CN101103483B - 操作燃料电池系统的方法和燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

操作燃料电池系统的方法和燃料电池系统
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氢、甲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，当甲醇被用作燃料时，会引发由电解质膜膨胀造成的电解质膜的劣化、甲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，会引发氢泄漏以及氢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提供燃料；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，在将构成燃料的甲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放电量时，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C1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C1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C1。
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提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料电池的最大功率并且电能存储部件的放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输出时，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C1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C1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C1时，停止对燃料电池供应燃料，但是其后，通过在不供给燃料电池燃料的状态下使用残留在燃料电池系统内部的燃料，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，即使这时多个电池被串联或并联，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甲醇，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，包含稳定的硼氢化钠等物质的水溶液，化学卤化物，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、镍氢二次电池、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、锌卤素二次电池、铅蓄电池、氧化还原液流蓄能电池、钠硫电池等构成的组中的任选至少一个。
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使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、甲醇等的化学物质，硼氢化钠等的无机卤化物，环己胺等的无机化学卤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。
附图说明
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示出在根据本发明实施例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。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的实施例。
(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1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的苹果酸供应的阀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，用于检测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输入由功率检测电路42检测到的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形成的电路并开启和关闭阀21。电子负载装置被用于外部负载5。图5示出了根据实施例1的燃料电池系统的构成的实例。
燃料电池1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(0.9V×3.6A)。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转换器所提供的电量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的电流被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，功率检测电路42由用于检测LIB3的充电和放电电流的电流检测电阻，用于放大电流检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C1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的程序被形成，并被下载到微机和配置到控制电路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1中的燃料电池系统被提供给外部负载。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，功率被很快地从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检测到从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(C1)，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，控制电路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C1的充电量空缺。此后，当外部负载5被停止时，而燃料电池系统中没有负载时，控制电路40使阀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C1的数量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C1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料电池系统。
(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。当功率检测电路42检测到从LIB3输出的电量时，基于由功率检测电路40检测到的信号来判定LIB3向外部负载输出0.9W·min或更多(C1)，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的输出可从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C1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C1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C1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C1，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F1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通过检测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C1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C1(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C1。当LIB3的充电空缺容量达到C1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20wt％甲醇水溶液并用直接甲醇型燃料电池(DMFC)构成燃料电池来实现。作为燃料电池1，燃料电池的6个单个电池准备被串联。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)，用于比较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，且先前设置的阈值根据构成电量C1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10说明如下。
基于实施例1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。
第二电能存储部件30充入电量C1(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C1(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1，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根据从功率检测电路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和功率检测电路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1，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和功率检测电路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C1来充电。当残留在燃料电池系统内部的氢已用完，而功率不能从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之间的电气路径，并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，在燃料相对于负载不足的燃料电池的过载状态下进行发电来实现。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C1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应燃料后由燃料电池在其燃料相对于负载不足的过载情况下发电造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。

Claims (7)

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；
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；
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。
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放电量时，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放电量和所述电能存储部件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并且所述电能存储部件的放电量等于或大于所述预定放电量时：
由所述燃料电池产生所述预定放电量和电能存储部件的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；
将差额电量提供给所述电能存储部件后，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述电能存储部件的步骤。
4.如权利要求3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。
5.一种用于权利要求1的方法的燃料电池系统，包括：
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。
6.如权利要求5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。
7.如权利要求5或6所述的燃料电池系统，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，其中所述预定值为在燃料供给器停止向燃料电池供给燃料后，燃料电池通过消耗其内部剩余的燃料所提供的电量。
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