電力控制器、電力生成系統以及電力控制器的控制方法
2024-01-29 20:59:15 1
專利名稱：電力控制器、電力生成系統以及電力控制器的控制方法
技術領域：
本發明涉及通過使用DC電力生成裝置(例如，燃料電池或類似的)進行電力生成的電力控制器。
背景技術：
迄今為止，圖7所示的系統是大家所了解的燃料電池電力生成系統(例如，參見日本特許專利公開第6-325774號)。在圖7中，燃料電池41使得氫供給裝置42所提供的氫和空氣供給裝置43所提供的空氣中的氧在燃料電池的主體中發生反應來生成DC電力，該電力再被電力轉換器44轉換成AC電力，並被輸出。控制器45可以通過控制充放電設備46和電力轉換器44來進行控制，以通過從充放電設備46放電或是充電到充放電設備46來變化地輸出電力，即使燃料電池的主體41的生成電力是固定的。
然而，儘管在這樣的燃料電池電力生成系統中需要匹配燃料電池的主體41的輸出電壓和充放電設備46的充放電電壓，但是充放電設備46不需要具有控制充放電的裝置。因此，很難通過補償燃料電池的主體41的輸出和電力存儲裝置(如充放電設備49中的二次電池)的額定值來高精確度地控制充放電設備46的充放電。
正是為了解決這樣的缺陷，才構思了以下的系統。圖8顯示了根據第二常規例子的一種燃料電池電力生成系統的配置。在圖8中，燃料電池51是燃料電池的主體，用來通過使氫和空氣中的氧反應來生成DC電力。DC/DC轉換器52給燃料電池51的DC電力升壓。電力轉換器53(逆變器)把由DC/DC轉換器52升壓的DC電力轉換成AC電力，以輸出該AC電力到電力負載55。控制器54是用於通過負載檢測器56來檢測電力負載55的負載電流，並控制雙向DC/DC轉換器57、DC/DC轉換器52和電力轉換器53的裝置。
當根據電力負載55的負載電流所確定的從燃料電池的主體51輸出的電流值超過負載電流值時，控制器54通過雙向DC/DC轉換器57把電力存儲在蓄電池58中。當從燃料電池的主體51輸出的電流值不夠負載電流值時，控制器54通過雙向DC/DC轉換器57把蓄電池58的電力提供給電力負載55。
發明內容
根據上述第二常規例子(圖8)的燃料電池電力生成系統具有如下配置電力轉換器53與雙向DC/DC轉換器57相連接用於蓄電池58的充放電控制，蓄電池58耦合到DC/DC轉換器52的輸出，使得DC電力能提升到把DC電力轉換成AC電力所需的電壓。
實現該系統不僅僅是為了用DC/DC轉換器52控制燃料電池的主體52的輸出，還為了通過控制雙向DC/DC轉換器57來提高蓄電池58的充放電效率。因而，從燃料電池51充電到蓄電池58是通過兩個電壓控制裝置DC/DC轉換器52和雙向DC/DC轉換器57來進行的。
然而，由於在蓄電池58的充放電電壓和DC/DC轉換器52所提升的輸出電壓之間存在著很大的差異(通常DC/DC轉換器52所提升的輸出電壓較高)，因此需要根據上面的差異來提高來提高提升電壓和降低電壓之間的電位差。因此，就很難提高電力轉換效率。
此外，由於雙向DC/DC轉換器57的電力轉換效率和蓄電池58的充放電效率所引起的總電力轉換效率變低，所以工作的經濟性很低也成了一個問題，另外，由於雙向DC/DC轉換器57本身的價格也很高，所以成本也變得相當高。
出於上述問題的考慮，本發明提供了一種燃料電池電力控制器，它迅速地響應電力變化的需求，高效率地生成所需的電能，同時也具有高經濟性的和高可靠性的，它也可以是用於電力生成系統或類似的系統。
本發明的第1項發明是一種電力控制器包括電力存儲裝置，用於存儲從產生DC電力的DC電力生成裝置輸出的DC電力；電力轉換裝置，至少包括在接收DC輸入時轉換電壓的DC/DC轉換器；充放電裝置，用於把電力存儲裝置中的電力釋放到電力轉換裝置，以及把DC電力生成裝置中的DC電力充入電力存儲裝置，充放電裝置設置在DC電力生成裝置、電力存儲裝置和電力轉換裝置之間；檢測裝置，用子檢測外部電力負載的電力能量，將至少來自電力轉換裝置來的電力提供給外部電力負載；控制裝置，用子根據檢測到的電力能量來控制充放電裝置的工作，其中充放電裝置具有DC/DC轉換功能，把DC電力生成裝置的輸出電壓轉換成電力存儲裝置的充電電壓，以及把電力存儲裝置的放電電壓轉換成DC電力生成裝置的輸出電壓。
本發明的第2項發明是根據第1項發明的電力控制器，其特點是，控制裝置進行控制，使得充放電裝置在外部電力負載較低時進行充電操作，使得充放電裝置在外部電力負載較高時進行放電操作。
本發明的第3項發明是根據第1項發明的電力控制器，其特點是，DC電力生成裝置的輸出和電力存儲裝置的輸入之間的轉換電壓量要小於DC電力生成裝置的輸出和電力轉換裝置的DC/DC轉換器的輸入之間的轉換電壓量。
本發明的第4項發明是根據第1項發明的電力控制器，其特點是，充放電裝置包括充電端轉換裝置，用於把DC電力生成裝置的輸出電壓轉換成電力存儲裝置的充電電壓；以及放電端轉換裝置，用於把電力存儲裝置的放電電壓轉換成DC電力生成裝置的輸出電壓。
本發明的第5項發明是根據第1項發明的電力控制器，其特點是，充放電裝置包括公共轉換裝置，用於進行充電端轉換操作或放電端轉換操作，在充電端轉換操作中，把DC電力生成裝置的輸出電壓轉換成電力存儲裝置的充電電壓，在放電端轉換操作中，把電力存儲裝置的放電電壓轉換成DC電力生成裝置的輸出電壓；第一控制開關，對其進行控制，使得公共轉換裝置的輸入端被連接到DC電力生成裝置的輸出端或者電力存儲裝置的輸出端；第二控制開關，對其進行控制，使得公共轉換裝置的輸出端被連接到DC/DC轉換器的輸入端或者電力存儲裝置的輸入端；當進行充電端轉換操作時，第一控制開關把DC電力生成裝置的輸出端連接到公共轉換裝置的輸入端，而第二控制開關把公共轉換裝置的輸出端連接到電力存儲裝置的輸入端，當進行放電端轉換操作時，第一控制開關把電力存儲裝置的輸出端連接到公共轉換裝置的輸入端，而第二控制開關把公共轉換裝置的輸出端連接到DC/DC轉換器的輸入端。
本發明的第6項發明是根據第1項發明的電力控制器，其特點是，進一步包括輸出電壓檢測裝置，用於檢測DC電力生成裝置的輸出電壓，其中根據檢測到的輸出電壓和檢測到的負載電力，控制裝置在檢測到的輸出電壓較高且檢測到的負載電力較低時讓充放電裝置進行充電操作，在檢測到的輸出電壓較低且檢測到的負載電力較高時讓充放電裝置進行放電操作。
本發明的第7項發明是根據第1項發明的電力控制器，其特點是，進一步包括電力存儲檢測裝置，用於檢測電力存儲裝置的電力存儲，其中控制裝置根據檢測到的電力存儲來控制充放電裝置的操作。
本發明的第8項發明是根據第6項發明的電力控制器，其特點是，進一步包括負載電力測量裝置，用於以時間的函數來測量檢測到的電力能量，其中DC電力生成裝置的電力生產計劃是根據預先測量的電力能量由負載電力測量裝置確定的。
本發明的第9項發明是一種電力生成系統，包括根據第1項發明的電力控制器；DC電力生成裝置，用於產生DC電力；DC電力生成裝置的控制裝置，用於根據檢測到的電力能量來控制DC電力生成裝置的輸入能量。
本發明的第10項發明是根據第1項發明的電力控制器的控制方法，其特點是，作為時間的函數來測量電力能量，根據通過測量所獲得的電力能量來確定DC電力生成裝置的電力生產計劃。
圖1是本發明的第一實施例中的燃料電池電力生成設備框圖。
圖2是本發明的第五實施例中的燃料電池電力生成設備的燃料電池輸出的特性圖。
圖3是本發明的第二實施例中的燃料電池電力生成設備框圖。
圖4是本發明的第三實施例中的燃料電池電力生成設備框圖。
圖5是本發明的第四實施例中的燃料電池電力生成設備框圖。
圖6是本發明的第五實施例中的燃料電池電力生成設備框圖。
圖7是一種常見燃料電池電力生成系統的框圖。
圖8是一種常見燃料電池電力生成系統的框圖。
圖9是顯示了本發明的第一實施例中的燃料電池電力生成設備的另一種配置的示意圖。
圖10是顯示了本發明的第二實施例中的燃料電池電力生成設備的另一種配置的示意圖。
圖11是顯示了本發明的另一種配置的示意圖。
符號描述1燃料電池2燃氣供給裝置3氧化劑燃氣供給裝置4電力轉換裝置5轉換器部分6逆變器部分9負載電力檢測裝置10電力負載11二次電池12充電控制裝置13放電控制裝置14放逆流二極體15燃料電池控制裝置具體實施方式
下面，將參考附圖，對本發明的實施例進行解釋。
(實施例1)圖1是本發明的第一實施例中的燃料電池電力生成設備框圖。
諸如精煉機、氫吸收合金和氫氣缸等含有氫的燃氣供給裝置2，和諸如送風機與通風泵等含有氧的氧化劑燃氣供給裝置3被連接到對應於本發明的DC電力生成裝置的燃料電池1上。
電力轉換4是用於把DC電力轉換成AC電力的裝置，且具有以下配置首先轉換器部分5對從燃料電池1來的DC電力進行DC電壓提升，然後，逆變器部分6把具有提升後的電壓的DC電力轉換成將要輸出的AC電力。
輸出線7是與電力轉換裝置4和電力負載10電性能連接的裝置。另外，負載電力檢測裝置9是根據電力負載10的工作來檢測通過輸出線7輸出的電力的裝置。二次電池11對應於本發明的電力存儲裝置，它是充電和存儲電力以及釋放存儲電力的裝置。充電控制裝置12是把燃料電池1的DC電力轉換成和二次電池11的充電電壓相適應的電壓，並充電二次電池11的裝置，它是用例如提升電壓和降低電壓電壓斬波電路實現的。另外，放電控制裝置13是用於把二次電池11所釋放的存儲電力轉換成和燃料電池的DC輸出電壓完全一樣的電壓，並把電力輸出到電力轉換裝置4的裝置，它是用例如提升電壓和降低電壓斬波電路實現的。防逆流二極體14是用於防止DC電力從放電控制裝置13回流到燃料電池1的裝置。燃料電池控制裝置15是控制從燃料燃氣供給裝置2提供給燃料電池1的供給量和/或從氧化劑燃氣供給裝置3提供到燃料電池1的供給量的裝置，並通過根據電力負載10控制充電控制裝置12和放電控制裝置13來控制二次電池11的存儲電力的輸入和輸出。
安裝二次電池11的一個目的是為了通過使用二次電池11的充放電來防止由於在系統互連中提供給負載電力的輸出電力過量或不足所造成的經濟性的損失。
接下來，將不僅會解釋第一實施例中的運作，還將解釋根據本發明的電力控制方法的實施例。
燃料燃氣供給裝置2提供的燃料和氧化劑燃氣供給裝置3提供的氧化劑燃氣在燃料電池1中反應，以產生直流電。產生的直流電被送往電力轉換裝置4。在電力轉換裝置4中，經轉換器部分5提升後，該直流電被逆變器部分6轉換成和電力負載的電壓相同的交流電，並通過輸出線7被提供給電力負載10。
這裡，當根據負載電力檢測裝置9所檢測的電能發現燃料電池不足以提供電力負載10的負載電力時，燃料電池控制裝置15將用二次電池11通過放電控制裝置13來補充電力負載10所生成的輸出的不足。
另外，在該實施例中，當二次電池11充電時，燃料電池1來的輸出電壓被充電控制裝置1 2轉換成和二次電池的充電電壓完全相等的電壓。另外，為了使電力能輸出到電力轉換裝置4的轉換器部分5，當進行從二次電池11放電到電力轉換裝置4進行時，從二次電池11來的輸出電壓被放電控制裝置13轉換成和燃料電池的輸出電壓完全相等的電壓。因此，有可能將二次電池11的充放電效率保持在較高的水平。此時，在燃料電池1的輸出電壓和二次電池11的充電電壓之間的上下關係中，當燃料電池1的電壓較高時，充電控制裝置12逐步降低電壓，放電控制裝置13逐步提高電壓。
另外，當燃料電池1的電壓較低時，充電控制裝置12逐步提高電壓，放電控制裝置13逐步降低電壓。此時，提升電壓和降低電壓可以引用燃料電池1的輸出電壓或者二次電池11的充電和放電電壓。此外，燃料電池1的輸出電壓可以是通過測量燃料電池所獲得的值，或者是根據額定值等預先設置的值(固定值)。
另外，在該實施例中，對二次電池11充電是通過直接將燃料電池1的輸出電力提供給充電控制裝置12來進行的。另外，從二次電池11到電力轉換裝置4的輸出要恰好在轉換器部分5之前和燃料電池1的輸出電壓匹配。
在該實施例中，充電控制裝置12轉換到二次電池11的電壓量和圖8中所示的第二常規例子相比是相當小的，亦即，幾伏特和幾十伏特相比。類似地，放電控制裝置13轉換到電力轉換裝置4的電壓量也是很小的，亦即，幾伏特和幾十伏特相比。
因此，由於充電控制裝置12和放電控制裝置13的電力轉換單元的電力損耗等(切換損耗、反應體的芯核損耗、歐姆損耗等)原因，在充放電的電力功率約為1到2千瓦的情況下，電力轉換效率將高達90％或更高。
另外，由於二次電池11的充放電效率為92％到93％，所以可能在使用二次電池11的時候提高總的充放電效率。因此，有可能提供一種具有較高經濟性的燃料電池電力生成設備，因為可能進行經濟地運作來作為補充燃料電池1的輸出過量和不足的電力存儲系統，並且還有可能低成本地實現充電控制裝置12和放電控制裝置13的控制電路配置。
另外，該實施例還能夠按照圖9所示的來構成。和圖1中的配置不同的地方如下。省略了防逆流二極體，並提供了兩個燃料電池的輸出系統。一個系統被用作連接通路100a，直接連接到電力轉換裝置4的轉換器部分5，另一個系統被用作連接通路100b，連接到充電控制裝置12。另外，還提供了直接把放電控制裝置13連接到電力轉換裝置4的轉換器部分5的連接通路100c。在這種情況下，有可能以一種比圖1更簡單和更便宜的配置來完全地防止放電控制裝置13的輸出回流到燃料電池1或者充電控制裝置12。
(實施例2)圖3是本發明的第二實施例中的燃料電池電力生成設備的框圖。
在圖3中，相同的數字表示的是具有和圖1中所示的第一實施例的燃料電池電力生成設備的相應部分相同功能的部分，且省略和圖1中的相對應的部分的功能的詳細描述。
充電和放電控制裝置18是把燃料電池1中生成的DC電力存儲在作為電力存儲裝置的二次電池11中的裝置，並控制充電和放電，以從二次電池11把存儲的電力輸出到電力轉換裝置4的轉換器5，並且是由例如提升電壓和降低電壓斬波電路等實現的。電流切換裝置16和17是切換從燃料電池所補充的以及從電力轉換裝置4的轉換器5所釋放的電流方向的裝置，電流切換裝置16進行切換，將充電和放電控制裝置18連接到燃料電池1的輸出端或者二次電池11的輸出端。另外，電流切換裝置17進行切換，將充電和放電控制裝置18連接到電力轉換裝置4的轉換器5的輸入端或者二次電池11的輸入端。另外，電流切換裝置16和17是由半導體開關、機械開關或者類似的開關構成的。
接下來，將會解釋第二實施例的運作。不過，將省略和第一實施例中相同的部分，並且主要對差異進行描述。
在燃料電池電力生成設備的工作過程中，當負載檢測裝置9檢測到相對於電力負載10的設備中的電力不足時，燃料電池控制裝置15控制電流切換裝置16，使其把二次電池11的輸出端連接到充放電控制裝置18的輸入端，控制電流轉換裝置17使其把充放電控制裝置18的輸出端連接到電力轉換裝置4的轉換器5的輸入端，以從二次電池11來補充電力負載生成電力的不足。
因此，將按照電流切換裝置16、充放電控制裝置18、電流切換裝置17和電力轉換裝置4的順序來提供從二次電池11輸出的電力。
接下來，在燃料電池1的電力負載很低，且適合於對二次電池11充電的燃料電池1的輸出電壓很高的時間段或類似時，燃料電池控制裝置15控制電流切換裝置16使其把燃料電池1的輸出端連接到充放電控制裝置18的輸入端，並控制電流切換裝置17使其把充放電控制裝置18的輸出端連接到二次電池11的輸入端，以對二次電池11進行充電。
因此，將按照電流切換裝置16、充放電控制裝置18、電流切換裝置17和二次電池11的順序來提供從燃料電池1輸出的電力。
在燃料電池電力生成設備中，由於對二次電池11的充放電操作不是同時進行的，當充電控制或者放電控制工作時，另外剩下的一個就顯得多餘了。因此，有可能在每次操作中通過用一個充放電控制裝置和兩個電流切換裝置來把充放電控制切換到二次電池11，而統一在第一實施例中用於電壓控制的兩類裝置。從而，就變得有可能簡化、減小和降低充放電控制配置的成本。
另外，該實施例還可以如圖10所示的類似於第一實施例進行構造。和圖3中所示的配置不同的地方如下。亦即，省略了防逆流二極體14，並提供了兩個燃料電池1的輸出系統。一個系統被用作連接通路100a，直接連接到電力轉換裝置4的轉換器部分5，另一個系統被用作連接通路100b，連接到電流切換裝置16。另外，還提供了直接把電流切換裝置17連接到電力轉換裝置4的轉換器部分5的連接通路100c。
在這種情況下，有可能以一種比圖1更簡單和更便宜的配置來完全地防止充放電控制裝置18的輸出回流到燃料電池1。
(實施例3)圖4是本發明的第三實施例中的燃料電池電力生成設備的框圖。在圖4中，相同的數字表示的是具有和圖1中所示的第一實施例的燃料電池電力生成設備以及圖3中所示的第二實施例的燃料電池電力生成設備的相應部分相同功能的部分，且省略和圖1與圖3中的相對應的部分的功能的詳細描述。
電流傳感器19是在從燃料電池1來的由電力生成反應產生的電力通過充電控制裝置12被補充到二次電池11時檢測充電電流的裝置。另外，電流傳感器20是在從二次電池11來的存儲電力通過放電控制裝置13被釋放到電力轉換裝置4時檢測放電電流的裝置。
接下來，將會解釋第三實施例的運作。不過，將省略和第一實施例中相同的部分，並且主要對差異進行描述。
燃料電池控制裝置15一直監視從電流傳感器19來的充電電流，以及從電流傳感器20來的放電電流，並分別通過進行時間積分和累加一直掌握二次電池11的存儲電能。
然後，當二次電池11放電時，燃料電池控制裝置15在電力存儲變得等於或小於第一電力存儲時，通過控制放電控制裝置13停止放電。這裡，第一電力存儲是適合於所剩的電池容量的充放電特性的較低限制區域，它是二次電池11的充電狀態(SOC)或放電深度(DOD)，並被設置成例如電池容量的大約50％。
接下來，在燃料電池1的電力負載很低，且適於二次電池11充電的燃料電池1的輸出電壓很高的時間段，燃料電池控制裝置15對二次電池11進行充電。此時，燃料電池控制裝置15在電力存儲變得等於或大於第二電力存儲時通過控制充電控制裝置12停止充電。這裡，第二電力存儲是適於所剩的電池容量的充放電特性的最高限制區域，它是二次電池11的充電狀態(SOC)或放電深度(DOD)，並被設置成例如電池容量的大約80％到90％。
因此，通過經常地在第一電力存儲和第二電力存儲之間管理二次電池11的充放電量，可顯著地提高了二次電池11的耐久性。另外，由於燃料電池1用於電力供給的輔助裝置配置變成了極為經濟的配置，所以就降低了電力生成設備的設備成本。
此外，儘管在上述實施例中描述了二次電池11的電力存儲是在用於檢測充電電流的電流傳感器19和用於檢測放電電流的電流傳感器20所檢測到的數值基礎上進行計算的，但是也可能在直接測量二次電池11中的電力存儲的基礎上進行控制操作。
(實施例4)圖5是本發明的第四實施例中的燃料電池電力生成設備的框圖。在圖5中，相同的數字表示的是具有和圖1中所示的第一實施例的燃料電池電力生成設備、圖3中所示的第二實施例的燃料電池電力生成設備以及圖4中所示的第三實施例的燃料電池電力生成設備的相應部分相同功能的部分，且省略和圖1、圖3和圖4中的相對應的部分的功能的詳細描述。
該實施例的配置特點在於從諸如計算時間的定時器等定時裝置21得到的定時信號，以及從諸如存儲每次的能耗的半導體存儲器等電能記憶裝置22得到的能耗模式信息輸入到燃料電池控制裝置15。
接下來，將會解釋第四實施例的運作。不過，將省略和上述實施例中相同的部分，並且主要對差異進行描述。
燃料電池控制裝置15讓電能記憶裝置22把負載電力檢測裝置9檢測到的電力能量存儲為電力能量監視信息(一天中時間和能耗的關係)，它是對應於根據定時裝置21的時間的電力信息。然後，在這個電力能量監視信息的基礎上，燃料電池控制裝置15輸出信號到燃料燃氣供給裝置2和氧化劑燃氣供給裝置3，使得存儲後的電力輸出可能變成在相應的電力能量監視信息的每個時刻都相同的輸出。另外，在燃料電池1的電力負載很低，且適於二次電池11充電的燃料電池1的輸出電壓很高的時間段，燃料電池控制裝置15通過充電控制裝置12對二次電池11進行充電，並保護充電時間。另外，在從燃料電池1來的電力生成輸出等於或小於預定輸出的時間段，燃料電池控制裝置15在每個預定的工作時間根據存儲在電能記憶裝置22中的電能模式通過充電控制裝置12對二次電池11充電，直到電力存儲達到滿電力存儲，且在電力存儲達到滿電力存儲時充電時間超過了預定時間。
此時，「每個預定的工作時間」指的是為了最好地維持作為電力存儲裝置的二次電池11的充放電特性所必須進行的刷新充電操作的時間間隔，該間隔是每周一次或每十天一次。另外，「直到在電力存儲達到滿電力存儲時充電時間超過了預定時間」指的是「直到在二次電池11達到滿充電後結束了用於完成充電操作的常壓充電(強制充電)」，「預定時間」是指充電電流變成幾乎為零的狀態過後2至3小時的時間。
由於實際負載電力的可變部分相對於根據電力能量監視信息的平均輸出電力是很大的，所以電力輸出控制並不是一直變成總是補償二次電池11的電力存儲的控制，且充電和放電量變得幾乎相等。因此，在可以根據電能記憶裝置22的電負載能量監視信息保護充電的時間段，要進行一系列這些操作來保護二次電池11的電力存儲，以及最好地維持二次電池11的充放電特性。
因此，在從燃料電池來的電力生成輸出等於或小於預定的輸出的時間段，燃料電池控制裝置15通過充電控制裝置12根據存儲在電能記憶裝置22中的電能模式來充電二次電池11，直到電力存儲達到滿電力存儲，且在達到滿電力存儲的充電時間超過了預定時間。因此，由於可以確保定期地對二次電池11進行刷新操作，所以可以大大地提高二次電池11的壽命特性。
(實施例5)圖6是本發明的第五實施例中的燃料電池電力生成設備的框圖。在圖6中，相同的數字表示的是具有和圖1中所示的第一實施例的燃料電池電力生成設備以及圖3中所示的第二實施例的燃料電池電力生成設備的相應部分相同功能的部分，且省略和圖1和圖3中的相對應的部分的功能的詳細描述。
該實施例的配置特點在於安裝了檢測燃料電池1的輸出電壓的燃料電池輸出電壓檢測裝置23，用來修正對二次電池11進行充放電控制的過程中的提升電壓或降低電壓量，可能是由於和燃料電池1的老化或類似原因有關的對應於電力負載的輸出電壓相對於輸出電流的降低。
接下來，將會解釋第五實施例的運作。不過，將省略和上述實施例中相同的部分，並且主要對差異進行描述。
如圖2所示，儘管由於老化等原因燃料電池1的輸出電壓通常具有隨著燃料電池1的電流輸出的提高而降低的特性，但是該輸出特性本身將移向電壓整體降低的方向。燃料電池控制裝置15通過燃料電池輸出電壓檢測裝置23和負載電力檢測裝置9一直監視燃料電池1輸出到電力負載10的負載電力的電壓。當相對於燃料電池1的負載電力的輸出電壓特性偏移(輸出電壓降低)時，燃料電池控制裝置15對充電控制裝置12的充放電控制和作為電力存儲裝置的二次電池11的放電控制裝置13中的提高電壓電平和降低電壓電平的修正量的電壓差異進行調整。
因此，燃料電池控制裝置15一直監視燃料電池1的輸出電壓，來為和輸出特性的老化或類似原因有關的對應於電力負載的輸出電壓相對於輸出電流的降低適當地確保對電力存儲裝置進行充放電控制過程中提高電壓或降低電壓的修正量。因此，有可能提供具有較高可靠性和可維護性的電力生成設備。
另外，在上述實施例中，燃料電池1是本發明的DC電力生成裝置的例子，二次電池是本發明的電力存儲裝置的例子，轉換器部分5是本發明的DC/DC轉換器的例子，電力轉換裝置4是本發明的電力轉換裝置的例子，負載電力檢測裝置9是本發明的檢測裝置的例子，燃料電池控制裝置15是本發明的控制裝置的例子。
另外，充電控制裝置12是本發明的充放電裝置的充電端轉換裝置的例子，放電控制裝置13是本發明的充放電裝置的放電端轉換裝置的例子。另外，充放電控制裝置18是本發明的充放電裝置的公共轉換裝置的例子，電流切換裝置16是本發明的第一控制開關的例子，電流切換裝置17是本發明的第二控制開關的例子。另外，防逆流二極體14和連接通路100a、100b、100c、101a、101b、101c都包括在本發明的充放電裝置中。
另外，燃料電池輸出電壓檢測裝置23是本發明的輸出電壓檢測裝置的例子，一組傳感器19和20以及燃料電池控制裝置15是本發明的電力存儲檢測裝置的例子。另外，定時裝置21和燃料電池控制裝置15是本發明的負載電力測量的例子，電能記憶裝置22被包括在本發明的控制裝置中。另外，存儲在電能記憶裝置22中的電負載能量檢測信息是本發明的預先測量電負載能量的例子。
另外，儘管燃料電池電力生成設備在上述的每個實施例中被描述成本發明的電力生成系統，本發明還可以作為電力控制器來實現，其配置中省略了每個實施例中的燃料電池1、燃料燃氣供給裝置2、氧化劑燃氣供給裝置3以及電力負載10。
此外，在本發明的電力生成系統中，DC電力生成裝置不需要被限制在燃料電池，並且不限制它的類型，只要它是能夠產生DC電力的設備(如電池)，燃氣渦輪功率產生器，以及利用Seebeck效應的熱電產生器。作為例子，圖11中展示了利用燃氣渦輪功率發生器的配置。如圖所示，燃氣渦輪功率發生器包括燃氣渦輪112，它使用控制裝置150控制的城市燃氣供給部分110所提供的城市燃氣，和控制裝置150控制的空氣供給部分111所提供的空氣來工作；連接到燃氣渦輪112的AC發生器113；以及AC-DC轉換器114，它把AC發生器113輸出的高頻AC輸出轉換成DC電力。總之，這和燃料電池的情況是類似的。即使在燃氣渦輪112的工作使得AC發生器113的電力供應變成固定的，仍然有可能通過充電控制裝置12和放電控制裝置13來控制電力，以便於根據電力負載10來對二次電池11進行充電和放電。
從上面的描述可以清楚，本發明的可以為電力控制器提供較高的經濟性和可靠性，並因此提高了電力存儲裝置或類似裝置的能量效率。
權利要求
1.一種電力控制器，其特徵在於，包括電力存儲裝置，用於存儲從產生DC電力的DC電力生成裝置輸出的DC電力；電力轉換裝置，至少包括在接收DC輸入時轉換電壓的DC/DC轉換器；充放電裝置，用於把電力存儲裝置中的電力釋放到電力轉換裝置，以及把DC電力生成裝置中的DC電力充入電力存儲裝置，充放電裝置設置在DC電力生成裝置、電力存儲裝置和電力轉換裝置之間；檢測裝置，用於檢測外部電力負載的電力能量，將至少來自電力轉換裝置來的電力提供給外部電力負載；控制裝置，用於根據檢測到的電力能量來控制充放電裝置的工作，其中充放電裝置具有DC/DC轉換功能，把DC電力生成裝置的輸出電壓轉換成電力存儲裝置的充電電壓，以及把電力存儲裝置的放電電壓轉換成DC電力生成裝置的輸出電壓。
2.如權利要求1所述的電力控制器，其特徵在於，控制裝置進行控制，使得充放電裝置在外部電力負載較低時進行充電操作，使得充放電裝置在外部電力負載較高時進行放電操作。
3.如權利要求1所述的電力控制器，其特徵在於，DC電力生成裝置的輸出和電力存儲裝置的輸入之間的轉換電壓量要小於DC電力生成裝置的輸出和電力轉換裝置的DC/DC轉換器的輸入之間的轉換電壓量。
4.如權利要求1所述的電力控制器，其特徵在於，充放電裝置包括充電端轉換裝置，用於把DC電力生成裝置的輸出電壓轉換成電力存儲裝置的充電電壓；以及放電端轉換裝置，用於把電力存儲裝置的放電電壓轉換成DC電力生成裝置的輸出電壓。
5.如權利要求1所述的電力控制器，其特徵在於，充放電裝置包括公共轉換裝置，用於進行充電端轉換操作或放電端轉換操作，在充電端轉換操作中，把DC電力生成裝置的輸出電壓轉換成電力存儲裝置的充電電壓，在放電端轉換操作中，把電力存儲裝置的放電電壓轉換成DC電力生成裝置的輸出電壓；第一控制開關，對其進行控制，使得公共轉換裝置的輸入端被連接到DC電力生成裝置的輸出端或者電力存儲裝置的輸出端；第二控制開關，對其進行控制，使得公共轉換裝置的輸出端被連接到DC/DC轉換器的輸入端或者電力存儲裝置的輸入端；當進行充電端轉換操作時，第一控制開關把DC電力生成裝置的輸出端連接到公共轉換裝置的輸入端，而第二控制開關把公共轉換裝置的輸出端連接到電力存儲裝置的輸入端，當進行放電端轉換操作時，第一控制開關把電力存儲裝置的輸出端連接到公共轉換裝置的輸入端，而第二控制開關把公共轉換裝置的輸出端連接到DC/DC轉換器的輸入端。
6.如權利要求1所述的電力控制器，其特徵在於，進一步包括輸出電壓檢測裝置，用於檢測DC電力生成裝置的輸出電壓，其中根據檢測到的輸出電壓和檢測到的負載電力，控制裝置在檢測到的輸出電壓較高且檢測到的負載電力較低時讓充放電裝置進行充電操作，在檢測到的輸出電壓較低且檢測到的負載電力較高時讓充放電裝置進行放電操作。
7.如權利要求1所述的電力控制器，其特徵在於，進一步包括電力存儲檢測裝置，用於檢測電力存儲裝置的電力存儲，其中控制裝置根據檢測到的電力存儲來控制充放電裝置的操作。
8.如權利要求6所述的電力控制器，其特徵在於，進一步包括負載電力測量裝置，用於以時間的函數來測量檢測到的電力能量，其中DC電力生成裝置的電力生產計劃是根據預先測量的電力能量由負載電力測量裝置確定的。
9.一種電力生成系統，其特徵在於，包括如權利要求1所述的電力控制器；DC電力生成裝置，用於產生DC電力；DC電力生成裝置的控制裝置，用於根據檢測到的電力能量來控制DC電力生成裝置的輸入能量。
10.一種如權利要求1所述的電力控制器的控制方法，其特徵在於，作為時間的函數來測量電力能量，根據通過測量所獲得的電力能量來確定DC電力生成裝置的電力生產計劃。
全文摘要
一種電力控制器，包括電力存儲裝置，用於存儲從產生DC電力的DC電力生成裝置輸出的DC電力；電力轉換裝置，至少包括在接收DC輸入時轉換電壓的DC/DC轉換器；充放電裝置，用於把電力存儲裝置中的電力釋放到電力轉換裝置，以及把DC電力生成裝置中的DC電力補充到電力存儲裝置，充放電裝置設置在DC電力生成裝置、電力存儲裝置和電力轉換裝置之間；檢測裝置，用於檢測外部電力負載的電力能量，至少將來自電力轉換裝置的電力提供給外部電力負載；控制裝置，用於根據檢測到的電力能量控制充放電裝置的工作，其中充放電裝置具有DC/DC轉換功能，把DC電力生成裝置的輸出電壓轉換成電力存儲裝置的充電電壓，以及把電力存儲裝置的放電電壓轉換成DC電力生成裝置的輸出電壓。
文檔編號H02J9/06GK1417917SQ0214995
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月8日 優先權日2001年11月9日
發明者宮內伸二, 上田哲也, 尾関正高, 神保裕行, 小池喜一 申請人:松下電器產業株式會社