧を可変させて電力状態をモニターして、最大電力点の入力電圧から動作を開始することで応答性を改善する燃料電池最大電力サーチ機能と、この燃料電池最大電力サーチ機能を動作させて、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変化量を与えることで最適動作点を追尾する燃料電池最適動作点追尾動作機能とを備え、前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際に出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測した動作点への燃料電池出力電圧指令値変動量に比例するように待ち時間を設け、この待ち時間後に最大電力モニターして最適動作点を追尾する最大電力サーチタイマー設定手段を備えてある。

本発明によれば、燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際に出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測した動作点への燃料電池出力電圧指令値変動量に比例するように待ち時間を設け、この待ち時間後に最大電力モニターして最適動作点を追尾する最大電力サーチタイマー設定手段を備えたことにより、従来の燃料電池を用いた電源装置に比べて短時間で且つ的確に燃料電池の最適動作を追尾することができる効果がある。また、最適動作点追尾システムを使用することで安定した装置構成が実現できる効果がある。

本発明によれば、最大電力点追尾制御をした際に電力の遷移状況を予め知得した場合において、燃料電池出力電圧指令値変動量を調整して、最大電力サーチタイマー設定手段で設ける待ち時間が無いの状態になるように制御することで、最適電力点追尾制御後の次回の最適電力点追尾制御までの間隔調整を有効に活用することができ、追尾動作の時間を短縮することができる効果がある。

発明を実施するための最良の形態のブロック図を図１に示す。図１図示の電源装置は、燃料電池１に接続される電源装置にＤＣ−ＤＣコンバータ２を用いた例として示してある。この電源装置は出力側に負荷３を接続してある。この電源装置は燃料電池最適動作点追尾システムを備え、コンバータ２に接続してある。

この燃料電池最適動作点追尾システムは、燃料電池の出力電圧を可変させて電力状態をモニターして、最大電力点の入力電圧から動作を開始することで応答性を改善する燃料電池最大電力サーチ機能と、この燃料電池最大電力サーチ機能を動作させて、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変化量を与えることで最適動作点を追尾する燃料電池最適動作点追尾動作機能とを有する。これら機能を果たすための具体的構成について図１に示し、構成の詳細については以下で説明する。

この燃料電池最適動作点追尾システムは、コンバータ２の起動時に燃料電池１が出力した電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させる燃料電池出力電圧変動指令回路１１を備えてある。この燃料電池出力電圧変動指令回路１１は、最大指令電圧と最小指令電圧を設定し、立上げ時に出力した初期指令電圧から最大指令電圧まで変動させ、さらに、この最大指令電圧から最小指令電圧まで変動させるようにしてある。

この燃料電池最適動作点追尾システムは、燃料電池出力電圧変動指令回路１１で出力電圧を変動させて電力状態を計測する燃料電池出力電力計測回路１２を備えてある。

この燃料電池最適動作点追尾システムは、燃料電池出力電圧変動指令回路１１で出力電圧を変動させて電力状態を、燃料電池出力電力計測回路１２により計測した出力電力をモニターし、燃料電池の出力電力の最大電力点を判定する燃料電池最大電力点判定・記憶回路１３を備えてある。

この燃料電池最大電力点判定・記憶回路１３は、燃料電池出力電圧変動指令回路１１で出力電圧を変動させても最大電力点が連続で検出された場合は、連続した範囲の指令電圧が最大となる電圧を最大電力点と判断するようにしてある。

この燃料電池最適動作点追尾システムは、燃料電池出力電圧変動指令回路１１及び燃料電池出力電力計測回路１２を定期的に起動させるタイマー回路１４を備えてある。また、このタイマー回路１４は指定電圧更新間隔を設定してあり、この指定電圧更新間隔毎に、燃料電池最大電力点判定・記憶回路１３の燃料電池出力電力最大点及びその出力電圧の記憶値をクリアして、燃料電池出力電圧変動指令回路１１及び燃料電池出力電力計測回路１２を起動させて、燃料電池の出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測するようにしてある。

この燃料電池最適動作点追尾システムは、燃料電池出力電圧変動指令回路１１より出力電圧の変動が終了したことの指令を受けて、燃料電池最大電力点判定・記憶回路１３で電力状態をモニターして、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、加えて、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変動量を与えることで最大電力モニターして最適動作点を追尾する最適動作点変動指令回路１５を備えてある。

この燃料電池最適動作点追尾システムは、タイマー回路１４により起動した際に出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測した動作点への燃料電池出力電圧指令値変動量に比例するように待ち時間を設け、この待ち時間後に最大電力モニターして最適動作点を追尾する最大電力サーチタイマ設定回路２０を設けてある。

以上のように構成してある燃料電池最適動作点追尾システムにおける燃料電池最大電力サーチ機能における動作処理について図２で示すフローチャートを用いて説明する。また、起動時の燃料電池最大電力サーチの動作波形図を図３及び図４に示し、通常運転時の燃料電池最大電力サーチの動作波形図を図５乃至図１０に示す。

電源が起動すると（Ｓ１）、タイマー回路１４が起動して、燃料電池出力電力最大点の記憶値をクリアする（Ｓ２）。これとともに、燃料電池出力電力最大点の燃料電池出力電圧記憶値もクリアする（Ｓ３）。

続いて、タイマー回路１４が起動して、燃料電池出力電圧変動指令回路１１が作動して、燃料電池出力電圧を変動させる（Ｓ４）。この変動させた燃料電池出力電力を燃料電池出力電力計測回路１２が計測する（Ｓ５）。計測した燃料電池出力電力が燃料電池出力電力最大点記憶値より大きいか否かを最大電力点判定・記憶回路１３で判定する（Ｓ６）。

この際、計測した燃料電池出力電力が燃料電池出力電力最大点記憶値以下と判定した場合は、この燃料電池出力電力が燃料電池出力電力最大点として燃料電池最大電力点判定・記憶回路１３で記憶する（Ｓ７）。

図４図示の波形図に示すように、燃料電池出力電圧変動指令回路１１で燃料電池の出力電圧を変動させても最大電力点が連続で検出された場合は、連続した範囲の指令電圧が最大となる電圧を最大電力点と判断する。また、燃料電池出力電力最大点の燃料電池出力電圧についても、燃料電池最大電力点判定・記憶回路１３で記憶し（Ｓ８）、燃料電池出力電圧変動が終了したか否かを判断する（Ｓ９）。燃料電池出力電圧変動が終了した場合は、燃料電池出力電圧を最大電力記憶点へ変動し（Ｓ１０）、燃料電池最大電力サーチの動作処理が終了する（Ｓ１１）。

逆に、図３図示の波形図で示すように、（ａ＋１）点で計測した燃料電池出力電力が、ａ点で計測した燃料電池出力電力最大点記憶値より小さいと判定した場合は、燃料電池出力電圧変動が終了したか否かを判断する（Ｓ９）。燃料電池出力電圧変動が終了した場合は、燃料電池出力電圧を最大電力記憶点へ変動し（Ｓ１０）、燃料電池最大電力サーチの動作処理が終了する（Ｓ１１）。

燃料電池出力電圧変動が終了していない場合は、再度、燃料電池出力電圧変動指令回路１１が作動して、燃料電池出力電圧を変動させる（Ｓ４）。この変動させた燃料電池出力電力を燃料電池出力電力計測回路１２が計測する（Ｓ５）。逆に、燃料電池出力電圧変動が終了した場合は、燃料電池出力電圧を最大電力記憶点へ変動し（Ｓ１０）、燃料電池最大電力サーチの動作処理が終了する（Ｓ１１）。

以上より、図３及び図４に示すように、起動時電池の電圧を可変させて電力状態をモニターして、最大電力点の電圧で動作を開始することで応答性が改善された。

また、本実施形態においては、通常運転時においても、タイマー回路１４で定期的に作動させて、燃料電池最大電力サーチ機能により、電力状態をモニターする。図５に示すように、最大電力点の変動がなく、（ｃ＋１）点で計測した燃料電池出力電力が、ｃ点で計測した燃料電池出力電力最大点記憶値より小さいと判定した場合は、燃料電池出力電力最大点記憶値と判断されたｃ点が、継続して動作点となる。また、図６で示すように、出力電圧を変動させても最大電力点が連続で検出された場合は、連続した範囲の指令電圧が最大となる電圧を最大電力点と判断する。

図７に示すように、燃料電池の発電能力より負荷が大きく、燃料電池の発電能力が増加した場合は、（ｃ＋１）点で計測した燃料電池出力電力が、ｃ点で計測した燃料電池出力電力より大きくなり、（ｃ＋１）点が動作点となる。逆に、図８に示すように、燃料電池の発電能力が減少した場合は、ｃ点で計測した燃料電池出力電力が、（ｃ−１）点で計測した燃料電池出力電力より大きいため、（ｃ−１）点が動作点となる。

図９に示すように、燃料電池の発電能力より負荷が小さく、負荷が増加した場合は、（ｃ＋１）点で計測した燃料電池出力電力が、ｃ点で計測した燃料電池出力電力より大きくなり、（ｃ＋１）点が動作点となる。逆に、図１０に示すように、負荷が減少した場合は、ｃ点で計測した燃料電池出力電力が、（ｃ−１）点で計測した燃料電池出力電力より大きいため、（ｃ−１）点が動作点となる。

以上より、図５乃至図１０に示すように、タイマー回路１４で定期的に作動させて電力状態をモニターし安定動作を行うことができる。タイマー回路１４で定期的に作動させた場合は、電源が起動したときと同様に、図２図示のフローチャートで示すような動作処理を行う。なお、本発明においては、燃料電池の出力電圧を可変させて電力状態をモニターして、最大電力点の入力電圧から動作を開始することで応答性を改善する燃料電池最大電力サーチ機能を備えてあればよく、本実施例は単なる一実施例に過ぎず、これに限定されるものではない。

続いて、燃料電池最適動作点追尾動作機能における動作処理について、図１１で示すフローチャートを用いて説明する。また、最適電力点追尾制御タイミング動作波形図を図１２に示し、最適電力点追尾制御後の次回最適電力点追尾制御までの間隔調整に関する動作波形図を図１３乃至図１５に示し、最適電力点追尾制御における燃料電池出力電力指令値変動順序調整に関する動作波形図を図１６及び図１７に示す。なお、この電源装置は負荷３に二次電池を並列に接続してある。

燃料電池最大電力サーチの動作処理が終了すると、タイマーカウントアップされる（Ｓ２１）。二次電池が放電中か否かを確認する（Ｓ２２）。放電中の場合は、二次電池電圧が燃料電池放電停止電圧より小さいかを検出し（Ｓ２３）、二次電池電圧が燃料電池放電停止電圧より小さければ、処理を終了する（Ｓ４４）。二次電池電圧が燃料電池放電停止電圧より大きければ、二次電池放電状態をクリアし（Ｓ２４）、燃料電池最適動作点追尾動作処理を続ける。また、二次電池が放電中で無い場合も、燃料電池最適動作点追尾動作処理を続ける。

続いて、二次電池電圧が燃料電池充電停止電圧より大きいか、又は、一定時間二次電池電圧が変動無しかを確認する（Ｓ２５）。いずれかに該当する場合は、二次電池出力電力を燃料電池出力電圧より負荷電力が大きくなるように燃料電池出力電圧を制御し（Ｓ２６）、燃料電池の放電状態を記憶して（Ｓ２７）、処理を終了する（Ｓ４４）。

二次電池電圧が燃料電池充電停止電圧より小さく、一定時間二次電池電圧が変動する場合、タイマー回路１４が起動して、燃料電池出力電力最大点の記憶値をクリアする（Ｓ２８）。これとともに、燃料電池出力電力最大点の燃料電池出力電圧記憶値もクリアする（Ｓ２９）。

続いて、タイマー回路１４が燃料電池出力電圧変動指令回路１１及び燃料電池出力電力計測回路１２を起動させて、燃料電池出力電力計測回路１２で現状の燃料電池出力電力を計測し、最大電力点判定・記憶回路１３で現状の燃料電池出力電力を記憶する（Ｓ３０）。さらに、最大電力点判定・記憶回路１３で現状の燃料電池出力電圧をＶｎとして記憶し（Ｓ３１）、燃料電池出力電圧変動指令回路１１で燃料電池出力電圧を（Ｖｎ＋ΔＶｉ）へ変動させる（Ｓ３２）。

続いて、待ち時間Δｔだけ燃料電池出力電力の測定を待つ（Ｓ３３）。なお、待ち時間Δｔは、燃料電池出力電圧をΔＶｉ変動させたときの燃料電池出力電力が安定するまでの時間に設定している。待ち時間Δｔ経過後、変動させた燃料電池出力電力を燃料電池出力電力計測回路１２で計測し、最大電力点判定・記憶回路１３で燃料電池出力電力を記憶して（Ｓ３４）、燃料電池出力電圧変動指令回路１１で燃料電池出力電圧を（Ｖｎ−ΔＶｉ）へ変動させる（Ｓ３５）。

さらに、前回の２倍の待ち時間（Δｔ×２）だけ燃料電池出力電力の測定を待つ（Ｓ３６）。なお、前回の２倍の待ち時間（Δｔ×２）としたのは、電力制御指令値の変動幅に比例して１回目の電力測定タイミングｔ１、並びに２回目の電力測定タイミングｔ２を決定しており、１回目の電力測定での燃料電池出力電圧の変化量ΔＶ１と２回目の電力測定での燃料電池出力電圧の変化量ΔＶ２とした場合、ΔＶ２＝ΔＶ１×２との関係式が成立するように制御するためである。なお、タイミングについては図１２で図示してある。このように設定された待ち時間（Δｔ×２）経過後、変動させた燃料電池出力電力を燃料電池出力電力計測回路１２で計測し、最大電力点判定・記憶回路１３で燃料電池出力電力を記憶する（Ｓ３７）。

燃料電池出力電圧をＳ３０、Ｓ３４及びＳ３７により計測した燃料電池出力電力の中の燃料電池出力電力最大点へ変動させ、もしくは、最大電力点が複数存在した場合は、出力電流が一番小さくなる点へ変動させる。（Ｓ３８）

先ず、３回目の計測、記憶時（Ｓ３７）が変動点か否かを確認する（Ｓ３９）。もし、この時点が変動点ならば、例えば図１３で示すような場合は、タイマに０、即ち、待ち時間無しにセットして（Ｓ４０）、処理を終了する（Ｓ４４）。

３回目の計測、記憶時（Ｓ３７）の時点が変動点でなければ、続いて２回目の計測、記憶時が変動点か否かを確認する（Ｓ４１）。もし、この時点が変動点ならば、例えば図１４に示すような場合は、タイマに（Δｔ×２）をセットして（Ｓ４２）、処理を終了する（Ｓ４４）。

さらに、２回目の計測、記憶時（Ｓ３４）も変動点で無い場合は、例えば、図１５に示すような場合は、１回目の計測、記憶時（Ｓ３０）が変動点である。この場合、タイマにΔｔをセットして（Ｓ４３）、処理を終了する（Ｓ４４）。これを繰り返すことにより、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、最大電力モニターして最適動作点を追尾する。

燃料電池最適動作点追尾動作において、待ち時間０が望ましい。そこで、燃料電池最適動作点追尾動作機能は、最大電力点追尾制御をした際に電力の遷移状況を予め知得した場合において、燃料電池出力電圧指令値変動量を調整して、最大電力サーチタイマー設定手段で設ける待ち時間０の状態になるように制御する燃料電池出力電力指令値変動順序調整手段を備えてある。

この燃料電池出力電力指令値順序調整手段は、以下のように作用する。先ず、通常は最大電力点追尾制御によって電力を増加させる。これにより燃料電池の電圧を下げる方向に遷移する。この場合電力制御指令値はハイになる。電力制御指令値の変動順序は図１７のタイムチャートで示すように、電力制御指令値がハイの時点で１回目の電力測定を行い、電力制御指令値がローの時点で２回目の電力測定を行う。

燃料電池の燃料が減少したり、発電環境が悪化した場合は、最大電力点追尾制御によって電力が減少する。これにより燃料電池の電圧を上げる方向に遷移する。この場合電力制御指令値はローになり、電力制御指令値の変動順序は図１８のタイムチャートで示すように、電力制御指令値がローの時点で１回目の電力測定を行い、電力制御指令値がハイの時点で２回目の電力測定を行う。このような作用により、最適電力点追尾制御後の次回の最適電力点追尾制御までの間隔調整を有効に活用することができる。

なお、前述した実施例におけるタイマー回路１４を、基準クロックを発振し、タイミングをこの基準クロックに同期して図るように構成してあるとよい。また、前述した実施例における電源装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて説明しているが、その他電源装置の場合、例えばＤＣ−ＡＣインバータを用いる場合にも本発明を適用することができる。

さらに、前述した実施例における燃料電池最適動作点追尾システムは、マイコンを想定して説明しているが、このようなシステムをその他の手段、例えば回路に組み込んで構成してもよい。本発明は燃料電池を用いた電源装置であるが、太陽電池その他高インピーダンスの電池を用いた電源装置にも応用することが可能である。

本発明によれば、燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際に出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測した動作点への燃料電池出力電圧指令値変動量に比例するように待ち時間を設け、この待ち時間後に最大電力モニターして最適動作点を追尾する最大電力サーチタイマー設定手段を備えたことにより、従来の燃料電池を用いた電源装置に比べて短時間で且つ的確に燃料電池の最適動作を追尾することができる効果がある。また、最適動作点追尾システムを使用することで安定した装置構成が実現でき、産業上利用可能である。

本発明によれば、最大電力点追尾制御をした際に電力の遷移状況を予め知得した場合において、燃料電池出力電圧指令値変動量を調整して、最大電力サーチタイマー設定手段で設ける待ち時間が無いの状態になるように制御することで、最適電力点追尾制御後の次回の最適電力点追尾制御までの間隔調整を有効に活用することができ、追尾動作の時間を短縮することができ、産業上利用可能である。

本発明に係る電源装置における発明を実施するための最良の形態のブロック図である。燃料電池最大電力サーチ機能におけるフローチャートである。燃料電池最大電力サーチ機能における動作波形図である。同じく燃料電池最大電力サーチ機能における動作波形図である。同じく燃料電池最大電力サーチ機能における動作波形図である。同じく燃料電池最大電力サーチ機能における動作波形図である。同じく燃料電池最大電力サーチ機能における動作波形図である。同じく燃料電池最大電力サーチ機能における動作波形図である。同じく燃料電池最大電力サーチ機能における動作波形図である。同じく燃料電池最大電力サーチ機能における動作波形図である。燃料電池最適動作点追尾動作機能におけるフローチャートである。燃料電池最適動作点追尾動作機能における動作波形図である。同じく燃料電池最適動作点追尾動作機能における動作波形図である。同じく燃料電池最適動作点追尾動作機能における動作波形図である。同じく燃料電池最適動作点追尾動作機能における動作波形図である。同じく燃料電池最適動作点追尾動作機能における動作波形図である。同じく燃料電池最適動作点追尾動作機能における動作波形図である。従来の最適動作点追尾回路を備えた電源装置の回路図である。従来の最適動作点追尾回路を備えた電源装置の動作波形図である。

符号の説明

１燃料電池
２コンバータ
３負荷
１１燃料電池出力電圧変動指令回路
１２燃料電池出力電力計測回路
１３燃料電池出力電力最大電力点判定・記憶回路
１４タイマー回路
１５動作点変動指令回路
２０最大電力サーチタイマ設定回路

Claims

燃料電池の電力を入力とする電源装置において、
前記燃料電池の出力電圧を可変させて電力状態をモニターして、最大電力点の入力電圧から動作を開始することで応答性を改善する燃料電池最大電力サーチ機能と、
この燃料電池最大電力サーチ機能を動作させて、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変化量を与えることで最適動作点を追尾する燃料電池最適動作点追尾動作機能とを備え、
前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、
前記燃料電池最大電力サーチ機能によりタイマー回路を起動した際に出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測した燃料電池出力電力の動作点への燃料電池出力電圧指令値変動量に比例するように待ち時間を設け、この待ち時間後に燃料電池出力電力を変動させて最大電力をモニターして最適動作点を追尾する最大電力サーチタイマー設定手段と、
前記燃料電池最大電力サーチ機能により前記タイマー回路を起動した際における出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させる燃料電池出力電圧変動指令手段と、
前記最大電力点追尾制御をした際に前記燃料電池の電圧を上げる又は下げる方向に遷移する状況を予め知得した場合において、前記燃料電池出力電圧指令値変動量を調整して、前記最大電力サーチタイマー設定手段で設ける待ち時間より短い時間になるように制御する燃料電池出力電力指令値変動順序調整手段と、を備えてあることを特徴とする燃料電池最適動作点追尾システム。
前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により前記タイマー回路を起動した際における出力電圧を変動させて電力状態を計測する燃料電池出力電力計測手段を備えてあることを特徴とする請求項１記載の燃料電池最適動作点追尾システム。
前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により前記タイマー回路を起動した際における出力電力をモニターし、燃料電池の出力電力の最大電力点を判定する燃料電池最大電力点判定・記憶手段を備えてあることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池最適動作点追尾システム。
前記燃料電池最大電力点判定・記憶手段は、前記指令電圧を変動させても最大電力点が連続で検出された場合は、連続した範囲の指令電圧が最大となる電圧を最大電力点と判断するようにしてあることを特徴とする請求項３記載の燃料電池最適動作点追尾システム。
前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、指定電圧更新間隔を設定してあり、この指定電圧更新間隔毎に、前記燃料電池最大電力サーチ機能により起動した際における燃料電池出力電力最大点及びその出力電圧の記憶値をクリアして、前記燃料電池の出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測するようにするタイマー手段を備えてあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池最適動作点追尾システム。
前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、前記燃料電池最大電力サーチ機能により前記タイマー回路を起動した際における燃料電池出力電力最大点での電力状態をモニターして、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、加えて、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変化量を与えることで燃料電池出力電力を変動させて最大電力をモニターして最適動作点を追尾する最適動作点変動指令手段とを備えてあることを特徴とする請求項１乃５のいずれかに記載の燃料電池最適動作点追尾システム。
燃料電池の電力を入力とする電源装置において、
前記燃料電池の出力電圧を可変させて電力状態をモニターして、最大電力点の入力電圧から動作を開始することで応答性を改善する燃料電池最大電力サーチ機能と、
この燃料電池最大電力サーチ機能を動作させて、電源動作を常に安定した状態に維持しながら、現状の動作電圧値近傍の微小電圧変化量を与えることで最適動作点を追尾する燃料電池最適動作点追尾動作機能とを備え、
前記燃料電池最適動作点追尾動作機能は、
前記燃料電池最大電力サーチ機能によりタイマー回路を起動した際に出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させて電力状態を計測した燃料電池出力電力の動作点への燃料電池出力電圧指令値変動量に比例するように待ち時間を設け、この待ち時間後に燃料電池出力電力を変動させて最大電力をモニターして最適動作点を追尾する最大電力サーチタイマー設定手段と、
前記燃料電池最大電力サーチ機能により前記タイマー回路を起動した際における出力電圧を最大電力点追尾制御の最大電圧まで変動させる燃料電池出力電圧変動指令手段と、
前記最大電力点追尾制御をした際に前記燃料電池の電圧を上げる又は下げる方向に遷移する状況を予め知得した場合において、前記燃料電池出力電圧指令値変動量を調整して、前記最大電力サーチタイマー設定手段で設ける待ち時間より短い時間になるように制御する燃料電池出力電力指令値変動順序調整手段と、を備えてあることを特徴とする請求項１記載の燃料電池最適動作点追尾システムを備えた電源装置。