CN1989644A - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源装置，可以不用燃料电池输出的电压或电流作为负反馈信号，使燃料电池的发电电力稳定。该电源装置包括燃料电池(110)、基于PWM信号调节由燃料电池(110)输出的电压将其输出到负载装置(200)的DC/DC转换器(120)、生成PWM信号并输出到DC/DC转换器(120)的开关控制器(130)、测量由DC/DC转换器120输出的电压Vout的电压测量器(140)以及与负载装置(200)并联的二次电池(150)，其中，DC/DC转换器(120)利用电压Vout和电池电压目标值Vt执行指定的演算，计算出PWM信号的占空比。

Description

电源装置
                               技术领域
本发明涉及一种具备燃料电池的电源装置。
                               背景技术
近年来，作为笔记本电脑及手机等电子设备的电源，可长时间持续供电的燃料电池越来越引人注目。现已开发出各种各样的燃料电池，但作为要求小型化的笔记本电脑等便携式电子设备的电源，不通过改质器(reformer)来改质燃料而直接供电的类型的燃料电池，例如直接甲醇型燃料电池(direct methanol fuel cell)(以下称“DMFC”)被寄予厚望。
另外，DMFC包括回收所供应的甲醇中未使用的燃料电池而予以再利用的燃料循环型，和不再利用未使用的甲醇的燃料非循环型。对于燃料循环型，可以使工作点稳定，从而容易得到稳定的发电电力，但由于需要有用于回收未使用的甲醇的回收机构(循环泵等)，因此存在结构复杂化、装置大型化的缺点。另一方面，对于燃料非循环型，虽然不需要回收机构，可实现装置的小型化，但却存在大量排出有毒物质甲醇这一问题，而且，从提高发电效率的观点出发，完全消耗所供应的甲醇，也就是使其完全燃烧这一点也极为重要。
图11是DMFC的甲醇(燃料)供应量的电流电压特性、电流电力特性以及排出率特性的坐标示意图。图11中，纵轴表示DMFC的输出电压(V)、输出电力(W)以及排出率(％)，横轴表示DMFC的输出电流(A)。C11～C13分别表示燃料的供应量为0.1cc/min、0.2cc/min和0.3cc/min时的电流电压特性曲线。C21～C23分别表示燃料的供应量为0.1cc/min、0.2cc/min和0.3cc/min时的电流电力特性曲线。C31表示燃料的供应量为0.3cc/min时的输出电流与排出率的关系。其中，排出率是以百分率表示排出的燃料相对于供应的燃料的比率。
如图11所示，可知燃料的供应量越高，可以得到越高的输出电力。另外，如C11～C13所示，随着输出电流的增大，输出电压降低。此外，如C31所示，随着输出电流的增大，排出率降低。
以下，以燃料的供应量为0.3mm/min时为例进行说明。如C13所示，可知在输出电流达到A3之前，电压平缓下降，但输出电流超过A3后，电压则急剧下降。另一方面，如C31所示，输出电流达到A3时，供应的燃料基本上完全消耗。因此，从使燃料完全燃烧的观点出发，将燃料电池的工作点设定在输出电流大于A3的点为宜，但此时输出电流略微增大，输出电压即会急剧下降，从而无法向负载装置提供稳定的输出电压。
因此，对于燃料非循环型，要求将工作点设定在电力最大点P附近，同时进行严格的控制，不使该工作点发生改变。专利文献1公开了一种燃料电池电压发生装置，该装置包括被连接在燃料电池输出侧的DC/DC转换器、被连接在DC/DC转换器输出侧的二次电池以及向DC/DC转换器提供脉宽调制信号(以下称PWM信号)的开关控制器，其中开关控制器基于燃料电池的输出电压与基准值的差值来计算PWM信号的占空比。
另外，专利文献2公开了一种电源装置，该装置包括燃料电池、DC转换器、二次电池以及控制DC转换器的微处理器，可改变流经DC转换器的电流的最大值，以便使燃料电池的电压在包含最大电力的指定的范围内。
专利文献1  USP 6,590,370 B1
专利文献2  USP 5,714,874
                               发明内容
然而，由于专利文献1所记载的燃料电池电压发生装置及专利文献2所记载的电源装置，均以燃料电池输出的电压或电流、即输入到DC/DC转换器的电压或电流作为负反馈信号(negative feedback signal)，因此，在负载装置要求的电压急剧增大、DC/DC转换器的增益(gain)急剧增大时，存在从燃料电池输出的电压发生振荡等而使发电电力不稳定的问题。而且，还存在需要用来比较燃料电池的电压与基准值的电路或根据两者的差值来改变占空比的电路等，从而导致电路规模增大的问题。
本发明的目的在于，提供一种可以不用由燃料电池输出的电压或电流就能使燃料电池的发电电力稳定的电源装置。
本发明所提供的电源装置，包括燃料电池、调节由上述燃料电池输出的电压将其输出到并联的负载装置的DC/DC转换器、生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号并输出到上述DC/DC转换器的信号生成单元、与上述负载装置并联的二次电池、测量由上述DC/DC转换器输出的电压的电压测量单元，其中，上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压测量值，计算出上述PWM信号的占空比(duty ratio)。
根据该结构，由燃料电池输出的电压通过DC/DC转换器调整后被输出到并联的负载装置。另外，用DC/DC转换器输出的电力进行充电的二次电池与负载装置并联，当负载装置的电力不足时，二次电池放电来补充不足的电力。由DC/DC转换器输出的电压通过电压测量单元而被测量，基于测量到的电压和表示由燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值，向DC/DC转换器输出的PWM信号的占空比得以计算，根据计算出的占空比的PWM信号，DC/DC转换器得以控制。由此，负载装置可得到所需要的电力，并且，燃料电池的工作点可保持固定。
这样，由于不使用由燃料电池输出的电压作为负反馈信号，而使用由DC/DC转换器输出的电压来控制DC/DC转换器，因此，燃料电池输出的电压的振荡得以避免，从而可以一面向负载装置供应所需要的电力，一面使燃料电池的发电电力稳定。而且，不需要用来比较燃料电池的电压与基准值的电路或根据两者的差值来改变占空比的电路等，从而可谋求电路的小型化。
而且，本发明还提供另一种电源装置，包括燃料电池、调节由上述燃料电池输出的电压将其输出到并联的负载装置的DC/DC转换器、生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号并输出到上述DC/DC转换器的信号生成单元、与上述负载装置并联的二次电池、测量由上述DC/DC转换器输出的电流的电流测量单元，其中，上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流测量值，计算出上述PWM信号的占空比。
根据该结构，由燃料电池输出的电压通过DC/DC转换器调整后被输出到并联的负载装置。另外，用DC/DC转换器输出的电力进行充电的二次电池与负载装置并联，当负载装置的电力不足时，二次电池放电来补充不足的电力。由DC/DC转换器输出的电流通过电流测量单元而被测量，基于测量到的电流和表示由燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值，向DC/DC转换器输出的PWM信号的占空比得以计算，根据计算出的占空比的PWM信号，DC/DC转换器得以控制。由此，负载装置可得到所需要的电力，并且，燃料电池的工作点可保持固定。
这样，由于不使用由燃料电池输出的电压作为负反馈信号，而使用由DC/DC转换器输出的电流来控制DC/DC转换器，因此，燃料电池输出的电压的振荡得以避免，从而可以一面向负载装置供应所需要的电力，一面使燃料电池的发电电力稳定。而且，不需要用来比较燃料电池的电压与基准值的电路或根据两者的差值来改变占空比的电路等，从而可谋求电路的小型化。
另外，本发明还提供又一种电源装置，包括燃料电池、调节由上述燃料电池输出的电压将其输出到并联的负载装置的DC/DC转换器、生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号并输出到上述DC/DC转换器的信号生成单元、与上述负载装置并联的二次电池、测量由上述DC/DC转换器输出的电压的电压测量单元、测量由上述DC/DC转换器输出的电流的电流测量单元，其中，上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值或表示由上述燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值、由上述电压测量单元测量的电压测量值以及由上述电流测量单元测量的电流测量值，计算出上述PWM信号的占空比。
根据该结构，由燃料电池输出的电压通过DC/DC转换器调整后被输出到并联的负载装置。另外，用DC/DC转换器输出的电力进行充电的二次电池与负载装置并联，当负载装置的电力不足时，二次电池放电来补充不足的电力。由DC/DC转换器输出的电压及电流，分别通过电压测量单元和电流测量单元而被测量，基于测量到的电压及电流、表示由燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值或表示由燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值，向DC/DC转换器输出的PWM信号的占空比得以计算，根据计算出的占空比的PWM信号，DC/DC转换器得以控制。由此，负载装置可得到所需要的电力，并且，燃料电池的工作点可保持固定。
这样，由于不使用由燃料电池输出的电压作为负反馈信号，而使用由DC/DC转换器输出的电压及电流来控制DC/DC转换器，因此，燃料电池输出的电压的振荡得以避免，从而可以一面向负载装置供应所需要的电力，一面使燃料电池的发电电力稳定。而且，不需要用来比较燃料电池的电压与基准值的电路或根据两者的差值来改变占空比的电路等，从而可谋求电路的小型化。
                               附图说明
图1是本发明第1实施例的电源装置的方框图。
图2是占空比的说明图。
图3是表示升压型DC/DC转换器结构的电路图。
图4是表示降压型DC/DC转换器结构的电路图。
图5是表示倒相型DC/DC转换器结构的电路图。
图6是表示升降压型DC/DC转换器结构的电路图。
图7是表示第2实施例的电源装置结构的方框图。
图8是表示第3实施例的电源装置结构的方框图。
图9是表示第4实施例的电源装置结构的方框图。
图10是表示回扫型DC/DC转换器结构的电路图。
图11是DMFC的甲醇(燃料)供应量的电流电压特性、电流电力特性以及排出率特性的坐标示意图。
                               具体实施方式
以下结合附图，对实施本发明的具体的实施例进行说明。
(第1实施例)
图1是本发明第1实施例的电源装置的方框图。如图1所示，电源装置包括燃料电池110、DC/DC转换器120、开关控制器130、电压测量器140、二次电池150以及控制部160。
燃料电池110，其输出端子与DC/DC转换器120的输入端子连接。二次电池150及负载装置200被并联在DC/DC转换器120的输出端子上。在DC/DC转换器120的输出端子的阳极一侧及开关控制器130的之间连接有电压测量器140。
燃料电池110为燃料非循环型DMFC，包括电池组(cell stack)111、燃料供应装置112、净化部113、稀释箱114、甲醇箱115以及泵116～119。燃料供应装置112，按照控制部160发出的指令控制泵116～119，来调节供应给燃料电池110的燃料及空气量。
电池组111由1个或串联的多个燃料电池元件111a等组成。燃料电池元件11la包括被供应燃料的燃料极(阴极)及被供应空气的空气极(阳极)。燃料极促成甲醇与水反应而形成二氧化碳、氢离子及电子(CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-)。空气极促成在燃料极形成的氢离子与空气反应而形成水(3/2O2+6H++6e-→3H2O)。通过该反应而产生的吉布斯能量(gibbs energy)被转换为电能，直流电流则从燃料电池110予以输出。
净化部113，使电池组111排出的未消耗的甲醇转变为二氧化碳及水，净化未消耗的甲醇(CH3OH)。
甲醇箱115贮存指定浓度的甲醇。泵117在燃料供应装置112的控制下，向稀释箱114供应甲醇。泵116在燃料供应装置112的控制下，向稀释箱114供应从电池组111排出的水。稀释箱114贮存被稀释至指定浓度的甲醇。泵119在燃料供应装置112的控制下，向电池组111供应空气。泵118在燃料供应装置112的控制下，将稀释箱114中的甲醇供应给电池组111。
DC/DC转换器120为升压型(BOOST型)DC/DC转换器，可接收由开关控制器130输出的PWM信号，将由燃料电池110输出的电压升压，使得燃料电池110输出的电压成为预先设定的电池电压目标值，并将其输出到负载装置200。
电压测量器140由A/D转换器构成，用来测量DC/DC转换器120输出的电压Vout，并输出到开关控制器130。二次电池150，在DC/DC转换器120输出的电力有富余时，用富余的电力充电，而在DC/DC转换器120输出的电力不足时，则向负载装置200供应不足的电力。因此，二次电池150能够吸收负载装置200的电力的急剧变化。
开关控制器130由CPU及PWM信号生成器等构成，利用由控制部160设定的电池电压目标值Vt和电压测量器140所测量的由DC/DC转换器输出的电压Vout，执行公式(1)所示的演算，计算向DC/DC转换器120输出的PWM信号的占空比D，生成计算出的占空比D的PWM信号。
D(％)＝(1-Vt/Vout)×100(％)    …… (1)
图2是占空比的说明图。如图2所示，占空比是脉冲信号的高电平期间Ton对脉冲信号的周期T的比率。在第1实施例中，PWM信号的周期T为固定。另外，以下所示的第2实施例～第15实施例中，PWM信号的周期T也为固定。而且，对于周期T，通过考虑纹波电流(ripple current)的大小、线圈的大小等，其最佳值可以被预先设定。
负载装置200可为笔记本电脑、手机等便携电子设备。控制部160控制燃料供应装置12，使一定量的甲醇从稀释箱114供应到电池组111，并且将根据所供应的甲醇量而预先设定的电池电压目标值Vt输出到开关控制器130。
详细而言，控制部160包括存储装置(图略)，存储将甲醇的供应量与相对于供应量而预先设定的电池电压目标值对应起来的目标值决定表，参照该目标值决定表，来决定电池电压目标值Vt。
该目标值决定表中，在图11所示的每一个供应量的被特别指定的电流电压特性曲线中，以工作点为电力最大点P的电压作为电池电压目标值而予以存储。该电池电压目标值是通过实验等而得到的值。
图3是表示升压型DC/DC转换器结构的电路图。如图3所示，升压型DC/DC转换器包括线圈L1、两个开关Q1、Q2以及倒相电路I1。线圈L1，其一端与燃料电池110的输入端子的阳极连接，另一端与开关Q1连接。开关Q2，其一端与线圈L1及开关Q1连接，另一端与二次电池150的阳极连接。开关Q1、Q2具备被输入PWM信号的控制端子。
开关Q1及开关Q2由双极晶体管(bipolar transistor)、场效应晶体管(field-effecttransistor)等晶体管构成，当控制端子中被输入高电平信号时为“开”，而输入低电平信号时为“关”。另外，作为开关Q1、Q2，当采用双极晶体管时，基极端子(base terminal)为控制端子，而采用场效应晶体管时，珊极(gate)为控制端子。
倒相电路I1，以PWM信号的高电平期间为低电平、以其低电平期间为高电平而使PWM信号的逻辑倒相并输出到开关Q2。因此，开关Q1与Q2联动地开/关，使得其中一个晶体管为“开”时而另一个晶体管为“关”。
具有这种结构的升压型DC/DC转换器，当开关Q1为“开”时，在线圈L1中储蓄能量，而当开关Q1为“关”时，则使储蓄的能量叠加到燃料电池110的能量中输出。由此，燃料电池110输出的电压被升高。
下面就公式(1)进行说明。图3所示的升压型DC/DC转换器120，将由燃料电池110输入的电压Vin升压至电压Vout，并输出到负载装置200，而其升压比则由公式(1-1)来决定。
Vout/Vin＝1/(1-D)    ……(1-1)
若将公式(1-1)变换为求占空比D的形式，则得到公式(1-2)。
D(％)＝(1-Vin/Vout)×100    ……(1-2)
如背景技术中所示，为了不使燃料电池110的工作点发生变动而获取发电电力，需要将燃料电池的电压控制为恒定。另外，电压Vout由二次电池150的电动势和其充放电电流来决定。
然后，将公式(1-2)的Vin换成燃料电池的电池电压目标值Vt，即得到公式(1)。因此，将通过公式(1)根据电压Vout和燃料电池的电池电压目标值Vt计算出占空比D的PWM信号输出到DC/DC转换器120后，燃料电池110输出的电压Vin得以控制而成为电池电压目标值Vt，从而可以使燃料电池110的工作点稳定。
这样，根据第1实施例的电源装置，由于不使用燃料电池110输出的电压作为负反馈信号，而是测量由DC/DC转换器120输出的电压Vout来计算出占空比D，因此可以避免燃料电池输出的电压因振荡等而变得不稳定，从而可以一面向负载装置200供应所需要的电力，一面使燃料电池的发电电力稳定。另外，由于使用A/D转换器作为电压测量器140，使用CPU作为开关控制器130，因而可以削减部件数目。
但在以往的升压型DC/DC转换器中，作为开关Q2使用的是二极管等整流元件。此时，若流经线圈L1的电流减小，则流经线圈L1的电流将不再连续变化。若流经线圈L1的电流不连续变化，公式(1-1)就不成立，即使按照公式(1)决定占空比D，也不能将由燃料电池110输出的电压控制为恒定。
另一方面，如图3所示，作为开关Q2，若采用开关元件，则流经线圈L1的电流连续变化，其结果，如果使用按照公式(1)计算出的占空比D的PWM信号，即可将燃料电池110输出的电压控制为恒定。
(第2实施例)
以下就第2实施例的电源装置进行说明。由于第2实施例的电源装置的整体结构与第1实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图1进行说明。第2实施例的电源装置的特征在于：在第1实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了降压型(BOOST型)DC/DC转换器。图4是表示降压型DC/DC转换器结构的电路图。降压型DC/DC转换器包括线圈L1、两个开关Q1、Q2以及倒相电路I1。图4中，与图3相同的元件标注相同的符号，并省略其说明。
开关Q1，其一端与燃料电池110的阳极侧的输出端子连接，另一端与开关Q2及线圈L1连接。线圈L1的一端与二次电池150的阳极连接。开关Q2的一端与燃料电池110的阴极侧的输出端子及二次电池150的阴极连接。倒相电路I1被连接在开关控制器130及开关Q2的控制端子之间。开关Q1及Q2与图3所示的开关Q1及Q2相同，按照PWM信号而联动地开/关。具有这种结构的降压型DC/DC转换器，将燃料电池110输入的电压降压后输出到负载装置200侧。
作为DC/DC转换器120，若使用了降压型DC/DC转换器，则开关控制器130执行公式(2)的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(Vt/Vout)×100    ……(2)
其中D表示占空比。Vout表示电压测量器140测量到的电压Vout。表示由控制部160设定的电池电压目标值。
这样，根据第2实施例的电源装置，由于可通过公式(2)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此在使用了降压型DC/DC转换器时，也可以取得与第1实施例的电源装置相同的效果。
(第3实施例)
以下就第3实施例的电源装置进行说明。第3实施例的电源装置的整体结构与第1实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图1进行说明。第3实施例的电源装置的特征在于，在第1实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了倒相型(INVERTER型)DC/DC转换器，。图5是表示倒相型DC/DC转换器结构的电路图。另外，图5中，与图3相同的元件标注相同的符号，并省略其说明。如图5所示，倒相型DC/DC转换器包括两个开关Q1、Q2、线圈L1以及倒相电路I1。
开关Q1，其一端与燃料电池110的阳极连接，另一端与线圈L1及开关Q2连接。开关Q2的一端与二次电池150的阳极连接。线圈L1的一端与燃料电池110的阴极侧的输出端子及二次电池150的阴极连接。倒相电路I1被连接在开关Q2的控制端子及开关控制器130之间。
作为DC/DC转换器120，若使用了倒相型DC/DC转换器，则开关控制器130通过公式(3)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(1/(1-Vt/Vout))×100    ……(3)
其中，Vout表示由电压测量器140测量到的电压。Vt表示由控制部160设定的电池电压目标值Vt。
这样，根据第3实施例的电源装置，由于可通过公式(3)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此在使用了降压型DC/DC转换器时，也可以取得与第1实施例的电源装置相同的效果。
(第4实施例)
以下就第4实施例的电源装置进行说明。第4实施例的电源装置的整体结构与第1实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图1进行说明。第3实施例的电源装置的特征在于：在第1实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了升降压型(SEPIC型)DC/DC转换器。
图6是表示升降压型DC/DC转换器结构的电路图。如图6所示，升降压型DC/DC转换器包括两个开关Q1、Q2、线圈L1、L2、电容器C1以及倒相电路I1。
线圈L1的一端与燃料电池110的阳极连接，另一端与开关Q1及电容器C1连接。电容器C1的一端与线圈L2及开关Q2连接。开关Q1及线圈L2均有一端与燃料电池110的阴极侧的输出端子及二次电池150的阴极连接。倒相电路I1被连接在开关Q2的控制端子及开关控制器130之间。开关Q1、Q2根据PWM信号而联动地开/关。
在使用了升降压型DC/DC转换器时，开关控制器130通过公式(4)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(1/(1+Vt/Vout))×100(％)    ……(4)
其中，Vout表示由电压测量器140测量到的电压Vout。Vt表示由控制部160设定的电池电压目标值Vt。
这样，根据第4实施例的电源装置，由于可通过公式(4)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此在使用了升降压型DC/DC转换器时，也可以取得与第1实施例的电源装置相同的效果。
(第5实施例)
以下就本发明第5实施例的电源装置进行说明。图7是表示第5实施例的电源装置结构的方框图。第5实施例的电池装置的特征在于：对于第1实施例的电源装置，设置了电流测量器170以替代电压测量器140，根据DC/DC转换器120输出的电流Iout和预先设定的燃料电池110的电池电流目标值It，计算出PWM信号的占空比D。图7中，与第1实施例的电源装置相同的部件标注相同的符号，并省略其说明。另外，燃料电池110中仅标出了电池组111，而其它部件则省略图示。
电流测量器170被连接在DC/DC转换器120的阳极侧输出端子及开关控制器130a之间，测量由DC/DC转换器120输出的电流，并输出到开关控制器130a。电流测量器170由A/D转换器等构成。
DC/DC转换器120为图3所示的升压型DC/DC转换器。控制部160a设定根据供应到电池组111的甲醇量而预先设定的电池电流目标值It，并输出到开关控制器130a。具体而言，控制部160a包括存储装置(图略)，存储将甲醇供应量与相对于供应量而预先设定的电池电流目标值It的对应起来的目标值决定表，参照该目标值决定表，决定电池电流目标值It。在该目标值决定表中，与第1实施例的电源装置相同，以燃料电池110的工作点为电力最大点的电流作为电池电流目标值It而予以存储。
开关控制器130a，利用由电流测量器170测量的电流Iout和由控制部160a设定的电池电流目标值It，执行公式(5)所示的演算，计算出输出到DC/DC转换器120的PWM信号的占空比D，生成计算出的占空比D的PWM信号。
D(％)＝(1-Iout/It)×100(％)    ……(5)
然后，将通过公式(5)计算出的占空比D的PWM信号输出到DC/DC转换器120后，可以一面向负载装置200供应所需要的电力，一面控制燃料电池110，使燃料电池110输出的电流Iin成为电池电流目标值It，从而可以使燃料电池110的工作点稳定，实现燃料电池的发电电力的稳定化。
下面就公式(5)进行说明。DC/DC转换器120的电力转换效率η由公式(5-1)来定义。
η＝输出电力/输入电力＝(Vout×Iout)/(Vin×Iin)    ……(5-1)
电力转换效率η通常在1以下，表示DC/DC转换器120的电力损失。作为产生电力损失的原因，可以例举出开关、线圈的电阻导致的电力损失等。另外，电力转换效率η也可以通过以燃料电池110输出的电流Iin为变量的函数来指定。
将公式(5-1)变形为公式(5-2)。
Iout/Iin＝η×(Vout/Vin)    ……(5-2)
再将公式(1-1)代入公式(5-2)右边的Vout/Vin，两边各乘100，即得到公式(5-3)。
D(％)＝(1-Iout/η×Iin)×100  …… (5-3)
若将公式(5-3)的电流Iin换成电池电流目标值It，即得到公式(5-4)。
D(％)＝(1-Iout/η×It)×100   ……(5-4)
在公式(5-4)中，如果η＝1，则得到公式(5)。
这样，根据第5实施例的电源装置，由于可通过公式(5)计算出占空比D，并且连接了开关Q2，因此，即使在使用升压型DC/DC转换器，且利用DC/DC转换器120输出的电流Iin来计算出占空比时，也可以取得与第1实施例相同的效果。
(第6实施例)
以下就第6实施例的电源装置进行说明。第6实施例的电源装置的整体结构与第5实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图7进行说明。第5实施例的电源装置的特征在于：在第1实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了图4所示的降压型DC/DC转换器。
开关控制器130a执行公式(6)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(Vout/It)×100 ……(6)
这样，根据第6实施例的电源装置，由于可通过公式(6)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此，即使在使用降压型DC/DC转换器，且利用DC/DC转换器120输出的电流Iout计算出占空比D时，也可以取得与第1实施例的电源装置相同的效果。
(第7实施例)
以下就第7实施例的电源装置进行说明。第7实施例的电源装置的整体结构与第5实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图7进行说明。第7实施例的电源装置的特征在于：在第5实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了图5所示的倒相型DC/DC转换器。
开关控制器130a执行公式(7)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(1/(1-Iout/It))×100(％)   ……(7)
这样，根据第7实施例的电源装置，由于可通过公式(7)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此，即使在使用倒相型DC/DC转换器，且利用DC/DC转换器120输出的电流Iout计算出占空比D时，也可以取得与第1实施例的电源装置相同的效果。
(第8实施例)
以下就第8实施例的电源装置进行说明。第8实施例的电源装置的整体结构与第5实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图7进行说明。第8实施例的电源装置的特征在于：在第5实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了图6所示的升降压型DC/DC转换器。
开关控制器130a执行公式(8)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(1/(1+Vout/It))×100   ……(8)
公式(8)与公式(5)相同，可以从公式(5-1)及公式(4)导出。
这样，根据第8实施例的电源装置，由于可通过公式(6)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此，即使在使用升降压型DC/DC转换器，且利用DC/DC转换器120输出的电流Iout计算出占空比D时，也可以取得与第1实施例的电源装置相同的效果。
(第9实施例)
以下就第9实施例的电源装置进行说明。第9实施例的电源装置的特征在于：对于第5实施例的电源装置，进一步将电力转换功率η考虑进去来计算占空比D。
图8是表示第9实施例的电源装置整体结构的方框图。图8中，与图7中相同的部件标注相同的符号，并省略其说明。
开关控制器130b包括η计算部131b。η计算部131b计算DC/DC转换器120的电力转换效率η。电力转换效率η可以用以电池电流目标值It为变量的指定的函数来表示。因此，η计算部131b将由控制部160b设定的电池电流目标值It代入指定的函数，计算出电力转换效率η。另外，η计算部131b也可将表示电池电流目标值It和对电池电流目标值It的电力转换效率η的关系的变换表存储在存储装置(图略)中，利用该变换表来指定电力转换效率η。
DC/DC转换器120为图3所示的升压型DC/DC转换器。开关控制器130b利用由控制部160b设定的电池电流目标值It和由电流测量器170测定的电流Iout，执行公式(9)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(1-Iout/η×It)100 ……(9)
这样，根据第9实施例，由于在计算PWM信号的占空比D时考虑了电力转换功率η，因此，除了可以取得第1实施例的效果，还可以生成由晶体管或线圈的电阻所造成的电力损失得以补正的PWM信号，从而可以使燃料电池的发电电力更加稳定。
(第10实施例)
以下就第10实施例的电源装置进行说明。第10实施例的电源装置的整体结构与第9实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图8进行说明。第10实施例的电源装置的特征在于：在第9实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了图4所示的降压型DC/DC转换器。
开关控制器130b执行公式(10)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(Vout/ηIt)×100   ……(10)
这样，根据第10实施例的电源装置，由于可通过公式(10)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，所以在使用了降压型DC/DC转换器时，也可以取得与第9实施例的电源装置相同的效果。
(第11实施例)
以下就第11实施例的电源装置进行说明。第11实施例的电源装置的整体结构与第9实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图8进行说明。第10实施例的电源装置的特征在于：在第9实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了图5所示倒相型DC/DC转换器。
开关控制器130b执行公式(11)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(1/(1-Iout/ηIt))×100   ……(11)
这样，根据第11实施例的电源装置，由于可通过公式(11)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此在使用了倒相型DC/DC转换器时，也可以取得与第9实施例的电源装置相同的效果。
(第12实施例)
以下就第12实施例的电源装置进行说明。第12实施例的电源装置的整体结构与第9实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图8进行说明。第12实施例的电源装置的特征在于：在第9实施例的电源装置中，作为DC/DC转换器120而使用了图6所示的升降压型DC/DC转换器。
开关控制器130b执行公式(12)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(1/(1+Vout/ηIt))×100    ……(12)
这样，根据第12实施例的电源装置，由于可通过公式(12)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此在使用了升降压型DC/DC转换器时，也可以取得与第9实施例的电源装置相同的效果。
(第13实施例)
以下就第13实施例的电源装置进行说明。第13实施例的电源装置的特征在于：作为DC/DC转换器而采用了回扫型(flyback)DC/DC转换器。
图9是表示第13实施例的电源装置结构的方框图。如图9所示，电源装置包括电压测量器140及电流测量器170。两测量器的连接关系及功能与第1实施例及第2实施例相同，因此省略其说明。
开关控制器130c，利用由电压测量器140测量的电压Vout、由电流测量器170测量的电流Iout及由控制部160c设定的电池电压目标值Vt，执行公式(13)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(Vout/Vt)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100   ……(13)
其中，D表示占空比D。L表示图10所示的回扫型(flyback type)DC/DC转换器的初级线圈(primary coil)L1的感应系数。T为PWM信号的周期。
图10是表示回扫型DC/DC转换器结构的电路图。图10所示的回扫型DC/DC转换器包括变压器T、两个开关Q1、Q2以及倒相电路I1。变压器T的初级线圈L1的一端与燃料电池110的阳极连接，另一端与开关Q1连接。开关Q1的一端与燃料电池110的阴极连接。变压器T的二次线圈(secondary coil)L2的一端与开关Q2连接，另一端与二次电池150的阴极连接。线圈L1及L2被配置成为加极性(additive polarity)。
开关Q2的一端与二次电池150的阳极连接。倒相电路I1被连接在开关控制器130c及开关Q2的控制端子之间。开关控制器130c与开关Q1的控制端子连接。开关Q1及Q2接收PWM信号而联动地开/关。
具有这种结构的回扫型DC/DC转换器，当开关Q1为“开”时，在变压器T中储蓄能量，而当开关Q1为“关”时，储蓄在变压器T中的能量被输出。
如上所述，根据第13实施例的电源装置，由于可通过公式(13)计算出占空比D，并且设置有开关Q2，因此，在作为DC/DC转换器120而使用了回扫型DC/DC转换器时，也可以取得与第1实施例相同的效果。
(第14实施例)
以下就第14实施例的电源装置进行说明。第14实施例的电源装置的整体结构与第13实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图9及图10进行说明。第14实施例的电源装置的特征在于：不使用电池电压目标值Vt而使用电池电流目标值It来计算占空比D。
开关控制器130c，利用由电压测量器140测量的电压Vout、由电流测量器170测量的电流Iout及由控制部160c设定的电池电流目标值It，执行公式(14)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(It/Iout)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100    ……(14)
其中，D表示占空比D。图10所示的L为线圈L1的感应系数。T为PWM信号的周期。
这样，根据第14实施例的电源装置，由于可通过公式(14)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此可以取得与第1实施例的电源装置相同的效果。
(第15实施例)
以下就第15实施例的电源装置进行说明。第15实施例的电源装置的整体结构与第13实施例的电源装置的整体结构相同，因此使用图9及图10进行说明。第14实施例的电源装置的特征在于：将电力转换功率η考虑进去来计算占空比D。
开关控制器130c，利用由电压测量器140测量的电压Vout、由电流测量器170测量的电流Iout及由控制部160c设定的电池电流目标值It，执行公式(15)所示的演算，计算出PWM信号的占空比D。
D(％)＝(η×It/Iout)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100   ……(15)
其中，D表示占空比D。L为图10所示的线圈L1的感应系数。T为PWM信号的周期。
这样，根据第15实施例的电源装置，由于可通过公式(15)计算出PWM信号的占空比D，并且连接了开关Q2，因此可以取得与第1实施例的电源装置相同的效果。
另外，本发明的电源装置，作为DC/DC转换器也可采用使用变压器的顺向型(forward)、双开关顺向型(two switch forward)、主动钳位顺向型(active clampforward)、半桥型(half bridge)、推挽型(push-pull)、全桥型(full-bridge)、相移型(phase-shift)、以及ZVT型等DC/DC转换器。
无论哪一种类型的DC/DC转换器，输入电压Vin与输出电压Vout的比值(＝Vout/Vin)都可以用如公式(1-1)所示的使用了占空比D的函数来表示，如果将该函数进行如上所述变形，则可以利用由DC/DC转换器输出的电压Vout或电流Iout来计算出占空比D。
(本发明的总结)
本发明所提供的电源装置，包括燃料电池、调节由上述燃料电池输出的电压将其输出到并联的负载装置的DC/DC转换器、生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号并输出到上述DC/DC转换器的信号生成单元、与上述负载装置并联的二次电池、测量由上述DC/DC转换器输出的电压的电压测量单元，其中，上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压测量值，计算出上述PWM信号的占空比(duty ratio)。
根据该结构，由燃料电池输出的电压通过DC/DC转换器调整后被输出到并联的负载装置。另外，用DC/DC转换器输出的电力进行充电的二次电池与负载装置并联，当负载装置的电力不足时，二次电池放电来补充不足的电力。由DC/DC转换器输出的电压通过电压测量单元而被测量，基于测量到的电压和表示由燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值，向DC/DC转换器输出的PWM信号的占空比得以计算，根据计算出的占空比的PWM信号，DC/DC转换器得以控制。由此，负载装置可得到所需要的电力，并且，燃料电池的工作点可保持固定。
这样，由于不使用由燃料电池输出的电压作为负反馈信号，而使用由DC/DC转换器输出的电压来控制DC/DC转换器，因此，燃料电池输出的电压的振荡得以避免，从而可以一面向负载装置供应所需要的电力，一面使燃料电池的发电电力稳定。而且，不需要用来比较燃料电池的电压与基准值的电路或根据两者的差值来改变占空比的电路等，从而可谋求电路的小型化。
而且，上述的电源装置，以上述信号生成单元利用上述电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压，通过执行公式(1)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1-Vt/Vout)×100   ……(1)
其中，D表示占空比，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(1)计算而来，因此作为DC/DC转换器而使用升压型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为降压型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用上述电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压，通过执行公式(2)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(Vt/Vout)×100  ……(2)
其中，D表示占空比，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(2)计算而来，因此作为DC/DC转换器而使用降压型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为倒相型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用上述电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压，通过执行公式(3)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1/(1-Vt/Vout))×100  ……(3)
其中，D表示占空比，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(3)计算而来，因此作为DC/DC转换器而使用倒相型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为升降压型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用上述电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压，通过执行公式(4)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1/(1+Vt/Vout))×100   ……(4)
其中，D表示占空比，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(4)计算而来，因此使用升降压型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
而且，本发明还提供另一种电源装置，包括燃料电池、调节由上述燃料电池输出的电压将其输出到并联的负载装置的DC/DC转换器、生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号并输出到上述DC/DC转换器的信号生成单元、与上述负载装置并联的二次电池、测量由上述DC/DC转换器输出的电流的电流测量单元，其中，上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流测量值，计算出上述PWM信号的占空比。
根据该结构，由燃料电池输出的电压通过DC/DC转换器调整后被输出到并联的负载装置。另外，用DC/DC转换器输出的电力进行充电的二次电池与负载装置并联，当负载装置的电力不足时，二次电池放电来补充不足的电力。由DC/DC转换器输出的电流通过电流测量单元而被测量，基于测量到的电流和表示由燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值，向DC/DC转换器输出的PWM信号的占空比得以计算，根据计算出的占空比的PWM信号，DC/DC转换器得以控制。由此，负载装置可得到所需要的电力，并且，燃料电池的工作点可保持固定。
这样，由于不使用由燃料电池输出的电压作为负反馈信号，而使用由DC/DC转换器输出的电流来控制DC/DC转换器，因此，燃料电池输出的电压的振荡得以避免，从而可以一面向负载装置供应所需要的电力，一面使燃料电池的发电电力稳定。而且，不需要用来比较燃料电池的电压与基准值的电路或根据两者的差值来改变占空比的电路等，从而可谋求电路的小型化。
而且，上述的电源装置，以上述DC/DC转换器为升压型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(5)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1-Iout/It)×100  ……(5)
其中，D表示占空比，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(5)计算而来，因此使用升压型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为降压型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(6)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(Iout/It)×100    ……(6)
其中，D表示占空比，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(6)计算而来，因此使用降压型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为倒相型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(7)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1/(1-Iout/It))×100   ……(7)
其中，D表示占空比，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(7)计算而来，因此使用倒相型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为升降压型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(8)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1/(1+Iout/It))×100    ……(8)
其中，D表示占空比，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(8)计算而来，因此使用升降压型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为升压型DC/DC转换器，上述信号生成单元，基于上述电池电流目标值来计算表示DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率、上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(9)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1-Iout/(η×It))×100   ……(9)
其中，D表示占空比，η表示电力转换效率，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过考虑了DC/DC转换器的电力转换功率的公式(9)计算而来，因此使用升压型DC/DC转换器时，可以生成变压器或线圈的电阻所导致的电力损失得以补正的PWM信号，从而使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为降压型DC/DC转换器，上述信号生成单元，基于上述电池电流目标值来计算表示DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率、上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(10)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(Iout/(η×It))×100  ……(10)
其中，D表示占空比，η表示电力转换效率，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过考虑了DC/DC转换器的电力转换功率的公式(10)计算而来，因此使用降压型DC/DC转换器时，可以生成变压器或线圈的电阻所导致的电力损失得以补正的PWM信号，从而使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为倒相型DC/DC转换器，上述信号生成单元，基于上述电池电流目标值来计算表示DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率、上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(11)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1-(Iout/(η×It)))×100  ……(11)
其中，D表示占空比，η表示电力转换效率，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过考虑了DC/DC转换器的电力转换功率的公式(11)计算而来，因此使用倒相型DC/DC转换器时，可以生成变压器或线圈的电阻所导致的电力损失得以补正的PWM信号，从而使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为升降压型DC/DC转换器，上述信号生成单元基于上述电池电流目标值来计算表示DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率、上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(12)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(1+(Iout/(η×It)))×100 ……(12)
其中，D表示占空比，η表示电力转换效率，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
根据该结构，由于可通过表示DC/DC转换器的电力转换功率的公式(12)来计算PWM信号的占空比，因此使用升降压型DC/DC转换器时，可以生成变压器或线圈的电阻所导致的电力损失得以补正的PWM信号，从而使燃料电池的发电电力稳定。
而且，上述的电源装置，以上述升压型DC/DC转换器包括一端与上述燃料电池的阳极连接的线圈、被连接在上述线圈的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第1开关元件、被连接在上述线圈的另一端及上述二次电池的阳极之间的第2开关元件、使由上述信号生成单元输出的PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路，上述第1及第2开关元件按照PWM信号而联动地开/关为宜。
根据该结构，由于在以往的升压型DC/DC转换器中连接有二极管等整流元件的部位，连接了第2开关元件来替代整流元件，因此流经线圈的电流可以不间断地连续变化，而使燃料电池输出的电压恒定。
上述的电源装置，还以上述降压型DC/DC转换器包括一端与上述燃料电池的阳极连接的第1开关元件、被连接在上述第1开关元件的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第2开关元件、被连接在上述第1开关元件的另一端及上述二次电池的阳极之间的线圈、使上述PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路，上述第1及第2开关元件按照PWM信号而联动地开/关为宜。
根据该结构，由于在以往的降压型DC/DC转换器中连接有二极管等整流元件的部位，连接了第2开关元件来替代整流元件，因此流经线圈的电流可以不间断地连续变化，而使燃料电池输出的电压恒定。
上述的电源装置，还以上述倒相型DC/DC转换器包括一端与上述燃料电池的阳极连接的第1开关元件、被连接在上述第1开关元件的另一端及上述燃料电池的阴极之间的线圈、被连接在上述第1开关元件的另一端及上述二次电池的阳极之间的第2开关元件、使上述PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路，上述第1及第2开关元件按照PWM信号而联动地开/关为宜。
根据该结构，由于在以往的倒相型DC/DC转换器中连接有二极管等整流元件的部位，连接了第2开关元件来替代整流元件，因此流经线圈的电流可以不间断地连续变化，而使燃料电池输出的电压恒定。
上述的电源装置，还以上述升降压型DC/DC转换器包括一端与上述燃料电池的阳极连接的第1线圈、被连接在上述第1线圈的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第1开关元件、一端与上述第1线圈的另一端连接的电容器、被连接在上述电容器的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第2线圈、被连接在上述电容器的另一端及上述二次电池的阳极之间的第2开关元件、使上述PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路，上述第1及第2开关元件按照PWM信号而联动地开/关为宜。
根据该结构，由于在以往的升降压型DC/DC转换器中连接有二极管等整流元件的部位，连接了第2开关元件来替代整流元件，因此流经线圈的电流可以不间断地连续变化，而使燃料电池输出的电压恒定。
另外，本发明还提供又一种电源装置，包括燃料电池、调节由上述燃料电池输出的电压将其输出到并联的负载装置的DC/DC转换器、生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号并输出到上述DC/DC转换器的信号生成单元、与上述负载装置并联的二次电池、测量由上述DC/DC转换器输出的电压的电压测量单元、测量由上述DC/DC转换器输出的电流的电流测量单元，其中，上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值或表示由上述燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值、由上述电压测量单元测量的电压测量值以及由上述电流测量单元测量的电流测量值，计算出上述PWM信号的占空比。
根据该结构，由燃料电池输出的电压通过DC/DC转换器调整后被输出到并联的负载装置。另外，用DC/DC转换器输出的电力进行充电的二次电池与负载装置并联，当负载装置的电力不足时，二次电池放电来补充不足的电力。由DC/DC转换器输出的电压及电流，分别通过电压测量单元和电流测量单元而被测量，基于测量到的电压及电流、表示由燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值或表示由燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值，向DC/DC转换器输出的PWM信号的占空比得以计算，根据计算出的占空比的PWM信号，DC/DC转换器得以控制。由此，负载装置可得到所需要的电力，并且，燃料电池的工作点可保持固定。
这样，由于不使用由燃料电池输出的电压作为负反馈信号，而使用由DC/DC转换器输出的电压及电流来控制DC/DC转换器，因此，燃料电池输出的电压的振荡得以避免，从而可以一面向负载装置供应所需要的电力，一面使燃料电池的发电电力稳定。而且，不需要用来比较燃料电池的电压与基准值的电路或根据两者的差值来改变占空比的电路等，从而可谋求电路的小型化。
而且，上述的电源装置，以上述DC/DC转换器为包含变压器的回扫型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用由上述电压测量单元测量的电压、由上述电流测量单元测量的电流以及上述电池电压目标值，通过执行公式(13)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(Vout/Vt)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100……(13)
其中，D表示占空比，L为上述变压器的初级线圈的感应系数，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压，Iout表示由电流测量单元测量的电流，T为PWM信号的周期。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(13)计算而来，因此使用回扫型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为包含变压器的回扫型DC/DC转换器，上述信号生成单元利用由上述电压测量单元测量的电压、由上述电流测量单元测量的电流以及表示由上述燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值，通过执行公式(14)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比为宜。
D(％)＝(It/Iout)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100……(14)
其中，D表示占空比，L为上述变压器的初级线圈的感应系数，It表示电池电流目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压，Iout表示由电流测量单元测量的电流，T为PWM信号的周期。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过公式(14)计算而来，因此使用回扫型DC/DC转换器时，可以使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述DC/DC转换器为包含变压器的回扫型DC/DC转换器，上述信号生成单元基于上述电池电流目标值计算出上述电池电压目标值和表示上述DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率，通过执行公式(15)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比。
D(％)＝(η×It/Iout)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100   ……(15)
其中，η表示电力转换效率，L为上述变压器的初级线圈的感应系数，It表示电池电流目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压，Iout表示由电流测量单元测量的电流，T为PWM信号的周期。
根据该结构，由于PWM信号的占空比可通过增加了DC/DC转换器的电力转换功率的公式(15)计算而来，因此可以生成开关元件或线圈的电阻所导致的电力损失得以补正的PWM信号，从而使燃料电池的发电电力稳定。
上述的电源装置，还以上述回扫型DC/DC转换器包括初级线圈的一端与上述燃料电池的阳极连接、而二次线圈的一端与上述二次电池的阴极连接的变压器、被连接在上述初级线圈的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第1开关元件、被连接在上述二次线圈的一端及上述二次电池的阳极之间的第2开关元件、使上述PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路，上述第1及第2开关元件按照PWM信号而联动地开/关为宜。
根据该结构，由于在以往的回扫型DC/DC转换器中连接有二极管等整流元件的部位，连接了第2开关元件来替代整流元件，因此流经线圈的电流可以不间断地连续变化，而使燃料电池输出的电压恒定。
上述的电源装置，还以上述燃料电池是燃料非循环型的直接甲醇型燃料电池为宜。
根据该结构，因对于适应小型化的燃料非循环型的直接甲醇型燃料电池，可以稳定工作点，而使发电电力稳定，因此可以提供用于笔记本电脑等便携电子设备的小型电源装置。
产业上的利用可能性
本发明可提供一种能够使燃料电池的发电电力稳定的电源装置。

Claims (24)

1.一种电源装置，其特征在于包括：
燃料电池；
DC/DC转换器，调节由上述燃料电池输出的电压、将其输出到并联连接的负载装置；
信号生成单元，生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号、并将其输出到上述DC/DC转换器；
二次电池，与上述负载装置并联连接；
电压测量单元，测量由上述DC/DC转换器输出的电压；其中，
上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压测量值，计算出上述PWM信号的占空比。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为升压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用上述电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压，通过执行公式(1)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1-Vt/Vout)×100    ……  (1)
其中，D表示占空比，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压。
3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为降压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用上述电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压，通过执行公式(2)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(Vt/Vout)×100      ……  (2)
其中，D表示占空比，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压。
4.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为倒相型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用上述电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压，通过执行公式(3)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1/(1-Vt/Vout))×100    ……  (3)
其中，D表示占空比，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压。
5.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为升降压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用上述电池电压目标值和由上述电压测量单元测量的电压，通过执行式(4)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1/(1+Vt/Vout))×100    ……  (4)
其中，D表示占空比，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压。
6.一种电源装置，其特征在于包括：
燃料电池；
DC/DC转换器，调节由上述燃料电池输出的电压、将其输出到并联的负载装置中；
信号生成单元，生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号并将其输出到上述DC/DC转换器中；
二次电池，与上述负载装置并联连接；
电流测量单元，测量由上述DC/DC转换器输出的电流；其中，
上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流测量值，计算出上述PWM信号的占空比。
7.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为升压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(5)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1-Iout/It)×100    ……  (5)
其中，D表示占空比，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
8.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为降压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(6)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(Iout/It)×100    ……  (6)
其中，D表示占空比，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
9.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为倒相型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(7)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1/(1-Iout/It))×100    ……  (7)
其中，D表示占空比，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
10.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为升降压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(8)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1/(1+Iout/It))×100    ……  (8)
其中，D表示占空比，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
11.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为升压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，基于上述电池电流目标值来计算表示DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率、上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(9)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1-Iout/(η×It))×100    ……  (9)
其中，D表示占空比，η表示电力转换效率，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
12.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为降压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，基于上述电池电流目标值来计算表示DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率、上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(10)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(Iout/(η×It))×100    ……  (10)
其中，D表示占空比，η表示电力转换效率，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
13.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为倒相型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，基于上述电池电流目标值来计算表示DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率、上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(11)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1-(Iout/(η×It)))×100    ……  (11)
其中，D表示占空比，η表示电力转换效率，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
14.根据权利要求6所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为升降压型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，基于上述电池电流目标值来计算表示DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率、上述电池电流目标值和由上述电流测量单元测量的电流，通过执行公式(12)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(1+(Iout/(η×It)))×100    ……  (12)
其中，D表示占空比，η表示电力转换效率，Iout表示由电流测量单元测量的电流，It表示电池电流目标值。
15.根据权利要求2、7及11中任一项所述的电源装置，其特征在于：
上述升压型DC/DC转换器包括，
一端与上述燃料电池的阳极连接的线圈；
被连接在上述线圈的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第1开关元件；
被连接在上述线圈的另一端及上述二次电池的阳极之间的第2开关元件；
使上述信号生成单元输出的PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路；其中，
上述第1及第2开关元件按照PWM信号而联动地开/关。
16.根据权利要求3、8及12中任一项所述的电源装置，其特征在于：
上述降压型DC/DC转换器包括，
一端与上述燃料电池的阳极连接的第1开关元件；
被连接在上述第1开关元件的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第2开关元件；
被连接在上述第1开关元件的另一端及上述二次电池的阳极之间的线圈；
使上述PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路；其中，
上述第1及第2开关元件，按照PWM信号而联动地开/关。
17.根据权利要求4、9及13中任一项所述的电源装置，其特征在于：
上述倒相型DC/DC转换器包括，
一端与上述燃料电池的阳极连接的第1开关元件；
被连接在上述第1开关元件的另一端及上述燃料电池的阴极之间的线圈；
被连接在上述第1开关元件的另一端及上述二次电池的阳极之间的第2开关元件；
使上述PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路；其中，上述第1及第2开关元件，按照PWM信号而联动地开/关。
18.根据权利要求5、10及14中任一项所述的电源装置，其特征在于：
上述升降压型DC/DC转换器包括，
一端与上述燃料电池的阳极连接的第1线圈；
被连接在上述第1线圈的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第1开关元件；
一端与上述第1线圈的另一端连接的电容器；
被连接在上述电容器的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第2线圈；
被连接在上述电容器的另一端及上述二次电池的阳极之间的第2开关元件；
使上述PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路；其中，
上述第1及第2开关元件，按照PWM信号而联动地开/关。
19.一种电源装置，其特征在于包括：
燃料电池；
DC/DC转换器，调节由上述燃料电池输出的电压、将其输出到并联的负载装置中；
信号生成单元，生成用来控制上述DC/DC转换器的PWM信号并输出到上述DC/DC转换器中；
二次电池，与上述负载装置并联；
电压测量单元，测量由上述DC/DC转换器输出的电压；
电流测量单元，测量由上述DC/DC转换器输出的电流；其中，
上述信号生成单元，基于表示由上述燃料电池输出的电压的目标值的电池电压目标值或表示由上述燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值、由上述电压测量单元测量的电压测量值以及由上述电流测量单元测量的电流测量值，计算出上述PWM信号的占空比。
20.根据权利要求19所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为包含变压器的回扫型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用由上述电压测量单元测量的电压、由上述电流测量单元测量的电流以及上述电池电压目标值，通过执行公式(13)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(Vout/Vt)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100    ……  (13)
其中，D表示占空比，L为构成上述变压器的初级线圈的感应系数，Vt表示电池电压目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压，Iout表示由电流测量单元测量的电流，T为PWM信号的周期。
21.根据权利要求19所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为包含变压器的回扫型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，利用由上述电压测量单元测量的电压、由上述电流测量单元测量的电流以及表示由上述燃料电池输出的电流的目标值的电池电流目标值，通过执行公式(14)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(It/Iout)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100    ……  (14)
其中，D表示占空比，L为上述变压器的初级线圈的感应系数，It表示电池电流目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压，Iout表示由电流测量单元测量的电流，T为PWM信号的周期。
22.根据权利要求19所述的电源装置，其特征在于：
上述DC/DC转换器为包含变压器的回扫型DC/DC转换器，
上述信号生成单元，基于上述电池电流目标值来计算上述电池电压目标值和表示上述DC/DC转换器的电力损失的电力转换效率，利用计算出的电力转换效率，通过执行公式(15)所示的演算，计算出上述PWM信号的占空比，
D(％)＝(η×It/Iout)×[(2×L×Iout/(Vout×T))]1/2×100    ……  (15)
其中，η表示电力转换效率，L为上述变压器的初级线圈的感应系数，It表示电池电流目标值，Vout表示由电压测量单元测量的电压，Iout表示由电流测量单元测量的电流，T为PWM信号的周期。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的电源装置，其特征在于：
上述回扫型DC/DC转换器包括，
初级线圈的一端与上述燃料电池的阳极连接、二次线圈的一端与上述二次电池
的阴极连接的变压器；
被连接在上述初级线圈的另一端及上述燃料电池的阴极之间的第1开关元件；
被连接在上述二次线圈的一端及上述二次电池的阳极之间的第2开关元件；
使上述PWM信号的逻辑倒相并输出到上述第2开关元件的倒相电路；其中，
上述第1及第2开关元件，按照PWM信号联动地开/关。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的电源装置，其特征在于：上述燃料电池是燃料非循环型的直接甲醇型燃料电池。
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