BR112018001872B1

BR112018001872B1 - Sistema de célula de combustível

Info

Publication number: BR112018001872B1
Application number: BR112018001872-4A
Authority: BR
Inventors: Daiki Tanaka; Tatsuya Yaguchi
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2022-05-10
Also published as: CA2993499A1; EP3331078B1; JPWO2017017786A1; EP3331078A4; US20180219238A1; BR112018001872A2; CA2993499C; WO2017017786A1; EP3331078A1; JP6458868B2; US10249894B2; CN107851820B; CN107851820A

Abstract

Trata-se de um sistema de célula de combustível que inclui: uma primeira pilha de célula de combustível; e uma segunda pilha de célula de combustível com tensão de saída menor do que a primeira pilha de célula de combustível, uma pilha de pré-comutação configurada pela primeira pilha de célula de combustível ou pela segunda pilha de célula de combustível, uma pilha de elevação configurada pela primeira pilha de célula de combustível ou pela segunda pilha de célula de combustível, uma pilha de pós-comutação configurada por pelo menos a primeira pilha de célula de combustível, e eleva a tensão da pilha de elevação com a pilha de pré-comutação conectada à carga e, então, comuta para um estado de conexão em que a pilha de pós- comutação está conectada à carga.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de célula de combustível que inclui múltiplas pilhas de célula de combustível.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] É conhecida uma técnica em que, em um sistema de célula de combustível que inclui duas pilhas de célula de combustível de uma pilha de inicialização e uma pilha principal, a inicialização é realizada com o uso apenas da pilha de inicialização e o escape da pilha de inicialização é suprido para a pilha principal para aquecer a pilha principal em curto tempo (consulte a Literatura de patente 1). A pilha de inicialização é conectada a uma carga de inicialização durante a inicialização e é desligada, comutada para um estado em espera ou conectada à pilha principal quando o aquecimento da pilha principal é concluído. LISTA DE CITAÇÃO LITERATURA DE PATENTE Literatura de Patente 1: Publicação de pedido de patente europeia n° 1507302

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[003] No entanto, na técnica descrita na Literatura de patente 1, quando uma pilha conectada à carga é alterada para uma outra pilha, ocorre grande flutuação de tensão na carga no momento da alteração. Consequentemente, existe um risco de causar uma corrente de irrupção ou tensão de surto. Ademais, quando as pilhas são conectadas em série, uma corrente de uma pilha pode fluir na outra pilha, causando, assim, grande flutuação na tensão de saída total. Uma quantidade excessiva de combustível precisa ser suprida para a pilha de célula de combustível com grande flutuação de tensão para impedir a degradação, e isso pode causar diminuição em eficácia de saída.

[004] Em vista dos problemas mencionados anteriormente, um objetivo da presente invenção consiste em fornecer um sistema de célula de combustível que pode aperfeiçoar a estabilidade da tensão de saída.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[005] Um sistema de célula de combustível que inclui: uma primeira pilha de célula de combustível; e uma segunda pilha de célula de combustível com tensão de saída menor do que a primeira pilha de célula de combustível, uma pilha de pré- comutação configurada pela primeira pilha de célula de combustível ou pela segunda pilha de célula de combustível, uma pilha de elevação configurada pela primeira pilha de célula de combustível ou pela segunda pilha de célula de combustível, uma pilha de pós-comutação configurada por pelo menos a primeira pilha de célula de combustível, e eleva a tensão da pilha de elevação com a pilha de pré-comutação conectada a uma carga e, então, comuta para um estado de conexão em que a pilha de pós-comutação está conectada à carga.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[006] A presente invenção pode fornecer o sistema de célula de combustível em que o dispositivo de controle de eletricidade tem a configuração com capacidade de elevar a tensão da pilha de célula de combustível e que pode, assim, aperfeiçoar a estabilidade da tensão de saída.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A Figura 1 é um diagrama de blocos que explica um exemplo de configuração de um sistema de célula de combustível de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção.

[008] A Figura 2 é um diagrama de circuito que explica um dispositivo de controle de eletricidade incluído no sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[009] A Figura 3 é um exemplo que ilustra a tensão de carga do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[010] A Figura 4 é um fluxograma que explica um exemplo de operações do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[011] A Figura 5 é um diagrama de circuito que explica uma operação em um modo de inicialização do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[012] A Figura 6 é um diagrama de circuito que explica uma operação em um modo de baixa saída do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[013] A Figura 7 é um diagrama que explica um método para calcular a tensão alvo do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[014] A Figura 8 é um diagrama de circuito que explica uma operação em um modo normal do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[015] A Figura 9 é um diagrama de circuito que explica um método para calcular a tensão alvo do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[016] A Figura 10 é um diagrama de circuito que explica uma operação em um modo de alta saída do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[017] A Figura 11 é um resultado de simulação da tensão de carga do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[018] A Figura 12 é um resultado de simulação da tensão de carga do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[019] A Figura 13 é um diagrama de circuito que explica um dispositivo de controle de eletricidade incluído em um sistema de célula de combustível de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção.

[020] A Figura 14 é um diagrama de circuito que explica um dispositivo de controle de eletricidade incluído em um sistema de célula de combustível de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção.

[021] A Figura 15 é um diagrama de circuito que explica um dispositivo de controle de eletricidade incluído em um sistema de célula de combustível de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção.

[022] A Figura 16 é um diagrama de circuito que explica uma operação em um modo de baixa saída do sistema de célula de combustível de acordo com a quarta modalidade da presente invenção.

[023] A Figura 17 é um diagrama de circuito que explica uma operação em um modo de alta saída do sistema de célula de combustível de acordo com a quarta modalidade da presente invenção.

[024] A Figura 18 é um resultado de simulação da tensão de carga do sistema de célula de combustível de acordo com a quarta modalidade da presente invenção.

[025] A Figura 19 é um diagrama de circuito que explica um dispositivo de controle de eletricidade incluído em um sistema de célula de combustível de acordo com uma quinta modalidade da presente invenção.

[026] A Figura 20 é um exemplo que ilustra a tensão de carga do sistema de célula de combustível de acordo com a quinta modalidade da presente invenção.

[027] A Figura 21 é um resultado de simulação da tensão de carga do sistema de célula de combustível de acordo com a quinta modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[028] As modalidades da presente invenção são descritas com referência aos desenhos. Na descrição dos desenhos, as partes similares ou iguais são denotadas pelos sinais de referência similares ou iguais, e a descrição sobreposta é omitida.

[Primeira modalidade]

[029] Conforme ilustrado na Figura 1, um sistema de célula de combustível de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção inclui uma primeira pilha de célula de combustível FC1, uma segunda pilha de célula de combustível FC2, uma passagem de escape 30, um dispositivo de controle de eletricidade 40, um processador 50, um armazenamento 60 e uma carga 70. O sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade é, por exemplo, um sistema que supre potência elétrica de células de combustível como potência de acionamento de um veículo elétrico. A carga 70 corresponde a um inversor, um motor e similares.

[030] A primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 são, cada uma, configuradas por, por exemplo, uma célula de combustível de óxido sólido (SOFC), uma célula de combustível de eletrólito de polímero (PEFC) ou similares que gera potência com o uso de reação química entre oxigênio e combustível, como hidrogênio, combustível diesel, gasolina ou etanol. A primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 são, cada uma, uma pilha de célula que é formada por meio de empilhamento de células em que cada uma inclui um eletrodo de combustível (anodo), um eletrodo de oxigênio (cátodo), um eletrólito, um separador e similares.

[031] A primeira pilha de célula de combustível FC1 é uma pilha principal que supre potência para a carga 70 em um modo normal. A primeira pilha de célula de combustível FC1 inclui um detector de condição 10 que detecta pelo menos uma dentre a tensão de saída e a temperatura da primeira pilha de célula de combustível FC1. Em outras palavras, o detector de condição 10 inclui pelo menos um dentre um voltímetro e um termômetro. O detector de condição 10 emite pelo menos uma dentre a tensão e temperatura detectada para o processador 50 ao longo do tempo.

[032] A segunda pilha de célula de combustível FC2 tem uma capacidade de potência menor do que a primeira pilha de célula de combustível FC1. Em outras palavras, a segunda pilha de célula de combustível FC2 tem tensão de saída menor do que a primeira pilha de célula de combustível FC1. A segunda pilha de célula de combustível FC2 inclui um detector de condição 20 que detecta pelo menos uma dentre a tensão de saída e a temperatura da segunda pilha de célula de combustível FC2. Em outras palavras, o detector de condição 20 inclui pelo menos um dentre um voltímetro e um termômetro. O detector de condição 20 emite pelo menos uma dentre a tensão e temperatura detectada para o processador 50 ao longo do tempo. Ademais, a segunda pilha de célula de combustível FC2 inclui uma passagem usada para introduzir gás a partir de um aquecedor 35, como um queimador para o aquecimento na inicialização.

[033] A passagem de escape 30 é uma tubulação usada para suprir calor gerado na geração de potência na segunda pilha de célula de combustível FC2 para a primeira pilha de célula de combustível FC1 sob a forma de escape. A passagem de escape 30 aquece a primeira pilha de célula de combustível FC1 por meio do suprimento do calor da segunda pilha de célula de combustível FC2 e promove a inicialização da primeira pilha de célula de combustível FC1.

[034] O dispositivo de controle de eletricidade 40 é um circuito que ajusta a potência de pelo menos uma dentre a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 e supre a potência ajustada para a carga 70. Um lado de entrada do dispositivo de controle de eletricidade 40 está conectado a eletrodos negativo e positivo da primeira pilha de célula de combustível FC1 e a um eletrodo positivo da segunda pilha de célula de combustível FC2. Um lado de saída do dispositivo de controle de eletricidade 40 está conectado a ambos os terminais da carga 70. O terminal do eletrodo negativo da carga 70 está conectado a um eletrodo negativo da segunda pilha de célula de combustível FC2.

[035] O dispositivo de controle de eletricidade 40 tem, como modos de operação, um modo em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta uma dentre a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 à carga 70, um modo de alta saída em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 em série à carga 70, e um modo de elevação em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 eleva a tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 e supre a tensão elevada para a carga 70. A comutação para cada um dos modos do dispositivo de controle de eletricidade 40 é controlada pelo processador 50.

[036] O processador 50 controla operações do dispositivo de controle de eletricidade 40 e também controla o processamento exigido para as operações realizadas pelo sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade. O processador 50 pode ser configurado por, por exemplo, um microcontrolador que é um circuito integrado que inclui uma unidade de processamento central (CPU), uma memória, uma interface de entrada-saída e similares. Nesse caso, as funções do processador 50 são implantadas fazendo-se com que a CPU execute um programa de computador instalado antecipadamente no microcontrolador. O microcontrolador também pode servir como uma unidade de controle eletrônica (ECU) usada para outros controles associados ao veículo.

[037] O armazenamento 60 armazena uma característica de corrente-tensão (curva IV) de cada uma dentre a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2. O armazenamento 60 armazena característica de corrente-tensão em cada temperatura devido ao fato de que a característica de corrente-tensão varia dependendo da temperatura de cada uma dentre a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2. O armazenamento 60 pode ser configurado por um dispositivo de armazenamento, como uma memória semicondutora ou um disco magnético.

[038] Por exemplo, conforme ilustrado na Figura 2, o dispositivo de controle de eletricidade 40 inclui três elementos de comutação SW3, SW1, SW2 que são conectados em série nessa ordem entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo da primeira pilha de célula de combustível FC1 e um elemento de comutação SW5 que é conectado entre o eletrodo negativo da primeira pilha de célula de combustível FC1 e o eletrodo negativo da segunda pilha de célula de combustível FC2. O dispositivo de controle de eletricidade 40 inclui adicionalmente um reator L2 conectado entre o eletrodo positivo da segunda pilha de célula de combustível FC2 e um ponto de contato do elemento de comutação SW1 e do elemento de comutação SW2.

[039] Os elementos de comutação SW1, SW2, SW5 podem ser, cada um, configurados por, por exemplo, um elemento de comutação semicondutor, como um transístor de efeito de campo de porta isolada (IGFET), um transístor bipolar de porta isolada (IGBT) ou um MOS-FET. Os terminais de porta dos elementos de comutação SW1, SW2, SW5 são conectados ao processador 50 e operações dos mesmos são controladas pelo processador 50. O elemento de comutação SW3 é configurado por uma chave mecânica que abre e fecha mecanicamente um ponto de contato. Uma operação do elemento de comutação SW3 é controlada pelo processador 50.

[040] Ademais, o sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade inclui um capacitor C1 conectado entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo da primeira pilha de célula de combustível FC1, um capacitor C2 conectado entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo da segunda pilha de célula de combustível FC2, e um capacitor CL conectado entre ambos os terminais da carga 70.

[041] A Figura 3 é um exemplo que ilustra a tensão (tensão de carga) VL entre ambos os terminais da carga 70 a partir de um ponto em que o sistema de célula de combustível, de acordo com a primeira modalidade, é inicializada a um ponto em que a potência da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da segunda pilha de célula de combustível FC2 é suprida para a carga 70.

[042] Em um período a a partir do tempo t0 ao tempo t1, o dispositivo de controle de eletricidade 40 eleva a tensão de saída (por exemplo, 20 V) da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a tensão igual à tensão de saída (por exemplo, 50 V) da primeira pilha de célula de combustível FC1 e emite a tensão de saída elevada para a carga 70. Em um período b a partir do tempo t1 ao tempo t2, o dispositivo de controle de eletricidade 40 comuta a fonte de alimentação a partir da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a primeira pilha de célula de combustível FC1 e emite a tensão de saída da primeira pilha de célula de combustível FC1 para a carga 70.

[043] Em um período c a partir do tempo t2 ao tempo t3, o dispositivo de controle de eletricidade 40 eleva a tensão de saída da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a tensão igual à soma da tensão de saída da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão de saída da segunda pilha de célula de combustível FC2 e emite a tensão de saída elevada. Em um período d a partir do tempo t3 e além, o dispositivo de controle de eletricidade 40 comuta a fonte de alimentação a partir da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 e emite a tensão de saída da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da segunda pilha de célula de combustível FC2 conectada em série para a carga 70.

[044] Um exemplo de operações do sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade a partir da inicialização de sistema até o ponto em que a potência da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da segunda pilha de célula de combustível FC2 seja suprida para a carga 70 é descrito abaixo com o uso do fluxograma da Figura 4, com referência às Figuras 5 a 10. O sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade é inicializado mediante a ligação de uma chave de ignição do veículo em que o sistema de célula de combustível é montado ou mediante a realização de uma operação similar, e uma série de processos é inicializada.

[045] Primeiramente, na etapa S101, o processador 50 comuta para o modo de inicialização quando a temperatura detectada por cada um dos detectores de condição 10, 20 é igual a ou menor do que um limiar predeterminado. Conforme ilustrado na Figura 5, no modo de inicialização, o processador 50 controla o dispositivo de controle de eletricidade 40 de modo que os elementos de comutação SW1, SW3 sejam definidos como desligados e apenas os elementos de comutação SW2, SW5 sejam definidos como ligados. Observe que as linhas tracejadas nos diagramas de circuito significam fios através dos quais nenhuma corrente está fluindo. No modo de inicialização, a segunda pilha de célula de combustível FC2 é aquecida pelo aquecedor 35. O combustível é feito para fluir na segunda pilha de célula de combustível FC2 quando a temperatura da segunda pilha de célula de combustível FC2 detectada pelo detector de condição 10 alcança um limiar predeterminado (por exemplo, 300 °C). Quando a força eletromotriz é gerada na segunda pilha de célula de combustível FC2, é formado um circuito fechado em que uma corrente circula enquanto flui através do reator L2. A segunda pilha de célula de combustível FC2 pode reduzir o tempo de inicialização com o uso do calor gerado por si mesma na gerador de potência.

[046] Na etapa S102, quando a segunda pilha de célula de combustível FC2 é inicializada, conforme ilustrado na Figura 6, o dispositivo de controle de eletricidade 40 define apenas o elemento de comutação SW1 para ligar de acordo com o controle do processador 50 para conectar apenas a segunda pilha de célula de combustível FC2 à carga 70. Ademais, a passagem de escape 30 supre o escape da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a primeira pilha de célula de combustível FC1 para aquecer a primeira pilha de célula de combustível FC1 e promover a inicialização da primeira pilha de célula de combustível FC1.

[047] Na etapa S103, o processador 50 comuta para o modo de elevação e controla o dispositivo de controle de eletricidade 40 de modo que a tensão inserida a partir da segunda pilha de célula de combustível FC2 seja elevada para a tensão igual à tensão de saída (tensão de circuito aberto) da primeira pilha de célula de combustível FC1. O dispositivo de controle de eletricidade 40 funciona como um circuito de pulsador de elevação ligando e desligando alternadamente os elementos de comutação SW2, SW5, enquanto que liga e desliga alternadamente o elemento de comutação SW1 com o elemento de comutação SW3 estando aberto. Especificamente, o estado do dispositivo de controle de eletricidade 40 é alternadamente comutado entre o estado ilustrado na Figura 5 e o estado ilustrado na Figura 6. A razão de trabalho do dispositivo de controle de eletricidade 40 é ajustada pelo processador 50 e isso possibilita que o dispositivo de controle de eletricidade 40 eleve suavemente a tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1.

[048] Na etapa S104, a inicialização da primeira pilha de célula de combustível FC1 é iniciada quando pelo menos uma dentre a tensão de saída e a temperatura da primeira pilha de célula de combustível FC1 alcança um limiar predeterminado, e a geração de potência na primeira pilha de célula de combustível FC1 seja promovida.

[049] Na etapa S105, o dispositivo de controle de eletricidade 40 realiza o controle da comutação da fonte de alimentação conectada à carga 70 a partir da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a primeira pilha de célula de combustível FC1, de acordo com o controle do processador 50. Primeiramente, o processador 50 obtém pelo menos uma dentre a temperatura e a tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da segunda pilha de célula de combustível FC2 a partir dos detectores de condição 10 e 20. Uma vez que a temperatura e a tensão de cada pilha de célula de combustível estão relacionadas uma à outra, o processador 50 pode compreender uma através da outra.

[050] O processador 50 lê uma característica de corrente-tensão P1 que corresponde à presente temperatura da primeira pilha de célula de combustível FC1 e uma característica de corrente-tensão P2 que corresponde à presente temperatura da segunda pilha de célula de combustível FC2, a partir do armazenamento 60. Conforme ilustrado na Figura 7, o armazenamento 60 armazena características de saída Q1, Q2 que correspondem às respectivas características de tensão de corrente P1, P2. O processador 50 calcula uma tensão estimada da primeira pilha de célula de combustível FC1 na qual a saída deve ser igual à presente saída da segunda pilha de célula de combustível FC2, com base nas características de corrente-tensão P1, P2 e nas características de saída Q1, Q2, conforme ilustrado na Figura 7 pelas setas que se estendem a partir da característica de corrente-tensão P2 até a característica de corrente-tensão P1.

[051] O dispositivo de controle de eletricidade 40 ajusta a razão de trabalho no modo de elevação de acordo com o controle pelo processador 50, de modo que a tensão de carga se torne igual à tensão alvo que é a tensão estimada da primeira pilha de célula de combustível FC1. Quando a tensão de carga é elevada até a tensão alvo e a elevação é concluída, o processador 50 faz com que o processamento prossiga para a etapa S106.

[052] Na etapa S106, o processador 50 comuta para o modo normal. Conforme ilustrado na Figura 8, no modo normal, o dispositivo de controle de eletricidade 40 define os elementos de comutação SW1, SW2 para desligar e define apenas os elementos de comutação SW3, SW5 para ligar para conectar apenas a primeira pilha de célula de combustível FC1 à carga 70. Quando o processador 50 comuta para o modo normal, a segunda pilha de célula de combustível FC2 é definida para um estado desligado ou um estado em espera em que a temperatura predeterminada é mantida para suprimir a geração de potência.

[053] Na etapa S107, o processador 50 determina se comuta para o modo de alta saída. O processador 50 pode determinar se comuta para o modo de alta saída dependendo, por exemplo, de se a tensão de carga alvo excede um limiar predeterminado com base na velocidade alvo e saída alvo do veículo. Mediante a comutação para o modo de alta saída, o processador 50 faz com que o processamento prossiga para a etapa S108. Mediante a não comutação para o modo de alta saída, o processador 50 repete o processamento da etapa S106.

[054] Na etapa S108, o processador 50 comuta temporariamente para o modo de elevação. No modo de elevação pouco antes da comutação para o modo de alta saída, o dispositivo de controle de eletricidade 40 eleva a tensão inserida a partir da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a tensão igual à soma da tensão de saída da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão de saída da segunda pilha de célula de combustível FC2. O dispositivo de controle de eletricidade 40 funciona como um circuito de pulsador de elevação ligando e desligando alternadamente os elementos de comutação SW2, SW5, enquanto que liga e desliga alternadamente o elemento de comutação SW1 com o elemento de comutação SW3 estando aberto, conforme ilustrado nas Figuras 5 e 6. A razão de trabalho do dispositivo de controle de eletricidade 40 é, dessa forma, ajustada pelo processador 50 e isso possibilita que o dispositivo de controle de eletricidade 40 eleve suavemente a tensão de saída da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a soma da tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2.

[055] Na etapa S109, o dispositivo de controle de eletricidade 40 realiza o controle da comutação da fonte de alimentação conectada à carga 70 a partir da primeira pilha de célula de combustível FC1 para a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 conectadas em série, de acordo com o controle do processador 50. O processador 50 obtém pelo menos uma dentre a temperatura e a tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da segunda pilha de célula de combustível FC2 a partir dos detectores de condição 10 e 20. Ademais, o processador 50 lê a característica de corrente-tensão P1 que corresponde à presente temperatura da primeira pilha de célula de combustível FC1 e a característica de corrente-tensão P2 que corresponde à presente temperatura da segunda pilha de célula de combustível FC2, a partir do armazenamento 60.

[056] O processador 50 calcula a tensão estimada da primeira pilha de célula de combustível FC1 no caso em que a corrente na presente segunda pilha de célula de combustível FC2 flui, com base nas características de corrente-tensão P1, P2, conforme ilustrado na Figura 9 pela seta que se estende a partir da característica de corrente-tensão P2 até a característica de corrente-tensão P1.

[057] O dispositivo de controle de eletricidade 40 ajusta a razão de trabalho no modo de elevação de acordo com o controle pelo processador 50, de modo que a tensão de carga se torne igual à tensão alvo que é a soma da tensão estimada da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2. Quando a tensão de carga é elevada até a tensão alvo e a elevação é concluída, o processador 50 faz com que o processamento prossiga para a etapa S110.

[058] Na etapa S110, o processador 50 comuta para o modo de alta saída. Conforme ilustrado na Figura 10, no modo de alta saída, o dispositivo de controle de eletricidade 40 define os elementos de comutação SW1, SW5 para desligar e define apenas os elementos de comutação SW2, SW3 para ligar para conectar a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 em série à carga 70.

[059] Conforme descrito acima, no sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, quando a tensão de carga após a comutação de modo de operação deve aumentar, a comutação de modo de operação é realizada através do modo de elevação. No sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, uma vez que a tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 pode ser elevada e suprida para a carga 70, a estabilidade da tensão de saída aplicada à carga 70 pode ser aperfeiçoada em baixo custo e alta eficácia, sem exigir um circuito de carregamento adicional ou similares.

[060] A Figura 11 é um resultado de simulação da tensão de carga VL nas etapas S103 a S106 no fluxograma da Figura 4. A simulação é que em um período de transição a partir do estado em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta apenas a segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilha de pré- comutação) à carga 70 para o estado em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta apenas a primeira pilha de célula de combustível FC1 (pilha de pós-comutação) à carga 70. A tensão de carga VL é suavemente elevada a partir da tensão de saída V2 da segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilha de elevação) para a tensão igual à tensão de saída V1 da primeira pilha de célula de combustível FC1 em um período a partir do tempo de 0,05 segundo a 0,15 segundo. Posteriormente, no tempo 0,25, o dispositivo de controle de eletricidade 40 comuta a partir do modo de elevação para o modo normal e apenas a primeira pilha de célula de combustível FC1 é, assim, conectada à carga 70.

[061] Em geral, quando a pilha conectada à carga é comutada, ocorre grande flutuação de tensão na carga no momento de comutação e há, portanto, um risco de causar uma corrente de irrupção ou tensão de surto. Entretanto, no sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, a tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilha de elevação) é elevada para a tensão igual à tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1 e, então, a comutação da pilha é realizada. Isto pode reduzir a corrente de irrupção e a tensão de surto e aperfeiçoar a estabilidade da tensão de saída aplicada à carga 70.

[062] A Figura 12 é um resultado de simulação da tensão de carga VL nas etapas S108 a S110 no fluxograma da Figura 4. A simulação é que em um período de transição a partir do estado em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta apenas a primeira pilha de célula de combustível FC1 (pilha de pré- comutação) à carga 70 para o estado em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilhas de pós-comutação) em série à carga 70. A tensão de carga VL é suavemente elevada a partir da tensão de saída V1 para a tensão igual à soma da tensão de saída V1 e da tensão de saída V2 em um período a partir do tempo de 0,08 segunda a 0,11 segundo. Posteriormente, no tempo 0,25, o dispositivo de controle de eletricidade 40 comuta a partir do modo de elevação para o modo de alta saída e a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 são, assim, conectadas em série à carga 70.

[063] Em geral, quando as pilhas são conectadas em série, há uma possibilidade de que a corrente de uma dentre as pilhas flua na outra pilha, causando, assim, grande flutuação na tensão de saída total. Entretanto, no sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, a tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilha de elevação) é elevada para a tensão igual à soma da tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 e, então, a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 são conectadas em série à carga 70. O sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade pode, assim, reduzir a flutuação brusca na tensão de carga e reduzir o consumo de combustível desnecessário para aperfeiçoar a eficácia de saída.

[064] Ademais, no sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, quando a temperatura da primeira pilha de célula de combustível FC1 e a temperatura da segunda pilha de célula de combustível FC2 são iguais a ou menores do que o limiar predeterminado, a tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 é elevada e suprida para a carga 70. O suprimento de potência a partir da segunda pilha de célula de combustível FC2 com pequena capacidade para a carga 70, conforme descrito acima, pode reduzir o tempo de inicialização do sistema.

[065] Ademais, o sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade é dotado da passagem de escape 30. Consequentemente, um queimador externo ou similares para o aquecimento da primeira pilha de célula de combustível FC1 é desnecessário e a primeira pilha de célula de combustível FC1 pode ser aquecida de modo eficaz.

[066] Adicionalmente, o sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade suprime a geração de potência na segunda pilha de célula de combustível FC2 e promove a geração de potência na primeira pilha de célula de combustível FC1 quando pelo menos uma dentre a temperatura e a tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1 excede o limiar predeterminado. Isso pode reduzir a frequência de uso da segunda pilha de célula de combustível FC2 necessária em cada operação de inicialização e suprimir a degradação da segunda pilha de célula de combustível FC2. Ademais, a eficácia de saída pode ser aperfeiçoada mediante o suprimento da tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1 com grande capacidade para a carga 70.

[067] Ademais, o sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade eleva a tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a tensão igual à tensão estimada calculada com base na característica de corrente- tensão P1 da primeira pilha de célula de combustível FC1. O sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade pode reduzir, assim, a flutuação de tensão na carga 70 na comutação para o modo normal e suprimir a ocorrência da corrente de irrupção e da tensão de surto.

[068] Adicionalmente, o sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade pode reduzir a frequência de uso da segunda pilha de célula de combustível FC2 necessária em cada operação de inicialização e suprimir a degradação da segunda pilha de célula de combustível FC2 por meio da comutação para o modo de alta saída apenas quando a tensão de carga alvo excede o limiar predeterminado.

[069] Ademais, o sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade eleva a tensão da segunda pilha de célula de combustível FC2 para a tensão igual à tensão alvo calculada com base nas características de corrente- tensão P1, P2 mediante a comutação para o modo de alta saída. O sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade pode, assim, reduzir a flutuação de tensão na carga 70 na comutação a partir do modo normal para o modo de alta saída e suprimir a ocorrência da corrente de irrupção e da tensão de surto.

[070] Ademais, no sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, na inicialização, o dispositivo de controle de eletricidade 40 faz com que a corrente da segunda pilha de célula de combustível FC2 circule através da segunda pilha de célula de combustível FC2 através da resistência (reator). A segunda pilha de célula de combustível FC2 pode, assim, reduzir o tempo de inicialização com o uso do calor gerado por si mesma na geração de potência.

[Segunda modalidade]

[071] Um sistema de célula de combustível de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção é diferente daquele de acordo com a primeira modalidade pelo fato de que o elemento de comutação SW3 do dispositivo de controle de eletricidade 40 é configurado por um elemento de comutação semicondutor em vez da chave mecânica, conforme ilustrado na Figura 13. As outras configurações, operações e efeitos que não são descritos na segunda modalidade são substancialmente iguais àqueles na primeira modalidade e a descrição sobreposta é omitida.

[072] O elemento de comutação SW3 pode ser configurado por, por exemplo, um elemento de comutação semicondutor, como um transístor de efeito de campo de porta isolada (IGFET), um transístor bipolar de porta isolada (IGBT) ou um MOS-FET. O elemento de comutação SW3 é um elemento de potência que controla a potência da primeira pilha de célula de combustível FC1 com grande capacidade.

[073] No sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, o elemento de comutação SW3 é configurado pela chave mecânica. Dessa forma, há uma possibilidade de degradação como aderência devido ao arco, dependendo de condições de uso. Entretanto, uma vez que o elemento de comutação SW3 incluído no sistema de célula de combustível de acordo com a segunda modalidade é configurado pelo elemento de comutação semicondutor, é possível para reduzir a degradação e aperfeiçoar a durabilidade.

[Terceira modalidade]

[074] Um sistema de célula de combustível de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção é diferente daquele de acordo com a segunda modalidade pelo fato de que o dispositivo de controle de eletricidade 40 é adicionalmente dotado de um elemento de comutação SW4 que é conectado oposto ao elemento de comutação SW3 conforme ilustrado na Figura 14. As outras configurações, operações e efeitos que não são descritos na terceira modalidade são substancialmente iguais àqueles na primeira e segunda modalidades e a descrição sobreposta é omitida.

[075] O elemento de comutação SW4 pode ser configurado por, por exemplo, um elemento de comutação semicondutor, como um transístor de efeito de campo de porta isolada (IGFET), um transístor bipolar de porta isolada (IGBT) ou um MOS-FET, similar aos outros elementos de comutação SW1 a SW3 e SW5. O elemento de comutação SW4 é um elemento de potência que controla a potência da primeira pilha de célula de combustível FC1 com grande capacidade. O elemento de comutação SW4 é conectado entre o elemento de comutação SW3 e a primeira pilha de célula de combustível FC1.

[076] No sistema de célula de combustível de acordo com a segunda modalidade, um diodo na direção reversa à primeira pilha de célula de combustível FC1 é incorporado no elemento de comutação SW3 configurado pelo elemento de comutação semicondutor. Consequentemente, a tensão no lado de carga 70 não pode exceder a tensão de saída da primeira pilha de célula de combustível FC1 mediante o fluxo da corrente no lado da primeira pilha de célula de combustível FC1. Entretanto, o sistema de célula de combustível de acordo com a terceira modalidade é dotado do elemento de comutação SW4 conectado na direção reversa ao elemento de comutação SW3 e pode, assim, elevar a tensão de carga para qualquer tensão para qual o dispositivo de controle de eletricidade 40 tem capacidade para elevar a tensão de carga.

[077] Observe que o sistema de célula de combustível de acordo com a terceira modalidade pode incluir, em vez dos elementos de comutação SW3, SW4, um elemento de comutação bidirecional como uma configuração em que os elementos de comutação SW3, SW4 são integrados. O elemento de comutação bidirecional é configurado por, por exemplo, um IGBT de bloqueio reverso ou similares.

[Quarta modalidade]

[078] Um sistema de célula de combustível de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção é diferente daquele na terceira modalidade pelo fato de que o dispositivo de controle de eletricidade 40 inclui adicionalmente um reator L1 e um diodo D conforme ilustrado na Figura 15. As outras configurações, operações e efeitos que não são descritos na quarta modalidade são substancialmente iguais àqueles na primeira a terceira modalidade e a descrição sobreposta é omitida.

[079] O reator L1 é conectado entre o eletrodo positivo da primeira pilha de célula de combustível FC1 e o terminal do eletrodo positivo do capacitor C1 em série. O diodo D é conectado entre o reator L2 e o terminal de eletrodo de lado de esfera azul do capacitor C2 em série. O diodo D é conectado na direção para frente à saída da segunda pilha de célula de combustível FC2.

[080] Conforme ilustrado na Figura 16, em um modo de baixa saída, o dispositivo de controle de eletricidade 40 define os elementos de comutação SW2 a SW5 para desligar e define apenas o elemento de comutação SW1 para ligar para conectar apenas a segunda pilha de célula de combustível FC2 à carga 70.

[081] No modo de elevação, o dispositivo de controle de eletricidade 40 comuta alternadamente em velocidade alta entre o modo de baixa saída em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta apenas a segunda pilha de célula de combustível FC2 à carga 70 e o modo de alta saída em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 em série à carga 70, conforme ilustrado na Figura 17. Especificamente, o dispositivo de controle de eletricidade 40 comuta alternadamente entre o estado ilustrado na Figura 16 e o estado ilustrado na Figura 17. Mediante o ajuste da razão de trabalho da comutação, o dispositivo de controle de eletricidade 40 pode controlar a tensão de carga para ser qualquer tensão a partir da tensão de saída da segunda pilha de célula de combustível FC2 à soma da tensão de saída da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão de saída da segunda pilha de célula de combustível FC2.

[082] Por exemplo, no sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, na comutação a partir do modo de baixa saída ou do modo normal para o modo de alta saída, a energia armazenada no reator L1 e similares pode fazer com que uma corrente flue bruscamente na primeira pilha de célula de combustível FC1 ou na segunda pilha de célula de combustível FC2 dependendo de condições de uso. Quando a corrente altera bruscamente na pilha de célula de combustível, há uma possibilidade de que a quantidade de combustível a ser suprida para a pilha de célula de combustível não pode seguir essa alteração e o combustível que flui na pilha de célula de combustível se torna insuficiente. Nesse caso, uma quantidade insuficiente de combustível leva à falha e deterioração da pilha de célula de combustível devido à oxidação do eletrodo de combustível. Consequentemente, uma quantidade em excesso de combustível precisa ser suprida e isso pode causar a diminuição na eficácia de saída em relação ao combustível.

[083] Uma vez que o sistema de célula de combustível de acordo com a quarta modalidade inclui o reator L1, é possível suprimir o fluxo brusco da corrente na primeira pilha de célula de combustível FC1 na comutação para o estado em que a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 são conectadas em série à carga 70. Especificamente, uma vez que o dispositivo de controle de eletricidade 40 realiza o controle no modo de elevação de modo que as cargas armazenadas no capacitor C1 e similares não sejam instantaneamente consumidas e o reator L1 seja gradualmente carregado, a alteração brusca na corrente que flui na primeira pilha de célula de combustível FC1 é suprimida. Uma vez que o dispositivo de controle de eletricidade 40 pode controlar de maneira arbitrária a taxa de elevação da tensão de carga dependendo da velocidade de resposta de controle de suprimento do combustível para a pilha de célula de combustível, é possível reduzir a falha e degradação da pilha de célula de combustível e aperfeiçoar a eficácia de saída.

[084] No sistema de célula de combustível de acordo com a primeira modalidade, a corrente da primeira pilha de célula de combustível FC1 pode fluir na segunda pilha de célula de combustível FC2 na comutação dependendo de condições de saída. Entretanto, uma vez que o sistema de célula de combustível de acordo com a quarta modalidade inclui o diodo D, é possível impedir que a corrente flua na segunda pilha de célula de combustível FC2.

[085] A Figura 18 é um resultado de simulação da tensão de carga VL na transição a partir do modo de baixa saída para o modo de alta saída através do modo de elevação. No modo de elevação a partir do tempo de 0,05 segundo ao tempo de 0,23 segundo, a tensão de carga VL é elevada a partir da tensão de saída V2 da segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilha de pré-comutação, pilha de elevação) até a soma da tensão de saída V1 da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão de saída V2 da segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilhas de pós-comutação). A partir desse resultado de simulação, constatou-se que a taxa de alteração da corrente que flui na primeira pilha de célula de combustível FC1 pode ser reduzida.

[Quinta modalidade]

[086] Um sistema de célula de combustível de acordo com uma quinta modalidade da presente invenção é diferente daqueles de acordo com a primeira a quarta modalidade pelo fato de que a configuração do dispositivo de controle de eletricidade 40 é simplificada, conforme ilustrado na Figura 19, e o número de modos de operação é reduzido. As outras configurações, operações e efeitos que não são descritos na quinta modalidade são substancialmente iguais àqueles na primeira a quarta modalidade e a descrição sobreposta é omitida.

[087] O lado de entrada do dispositivo de controle de eletricidade 40 é conectado ao eletrodo positivo e ao eletrodo negativo da primeira pilha de célula de combustível FC1 e ao eletrodo positivo da segunda pilha de célula de combustível FC2. O lado de saída do dispositivo de controle de eletricidade 40 é conectado ao terminal do eletrodo positivo da carga 70. O terminal do eletrodo negativo da carga 70 é conectado ao eletrodo negativo da segunda pilha de célula de combustível FC2.

[088] O dispositivo de controle de eletricidade 40 inclui reatores L11, L12 conectados em série nessa ordem entre o eletrodo positivo da primeira pilha de célula de combustível FC1 e o terminal do eletrodo positivo da carga 70 e inclui também os elementos de comutação SW1, SW2 conectados em série nessa ordem entre o ponto de contato dos reatores L11, L12 e o eletrodo negativo da primeira pilha de célula de combustível FC1. Ademais, o dispositivo de controle de eletricidade 40 inclui o capacitor C1 conectado em paralelo aos elementos de comutação SW1, SW2.

[089] O sistema de célula de combustível de acordo com a quinta modalidade tem o modo de baixa saída, o modo de elevação e o modo de alta saída como os modos de operação e não tem o modo de inicialização e o modo normal. No modo de baixa saída, o processador 50 controla o dispositivo de controle de eletricidade 40 de modo que o elemento de comutação SW2 seja definido como desligado e apenas o elemento de comutação SW1 seja definido como ligado. Ademais, no modo de alta saída, o processador 50 controla o dispositivo de controle de eletricidade 40 de modo que o elemento de comutação SW1 seja definido como desligado e apenas o elemento de comutação SW2 seja definido como ligado.

[090] No modo de elevação, o dispositivo de controle de eletricidade 40 funciona como um circuito de pulsador de elevação ligando e desligando alternadamente o elemento de comutação SW1 enquanto que desliga e liga o elemento de comutação SW2 de acordo com o controle do processador 50. Mediante o ajuste da razão de trabalho da comutação, o dispositivo de controle de eletricidade 40 pode controlar a tensão de carga VL para ser qualquer tensão a partir da tensão de saída da segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilha de pré- comutação, pilha de elevação) à soma da tensão de saída da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão de saída da segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilhas pós-comutação).

[091] A Figura 20 é um exemplo que ilustra a tensão de carga VL a partir de um ponto em que o sistema de célula de combustível de acordo com a quinta modalidade é inicializado até um ponto em que a potência da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da segunda pilha de célula de combustível FC2 é suprida para a carga 70.

[092] Em um período a partir do tempo t0 a t1, como o modo de baixa saída, o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta apenas a segunda pilha de célula de combustível FC2 à carga 70. Em um período a partir do tempo t1 a t2, como o modo de elevação, o dispositivo de controle de eletricidade 40 comuta alternadamente entre o estado em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta apenas a primeira pilha de célula de combustível FC1 à carga 70 e o estado em que o dispositivo de controle de eletricidade 40 conecta apenas a segunda pilha de célula de combustível FC2 à carga 70 para elevar a tensão de carga VL.

[093] A Figura 21 é um resultado de simulação da tensão de carga VL no modo de baixa saída e no modo de elevação. Em uma seção J a partir do tempo de 25 ms, o dispositivo de controle de eletricidade 40 opera no modo de elevação. Conforme ilustrado na Figura 21, mediante o ajuste da razão de trabalho de comutação, a tensão de carga VL pode ser elevada para ser qualquer tensão dentro de uma faixa K a partir da tensão de saída V2 da segunda pilha de célula de combustível FC2 até a soma da tensão de saída V1 da primeira pilha de célula de combustível FC1 e da tensão de saída V2.

[094] No sistema de célula de combustível de acordo com a quinta modalidade, o custo de fabricação e a carga de processamento na elevação podem ser reduzidos mediante a redução do número de elementos de comutação. Ademais, uma vez que o sistema de célula de combustível de acordo com a quinta modalidade inclui o reator L11 que tem uma extremidade conectada ao eletrodo positivo da primeira pilha de célula de combustível FC1, é possível suprimir o fluxo brusco da corrente na primeira pilha de célula de combustível FC1 na comutação para o estado em que a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 são conectadas em série à carga 70.

[Outras modalidades]

[095] Embora a presente invenção tenha sido descrita acima com o uso da primeira a quinta modalidades, não deveria ser entendido que a descrição e os desenhos que formam parte desta revelação limitam a presente invenção. A partir desta revelação, diversas modalidades, exemplos e técnicas de operação alternativas serão encontradas por aqueles elementos versados na técnica.

[096] Por exemplo, no sistema de célula de combustível de acordo com a primeira a quinta modalidades, a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 podem ser intercambiáveis. Especificamente, apenas a primeira pilha de célula de combustível FC1 é conectada à carga 70 no modo de baixa saída e apenas a segunda pilha de célula de combustível FC2 é conectada à carga 70 no modo normal.

[097] Particularmente, a taxa de alteração da tensão de carga pode ser reduzida na no sistema de célula de combustível de acordo com a quarta modalidade mediante a configuração do sistema de célula de combustível de modo que a tensão da primeira pilha de célula de combustível FC1 (pilha de elevação) seja elevada e suprida para a carga 70. Isto é descrito mais especificamente. Na transição a partir do modo normal para o modo de alta saída, o sistema de célula de combustível de acordo com a quarta modalidade precisa comutar temporariamente para o modo de elevação com o uso da segunda pilha de célula de combustível FC2 com baixa tensão de saída, e a saída do dispositivo de controle de eletricidade 40 desse modo diminui.

[098] Entretanto, quando o sistema de célula de combustível eleva a tensão de carga comutando-se alternadamente em alta velocidade entre o estado em que apenas a primeira pilha de célula de combustível FC1 (pilha de pré-comutação) é conectada à carga 70 e o estado em que a primeira pilha de célula de combustível FC1 e a segunda pilha de célula de combustível FC2 (pilhas de pós-comutação) são conectadas em série à carga 70, a saída do dispositivo de controle de eletricidade 40 pode ser impedida de diminuir consideravelmente.

[099] Ademais, a presente invenção inclui diversas modalidades e similares que não são descritas no presente documento, como configurações que adotam mutuamente as configurações descritas na primeira a quinta modalidades, logicamente. Consequentemente, o escopo da técnica da presente invenção deveria ser determinado apenas pelos assuntos que especificam a invenção no escopo das reivindicações considerados como adequados com base na descrição mencionada anteriormente.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0100] A presente invenção pode fornecer um sistema de célula de combustível em que o dispositivo de controle de eletricidade tem uma configuração com capacidade de elevar a tensão de uma pilha de célula de combustível e que pode, assim, aperfeiçoar a estabilidade da tensão de saída. LISTA DE REFERÊNCIAS NUMÉRICAS 30 passagem de escape 40 dispositivo de controle de eletricidade 70 carga FC1 primeira pilha de célula de combustível FC2 segunda pilha de célula de combustível P1, P2 característica de corrente-tensão

Claims

1. Sistema de célula de combustível compreendendo: uma primeira pilha de célula de combustível (FC1); uma segunda pilha de célula de combustível (FC2) com tensão de saída menor do que a primeira pilha de célula de combustível (FC1), uma pilha de pré-comutação configurada pela primeira pilha de célula de combustível (FC1) ou pela segunda pilha de célula de combustível (FC2), uma pilha de pós-comutação configurada por pelo menos a primeira pilha de célula de combustível (FC1); o sistema de célula de combustível CARACTERIZADO pelo fato de que: uma pilha de elevação configurada pela primeira pilha de célula de combustível (FC1) ou pela segunda pilha de célula de combustível (FC2); e um dispositivo de controle de eletricidade (40) configurado para elevar tensão da pilha de elevação com a pilha de pré-comutação conectada a uma carga (70) e, então, comutar para um estado de conexão em que a pilha de pós- comutação está conectada à carga (70).

2. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pilha de pré-comutação e a pilha de elevação são configuradas pela segunda pilha de célula de combustível (FC2), e a pilha de pós-comutação é configurada pela primeira pilha de célula de combustível (FC1).

3. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pilha de pré-comutação é configurada pela primeira pilha de célula de combustível (FC1), a pilha de elevação é configurada pela primeira pilha de célula de combustível (FC1) ou pela segunda pilha de célula de combustível (FC2), e a pilha de pós-comutação é configurada pela primeira pilha de célula de combustível (FC1) e pela segunda pilha de célula de combustível (FC2) conectadas em série.

4. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a pilha de pré-comutação e a pilha de elevação são configuradas pela segunda pilha de célula de combustível (FC2), e a pilha de pós-comutação é configurada pela primeira pilha de célula de combustível (FC1) e pela segunda pilha de célula de combustível (FC2) conectadas em série.

5. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a tensão da segunda pilha de célula de combustível (FC2) é elevada até a tensão igual à tensão da primeira pilha de célula de combustível (FC1) e suprida para a carga (70), quando a temperatura da primeira pilha de célula de combustível (FC1) e a temperatura da segunda pilha de célula de combustível (FC2) são, cada uma, iguais ou mais baixas do que um limiar predeterminado.

6. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente uma passagem de escape (30) configurada para aquecer a primeira pilha de célula de combustível (FC1) mediante o suprimento de escape da segunda pilha de célula de combustível (FC2) para a primeira pilha de célula de combustível (FC1).

7. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que quando pelo menos uma dentre temperatura e tensão da primeira pilha de célula de combustível (FC1) excede um limiar predeterminado, a geração de potência na segunda pilha de célula de combustível (FC2) é suprimida e a geração de potência na primeira pilha de célula de combustível (FC1) é promovida.

8. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de controle de eletricidade (40) eleva a tensão da segunda pilha de célula de combustível (FC2) de modo que a tensão suprida para a carga (70) se torne igual à tensão estimada calculada com base em uma característica de corrente-tensão (P1) da primeira pilha de célula de combustível (FC1).

9. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de controle de eletricidade (40) comuta para um modo de alta saída quando a tensão de carga alvo excede um limiar predeterminado.

10. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que na comutação para o modo de alta saída, o dispositivo de controle de eletricidade (40) eleva a tensão da segunda pilha de célula de combustível (FC2) de modo que a tensão suprida para a carga (70) se torne igual à soma da tensão da segunda pilha de célula de combustível (FC2) com a tensão estimada calculada com base em uma característica de corrente-tensão (P1) da primeira pilha de célula de combustível (FC1).

11. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de controle de eletricidade (40) eleva a tensão da segunda pilha de célula de combustível (FC2) comutando alternadamente entre um estado em que o dispositivo de controle de eletricidade (40) conecta a segunda pilha de célula de combustível (FC2) à carga (70) e um estado em que o dispositivo de controle de eletricidade (40) conecta a primeira pilha de célula de combustível (FC1) e a segunda pilha de célula de combustível (FC2) em série à carga (70).

12. Sistema de célula de combustível, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de controle de eletricidade (40) eleva a tensão da primeira pilha de célula de combustível (FC1) comutando alternadamente entre um estado em que o dispositivo de controle de eletricidade (40) conecta a primeira pilha de célula de combustível (FC1) à carga (70) e um estado em que o dispositivo de controle de eletricidade (40) conecta a primeira pilha de célula de combustível (FC1) e a segunda pilha de célula de combustível (FC2) em série à carga (70).

13. Sistema de célula de combustível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que na inicialização do sistema, o combustível é feito para fluir na segunda pilha de célula de combustível (FC2) quando a temperatura alcança um limiar predeterminado, e o dispositivo de controle de eletricidade (40) faz com que uma corrente da segunda pilha de célula de combustível (FC2) circule através da segunda pilha de célula de combustível (FC2) através de uma resistência.