燃料电池系统的控制方法

专利名称：燃料电池系统的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种具有燃料电池与蓄电设备的燃料电池系统的控制方法。
背景技术：
近年来，开发出了种种具有燃料电池与蓄电设备的燃料电池系统。具有燃料电池与蓄电设备的燃料电池系统中，需要对蓄电设备进行充电，让蓄电设备的容量不会用光。
在对蓄电设备进行充电的情况下，通常需要让燃料电池系统的外部负载处于停止状态，因此，存在能够连续使用燃料电池系统的时间受到蓄电设备的容量的限制这一问题。
另外，特开2004-71260号公报中所公布的燃料电池与作为蓄电设备的二次电池所并联的系统的燃料电池装置，在燃料电池的输出电压高于二次电池的输出电压的情况下，对二次电池进行充电，因此，在不停止外部负载的状态下进行二次电池的充电。但是，特开2004-71260号公报中所公布的燃料电池装置，即使在没有剩余电能(=燃料电池的最大电能_负载电能)的情况下也对二次电池进行充电，因此，对负载的供电有可能会不充分。

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够不停止外部负载而进行蓄电设备的充电的燃料电池系统的控制方法。 为实现上述目的，本发明的燃料电池系统的控制方法具有如下的构成(以下称作第1构成)，即该燃料电池系统具有燃料电池、向上述燃料电池供给燃料的燃料供给部、蓄电设备、及双向DC/DC转换器，该双向DC/DC转换器有选择地进行将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作、与使用上述燃料电池的输出电能(power)对上述蓄电设备进行充电的动作；所述燃料电池系统是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，上述控制方法中，检测出上述燃料电池的输出电压，如果上述燃料电池的输出电压大于预先设定的设定值，则让上述双向DC/DC转换器进行使用上述燃料电池的输出电能对上述蓄电设备进行充电的动作，如果上述燃料电池的输出电压不大于上述设定值，则让上述双向DC/DC转换器进行将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作。上述蓄电设备，可以列举出例如二次电池或双电荷层电容器等。 通过上述构成，能够不让外部负载处于停止状态，而进行对蓄电设备的充电。另外，在没有剩余电能(=燃料电池的最大电能_负载电能)的情况下，不对蓄电设备进行充电而是从蓄电设备进行放电，因此，如果适当设置燃料电池的额定输出及蓄电设备的额定容量，对外部负载的供电就不会发生不足。 另外，为实现上述目的，本发明的燃料电池系统的控制方法具有如下的构成，即上述燃料电池系统具有燃料电池、向上述燃料电池供给燃料的燃料供给部、蓄电设备、双向DC/DC转换器，该双向DC/DC转换器有选择地进行将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作、与使用上述燃料电池的输出电能对上述蓄电设备进行充电的动作；所述燃料电池系统是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，具有输出电能判断部，上述控制方法中， 所述输出电能判断部判断是否正在从上述双向DC/DC转换器向上述外部负载供电，并输出该判断结果， 所述控制部根据上述输出电能判断部的输出，在让上述双向DC/DC转换器进行将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作时，如果从上述双向DC/DC转换器向上述外部负载供电，则将上述双向DC/DC转换器的动作保持为将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作；在让上述双向DC/DC转换器进行将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作时，如果不从上述双向DC/DC转换器向上述外部负载供电，则将上述双向DC/DC转换器的动作切换为使用上述燃料电池的输出电能对上述蓄电设备进行充电的动作；同时，在让上述双向DC/DC转换器进行使用上述燃料电池的输出电能对上述蓄电设备进行充电的动作时，检测出上述燃料电池的输出电压，如果上述燃料电池的输出电压大于预先设定的设定值，则将上述双向DC/DC转换器的动作保持为使用上述燃料电池的输出电能对上述蓄电设备进行充电的动作，如果上述燃料电池的输出电压不大于上述设定值，则将上述双向DC/DC转换器的动作切换为将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作。上述蓄电设备，可以列举出例如二次电池或双电荷层电容器等。 通过上述构成，能够不让外部负载处于停止状态，而进行对蓄电设备的充电。另外，在没有剩余电能(=燃料电池的最大电能_负载电能)的情况下，不对蓄电设备进行充电而是从蓄电设备进行放电，因此，如果适当设置燃料电池的额定输出及蓄电设备的额定容量，对外部负载的供电就不会发生不足。 另外，上述第1构成的燃料电池系统的控制方法中，可以通过对上述双向DC/DC转换器的动作进行ON/OFF控制的ON/OFF控制电路，在上述燃料电池的输出电压在上述设定值以下且大于给定值的情况下，控制上述双向DC/DC转换器的动作为OFF，在上述燃料电池的输出电压大于上述设定值或为上述给定值以下的情况下，控制上述双向DC/DC转换器的动作为0N。另外，上述给定值设定成比上述给定电压稍大的值。 通过这样的构成，只在上述双向DC/DC转换器处于放电模式下且对外部负载进行供电时，以及处于充电模式时，上述双向DC/DC转换器才进行工作，因此，在上述双向DC/DC转换器处于放电模式下且不对外部负载进行供电时，上述双向DC/DC转换器中不会消耗无用电能，从而能够提高燃料电池系统的效率。 另外，从提高燃料电池系统的效率的观点出发，上述任一个构成的燃料电池系统的控制方法中，可以让上述燃料电池的输出端与上述双向DC/DC转换器直接相连接。通过这样的构成，由于上述燃料电池的输出侧没有连接防倒流二极管，因此，能够让燃料电池系统的效率提高相当于防倒流二极管中的电能损耗。 另外，上述任一个构成的燃料电池系统的控制方法中，可以让上述给定的电压，为在上述燃料电池的输出电能为最大时的上述燃料电池的输出电压的值以上。通过这样的构成，在比上述燃料电池的输出电能为最大时的上述燃料电池的输出电压的值小的电压区域，上述燃料电池不会工作，因此，燃料电池的寿命不会降低。 另外，上述任一个构成的燃料电池系统的控制方法中，通过负载电能检测部检测
出作为外部负载向燃料电池系统所要求的电能的负载电能，通过输出电能判断部判断是否正在从上述双向DC/DC转换器向上述外部负载供电，被输入上述负载电能检测部的检测结
果以及上述输出电能判断部的判断结果，不管上述负载电能是否不满阈值，若正在从上述双向DC/DC转换器向上述外部负载供电，则通过供给燃料量控制部来控制上述燃料供给部向上述燃料电池供给燃料。 通过这样的构成，不管上述负载电能是否不满阈值，若正在从上述双向DC/DC转换器向上述外部负载供电，便向上述燃料电池供给燃料，因此，能够解除燃料电池的燃料不足。 另外，上述任一个构成的燃料电池系统的控制方法中，可以让上述燃料供给部，定期将给定量的燃料提供给上述燃料电池，同时，将上述燃料电池中未使用的燃料回收。通过这样，能够对未使用的燃料进行再利用。 为实现上述目的，本发明的燃料电池系统的控制方法中，该燃料电池系统具有燃
料电池，和向上述燃料电池供给燃料的燃料供给部，和多组蓄电设备，和多组有选择地进行
将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作、及使用上述燃料电池的输出
电能对上述蓄电设备进行充电的动作的双向DC/DC转换器，和切换上述多个蓄电设备、使
其分别与上述燃料电池及上述外部负载中的任一个相连接的开关部，上述控制方法中，控
制上述双向DC/DC转换器以及上述开关部，让介于与上述燃料电池相连接的上述蓄电设备
与上述燃料电池之间的上述双向DC/DC转换器，进行使用上述燃料电池的输出电能对上述
蓄电设备进行充电的动作，并让介于与上述外部负载相连接的上述蓄电设备与上述外部负
载之间的上述双向DC/DC转换器进行将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输
出的动作。上述蓄电设备，可以列举出例如二次电池或双电荷层电容器等。 通过上述构成，能够不让外部负载处于停止状态，而进行对蓄电设备的充电。另
外，如果适当设置燃料电池的额定输出、蓄电设备的额定容量、及开关部的选择切换基准，
则对外部负载的供电就不会发生不足。 另外，上述任一个构成的燃料电池系统的控制方法中，可以让上述燃料供给部，将基于上述燃料电池系统的输出的电能作为动作电源。通过这样，不需要另外设置燃料供给部用电源。 另外，为实现上述目的，本发明的燃料电池系统的控制方法中，上述燃料电池系统是具有燃料电池、蓄电设备、变换上述蓄电设备的输出电压的蓄电设备用DC/DC转换器、及对上述蓄电设备进行充电的充电电路；并且上述燃料电池的输出端、上述蓄电设备用DC/DC转换器的输出端、及上述充电电路的输入端相连接的燃料电池系统，上述控制方法
中， 对应于上述燃料电池的输出端与上述蓄电设备用DC/DC转换器的输出端以及上述充电电路的输入端之间的接点的电压，切换上述充电电路的接通/断开。上述蓄电设备，可以列举出例如二次电池或双电荷层电容器等。 通过上述构成，能够不让外部负载处于停止状态，而进行对蓄电设备的充电。另外，由于作为让蓄电设备进行放电的电路的上述蓄电设备用DC/DC转换器，与作为对蓄电设备进行充电的电路的上述充电电路被分开设置，因此，很容易对负载急变进行跟踪。另外，如果让上述蓄电设备用DC/DC转换器常时接通，则能够提高对负载急剧增大的情况下的这种负载急变的跟踪性。 另外，为实现上述目的，本发明的燃料电池系统的控制方法中，上述燃料电池系统是具有燃料电池、变换上述燃料电池的输出电压的燃料电池用DC/DC转换器、蓄电设备、变换上述蓄电设备的输出电压的蓄电设备用DC/DC转换器、及对上述蓄电设备进行充电的充电电路；上述燃料电池用DC/DC转换器的输出端、上述蓄电设备用DC/DC转换器的输出端、及上述充电电路的输入端相连接的燃料电池系统，上述控制方法中，
对应于上述燃料电池用DC/DC转换器的输出端与上述蓄电设备用DC/DC转换器的输出端以及上述充电电路的输入端之间的接点的电压，切换上述充电电路的接通/断开。上述蓄电设备，可以列举出例如二次电池或双电荷层电容器等。 通过上述构成，能够不让外部负载处于停止状态，而进行对蓄电设备的充电。另外，由于作为让蓄电设备进行放电的电路的上述蓄电设备用DC/DC转换器，与作为对蓄电设备进行充电的上述充电电路被分开设置，因此，很容易对负载急变进行跟踪。另外，如果让上述蓄电设备用DC/DC转换器常时接通，则能够提高对负载急剧增大的情况下的这种负载急变的跟踪性。 另外，为实现上述目的，本发明的燃料电池系统的控制方法中，上述燃料电池是燃料电池与蓄电设备的并联系统，具有上述燃料电池、上述蓄电设备、变换上述蓄电设备的输出电压的蓄电设备用DC/DC转换器、将上述燃料电池作为电能源对上述蓄电设备进行充电的充电电路，上述控制方法中对应于负载电能对上述蓄电设备的放电电能以及充电电能进行控制。 通过上述构成，能够不让外部负载处于停止状态，而进行对蓄电设备的充电。另外，由于作为让蓄电设备进行放电的电路的上述蓄电设备用DC/DC转换器，与作为对蓄电设备进行充电的电路的上述充电电路被分开设置，因此，很容易对负载急变进行跟踪。另外，由于对应于负载电能对上述蓄电设备的放电电能以及充电电能进行控制，因此能够保持上述燃料电池的输出电能为一定。另外，为了进行对应于负载电能的控制，因此上述控制部需要具有检测出负载电能的负载电能检测电路，但在负载电压为一定的情况下，可以使用检测出负载电流的负载电流检测电路，来代替负载电能检测电路。 另外，上述各个构成的燃料电池系统中，从防止蓄电设备的残量不足所引起的系统无法起动的观点出发，通过残量检测电路检测出上述蓄电设备的残量，所述停止部在由上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下停止从燃料电池系统向外部的供电，所述蓄电设备优先充电部，在由上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下，优先对上述蓄电设备进行充电。进而，为了防止用户误认为是故障，最好还通过通知部在由上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下对上述蓄电设备的残量变成了给定量以下这一事项进行通知。


图1为说明本发明的燃料电池系统的一个构成例的图。
图2为说明本发明的燃料电池系统所具有的双向转换器的一构成例的图。
图3为说明燃料电池组的电流_电压特性以及电流_电能特性的图。
图4为说明图1中所示的燃料电池系统的变形例的图。
图5为说明图1中所示的燃料电池系统的另一个变形例的图。
图6为说明燃料电池组的电流_电压特性以及电流_电能特性的图。
图7为说明本发明的燃料电池系统的另一构成例的图。
图8为说明图7中所示的燃料电池系统的变形例的图。
图9为说明本发明的燃料电池系统的另一构成例的图。 图10为说明能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统的一构成例的图。
图11为说明燃料电池组的电流_电压特性以及电流_电能特性的图。
图12为说明能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统的另一构成例的图。
图13为说明燃料电池组的电流-电压特性以及电流_电能特性的图。
图14为说明能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统的另一构成例的图。
图15为说明燃料电池组的电流_电压特性以及电流_电能特性的图。
图16为说明能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统的另一构成例的图。
图17为说明能够防止系统无法起动的本发明的燃料电池系统的另一构成例的图。
具体实施例方式
本发明的燃料电池系统的一构成例如图1所示。图1中所示的本发明的燃料电池系统，是燃料电池与蓄电设备的并联系统，具有燃料电池组1、燃料供给部2、作为蓄电设备的二次电池3、双向DC/DC转换器4、及模式控制电路5。燃料供给部2，定期将给定量的燃料提供给燃料电池组1，同时，回收燃料电池组1中尚未使用的燃料。二次电池3的正极与双向DC/DC转换器4的一端相连接。另外，燃料电池组l的输出端与双向DC/DC转换器4的另一端共通连接，并与负载6相连接。模式控制电路5控制双向DC/DC转换器4的模式。
另外，燃料供给部2，将基于燃料电池系统的输出的电能作为动作电源。也即，图1中为了便于说明而将燃料供给部2与负载6分开显示，但实际上燃料供给部2构成负载6的一部分。 双向DC/DC转换器4能够使二次电池3进行充放电。双向DC/DC转换器4，在放电模式下，将二次电池3的输出电压升压，输出给负载6，另外，在充电模式下将燃料电池组1所供给的电压降低，输出给二次电池3 。 这里，图2中显示了双向DC/DC转换器4的一个构成例。双向DC/DC转换器4，由连接二次电池3(图2中未显示)的端子4A、线圈4B、电容器4C、放电用开关器件4D、充电用开关器件4E、电容器4F、及连接燃料电池组1 (图2中未显示)与负载6 (图2中未显示)的端子4G所构成。放电用开关器件4D，由将M0SFET(绝缘栅型场效应晶体管)以及线圈4B侧作为阴极的二极管构成。另外，充电用开关器件4E，由将M0SFET以及线圈4B侧作为阳极的二极管构成。端子4A与线圈4B的一端以及电容器4C的一端相连接。线圈4B的另一端与放电用开关器件4D的一端，以及充电用开关器件4E的一端相连接。电容器4C的另一端以及放大用开关器件4D的另一端，与二次电池3以及燃料电池组l的负极电位相同。充电用开关器件4E的另一端与电容器4F的一端以及端子4G相连接，电容器4F的另一端，与二次电池3以及燃料电池组1的负极电位相同。 在放电模式下，在构成放电用开关器件4D的M0SFET导通，且构成充电用开关器件4E的MOSFET截止的状态下，通过二次电池3(图2中未显示)的输出电压，在线圈4B中储存能量。之后，将构成放电用开关器件4D的MOSFET切换成截止，同时，将构成充电用开关器件4E的M0SFET切换成导通，从而让线圈4B中所储存的能量，经构成充电用开关器件4E的M0SFET的源-漏极间以及作为整流器件的二极管，提供给被电容器4F进行了稳定化之后的与端子4G相连接的负载6(图2中未显示)，通过这样进行升压放电动作。
另外，在充电模式下，在构成充电用开关器件4E的MOSFET导通，且构成放电用开关器件4D的MOSFET截止的状态下，从燃料电池组l(图2中未显示)所输出的电能经线圈4B提供给二次电池3(图2中未显示)，进行充电。之后，将构成充电用开关器件4E的M0SFET切换成截止，同时，将构成放电用开关器件4D的M0SFET切换成导通，在电容器4C、以及构成放电用开关器件4D的M0SFET的源-漏极之间以及作为整流器件的二极管中通电流，释放线圈4B中所储存的能量。通过这样进行降压充电动作。 回到图1中所示的燃料电池系统继续进行说明。由于从燃料供给部2定期将给定量的燃料提供给燃料电池组1，因此，燃料电池组1的电流_电压特性以及电流_电能特性如图3所示。图3中的IVv、 IVp分别表示燃料电池组1的输出电流-输出电压特性曲线、燃料电池组1的输出电流-输出电能特性曲线。燃料电池组1中，输出电压对应于输出电流进行变化，输出电流越大，输出电压变越下降。在输出电能最大时的输出电流的值Ipmax，是由燃料供给部2向燃料电池组1提供的燃料量所决定的。 模式控制电路5检测出燃料电池组1的输出电压，判断燃料电池组1的输出电压是否大于预先设定的模式切换电压Vsw(参照图3)。之后，如果燃料电池组1的输出电压大于模式切换电压Vsw，则剩余电能(=燃料电池组1的最大输出电能_负载6所要求的电能)非常充分，因此，模式控制电路5使双向DC/DC转换器4成为充电的模式。另外，如果燃料电池组1的输出电压不大于模式切换电压Vsw，模式控制电路5则使双向DC/DC转换器4成为放电的模式。 模式控制电路5通过进行上述控制，能够不让负载6停止而进行对二次电池3的充电。另外，在没有剩余电能的情况下，二次电池3不被充电而是进行放电，因此，如果适当设置燃料电池组1的额定输出、二次电池3的额定容量以及双向DC/DC转换器4的放电模式下的输出电压值，则对负载6的供电就不会发生不足。 另外，如图3所示，最好将双向DC/DC转换器4的放电模式下的输出大于设定值Vop，设定为燃料电池组1的输出电能为最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上。如果将双向DC/DC转换器4的放电模式下的输出电压设定值Vop，设定为燃料电池组1的输出电能为最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上，则在比Vmin小的电压区域(=比Ipmax大的电流区域)中，燃料电池组1不会工作，因此燃料电池组1的寿命不会发生下降。 根据提高燃料电池系统的效率的观点，图1中所示的本发明的燃料电池系统，在燃料电池组1的输出端，没有设置连接阳极的防倒流二极管。由于燃料电池组1不会向二次电池那样进行逆充电(从电压较高的电池向电压较低的电池充电)，因此，即使不设置防倒流二极管也不会发生什么问题。这样，通过不设置防倒流二极管，能够让燃料电池系统的效率提高相当于防倒流二极管中的电能损耗。另外，虽然燃料电池系统的效率会降低，但也可以设置防倒流二极管。 另夕卜，如图4所示，可以将0N/0FF控制电路7添加到图1的燃料电池系统中。ON/0FF控制电路7检测出燃料电池组1的输出电压，判断燃料电池组1的输出电压是否大于给定值。之后，如果燃料电池组1的输出电压为模式切换电压Vsw以下，且大于给定值，则ON/OFF控制电路7便停止双向DC/DC转换器4的电压变换动作，如果燃料电池组1的输出电压大于模式切换电压Vsw，则在双向DC/DC转换器4中进行二次电池3的充电动作，如果燃料电池组1的输出电压大于给定值，则在双向DC/DC转换器4中进行电压变换动作。这里，给定值是比双向DC/DC转换器4的放电模式下的输出电压设定值Vop稍大，且比模式切换电压Vsw小的值。 通过这样，即使双向DC/DC转换器4处于放电模式，在不对负载6进行供电时，双
向DC/DC转换器4中也不会消耗无用电能，从而能够提高燃料电池系统的效率。 另夕卜，ON/OFF控制电路7检测二次电池3的满充电，在二次电池3满充电的情况
下，不管燃料电池组1的输出电压的值为多少，最好都在双向DC/DC转换器4中停止充电动作。 即使是设有防倒流二极管的燃料电池系统，通过如上设置ON/OFF控制电路7，即使双向DC/DC转换器4处于放电模式，在不对负载进行供电时，双向DC/DC转换器4中也不会消耗无用电能，从而能够提高燃料电池系统的效率。但是，从提高燃料电池系统的效率的观点出发，最好是没有设置如图4所示的防倒流二极管的构成。 另夕卜，如图5所示，可以在图1的燃料电池系统中添加负载电能检测部8、输出电能判断部9、及供给燃料量控制部10。 即使定期向燃料电池组1提供给定量的燃料，由于未使用燃料的回收损耗、周边温度的上升等引起的蒸发等原因，燃料浓度发生变化。这样，如果燃料浓度变薄，则如图6所示，燃料电池组1的输出电流_输出电压特性曲线、燃料电池组1的输出电流_输出电能特性曲线分别变为IV/ 、1V/ ，从燃料电池组1所能够获得的电能比设计规格还要小。这样的状态称作燃料不足。 负载电能检测部8，检测出负载6向燃料电池系统所要求的电能(以下称作负载电能)，将该检测结果输出给供给燃料量控制部10。例如负载6是DC/DC转换器的情况下，由于该DC/DC转换器的输出电压被固定为给定的设定值，因此，通过检测出该DC/DC转换器的输出电流，负载电能检测部8能够检测出负载电能。 输出电能判断部9，判断是否从双向DC/DC转换器4向负载6供电，将该判断结果输出给供给燃料量控制部10。输出电能判断部9，检测出双向DC/DC转换器4的放电模式下的输入电流或输出电流，如果该所检测出的电流的值不为O，则判断为从双向DC/DC转换器4向负载6供电，如果所检测出的电流的值为0，则判断为不从双向DC/DC转换器4向负载6供电。 供给燃料控制部10，不管负载电能是否达到了阈值Pth，如果从双向DC/DC转换器4向负载6供电，则判断为燃料电池的燃料不足，即使是不定期的，也控制燃料供给部2向燃料电池组1供给燃料。另外，在I。以上且不足Iop的电流区域中，不管负载电能是否不满阈值Pth，都从双向DC/DC转换器4向负载6供电。另外，在开始从双向DC/DC转换器4向负载6供电时的负载电能越小，燃料电池的燃料不足量就越大，因此最好增加供给燃料量。
在供给燃料量控制部10不管负载电能是否不满阈值Pth，都从双向DC/DC转换器4向负载6供电的情况下，判断为燃料电池的燃料不足，即使是不定期的，都控制燃料供给部2向燃料电池组1供给燃料，因此能够解除燃料电池的燃料不足。 另外，即使是设有防倒流二极管的燃料电池系统，通过如上设置负载电能检测部8、输出电能判断部9、及供给燃料量控制部IO，也能够解除燃料电池的燃料不足。但是，从提高燃料电池系统的效率的观点出发，最好是如图5所示的没有设置防倒流二极管的构成。 接下来，本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图7所示。另夕卜，图7中给和图1相同的部分标注同样的符号，省略详细说明。图7中所示的燃料电池系统，将图1中所示的燃料电池系统的模式控制电路5，替换为模式控制电路5'，同时还添加了输出电能判断部11。 输出电能判断部11，判断是否从双向DC/DC转换器4向负载6供电，将该判断结果输出给模式控制电路5'。输出电能判断部11检测出双向DC/DC转换器4的放电模式下的输入电流或输出电流，如果该所检测出的电流的值为不为O，则判断为从双向DC/DC转换器4向负载6供电，如果所检测出的电流的值为O，则判断为没有从双向DC/DC转换器4向负载6供电。 模式控制电路5'，根据输出电能判断部11的输出，如果在双向DC/DC转换器4处于放电模式时，从双向DC/DC转换器4向负载6供电，则将双向DC/DC转换器4的模式维持为放电模式，如果在双向DC/DC转换器4为放电模式时，不从双向DC/DC转换器4向负载6供电，则将双向DC/DC转换器4的模式转移到充电模式下。另外，模式控制电路5'，在让双向DC/DC转换器4处于充电模式时，检测出燃料电池组1的输出电压，判断燃料电池组1的输出电压是否比预先设定的模式切换电压Vsw(参照图3)大。之后，如果燃料电池组1的输出电压比模式切换电压Vsw大，则模式控制电路5'将双向DC/DC转换器4的模式维持为充电模式。另外，如果燃料电池组1的输出电压不比预先设定的模式切换电压Vsw大，则模式控制电路5'将双向DC/DC转换器4的模式转换为放电模式。 通过由模式控制电路5'进行上述控制，能够不让负载6停止，而进行对二次电池3的充电。另外，在没有剩余电能的情况下，不对二次电池3进行充电而是使其进行放电，因此，如果适当设置燃料电池组1的额定输出、二次电池3的额定容量以及双向DC/DC转换器4的放电模式下的输出电压值，对负载6的供电就不会发生不足。 另外，如图3所示，最好将双向DC/DC转换器4的放电模式下的输出电压设定值Vop，设定为燃料电池组1的输出电能为最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上。如果将双向DC/DC转换器4的放电模式下的输出电压设定值Vop，设定为燃料电池组1的输出电能为最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上，则在比Vmin小的电压区域(=比Ipmax大的电流区域)中，燃料电池组1不会工作，因此燃料电池组1的寿命不会发生下降。 根据提高燃料电池系统的效率的观点，图7中所示的本发明的燃料电池系统，在燃料电池组1的输出端，没有设置连接阳极的防倒流二极管。由于燃料电池组1不会向二次电池那样进行逆充电(从电压较高的电池向电压较低的电池充电)，因此，即使不设置防 倒流二极管也不会发生什么问题。这样，通过不设置防倒流二极管，能够让燃料电池系统的 效率提高相当于防倒流二极管中的电能损耗。另外，虽然燃料电池系统的效率会降低，但也 可以设置防倒流二极管。 另夕卜，如图8所示，可以在图7的燃料电池系统中添加负载电能检测部8、输出电能 判断部9、及供给燃料量控制部10。 即使定期向燃料电池组1提供给定量的燃料，由于未使用燃料的回收损耗、周边 温度的上升等引起的蒸发等原因，燃料浓度发生变化。这样，如果燃料浓度变薄，则如图6 所示，燃料电池组1的输出电流_输出电压特性曲线、燃料电池组1的输出电流_输出电能 特性曲线分别变为IV/ 、1V/ ，从燃料电池组1所能够获得的电能比设计规格还要小。这样 的状态称作燃料不足。 负载电能检测部8，检测出负载6向燃料电池系统所要求的电能(以下称作负载电 能)，将该检测结果输出给供给燃料量控制部10。例如负载6是DC/DC转换器的情况下，由 于该DC/DC转换器的输出电压被固定为给定的设定值，因此，通过检测出该DC/DC转换器的 输出电流，负载电能检测部8能够检测出负载电能。 输出电能判断部9，判断是否从双向DC/DC转换器4向负载6供电，将该判断结果 输出给供给燃料量控制部10。输出电能判断部9，检测出双向DC/DC转换器4的放电模式 下的输入电流或输出电流，如果该所检测出的电流的值不为O，则判断为从双向DC/DC转换 器4向负载6供电，如果所检测出的电流的值为0，则判断为不从双向DC/DC转换器4向负 载6供电。 供给燃料控制部10，不管负载电能是否达到了阈值Pth，如果从双向DC/DC转换器 4向负载6供电，则判断燃料电池的燃料不足，即使是不定期的，也控制燃料供给部2向燃料 电池组1供给燃料。另外，在I。以上且不足Iop的电流区域中，不管负载电能是否不满阈 值Pth，都从双向DC/DC转换器4向负载6供电。另外，在开始从双向DC/DC转换器4向负 载6供电时的负载电能越小，燃料电池的燃料不足量就越大，因此最好增加供给燃料量。
在供给燃料量控制部10不管负载电能是否不满阈值Pth，都从双向DC/DC转换器 4向负载6供电的情况下，判断为燃料电池的燃料不足，即使是不定期的，都控制燃料供给 部2向燃料电池组1供给燃料，因此能够解除燃料电池的燃料不足。 另外，即使是设有防倒流二极管的燃料电池系统，通过如上设置负载电能检测部 8、输出电能判断部9、及供给燃料量控制部IO，也能够解除燃料电池的燃料不足。但是， 从提高燃料电池系统的效率的观点出发，最好是如图8所示的没有设置防倒流二极管的构 成。另外，由于输出电能判断部9与输出电能电能判断部ll是具有相同功能的电路，因此
最好将二者结合起来。 接下来，本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图9所示。另夕卜，图9中给和图 1相同的部分标注同样的符号，省略详细说明。 图9中所示的燃料电池系统具有燃料电池组1、燃料供给部2、二次电池3a以及 3b、双向DC/DC转换器4a与4b、开关12a与开关12b、双向DC/DC转换器4a与4b、及控制开 关12a与12b的控制电路(图中未显示)。 二次电池3a的正极与双向DC/DC转换器4a的一端相连接。通过开关12a选择燃料电池组1、负载6中的任一个，与双向DC/DC转换器4a的另一端电连接。 二次电池3b的正极与双向DC/DC转换器4b的一端相连接。通过开关12b选择燃
料电池组1、负载6中的任一个，与双向DC/DC转换器4b的另一端电连接。 另外，在开关12a选择负载6时，开关12b选择燃料电池组l，在开关12a选择燃
料电池组1时，开关12b选择负载6。另外，在开关12a选择负载6时，让双向DC/DC转换
器4a处于放电模式，在开关12a选择燃料电池组1时，让双向DC/DC转换器4a处于充电模
式。另夕卜，在开关12b选择负载6时，让双向DC/DC转换器4b处于放电模式，在开关12b选
择燃料电池组1时，让双向DC/DC转换器4b处于充电模式。 另外，在开关12a选择负载6的情况下电池3a的容量为给定值以下时，开关12a 切换选择燃料电池组l，在开关12b选择负载6的情况下电池3b的容量为给定值以下时，开 关12b切换选择燃料电池组1。 通过这样，能够不让负载6处于停止状态而进行对二次电池3a与3b的充电。另 外，如果适当设置燃料电池组1的额定输出、二次电池3a与3b的额定容量以及开关12a与 12b的选择切换基准，对负载6的供电就不会发生不足。 另外，如果让燃料电池组1例如是DMFC(Direct Methanol Full Cell)组，则由于 作为DMFC的燃料的甲醇所具有的能量较大，因此与只通过二次电池所构成的电池系统相 比，图9中所示的燃料电池系统能够实现机器的小型化。 另外，从提高燃料电池系统的效率的观点出发，最好让燃料电池组1输出一定的 电能，没有通过燃料供给部2所回收的燃料。 本发明并不仅限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可以添加各种变 更来实施。例如，可以将图4所示的构成与图5所示的构成组合起来构成燃料电池系统，另 外，图9中所示的燃料电池系统的二次电池、双向DC/DC转换器以及开关也可以不是两组而
是三组。 具有上述双向DC/DC转换器的本发明的燃料电池系统中，在载荷急剧增大的情况 下，由于存在从双向DC/DC转换器的充电模式向放电模式的切换时间，因此有可能无法瞬 间从充电向放电切换，从而无法跟踪负载急变。 为解决相关问题，以下的实施方式中，将二次电池充电电路与二次电池放电电路 分别设置。另外，为了提高对负载急剧增大时的负载急变的跟踪性，让二次电池放电电路常 时导通。 能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统的一构成例如图10所示。 图10中所示的本发明的燃料电池系统，是燃料电池与蓄电设备的并联系统，具有
燃料电池组11、燃料供给部12、作为蓄电设备的二次电池13、燃料电池用双向DC/DC转换器
14、作为二次电池放电电路的二次电池用DC/DC转换器15、二次电池充电电路16、系统输出
端17、电流检测电路18、及微型计算机19。系统输出端17是由正极端子与负极端子所形成
的直流输出端子。 燃料供给部12，定期将给定量的燃料提供给燃料电池组11，同时，回收燃料电池 组11中尚未使用的燃料。燃料电池组11经检测出燃料电池组11的输出电流的电流检测 电路18，与燃料电池用DC/DC转换器14的输入端相连接，燃料电池用DC/DC转换器14的 正极输出端与系统输出端17的正极端子相连接。二次电池13与二次电池用DC/DC转换器15的输入端以及二次电池充电电路16的输出端分别相连接，二次电池用DC/DC转换器15 的正极输出端与二次电池充电电路16的正极输入端，分别与系统输出端17的正极端子相 连接。另外，燃料电池用DC/DC转换器14的负极输出端、二次电池用DC/DC转换器15的负 极输出端与二次电池充电电路16的负极输入端，分别与系统输出端17的负极端子相连接。 微型计算机19根据电流检测电路18的检测结果，对燃料电池用DC/DC转换器14进行控制。 图10中所示的本发明的燃料电池系统，将基于燃料电池系统的输出的电能，用作燃料供给 部12的动作电源，在系统起动时，通过基于二次电池13的输出的电能，让燃料供给部12进 行工作。 通过将系统输出端17与电器(负载)的直流输入端相连接，从图10中所示的本 发明的燃料电池系统，向电器供电。 燃料电池用DC/DC转换器14，原则上将燃料电池组11所输出的直流电压，升压成 给定值(PV1)的直流电压并输出，二次电池用DC/DC转换器15将二次电池13所输出的直 流电压升压到给定值(PV2)的直流电压并输出。另外，将燃料电池用DC/DC转换器14的输 出电压值(PV1)设置为比二次电池用DC/DC转换器15的输出电压值(PV2)大。通过这样， 原则上只有燃料电池用DC/DC转换器14的输出电能经系统输出端17供给给电器。二次电 池用DC/DC转换器15虽然在系统动作中常时接通，但原则上并不经系统输出端17向电器 供给输出电能，处于所谓的待机状态。 但是，由于电器所需要的电能的增大，燃料电池组ll的输出电流也增大，当其达 到限制值IUM时，微型计算机19将燃料电池用DC/DC转换器14的升压比固定，其结果是，燃 料电池用DC/DC转换器14的输出电压降低到给定值(PV2)。通过这样，当燃料电池组11的 输出电流达到限制值IUM时，燃料电池用DC/DC转换器14的输出电压值与二次电池用DC/ DC转换器15的输出电压值都变为给定值(PV2)，燃料电池用DC/DC转换器14的输出电能 与二次电池用DC/DC转换器15的输出电能，经系统输出端17供给电器，通过限制值Ium対 燃料电池组11的输出电流进行钳位。 二次电池充电电路16，在存在剩余电能(=燃料电池组11的输出电能_燃料电池 系统中的消耗电能-电器所需要的电能)的情况下为接通，在没有剩余电能的情况下关闭。 二次电池充电电路16，对输入端电压也即系统输出端17的电压进行监视，如果系统输出端 17的电压为给定值(PV1)则接通，如果系统输出端17的电压为给定值(PV2)则关闭(但系 统输出端17的电压监视部与0N/0FF切换部常时接通)。因此，二次电池充电电路16，在存 在剩余电能时，使用剩余电能对二次电池13进行充电。 上述限制值IuM，被设定为初始状态下燃料电池组11的输出电能为最大时的燃料 电池组11的输出电流的值Ipmax以下(参照图11)。通过这样，在大于Ipmax的电流区域， 燃料电池组11不会工作，因此在初始状态，燃料电池组11的寿命不会降低。
燃料电池组11具有随着使用时间的增长，输出逐渐下降的特征。因此，燃料电池 组11的电流_电压特性以及电流_电能特性如图11所示。图11中的IVv、 IVp分别表示 燃料电池组11的初始状态的输出电流-输出电压特性曲线、燃料电池组11的初始状态的 输出电流_输出电能特性曲线，IV/ 、 IV/分别表示燃料电池组11使用A时间之后的输出 电流_输出电压特性曲线、燃料电池组11使用A时间之后的输出电流_输出电能特性曲 线，IVv"、 IVp"分别表示燃料电池组11使用B ( > A)时间之后的输出电流_输出电压特性曲线、燃料电池组ll使用BOA)时间之后的输出电流-输出电能特性曲线。
由于燃料电池组11具有上述特征，因此，为了让燃料电池组11总是在稳定区域中 进行工作，需要将限制值IuM设定在经过了最长使用时间之后燃料电池组11的输出电能为 最大时的燃料电池组ll的输出电流的值以下，从而即使在达到了最长使用时间(燃料电池 系统的设定寿命)的情况下，燃料电池组ll也能够在稳定区域进行工作。例如，在B时间 为最长使用时间的情况下，如图11所示设定限制值IuM，则初始状态下的动作点、A时间使 用后的动作点、B使用时间后的动作点分别为0P1、 0P2、 0P3，能够让燃料电池组11常时在 稳定区域中进行工作。但是，如果将限制值IuM设定在经过了最长使用时间之后燃料电池 组11的输出电能为最大时的燃料电池组11的输出电流的值以下，则存在初始状态下无法 充分发挥燃料电池组11所具有的能力这一问题。 接下来，能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图12所 示。另外，图12中给和图IO相同的部分标注同样的符号，省略详细说明。
图12中所示的本发明的燃料电池系统，从图10中所示的本发明的燃料电池系统 中去掉了电流检测电路18以及微型计算机19，将燃料电池用DC/DC转换器14替换成燃料 电池用DC/DC转换器20。 燃料电池用DC/DC转换器20，原则上将燃料电池组11所输出的直流电压，升压成 给定值(PV1)的直流电压并输出。通过这样，原则上只有燃料电池用DC/DC转换器20的输 出电能经系统输出端17供给电器。二次电池用DC/DC转换器15虽然在系统动作中常时接 通，但原则上并不经系统输出端17向电器供给输出电能，处于所谓的待机状态。
但是，燃料电池用DC/DC转换器20的升压比有上限，因电器所需要的电能的增大， 燃料电池组11的输出电压下降，当其达到限制值Vm时，燃料电池用DC/DC转换器20的升 压比达到上限，将燃料电池用DC/DC转换器20的输出电压降低到给定值(PV2)。通过这样， 燃料电池用DC/DC转换器20的输出电能与二次电池用DC/DC转换器15的输出电能，经系 统输出端17供给给电器，通过限制值VuM对燃料电池组11的输出电压进行钳位。
二次电池充电电路16，在存在剩余电能(=燃料电池组11的输出电能-燃料电 池系统中的消耗电能-电器所需要的电能)的情况下接通，在没有剩余电能的情况下关闭。 二次电池充电电路16，对输入端电压也即系统输出端17的电压进行监视，如果系统输出端 17的电压为给定值(PV1)则接通，如果系统输出端17的电压为给定值(PV2)则关闭(但系 统输出端17的电压监视部与ON/OFF切换控制部常时接通)。因此，二次电池充电电路16， 在存在剩余电能时，使用剩余电能对二次电池13进行充电。 上述限制值VuM，被设定为初始状态下燃料电池组11的输出电能为最大时的燃料 电池组11的输出电压的值Vmin以上(参照图13)。通过这样，在小于Vmin的电压区域(= 大于Ipmax的电流区域)，燃料电池组11不会工作，因此在初始状态，燃料电池组11的寿命 不会降低。 燃料电池组11具有随着使用时间的增长，输出下降的特征。因此，燃料电池组11 的电流_电压特性以及电流_电能特性如图13所示。图13中，IVv、 IVp分别表示燃料电 池组11的初始状态的输出电流-输出电压特性曲线、燃料电池组11的初始状态的输出电 流-输出电能特性曲线，1V/ 、1Vp'分别表示燃料电池组11使用A时间之后的输出电流-输 出电压特性曲线、燃料电池组11使用A时间之后的输出电流_输出电能特性曲线，IVv"、IVp"分别表示燃料电池组11使用B( > A)时间之后的输出电流-输出电压特性曲线、燃料 电池组11使用B( > A)时间之后的输出电流-输出电能特性曲线。 由于燃料电池组11具有上述特征，因此，为了让燃料电池组11总是在稳定区域中 进行工作，需要将限制值VuM设定在初始状态下燃料电池组11的输出电能为最大时的燃料 电池组11的输出电压值以上，从而在初始状态下让燃料电池组11在稳定区域中工作。例 如，在B时间为最长使用时间的情况下，如图13所示设定限制值VUM，则初始状态下的动作 点、A时间使用后的动作点、B使用时间后的动作点分别为0P4、0P5、0P6，从而能够让燃料电 池组11常时在稳定区域中进行工作。但是，如果将限制值VuM设定在初始状态下燃料电池 组11的输出电能为最大时的燃料电池组11的输出电压值以上，则存在随着使用时间的增 加，燃料电池组11的输出大幅下降这一问题。 接下来，能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图14所 示。另外，图14中给和图IO相同的部分标注同样的符号，省略详细说明。
燃料电池组11具有随着使用时间的增长，输出电压下降的特征。因此，燃料电池 组11的电流-电压特性以及电流-电能特性如图15所示。图15中，IVV、1Vp分别表示燃 料电池组11的初始状态的输出电流-输出电压特性曲线、燃料电池组11的初始状态的输 出电流_输出电能特性曲线，IV/ 、 IV/分别表示燃料电池组11使用A时间之后的输出电 流_输出电压特性曲线、燃料电池组11使用A时间之后的输出电流_输出电能特性曲线， TVv"、 TVp"分别表示燃料电池组11使用B( > A)时间之后的输出电流_输出电压特性曲 线、燃料电池组11使用B( > A)时间之后的输出电流-输出电能特性曲线。
图14中所示的本发明的燃料电池系统，在图10中所示的本发明的燃料电池系统 中，将燃料电池用DC/DC转换器14替换成燃料电池用DC/DC转换器21。
二次电池充电电路16，在存在剩余电能(=燃料电池组11的输出电能-燃料电 池系统中的消耗电能-电器所需要的电能)的情况下接通，在没有剩余电能的情况下关闭。 二次电池充电电路16，对输入端电压也即系统输出端17的电压进行监视，如果系统输出端 17的电压为给定值(PV1)则接通，如果系统输出端17的电压为给定值(PV2)则关闭(但系 统输出端17的电压监视部与ON/OFF切换部常时接通)。因此，二次电池充电电路16，在存 在剩余电能时，使用剩余电能对二次电池13进行充电。 燃料电池用DC/DC转换器21，原则上将燃料电池组11所输出的直流电压，升压成 给定值(PV1)的直流电压并输出。另外，将燃料电池用DC/DC转换器21的输出电压值(PV1) 设置为比二次电池用DC/DC转换器15的输出电压值(PV2)大。通过这样，原则上只有燃料 电池用DC/DC转换器21的输出电能经系统输出端17供给给电器。二次电池用DC/DC转换 器15虽然在系统动作中常时接通，但原则上并不经系统输出端17向电器供给输出电能，处 于所谓的待机状态。 但是，由于电器所需要的电能的增大，燃料电池组ll的输出电流也增大，当其达 到限制值I'um时，微型计算机19将燃料电池用DC/DC转换器21的升压比固定，其结果是， 燃料电池用DC/DC转换器14的输出电压降低到给定值(PV2)。通过这样，当燃料电池组ll 的输出电流达到限制值I' UM时，燃料电池用DC/DC转换器21的输出电压值与二次电池用 DC/DC转换器15的输出电压值都变为给定值(PV2)，燃料电池用DC/DC转换器14的输出电 能与二次电池用DC/DC转换器15的输出电能，经系统输出端17供给电器，通过限制值I'uM对燃料电池组11的输出电流进行钳位。 另外，燃料电池用DC/DC转换器21的升压比有上限，因电器所需要的电能的增大， 燃料电池组ll的输出电压下降，当其达到限制值V' UM时，燃料电池用DC/DC转换器21的 升压比达到上限，将燃料电池用DC/DC转换器21的输出电压降低到给定值(PV2)。通过这 样，燃料电池用DC/DC转换器21的输出电能与二次电池用DC/DC转换器15的输出电能，经 系统输出端17供给电器，通过限制值V' UM对燃料电池组11的输出电压进行钳位。
这里，例如将限制值I'uM设定为在使用时间为A时间的情况下，燃料电池组ll的 输出电能为最大时的燃料电池组11的输出电流的值I'pmax，将限制值V'uM设定为在使用 时间为A时间的情况下，燃料电池组11的输出电能为最大时的燃料电池组11的输出电压 的值V' min。通过这样，在使用时间为A时间以下的情况下，通过限制值I' UM，让燃料电池 组11不会在大于I' pmax的电流区域下工作，因此，在使用时间为A时间以下的情况下，燃 料电池组11的寿命不会下降；在使用时间比A时间长的情况下，通过限制值V' UM，让燃料 电池组11不会在小于V'min的电压区域下工作，因此，在使用时间比A时间长的情况下，燃 料电池组ll的寿命不会下降。 由于燃料电池用DC/DC转换器21如上进行工作，因此，图14中所示的本发明的燃 料电池系统，即使在初始状态下也能够充分获得燃料电池组ll的电能，同时，在长时间使 用之后，也能够防止燃料电池组11的输出电能大幅下降。 另外，可以在图10中所示的本发明的燃料电池系统的微型计算机19中，添加测定 燃料电池系统的使用时间的功能，伴随着使用时间的增加减小限制值IuM，将限制值IUM设 定为在各个使用时间中，燃料电池组11的输出电能为最大时的燃料电池组11的输出电流 的值以下，通过这样，即使在初始状态下也能够充分发挥燃料电池组ll的电能，同时，在长 时间使用之后，也能够防止燃料电池组11的输出电能大幅下降。 另外，可以在图12中所示的本发明的燃料电池系统的燃料电池用DC/DC转换器20 中，添加测定燃料电池系统的使用时间的功能，伴随着使用时间的增加增大升压比的上限， 并减小限制值VuM，将限制值VuM设定为在各个使用时间中，燃料电池组11的输出电能为最 大时的燃料电池组11的输出电压的值以上，通过这样，即使在初始状态下也能够充分发挥 燃料电池组ll的电能，同时，在长时间使用之后，也能够防止燃料电池组ll的输出电能大 幅下降。 接下来，能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图16所
示。另外，图16中给和图IO相同的部分标注同样的符号，省略详细说明。 图16中所示的本发明的燃料电池系统，在图10中所示的本发明的燃料电池系统
中，将燃料电池用DC/DC转换器14、二次电池用DC/DC转换器15、二次电池充电电路16、及
微型计算机19 ，分别替换成燃料电池用DC/DC转换器22 、 二次电池用DC/DC转换器23 、 二次
电池充电电路24、及微型计算机25。同时，去掉电流检测电路18，新设置负载电能检测电路26。 燃料电池用DC/DC转换器22，将燃料电池组11所输出的直流电压升压成给定值 (PV1)的直流电压并输出。二次电池用DC/DC转换器23，将二次电池13所输出的直流电压 升压成给定值(PV2)的直流电压并输出，并将微型计算机25所指示的电能提供给系统输出 端17。 二次电池充电电路24，用微型计算机25所指示的电流值对二次电池13进行充电。负载电能检测电路26，检测出与系统输出端17相连接的电器对燃料电池系统所需要的电 能(以下称作负载电能)，并将该检测结果发送给微型计算机25。 下面对微型计算机25的动作进行说明。微型计算机25，将燃料电池组11的目标 电能值与燃料电池系统中的消耗电能(燃料供给部12的动作电能等)的值，预先保存在内 置存储器中。微型计算机25，将燃料电池组11的目标电能值减去燃料电池系统的消耗电能 所得到的值(以下称作目标负载供给可能电能)，与负载电能检测电路26所检测出的负载 电能进行比较。 在目标负载供给可能电能大于负载电能的情况下，微型计算机25根据负载电能 对二次电池充电电路24的充电电流值进行控制，使得二次电池13的充电电能，与目标负载 供给可能电能减去负载电能的值相等，同时，使得二次电池用DC/DC转换器23的输出电压 值(PV2)，比燃料电池用DC/DC转换器22的输出电压值(PV1)小，不管二次电池用DC/DC转 换器23是否接通，都不从二次电池用DC/DC转换器23，向系统输出端17供电。
另外，在目标负载供给可能电能小于负载电能的情况下，微型计算机25让二次电 池用DC/DC转换器23的输出电压值(PV2)，与燃料电池用DC/DC转换器22的输出电压值 (PV1)相等，使得二次电池13的放电电能，与负载电能减去目标负载供给可能电能的值相 等，从而从二次电池用DC/DC23输出对应于负载电能的电能量，同时断开二次电池充电电 路24，让二次电池充电电路24的充电电流为0。 另外，在目标负载供给可能电能等于负载电能的情况下，微型计算机25让二次电 池用DC/DC转换器23的输出电压值(PV2)，小于燃料电池用DC/DC转换器22的输出电压值 (PV1)，使得二次电池13的充电电能与放电电能都为0，不管二次电池用DC/DC转换器23是 否接通，都不从二次电池用DC/DC转换器23，向系统输出端17供电，同时断开二次电池充电 电路24，让二次电池充电电路24的充电电流为0。 通过上述微型计算机25的动作，能够将燃料电池组11的输出电能保持为目标电 能值(一定值)。另外，在负载电压一定的情况下，还可以代替负载电能检测电路，使用检测 出与系统输出端17相连接的电器向燃料电池系统所要求的电流(负载电流)的负载电流 检测电路。 另外，能够跟踪负载急变的本发明的燃料电池系统，也可以不具有燃料电池用DC/ DC转换器。作为相关构成的一例，可以从图IO中所示的本发明的燃料电池系统中，去掉燃 料电池用DC/DC转换器14、电流检测电路18、及微型计算机19，将燃料电池组11与二次电 池用DC/DC转换器15的输出端、二次电池充电电路16的输入端、及系统输出端17直接连接 起来。相关构成的燃料电池系统中，伴随着与系统输出端17相连接的电器向燃料电池系统 所要求的电能的增加，燃料电池组11的输出电压下降。 一旦燃料电池组11的输出电压下 降到二次电池用DC/DC转换器15的输出电压以下，便从二次电池用DC/DC转换器15向系 统输出端17供电，燃料电池组11的输出电能与二次电池用DC/DC转换器15的输出电能， 经系统输出端17提供给电器，通过与二次电池用DC/DC转换器15的输出电压相同的值，对 燃料电池组11的输出电压进行钳位。 但是，燃料电池系统中，直到燃料电池自身的温度上升才能够获得燃料电池的输 出，因此，从系统起动到燃料电池系统开始输出之间需要时间，因此，在燃料电池系统开始 输出之前，必须通过蓄电设备的输出对负载进行所有的支持。也即，在蓄电设备的残量不足的情况下，燃料电池系统有时候无法起动。 为了防止蓄电设备的残量不足而系统无法起动，本发明的燃料电池系统中，最好 具有蓄电设备优先充电部，用来在蓄电设备的残量为给定量以下的情况下，停止从燃料电 池系统向电器供电，优先对蓄电设备进行充电。 例如，在将用来防止蓄电设备的残量不足所引起的系统无法起动的上述蓄电设备
优先充电部，添加到图10中所示的本发明的燃料电池系统中的情况下，成为图17所示的构
成。另外，图17中给和图IO相同的部分标上相同的符号，省略其详细说明。 图17中所示的本发明的燃料电池系统，在图10中所示的本发明的燃料电池系统
中新增加了残量检测电路27、控制电路28、开关29以及通知装置30，同时，让燃料电池用
DC/DC转换器14的输出端、二次电池用DC/DC转换器15的输出端、二次电池充电电路16的
输入端，经开关29与系统输出端17相连接，而不是直接连接起来。 残量检测电路27检测出二次电池13的残量，并将该检测结果输出给控制电路28。 控制电路28对残量检测电路27所检测出的二次电池13的残量是否为给定量以下进行监 视，如果二次电池13的残量变为给定量以下，则将通常为接通的开关29断开，停止从燃料 电池系统向与系统输出端17相连接的电器供电，强制接通二次电池充电电路16，优先对二 次电池13进行充电，并向通知装置30通知二次电池13的残量变为给定量以下。在通知装 置30是LED等显示装置的情况下，例如可以显示出二次电池13的残量，在通知装置30是 蜂鸣器等声音输出装置的情况下，例如可以输出用来通知二次电池13的残量变成了给定 量以下的报警音。通过这样的通知，用户可以获知不从燃料电池系统向电器供电的原因，而 不会误认为故障。 另外，上述实施方式中使用二次电池(二次电池3、3a、3b或13)作为蓄电设备，但 也可以代替二次电池，使用其他蓄电设备(例如双电荷层电容器等)。
权利要求
一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统包括燃料电池；变换上述燃料电池的输出电压的燃料电池用DC/DC转换器；蓄电设备；变换上述蓄电设备的输出电压的蓄电设备用DC/DC转换器；对上述蓄电设备进行充电的充电电路，所述燃料电池系统是上述燃料电池和上述蓄电设备的并联系统，上述燃料电池系统的控制方法的特征在于上述燃料电池用DC/DC转换器的输出端、上述蓄电设备用DC/DC转换器的输出端及上述充电电路的输入端相连接；对应于上述燃料电池用DC/DC转换器的输出端与上述蓄电设备用DC/DC转换器的输出端以及上述充电电路的输入端之间的接点的电压，切换上述充电电路的接通/断开。
2. 如权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于 上述蓄电设备用DC/DC转换器常时接通。
3. 如权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于通过残量检测电路检测出上述蓄电设备的残量，通过停止部在上述残量检测电路所检 测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下停止从燃料电池系统向外部的供 电，通过蓄电设备优先充电部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了 给定量以下的情况下优先对上述蓄电设备进行充电。
4. 如权利要求3所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于通过通知部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下 的情况下，对上述蓄电设备的残量变成了给定量以下这一事项进行通知。
5. —种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统包括燃料电池；蓄电设备；变换上 述蓄电设备的输出电压的蓄电设备用DC/DC转换器；充电电路，其将上述燃料电池作为电能源对上述蓄电设备进行充电，该燃料电池系统是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，上述燃料电池系统的控制方法的特征在于对应于负载电能对上述蓄电设备的放电电 能以及充电电能进行控制。
6. 如权利要求5所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于通过残量检测电路检测出上述蓄电设备的残量，通过停止部在上述残量检测电路所检 测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下停止从燃料电池系统向外部的供 电，通过蓄电设备优先充电部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了 给定量以下的情况下优先对上述蓄电设备进行充电。
7. 如权利要求6所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于通过通知部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下 的情况下，对上述蓄电设备的残量变成了给定量以下这一事项进行通知。
8. —种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统包括燃料电池；蓄电设备；变换 上述蓄电设备的输出电压的蓄电设备用DC/DC转换器；对上述蓄电设备进行充电的充电电 路，上述燃料电池系统是上述燃料电池和上述蓄电设备的并联系统，上述燃料电池系统的 控制方法的特征在于上述燃料电池的输出端、上述蓄电设备用DC/DC转换器的输出端、及上述充电电路的输入端相连接；对应于上述燃料电池的输出端与上述蓄电设备用DC/DC转换器的输出端以及上述充 电电路的输入端之间的接点的电压，切换上述充电电路的接通/断开。
9. 如权利要求8所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于上述蓄电设备用DC/DC转换器常时接通。
10. 如权利要求8所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于通过残量检测电路检测出上述蓄电设备的残量，通过停止部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下停止从燃料电池系统向外部的供电，通过蓄电设备优先充电部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下优先对上述蓄电设备进行充电。
11. 如权利要求10所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于通过通知部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下，对上述蓄电设备的残量变成了给定量以下这一事项进行通知。
12. —种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统包括燃料电池；向上述燃料电池供给燃料的燃料供给部；多个蓄电设备；双向DC/DC转换器，所述双向DC/DC转换器有选择地进行将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作，与使用上述燃料电池的输出电能对上述蓄电设备进行充电的动作；开关部，上述燃料电池系统是上述燃料电池和上述蓄电设备的并联系统，上述燃料电池系统的控制方法的特征在于通过上述开关部切换上述多个蓄电设备，使其分别与上述燃料电池及外部负载中的任一个相连接，控制上述双向DC/DC转换器以及上述开关部，让介于与上述燃料电池相连接的上述蓄电设备与上述燃料电池之间的上述双向DC/DC转换器，进行使用上述燃料电池的输出电能对上述蓄电设备进行充电的动作；并让介于与上述外部负载相连接的上述蓄电设备与上述外部负载之间的上述双向DC/DC转换器进行将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出的动作。
13. 如权利要求12所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于上述燃料供给部将基于上述燃料电池系统的输出的电能作为动作电源。
14. 如权利要求12所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于通过残量检测电路检测出上述蓄电设备的残量，通过停止部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下停止从燃料电池系统向外部的供电，通过蓄电设备优先充电部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下优先对上述蓄电设备进行充电。
15. 如权利要求14所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于通过通知部在上述残量检测电路所检测出的上述蓄电设备的残量变成了给定量以下的情况下，对上述蓄电设备的残量变成了给定量以下这一事项进行通知。
全文摘要
本发明涉及一种燃料电池系统的控制方法，燃料电池系统具有燃料电池组、向上述燃料电池组供给燃料的燃料供给部、作为蓄电设备的二次电池、双向DC/DC转换器及模式控制电路，上述控制方法中，所述双向DC/DC转换器有选择地进行将上述二次电池的输出电压变换成给定的电压并输出的动作(放电动作)，与使用上述燃料电池组的输出电能对上述二次电池进行充电的动作(充电动作)。上述模式控制电路，检测出上述燃料电池组的输出电压，如果上述燃料电池组的输出电压大于设定值，则让上述双向DC/DC转换器进行充电动作；如果上述燃料电池组的输出电压不大于上述设定值，则让上述双向DC/DC转换器进行放电动作。
文档编号H02J7/00GK101795016SQ20101015012
公开日2010年8月4日 申请日期2005年8月4日 优先权日2004年8月6日
发明者关口邦久, 濑尾和宏, 甲野藤正明, 藤井雅也 申请人:三洋电机株式会社