专利名称：操作燃料电池系统的方法和燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用燃料电池作为电源的燃料电池系统及其操作方法。
背景技术：
近年来，以便携式电话为代表的便携式装置的功耗以设备的高 次函数形式日益增长，而电源容量的增长造成严重的问题。最近， 作为具有高能量密度的小尺寸能量源的燃料电池获得了关注。就燃 料电池而言，电解质被放入两种电极之间。通过用燃料电极氧化氩、
曱醇等燃料并用氧电极脱去空气中的氧来产生电。在燃料电池中， 固体聚合体型燃料电池能在接近室温的条件下产生电能，配有高输
出密度并能被减小尺寸，所以其作为便携式装置的电源的应用是可 预期的。
然而，在固体聚合体型燃料电池停止发电之后，当残留在燃料 电池内部的燃料没有从燃料电池中去除时，会引发各种问题。
例如，当曱醇被用作燃料时，会引发由电解质膜膨胀造成的电 解质膜的劣化、曱醇等燃料的杂合造成的燃料消耗等问题，当氢被 用做燃料时，会引发氬泄漏以及氩泄漏造成的爆炸危险等问题。
对于这些问题，存在已知的去除燃料电池内部燃料的方法通 过由燃料电池用残留在电池内部的燃料产生电能以及用加热器、电 阻等负载来消耗电能。
然而，利用方法，会引发有效利用燃料的速率降低以及燃料电 池系统的能量密度降低的问题。
发明内容
本发明是操作包括与燃料供给器连接的燃料电池、电能存储部 件以及与燃料电池和电能存储部件连接的控制单元的燃料电池系统
的方法，该方法包括如下步骤在启动燃料电池系统时，开始从电 能存储部件向控制单元和连接到控制单元的外部负载供电；检测电 能存储部件的放电量；当电能存储部件的放电量达到预定放电量时， 开始从燃料供给器向燃料电池才是供燃料；以及开始从燃料电池向控 制单元供电和中断从电能存储部件向控制单元供电。
因此，例如，在启动使用DMFC的、与作为燃料电池的多个电 池串联的燃料电池系统过程中，当燃料电池系统向外部负载或燃料 电池系统内部供电时，在将构成燃料的曱醇提供给燃料电池之前， 从电能存储部件向外部负载供电，从电能存储部件输出的电量被检 测，当检测值等于或大于预定方文电量时，供应开始，且燃料电池的 发电开始。
此处，当该预定放电量的值(在停止从燃料供给器向燃料电池提 供燃料后通过由燃料电池消耗残留在燃料电池系统内的燃料而提供 的电量)用符号Cl表示时，在启动该系统的过程中，当从电能存储 部件输出的电量达到Cl或更多时，通过开始向燃料电池提供燃料， 确保电能存储部件中的空缺电量等于或大于至少Cl。
此外，当能从燃料电池向控制单元供电时，通过控制单元将对外
部负载的供电控制单元从电能存储部件切换到燃料电池的输出。
在操作燃料电池系统的方法中，该方法在开始向燃料电池:t是供燃
料的步骤之后还包括从燃料电池经由控制单元向外部负载供电的 步骤；当负载请求的功率等于或大于燃料电池的最大输出时，通过 重新启动从电能存储部件经由控制单元向外部负载供电来检测电能 存储部件的放电量的步骤；以及当负载请求的功率少于燃^h电池的 最大功率并且电能存储部件的;^文电量等于或大于预定值时，从燃料 电池经由控制单元向外部负载供电并对电能存储部件充入预定值和
放电量之间的差额电量的步骤。
因此，当从负载请求的功率等于或大于燃料电池的最大^r出时， 燃料电池的输出和电能存储部件的输出被同时提供给外部负载。另 外，当从负载请求的功率小于燃料电池的最大输出并且电能存储部 件的放电量等于或大于预定值时，预定值和放电量之间的差额电量 被释放，所以，当燃料被提供给燃料电池时，通过留出例如ci的空 缺容量，电能被充入电能存储部件，所以，在从燃料供给器向燃料 电池传送燃料的状态下，电能存储部件未被满充电，当从燃料供给 器向燃料电池的燃料供应被切断时，电能存储部件被保证了可充入 的空缺容量。
在操作燃料电池系统的方法中，该方法还包括当外部负载停止 时，停止向燃料电池供应燃料的步骤；用残留在燃料电池内部的燃 料继续产生电能的步骤；以及将残留燃料产生的电能经由控制单元 供给电能存储部件的步骤。
因此，通过用燃料电池继续产生电能并在不向燃料电池供应燃料 的情况下，对电能存储部件充电，残留在燃料电池系统内部的燃料 被消耗，燃料电池内部的燃料减少，同时，电能存储部件达到基本 上满充电的状态。
在操作燃料电池系统的方法中，该方法还包括当外部负载停止 并且电能存储部件的放电量等于或大于预定值时，由燃料电池产生 预定值和放电量之间的差额电量，并经由控制单元将该电能供应到 电能存储部件的步骤；停止向燃料电池供应燃料的步骤；用残留在 燃料电池内部的燃料继续产生电能的步骤；以及将残留燃料产生的 电能经由控制单元供给电能存储部件的步骤。
因此，在停止外部负载之后，例如，当电能存储部件的放电量等 于或大于C1时，直到充入电能存储部件的空缺容量达到Cl为止， 燃料被提供给燃料电池并且电能存储部件被充电。虽然当电能存储 部件的空缺容量达到Cl时，停止对燃料电池供应燃料，但是其后，
系统内部
的燃料，并通过由燃料电池继续产生电能来对电能存储部件充电， 残留在燃料电池系统内部的燃料被消耗，燃料电池内部的燃料被减 少，同时，电能存储部件达到基本上满充电的状态。
在操作燃料电池系统的方法中，该方法特征在于在停止外部负 载后和停止从燃料供给器向燃料电池供应燃料之后，由燃料电池用 残留在燃料电池内部的燃料继续产生电能的步骤中，在继续产生电 能的过程中，电能仅由构成燃料电池的单个电池产生。因此，当对 燃料电池的燃料供应停止并且残留在燃料电池系统内部的燃料量很 少时，即使这时多个电池净皮串耳关或并联，仍会造成电池遭受由电池 内部阻抗变化引起的极性逆转等的影响，通过只从构成燃料电池的 单个电池提供输出，发电可继续进行，而此时并非所有构成燃料电 池的电池均会遭受极性逆转的影响。
本发明提供了燃料电池系统，包括燃料电池；燃料供给器，该 供给器包括用于盛装燃料或辅助进行反应的催化剂的燃料容器和连 接到该燃料容器、用.于将燃料提供给燃料电池的阀；至少一个能存 储和释放电能的电能存储部件；连接到燃料电池的、用于控制燃料 电池输出的、包含DC-DC转换器的控制单元；连接到电能存储部件 的、用于检测电能存储部件的充电和放电量的功率检测电路；连接 到DC-DC转换器和功率检测电路的控制电路，用于形成由DC-DC 转换器、功率检测电路及外部负载组成的电气路径，并开启和关闭 阀。
另外，从燃料供给器向燃料电池传送的燃料不限于曱醇，而可以 是由如下物质构成的组中的至少一种或更多种气态酒精，不同于 酒精的氢等物质，硼氢化钠的水溶液，包含稳定的硼氬化钠等物质 的水溶液，化学卣化物，等等。
另外，对于电能存储部件，可从二次电池、电容器、蓄电器 (condenser)等构成的组中任选至少一个。对于二次电池，可从锂离子
二次电池、锂聚合物二次电池、金属锂二次电池、镍氬二次电池、 镍镉二次电池、镍铁二次电池、镍锌二次电池、锌氧化银二次电池、 锌卣素二次电池、铅蓄电池、氧化还原液流蓄能电池、钠石危电池等 构成的组中的4壬选至少一个。
控制电路的特征在于基于由功率检测电路检测到的电能存储部
件的充电和放电量的值来切换阀的开启和关闭。
因此，燃料供应被控制成可4吏电能存储部件不会过载。
控制电路的特征在于当从燃料供给器向燃料电池供应燃料时，
向电能存储部件充电，以确保在电能存储部件处的等于或大于预定
值的空缺容量。
因此，即使在切断从燃料盛装部件向燃料电池供应燃料之后电能 存储部件仍被继续充电时，电能存储部件也能避免过载。
燃料供给器的特征在于，它包含用于盛装燃料或辅助进行反应的 催化剂的燃料容器和连接到燃料容器的、用于向燃料电池供应燃料 和切断到燃料电池的燃料供应的泵。
从而，能增加从燃料盛装部件向燃料电池的燃料供应量。
燃料供给器的特征在于，它包含用于盛装燃料源的燃料容器，连 接到燃料电池的、用于形成来自燃料源的燃料电池的燃料的重整装 置，以及连接到燃料容器和重整装置的、用于提供和切断从燃料容 器到重整装置的燃料源的阀。
因此，通过重整作为燃料源的包括氢、酒精、曱醇等的化学物质， 硼氬化钠等的无机卣化物，环己胺等的无机化学卣化物来构成燃料 电池的燃料，可以在包含燃料电池的燃料的燃料电池系统中进行类 似的操作。
燃料供给器的特征在于，它包含用于盛装燃料源的燃料容器，连 接到燃料电池的、用于基于燃料源形成燃料电池的燃料的重整装置， 以及连接到燃料容器和重整装置的、用于提供和切断从燃料容器到 重整装置的燃料源的泵。从而，能增加供应燃料源的量。
根据本发明，在燃料残留在燃料电池系统内部的状态下，电能存 储部件未达到满充电状态，所以，残留在燃料电池内部的燃料在停 止外部负载后能被可靠地去除。所以，可避免由于燃料泄漏产生的 爆炸危险和对人体的不利影响，从而可提高燃料电池系统的安全性。 另外，通过去除燃料电池内部的燃料，可避免薄膜或催化剂劣化， 这等于延长了燃料电池系统的使用寿命。
另外，可高效利用燃料源或燃料并且可提高燃料电池系统的能量 密度，因为残留在燃料电池内部的燃料被用于燃料电池的发电，并 且在停止外部负载之后由燃料电池提供的电能被用于对电能存储部 件充电。
图1示出根据本发明实施例1到实施例7的燃料电池系统的构成 示例的框图。
图2示出根据本发明实施例1到实施例7的燃料供给器2的构成 的框图。
图3示出根据本发明实施例5的燃料供给器2的构成示例的框图。
图4示出根据本发明实施例1到实施例7的控制单元的构成示例 的框图。
图5示出根据本发明实施例1到实施例7的燃料电池系统的构成 示例的框图。
图6示出在根据本发明实施例2的情况下，外部负载5的负载曲 线和DC-DC转换器41的输出曲线的示例的示意图。
图7示出在#4居本发明实施例3的情况下，外部负载7的负载曲 线和DC-DC转换器41的输出曲线的示例的框图。
图8示出操作根据本发明实施例4的燃料电池系统的方法的流程图。
图9示出根据本发明实施例5的燃料电池系统的构成示例的框图。
图10示出根据本发明实施例6的燃料电池系统的构成示例的框图。
具体实施例方式
下面将参照
本发明的实施例。 (实施例1 )
下面将参照图1说明根据本发明的燃料电池系统的实施例1。在 该实施例中，将具体说明燃料电池系统的结构。
如图l所示，燃料电池系统由以下部件构成用氢作燃料的燃料 电池1，用于从燃料源中产生燃料并供应燃料的燃料供给器2，作为 电能存储部件的锂离子二次电池3 (下文中称为LIB3)的单个电池， 以及用于进行控制以形成燃料电池1和LIB3及外部负载5之间的电 气路径并向外部负载5供应燃料和供电的控制单元。
构成燃料电池1的燃料的氢通过让针对硼氢化钠水溶液的氢生成 催化剂与硼氢化钠相接触来形成。苹果酸被用作氢生成催化剂。
如图2所示，燃料供给器2由配以构成燃料源的固态硼氢化钠的 重整装置、用于盛装苹果酸的燃料容器20和用于开通和切断来自燃 料容器20的苹果酸供应的阔21构成。
如图4所示，控制单元4由以下部件构成用于将燃料电池的输 出电压逐步提升到构成LIB3的4.2V充电电压的DC-DC转换器41， 用于4企测LIB3的充电和放电量的功率检测电路42，以及用于形成 DC-DC转换器41、功率检测电路42、外部负载的电气路径并控制阀 21开启和关闭的控制电路。
控制电路40输入由功率4企测电路42才企测到的LIB3的充电和放 电量的值，并基于所检测的值来进行控制以连同和切断DC-DC转换 器41、功率检测电路42、外部负载5形成的电^各并开启和关闭阀21。
电子负载装置被用于外部负载5。图5示出了4艮据实施例1的燃料 电池系统的构成的实例。
燃料电池l与燃料电池的两个单个电池串联。燃料电池的开路电
压是1.89V，且其最大输出是3.24W (0.9Vx3.6A)。另外，通过在 切断从燃料供给器2到燃料电池1的燃料供应之后，通过燃料电池1 用残留在燃料电池系统内部的氢产生电能的DC-DC转换器所^是供的 电量C1已达0.9W.min。
LIB3的额定值由700mAh的额定容量和4.2V的充电电压构成。 充入LIB3的电流;故控制电路限制为最大350mA。
步进电压类型的开关调压器被用于DC-DC转换器41。 DC-DC 转换器41的输出电压值的测量值为4.21V。 DC-DC转换器41的最 大输出为2.65V,这种情况下的转换效率已达82%。
尽管图中未显示，功率^r测电路42由用于才企测LIB3的充电和 ;改电电流的电流4企测电阻，用于放大电流;险测电阻两端产生的电势 差的放大器以及用于输出放大器的输出给控制电路40的信号输出端 子420构成。信号端子420的输出信号被输入到控制电路40的输入 端子401。
尽管图中未显示，控制电路40由如下部件构成用于加上或减 去被输出到信号输入端子401的功率检测电路42的放大器输出的操 作电路；用于比较操作电路的操作结果和预定的阈值，并产生信号(该 信号用于控制以连通和切断DC-DC转换器41、功率检测电路42和 外部负载的电气路径并开启和关闭阀21)的比较操作电路，而预定阈 值基于构成电量Cl的0.9W'min被设置。作为操作燃料电池系统的 步骤，待售的使用PC的程序^史形成，并被下载到微机和配置到控制 电3各40中。 (实施例2)
根据本发明的燃料电池系统的实施例2将参照图6进行说明。 功率实际上通过实施例i中的燃料电池系统;故提供给外部负载。
图6说明了这种情况下外部负载5的负载曲线和DC-DC转换器41 的输出曲线。
在启动燃料电池系统的过程中，在控制电路40处，外部负载5 和功率检测电路42相连。当施加外部负载5时，功率被很快地乂人LIB3 提供给外部负载5。这里，所施加的负载设置为1W。当功率检测电 路42 4企测到从LIB3输出的电量时，且基于由功率检测电路40检测 到的信号来判定LIB3向外部负载输出0.9W*min或更多(Cl)，检 测部件40使阀21变成开启状态而燃料被提供给燃料电池1。在这种 情况下，控制电^各40在施加负载之后约0.9分钟开启阀21。
在向燃料电池1供应燃料的状态下，当稳定状态下的外部负载5 的负载等于或小于DC-DC转换器的最大输出时，不从LIB3向外部 负载供电。此后，将外部负载5的负载的值设定为3.05W，该值等于 或大于DC-DC转换器的最大输出且被施加2分钟。在这种情况下， 从DC-DC转换器输出最大输出2.65W，而不足的量0.4W从LIB3来 输出。从LIB3输出的电量被功率检测电路42检测，且该检测值由 控制电路进行操作和存储。
其后，当外部负载的负载降低到1W， 1W的负载等于或小于 DC-DC转换器的最大输出2.65W,并且用于充电LIB3的输出可以从 DC-DC转换器lt出。在这种情况下，通过使用外部负载5为1W时 从DC-DC转换器41的最大输出减去至外部负载5的输出量而形成 的电量，控制电路40向ILB3充入当外部负载5是3.05W时ILB3输 出的电量(图6的C2)。当控制电路40确定C2的电量被充入LIB3 时，控制电路40停止向LIB3充电以使保证LIB3处的为Cl的充电 量空缺。此后，当外部负载5 #:停止时，而燃料电池系统中没有负 载时，控制电路40使阅21变成关闭状态并且停止向燃料电池1供 应燃料。输出电量为Cl的数量的氬残留在燃料电池系统内部。在停 止向燃料电池1供应燃料之后，残留在燃料电池系统内部的氢被用 于在燃料电池1中产生功率以产生Cl的电量，并且LIB3经由DC-
DC转换器41、控制电路40、功率检测电路42被充电。当残留在燃 料电池系统内部的氢被用完而功率不能从DC-DC转换器中输出时， 控制电路40切断DC-DC转换器41和功率检测电路42之间的电气 路径，以在连接功率检测电路42和外部负载5的状态下停止操作燃 并+电池系统。 (实施例3 )
根据本发明的燃料电池系统的实施例3将参照图7进行说明。
功率实际上通过用实施例1中构成的燃料电池系统被提供给外部 负载。图7说明了这种情况下外部负载5的负载曲线和DC-DC转换 器41的输出曲线。
在启动燃料电池系统过程中，在控制电路40处，外部负载5和 功率检测电路42相连接。当施加外部负载5时，功率被很快地从LIB3 供应给外部负载5。这里，所施加的负载设置为1W。当功率4企测电 路42检测到从LIB3输出的电量时，基于由功率检测电路40 4企测到 的信号来判定LIB3向外部负载输出0.9W-min或更多(Cl)，检测 部件40使阀21变成开启状态而燃料被供给燃料电池1。这里，控制 电路40在施加负载之后0.9分4f开启阀21 。
在向燃料电池1供应燃料的状态下，当稳定状态下的外部负载5 的负载等于或小于DC-DC转换器的最大输出时，不从LIB3向外部 负载供电。此后，将外部负载5的负载的值设定为3.05W,该值等于 或大于DC-DC转换器的最大输出且被施加2分钟。在这种情况下， 从DC-DC转换器输出最大输出2.65W,而不足量0.4W从LIB3来输 出。从LIB3输出的电量被功率检测电路42检测，且该检测值控制 电路40进行操作和存储。
其后，当外部负载的负载被降低到1W， 1W的负载等于或小于 DC-DC转换器的最大输出2.65W，而用于充电LIB3的输出可乂人DC-DC 转换器输出。在这种情况下，通过使用外部负载5为1W时从 DC-DC转换器41的最大输出减去至外部负载5的输出量而形成的电
量，控制电路40向ILB3充入当外部负载5是3.05W时ILB3输出的 电量(图6的C2)。当外部负载5的1W的负载停止时，当充入LIB3 的电量小于C2时，控制电路40用燃料电池1继续产生功率，并继 续在不停止向燃料电池1供应燃料的条件下对LIB3充电。当控制电 路40确定充入LIB3的电量达到C2时，控制电路40使阀21变成关 闭状态而停止向燃料电池1供应燃料。能够输出电量Cl的氢残留在 燃料电池系统内部。在停止向燃料电池1供应燃料之后，残留在燃 料电池系统内部的氢被用于在燃料电池1中产生功率以产生Cl的电 量，并且LIB3经由DC-DC转换器41、控制电路40、功率检测电路 42 ^皮充电。当残留在燃料电池系统内部的氢^皮用完而功率不能从 DC-DC转换器中输出时，控制电路40切断DC-DC转换器41和功 率检测电路42之间的电气路径，以在连接功率4企测电路42和外部 负载5的状态下停止操作燃料电池系统。 (实施例4)
根据本发明的燃料电池系统的实施例4将说明如下。
通过使用实施例1中所示的燃料电池系统，并类似地通过基于Cl 将残留在燃料电池内部的燃料消耗到0.9W.min来构成燃料电池提供 的功率Cl,电气路径的通断和阀21的控制由控制电路40来执行。
通过实际连接燃料电池系统的输出端和外部负载5来操作燃料电 池系统的方法将参照图8作如下说明。
如图8的Fl所示，当外部负载5向燃料电池系统请求功率时， 如F2所示，燃料电池系统用控制单元4从构成电能存储部件3的LIB3 对其供电。在这种情况下，功率检测电路41通过4企测LIB3的电流 来监视LIB3的输出电量(F3 )。
直到输出由燃料电池通过消耗残留在燃料电池系统内部的燃料所 提供的电量C1或更多电量时，在这种情况下，直到LIB3输出0.9W.min 或更多的功率为止，LIB3才向外部负载5供电(F4)。
当控制电路40基于功率检测电路41的信号确定LIB3输出了 Cl
或更多的功率时，向外部负载5的供电由DC-DC转换器41切换到 燃料电池1的输出(F5)。这里，当外部负载5的电量请求超过燃 料电池1通过DC-DC转换器提供的最大功率时(F6),即，当DC-DC 转换器 41 的输出等于或大于2.65W时，功率通过由控制电路40 并联DC-DC转换器41的输出端和LIB3的输出端来提供给外部负载 (F7)。其后，当外部负载5的负载功率等于或小于DC-DC转换器 41的最大输出时(F8),操作返回流程图的处理F5。
控制电路40形成用于在LIB3向外部负载5供电的过程中输出 等于或大于C1的功率时来对LIB3充电的电气路径(F10)。
当外部负载的功率请求超过DC-DC转换器41的最大输出时， 充电停止(F12)，操作转到流程图的处理F7。
当外部负载5请求的功率不超过DC-DC转换器41的最大输出 并且LIB3的充电空缺容量达到CI (F13)时，充电停止(F14)。执行 该流程图的从F6起的处理，直到停止外部负载5为止。
当外部负载停止时(F15) ， LIB3在不停止燃料电池1的发电的 条件下被充电(F16)。功率检测电路41监视LIB3的充电量(F17)。 在充电LIB3的过程中，LIB3在不停止燃料供给器的条件下被充电， 直到LIB3的充电空缺容量达到Cl。当LIB3的充电空缺容量达到Cl 时(F18),控制电路传输信号给燃料供给器2以关闭燃料供给器2 的阀(F19)，燃料源的供应停止。
燃料电池1通过消耗残留在燃料电池系统内部的燃料氢来产生功 率以对LIB3充电。当燃料电池1通过消耗残留在燃料电池系统内部 的燃料氢而产生的输出未被提供时(F21)，燃料电池1停止对LIB3 充电(F22)。在完成对LIB3充电之后，控制电路40在切断DC-DC 转换器41和功率检测电路42之间的电气路径并经由功率检测电路42 连接电能存储部件3和外部负载5的状态下，完成对LIB3充电(F23 )。 所以，残留在燃料电池系统内部的燃料氢可被可靠地消耗。 (实施例5 )
根据本发明的燃料电池系统的实施例5将参照图9说明如下。在 实施例1所示的结构中，发电通过使用20wty。曱醇水溶液并用直接 曱醇型燃料电池(DMFC)构成燃料电池来实现。作为燃料电池1, 燃料电池的6个单个电池准备净皮串联。在构成燃料供给器2的过程 中，如图3所示，燃料电池供给器2由燃料容器20和泵23构成， 而燃料电池的全部构成如图9所示。
燃料电池1借助DC-DC转换器而提供的(通过停止操作泵23和 消耗将燃料提供给燃料电池1的状态后残留在燃料电池系统内的燃 料)功率容量C1已为约0.3W'min。
类似实施例1,控制电路40由以下各部分构成用于加上或减 去输入到信号输入端子401的功率检测电路42的放大器的输出的操 作电路(尽管未示出)，用于比l^操作电路的操作结果与先前设置的 阈值、连通和切断DC-DC转换器41和功率检测电路42以及外部负 载5的电气路径、生成用于控制以打开和关闭阀23的比较操作电路， 且先前设置的阈值才艮据构成电量Cl的0.3W'min进行设置。形成包 含操作燃料电池系统的步骤的、待售的使用PC的程序，其被下载到 微机并被配置到控制电路40中。 (实施例6 )
根据本发明的燃料电池系统的实施例6将参照图IO说明如下。
基于实施例l说明的结构，除了电能存储部件3之外，将第二电 能存储部件30加到燃料电池系统中。
第二电能存^f诸部件30充入电量Cl(该电量通过由燃料电池1在 切断从燃料供给器2向燃料电池1的燃料供应后，用残留在燃料电 池系统内部的氢产生功率来由DC-DC转换器41提供)，并在随后启 动燃料电池系统的过程中放电。
在第二电能存储部件30处，需要准备能够保证等于或大于至少 Cl (0.9W.min)的充电容量的充电电池。在具有4.2V充电电压的锂 离子二次电池(LIB)的情况下，需要具有等于或大于214mAh容量
的LIB,在这种情况下，准备了 300mAh的LIB。作为电能存储部件 3,类似于实施例l,使用了具有4.2V充电电压和700mAh额定容量 的LIB3。
功率检测电路401检测第二电能存储部件30的电压值并将其检 测的值输出到控制电路410。控制电路410根据从功率4企测电路401 输入的信号进行控制，以连通和切断上述电气路径，并开启和关闭 阀21。
在启动燃料电池系统的过程中，外部负载5和第二电能存储部件 30经由功率检测电路401通过控制电路410进行连接。当外部负载 5请求功率时，功率被迅速地从电能存储部件30供应到外部负载5。 当从功率检测电路401到控制电路410的输入信号等于或小于电能 存储部件30的下限放电电压值时，控制电路410释放外部负载5和 功率4全测电路410之间的连接并通过阀21开始向燃料电池1供应燃 料。与此同时，控制电路410将DC-DC转换器41和电能存储部件3 并联到外部负载5。
在开启阀21的状态下以及在向燃料电池1供应燃料的状态下， 在等于或小于DC-DC转换器41的最大输出的范围内，电能存储部 件3被充电到满充电状态。
当电能存储部件3在停止外部负载5后没有被满充电时，燃料继 续供应给燃料电池l,直到电能存储部件3被满充电。
当外部负载被停止并且电能存储部件3达到满充电状态时，控制 电路410释放电能存储部件3的连接，关闭阀21，停止向燃料电池 1供应燃料并连接DC-DC转换器41和功率检测电路401。第二电能 存储部件30经由DC-DC转换器41、控制电路410和功率检测电鴻* 401，通过用残留在燃料电池系统内部的氢在燃料电池1中产生电量 Cl来充电。当残留在燃料电池系统内部的氢已用完，而功率不能/人 DC-DC转换器41输出时，控制电路410切断DC-DC转换器41和 功率检测电路401之间的电气^4圣，并在连接功率^r测电路42和外
部负载5的状态下停止操作燃料电池系统。 (实施例7 )
该实施例专用于防止极性逆转等情况，这通过在停止向燃料电池 供应燃料之后，并且只有作为燃料电池的单个电池被使用的条件下，
即，根据第七个实施例，仅燃料电池1的结构不同于第一个实施例 的结构，而其他结构由类似结构组成。因此，将省略附图和重复的 说明。
燃料电池1的最大输出是1.62W,而DC-DC转换器41的最大 输出是1.16W。另外，在停止从燃料供给器2向燃料电池1供应燃料 之后，通过用残留在燃料电池系统内部的氢在燃料电池1中产生功 率，DC-DC转换器提供的电量Cl是0.45W.min。控制电路被安装了 存有基于图8所示的流程图的程序的微机。
外部负载5的负载被设为1.5W并且从燃料电池系统输出功率。 在从燃料电池系统输出功率后约0.3秒，燃料从燃料供给器2供应给 燃料电池1。当外部负载在开始从燃料电池系统输出功率之后2分钟 被停止时，燃料被继续提供给燃料电池1，当大约0.68W.min的电量 充入LIB3时，控制电路关闭阀21。燃料电池1在其后继续发电，通 过向ILB3充入大约0.45W的电量来完成对燃料电池系统的操作。在 该时间段中，未在燃料电池1中观察到缺乏燃料造成的极性逆转等 情况，并且劣化燃料电池1的模式可被避免。
另外，当燃料电池由多个电池构成时，为防止停止向燃料电池供
成的极性逆转等情况，可以构建一种结构，该结构通过输出来自由 多个电池构成的燃料电池中的一个电池的输出、同时切断向燃料电 池的燃料供应，来将功率提供给电能存储部件。
另外，对于作为电能存储部件的电能存储部件或第二电能存储部 件，它们不限于二次电池、电容器、蓄电器，而可被制成能够存储
电能，电能可被转化成机械能以将能量存储在主弹簧等装置中。
另外，本发明不限于这些实施例，而可在不背离主旨的前提下 在实施阶段进行改变。此外，这些实施例包括处于各阶段的本发明。 由所公开的多个要素的有关组合形成的构造可得出本发明。
工业实用性
本发明的燃料电池系统可用作电子装置的电源，因为其安全性 高，燃料利用率高，所以，其能量密度高并且可提供稳定的功率。
权利要求
1.一种操作燃料电池系统的方法，其是操作包括连接到燃料供给器的燃料电池、电能存储部件和连接到所述燃料电池和所述电能存储部件的控制单元的燃料电池系统的方法，该方法包括在启动所述燃料电池系统的过程中，开始从所述电能存储部件向所述控制单元和与所述控制单元连接的外部负载供电的步骤；检测所述电能存储部件的放电量的步骤；当所述电能存储部件的所述放电量达到预定放电量时，开始从所述燃料供给器向所述燃料电池提供燃料的步骤；以及开始从所述燃料电池向所述控制单元供电并中断从所述电能存储部件向所述控制单元供电的步骤。
2. 如权利要求1所述的操作燃料电池系统的方法，还包括在开 始向所述燃料电池供应燃料的步骤之后从所述燃料电池经由所述控制单元向所述外部负载供电的步骤；当所述负载请求的功率等于或大于所述燃料电池的最大输出 时，通过重新开始从所述电能存储部件经由所述控制单元向所述外 部负载供电来检测所述电能存储部件的放电量的步骤；以及当所述负载请求的功率少于所述燃料电池的最大功率并且所述 电能存储部件的放电量等于或大于所述预定值时，从所述燃料电池 经由所述控制单元向所述外部负载供电并对所述电能存储部件充入 所述预定值和所述放电量之间的差额电量的步骤。
3. 如权利要求2所述的操作燃料电池系统的方法，还包括 当所述外部负载被停止时，停止对所述燃料电池供应燃料的步骤；用残留在所述燃料电池内部的燃料继续产生电能的步骤；以及 将由残留的燃料产生的电能经由所述控制单元提供给所述电能 存储部件的步骤。
4. 如权利要求2所述的操作燃料电池系统的方法，还包括，当所述外部负载被停止并且所述电能存储部件的放电量等于或大于所述预定值时由所述燃料电池产生所述预定值和所述放电量之间的差额电量 并将该电能经由所述控制单元提供给所述电能存储部件的步骤； 停止向所述燃料电池供应燃料的步骤；用残留在所述燃料电池内部的燃料继续产生电能的步骤；以及 将由残留的燃料产生的电能经由所述控制单元提供给所电能存 储部件的步骤。
5. 如权利要求3或4所述的操作燃料电池系统的方法，其中 在所述用残留在所述燃料电池内部的燃料继续产生电能的步骤中， 为继续产生电能，电能只由构成燃料电池的单个电池产生。
6. —种燃料电池系统，包^^舌 燃料电池；燃料供给器，包括用于盛装燃料或辅助进行反应的催化剂的燃 料容器和连接到所述燃料容器以向所述燃料电池供应燃料的阀；电能存储部件，用于存储电能和释放电能；以及 控制单元，包括连接到所述燃料电池以控制所述燃料电池的输 出的DC-DC转换器，连接到所述电能存储部件以检测所述电能存储 部件的充电和放电量的功率检测电路，以及连接到所述DC-DC转换 器和所述功率检测电路以形成所述DC-DC转换器、所述功率检测电 路和所述外部负载的电气路径并开启或关闭所述阀的控制电路。
7. 如权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述控制电路是 用于基于所述功率检测电路检测到的所述电能存储部件的充电和放 电量来进行切换以开启和关闭所述阀的控制电路。
8. 如权利要求6或7所迷的燃料电池系统，其中所述控制电 路是用于当燃料从所述燃料供给器提供给所述燃料电池时，通过保 证所述电能存储部件处的空缺容量等于或大于预定值来为所述电能 存储部件充电的控制电路。
9. 如权利要求6至8中任一项所述的燃料电池系统，其中所 述燃料供给器是包含用于盛装燃料或辅助进行反应的催化剂的燃料 容器以及连接到所述燃料容器以提供和切断对所述燃料电池的燃料 供应的泵的燃料供给器。
10. 如权利要求6至8中任一项所述的燃料电池系统，其中燃料容器、连接到所述燃料电池以从所述燃料源形成所述燃料电池 的燃料的重整装置和连接到所述燃料容器和所述重整装置以提供和 切断从所述燃料容器到所述重整装置的所述燃料源的阀的燃料供给 器。
11. 如权利要求6至8中任一项所述的燃料电池系统，其中 所述燃料供给器是包含用于盛装燃料源的燃料容器、连接到所述燃 料电池以基于所述燃料源来形成所述燃料电池的燃料的重整装置以 及连接到所述燃料容器和所述重整装置以提供和切断从所述燃料容 器到所述重整装置的所述燃料源的泵的燃料供给器。
全文摘要
一种燃料电池电源系统包括燃料电池；燃料供给器，用于向燃料电池供应燃料；电能存储部件，能够充入和释放能量；以及控制电路，用于控制为外部负载供电的燃料电池和电能存储部件及燃料供给器的输出。本发明提供了操作该燃料电池电源系统的方法和提高该燃料电池系统安全性的、并通过在停止燃料供给器后去除残留在燃料电池内部的燃料以减少燃料电池中的劣化的燃料电池系统。在为外部负载供电的初始阶段并在燃料电池系统内部，通过电能存储部件来供电，且通过使用由燃料电池用停止外部负载之后残留在燃料电池系统内部的燃料产生的电能而从燃料电池中输出的输出，对电能存储部件进行充电。
文档编号H01M8/00GK101103483SQ20068000238
公开日2008年1月9日 申请日期2006年1月12日 优先权日2005年1月18日
发明者尾崎彻, 岩崎文晴, 柳濑考应, 玉地恒昭, 皿田孝史, 让原一贵 申请人:精工电子有限公司