CN101123310B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统，是燃料电池组与蓄电设备的并联系统，具有：上述燃料电池组、燃料供给部、上述蓄电设备、及DC/DC转换器，上述燃料供给部向上述燃料电池供给燃料；上述DC/DC转换器，将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出；上述给定的电压，为上述燃料电池的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电压的值以上。通过本发明的燃料电池系统，能够消除燃料电池的寿命降低的可能性。

Description

燃料电池系统
本申请是申请号为200510089703.7、申请日为2005年8月4日、发明名称为燃料电池系统的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种作为燃料电池与蓄电设备的并列系统的燃料电池系统。
背景技术
近年来，开发出了种种作为燃料电池与蓄电设备的并列系统的燃料电池系统(参照例如特开2004—71260号公报)。这里，图14中显示了以前的燃料电池系统的一构成例。
图14中所示的燃料电池系统，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、DC/DC转换器4、及防倒流二极管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，同时将燃料电池组1中未使用的燃料回收。燃料电池组1的输出端与防倒流二极管5的阳极相连接，二次电池3的正极与DC/DC转换器4的输入端相连接。另外，防倒流二极管5的阴极与DC/DC转换器4的输出端共通连接，并连接负载6。
由于燃料供给部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15所示。图15中的TI-V、TI-P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(power)特性曲线。
燃料电池组1的输出电压对应于输出电流而变化，输出电流越增加，输出电压就越下降。在输出电能最大时的输出电流的值Ipmax是由燃料供给部2提供给燃料电池组1的燃料量所决定的。在大于Ipmax的电流区域，燃料电池组1的动作不稳定，如果在大于Ipmax的电流区域继续让燃料电池组1进行工作，就会降低燃料电池组1的寿命。因此，以前的燃料电池系统中，由于负载6的状态，有可能会让燃料电池组1在大于Ipmax的电流区域继续工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不会发生燃料电池的寿命降低的燃料电池系统。
为实现上述目的，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，包括：上述燃料电池、燃料供给部、上述蓄电设备、及DC/DC转换器。上述燃料供给部向上述燃料电池供给燃料。上述DC/DC转换器，将上述蓄电设备的输出电压变换成给定的电压并输出。上述给定的电压，为上述燃料电池的输出电能(power)最大时的上述燃料电池的输出电压的值以上。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。
通过这样的构成，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，因此，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，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。
另外，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，从提高燃料电池系统的效率的观点出发，最好让上述燃料电池的输出端与上述DC/DC转换器直接连接。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，还可以具有对上述DC/DC转换器的动作进行ON/OFF控制的ON/OFF控制电路；上述ON/OFF控制电路，在上述燃料电池的输出电压大于给定值的情况下，控制上述DC/DC转换器的动作为OFF，在上述燃料电池的输出电压不大于上述给定值的情况下，控制上述DC/DC转换器的动作为ON。另外，上述给定值是稍大于上述给定电压的值。
通过这样的构成，只在上述DC/DC转换器对外部负载进行供电时，上述DC/DC转换器才进行工作，因此，在上述DC/DC转换器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，还可以具有负载电能检测部、输出电能判断部、及供给燃料量控制部。上述负载电能检测部，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。上述输出电能判断部，判断是否正在从上述DC/DC转换器向上述外部负载供电。上述供给燃料量控制部，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，如果不管上述负载电能是否不满阈值，都从上述双向DC/DC转换器向上述外部负载供电，则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，如果不管上述负载电能是否不满阈值，都从上述双向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，为实现上述目的，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，包括：上述燃料电池、上述蓄电设备、及燃料电池电流限制部。上述燃料电池电流限制部，将上述燃料电池的输出电流限制为限制值以下。上述限制值，为在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间之后，与初始状态相比产生了输出降低时，上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流的值以下。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。
由于上述限制值，被设定为稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流的值以下，因此，在大于上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流值的电流区域中，上述燃料电池不会工作。通过这样，上述燃料电池的寿命不会降低。另外，由于上述限制值，被设定为在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间之后，与初始状态相比产生了输出降低时，上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流的值以下，因此，即使在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间之后，与初始状态相比产生了输出降低时，也能够让上述燃料电池在稳定区域进行工作。
另外，为实现上述目的，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，包括：上述燃料电池、上述蓄电设备、及燃料电池电压限制部。上述燃料电池电压限制部，将上述燃料电池的输出电压限制为限制值以上。上述限制值，为上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电压的值以上。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。
由于将上述限制值，设定为上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电压的值以上，因此，在小于上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电压的值的电压区域中，上述燃料电池不会工作。通过这样，上述燃料电池的寿命不会降低。另外，即使在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间之后，与初始状态相比产生了输出降低时，也能够让上述燃料电池在稳定区域进行工作。
另外，为实现上述目的，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，包括：上述燃料电池、上述蓄电设备、燃料电池电流限制部、及燃料电池电压限制部。上述燃料电池电流限制部，将上述燃料电池的输出电流限制为第1限制值以下。上述燃料电池电压限制部，将上述燃料电池的输出电压限制为第2限制值以上。上述第1限制值，为在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间之后，与初始状态相比产生了输出降低时，上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流的值以下。上述第2限制值，为上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电压的值以上。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。
通过这样的构成，在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间，与初始状态相比产生了输出降低之前，以及在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间，与初始状态相比产生了输出降低之后，上述燃料电池的寿命都不会降低。另外，即使在初始状态也能够充分发挥上述燃料电池的电能，并且即使在长时间使用之后，也能够防止上述燃料电池的输出电能的大幅下降。
另外，为实现上述目的，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，包括：上述燃料电池、上述蓄电设备、DC/DC转换器、充电电路、及控制部。上述DC/DC转换器，变换上述蓄电设备的输出电压。上述充电电路，使用上述燃料电池的输出对上述蓄电设备进行充电。上述控制部，通过上述DC/DC转换器以及上述充电电路的电能控制，让上述燃料电池的动作点为最大输出电能动作点。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。
通过这样的构成，由于上述燃料电池常时输出最大电能，因此，能够最大限度发挥上述燃料电池的能力，同时让上述燃料电池常时在稳定区域进行工作。
附图说明
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DC/DC转换器的输出电压设定值与燃料电池系统的输出电压之间的关系的图。
图3为说明本发明的燃料电池系统的另一个构成例的图。
图4为说明本发明的燃料电池系统的另一个构成例的图。
图5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6为说明具有燃料电池用DC/DC转换器的类型的本发明的燃料电池系统的一构成例的图。
图7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8为说明具有燃料电池用DC/DC转换器的类型的本发明的燃料电池系统的一构成例的图。
图9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10为说明具有燃料电池用DC/DC转换器的类型的本发明的燃料电池系统的另一构成例的图。
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为说明具有燃料电池用DC/DC转换器的类型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为说明以前的燃料电池系统的一构成例的图。
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。
具体实施方式
本发明的燃料电池系统的一构成例如图1所示。另外，图1中给和图14中相同的部分标注相同的符号。
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、及DC/DC转换器4。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。另外，二次电池3的正极与DC/DC转换器4的输入端相连接。另外，燃料电池组1的输出端与DC/DC转换器4的另一端共通连接，并与负载6相连接。
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。
这里，对照图2，对DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop与燃料电池组1的输出电压之间的关系进行说明。另外，图2中给和图15中相同的部分标注相同的符号，省略其详细说明。本发明的燃料电池系统中，将DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop，设定为在燃料电池组1的输出电能最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上。
由于图1中所示的本发明的相关燃料电池系统，是燃料电池与作为蓄电设备的二次电池的并联系统，因此，只从燃料电池组1与DC/DC转换器4中的输出电压较高一方向负载6供电，在燃料电池组1与DC/DC转换器4的输出电压相等的情况下，从燃料电池组1与DC/DC转换器4双方向负载6供电。
本发明的燃料电池系统，在负载6是轻负载的情况下，燃料电池组1的输出电压变得比DC/DC转换器4的输出电压高，只从燃料电池组1向负载6供电。如果负载6的负荷增加，从负载6所要求的电能增大，则燃料电池组1的输出电能也相应的增大，因此，燃料电池组1的输出电压减少。而后，如果负载6的负荷增大，燃料电池组1的输出电压变得与DC/DC转换器4的输出电压相等，便从燃料电池组1与DC/DC转换器4双方向负载6供电。之后，即使负载6的负荷进一步增大，从负载6所要求的电能增大，燃料电池组1的输出电压也不会变得比DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop小，通过二次电池3的输出电能来对燃料电池组1的输出电能相对于负载6所要求的电能不足的部分进行补偿。
这样，本发明的燃料电池系统，由于将DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop，设定为在燃料电池组1的输出电能最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上，因此，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。通过这样，燃料电池组1的寿命不会发生下降。
另外，从提高燃料电池系统的效率的观点出发，图1中所示的本发明的燃料电池系统，采用了没有设置防倒流二极管5这种与图14中所示的以前的燃料电池系统不同的构成。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。
如上所述，燃料电池系统中最好采用不设置防倒流二极管的构成，但设有防倒流二极管的燃料电池系统中也能够使用本发明。图14中所示的设有防倒流二极管的燃料电池系统中，如果将DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop，设定为在燃料电池组1的输出电能最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上，则由于燃料电池组1的输出电压小于DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop与防倒流二极管的顺向电压Vf相加所得到的值，因此，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。
接下来，本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图3所示，另外，图3中给和图1相同的部分标注相同的符号，省略其详细说明。另外，图3中所示的燃料电池系统中，与图1中所示的燃料电池系统相同，将DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop，设定为在燃料电池组1的输出电能最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上。
图3中所示的燃料电池系统，在图1中所示的燃料电池系统中新设置了ON/OFF控制电路7。ON/OFF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的输出电压大于给定值，ON/OFF控制电路7便停止DC/DC转换器4的电压变换动作，如果燃料电池组1的输出电压不大于给定值，则在DC/DC转换器4中进行电压变换动作。这里，给定值是比DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop稍大的值。
通过这样，只在DC/DC转换器4向负载6供电时，让DC/DC转换器4工作，因此，在DC/DC转换器4不对负载6进行供电时，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，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，在DC/DC转换器4不对负载6进行供电时，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3所示的防倒流二极管的构成。
另外，图3中所示的燃料电池系统中，如果不将DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop，设定为在燃料电池组1的输出电能最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上，就有可能降低燃料电池的寿命，从而无法实现本发明的目的，但由于设置了ON/OFF控制电路7，因此能够提高燃料电池系统的效率。如果是燃料电池与蓄电设备的并联系统的这种燃料电池系统，则并不仅限于图3中所示的构成，通过设置ON/OFF控制电路7，能够提高燃料电池系统的效率。
接下来，本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图4所示，另外，图4中给和图1相同的部分标注相同的符号，省略其详细说明。另外，图4中所示的燃料电池系统中，与图1中所示的燃料电池系统相同，将DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop，设定为在燃料电池组1的输出电能最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上。
另外，燃料电池组1的电流—电压特性以及电流—电能特性如图5所示。另外，图5中给和图2相同的部分标注相同的符号。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，如果燃料浓度变稀，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TI-V’、TI-P’，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。
图4中所示的燃料电池系统，在图1所示的燃料电池系统中新设置了负载电能检测部8、输出电能判断部9、及供给燃料量控制部10。
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DC/DC转换器4的输入电流或输出电流，如果该所检测出的电流的值不为0，则判断为从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I0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DC/DC转换器4向负载6供电。另外，在开始从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在不管负载电能是否不满阈值Pth，都从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10，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4所示的没有设置防倒流二极管的构成。
另外，图4中所示当然燃料电池系统中，如果不将DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop，设定为在燃料电池组1的输出电能最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上，就有可能降低燃料电池的寿命，从而无法实现本发明的目的，但由于设置了负载电能检测部8、输出电能判断部9、及供给燃料量控制部10，因此能够解除燃料电池的燃料不足。如果是燃料电池与蓄电设备的并联系统的这种燃料电池系统，则并不仅限于图4中所示的构成，通过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10，消除燃料电池的燃料不足。
本发明并不仅限于上述实施方式，还可以在不脱离本发明的要点的范围内添加各种变更来实施。例如，可以构成将图3中所示的构成与图4中所示的构成组合而成的燃料电池系统，并将DC/DC转换器4的输出电压设定值Vop，设定为在燃料电池组1的输出电能最大时的燃料电池组1的输出电压的值Vmin以上。
接下来，具有燃料电池用DC/DC转换器的类型的本发明的燃料电池系统的一构成例如图6所示。
图6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、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6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，利用基于二次电池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6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。
但是，由于电器所需要的电能的增大，燃料电池组11的输出电流也增大，当其达到限制值ILIM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ILIM时，燃料电池用DC/DC转换器14的输出电压与二次电池用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ILIM对燃料电池组11的输出电流进行钳位。
这里，限制值ILIM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7)。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7所示。图7中的TI-V、TI-P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，TI-V’、TI-P’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，TI-V”、TI-P”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ILIM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，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11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7所示设定限制值ILIM，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OP1、OP2、OP3，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ILIM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。
二次电池充电电路16，使用在燃料电池组11的输出电能大于电器所需要的电能的情况下的剩余电能(＝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)，以及作为负载的电器不工作时的燃料电池组的输出电能，对二次电池13进行充电。
接下来，具有燃料电池用DC/DC转换器的类型的本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图8所示。另外，图8中给和图6相同的部分标注同样的符号，省略详细说明。
图8中所示的本发明的燃料电池系统，从图6中所示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。
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VLIM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VLIM对燃料电池组11的输出电压进行钳位。
这里，限制值VLIM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9)。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9所示。图9中，TI-V、TI-P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，TI-V’、TI-P’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，TI-V”、TI-P”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VLIM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9所示设定限制值VLIM，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OP4、OP5、OP6，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VLIM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经过，燃料电池组11的输出大幅下降这一问题。
接下来，具有燃料电池用DC/DC转换器的类型的本发明的燃料电池系统的另一个构成例如图10所示。另外，图10中给和图6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11所示。图11中，TI-V、TI-P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，TI-V’、TI-P’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，TI-V”、TI-P”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10中所示的本发明的燃料电池系统，在图6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。
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。
但是，由于电器所需要的电能的增大，燃料电池组11的输出电流也增大，当其达到限制值I’LIM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21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I’LIM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供给给电器，通过限制值I’LIM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11的输出电压下降，当其达到限制值V’LIM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供给给电器，通过限制值V’LIM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’LIM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的输出电流的值I’pmax，将限制值V’LIM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’LIM，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’LIM，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11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10中所示的本发明的燃料电池系统，即使在初期状态下也能够充分发挥燃料电池组11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6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而减小限制值ILIM，将限制值ILIM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，能够得到与图10中所示的本发明的燃料电池系统相同的效果。
另外，可以在图8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，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，提高升压比的上限，减小限制值VLIM，将限制值VLIM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，能够得到与图10中所示的本发明的燃料电池系统相同的效果。
接下来，具有燃料电池用DC/DC转换器的类型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6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，在图6中所示的燃料电池系统中，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、电流检测电路18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、电能检测电路25、及微型计算机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(PV)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(PV)的直流电压并输出，并将微型计算机26所指示的电能提供给系统输出端17。二次电池充电电路24，通过微型计算机26所指示的电流值对二次电池13进行充电。电能检测电路25，检测出燃料电池组11的输出电能，并将该检测结果发送给微型计算机26。
微型计算机26对二次电池用DC/DC转换器23以及二次电池充电电路24进行控制，使得燃料电池组11常时在电能峰值点进行工作。这里，电能峰值点的一例如图13所示。另外，图13中给和图7中相同的部分标注相同的符号，省略详细说明。图13中的P1～P3为电能峰值点。通过由微型计算机26进行上述控制，即使燃料电池组11燃料不足、燃料电池组11的输出随着使用时间而降低，也能够常时让燃料电池组11发挥最大能力，同时还解除了燃料电池组11的寿命降低的可能性。
下面对微型计算机26的动作例进行说明。微型计算机26，让对二次电池充电电路24所指示的电流值缓缓增加，同时，对是否伴随着对二次电池充电电路24所指示的电流值的增加，燃料电池组11的输出电能也增加进行监视，如果燃料电池组11的输出电能从增加转向减少，便将指示给二次电池充电电路24的电流值回复到燃料电池组11的输出电能刚刚转向减少时的值，并将燃料电池组11的输出电能保存在内置存储器中。通过这样，将电能峰值点中的燃料电池组11的输出电能，保存在微型计算机26的内置存储器26中。
微型计算机26常时或周期进行上述电能峰值点下的燃料电池组11的输出电能的存储动作，周期性更新电能峰值点下的燃料电池组11的输出电能。
在图12中所示的本发明的燃料电池系统向与系统输出端17相连接的电器供电时，微型计算机26进行以下动作。微型计算机26，将内置存储器中所保存的电能峰值点下的燃料电池组11的输出电能，减去燃料电池系统的消耗电能(燃料供给部12等的工作电能)，计算出最大可供给负载电能，判断负载电能是否大于最大可供给负载电能。
在负载电能为最大可供给负载电能以下的情况下，微型计算机26对二次电池充电电路24的充电电流值进行控制，使其通过最大可供给负载电能减去负载电能所得到的差值电能对二次电池13进行充电。另外，在负载电能为最大可供给负载电能以下的情况下，微型计算机26不从二次电池用DC/DC转换器23向系统输出端17供电。
另外，在负载电能大于最大可供给负载电能的情况下，微型计算机26让二次电池用DC/DC转换器23输出，负载电能减去最大可供给负载电能所得到的差值电能量。另外，在负载电能大于最大可供给负载电能的情况下，微型计算机26让二次电池充电电路24的充电电流为0。
如上述动作例所述，微型计算机26检测出负载电能，并设定二次电池用DC/DC转换器23的放电量以及二次电池充电电路24的充电量，通过这样，能够提高燃料电池组11对电能峰值点动作的跟踪性。另外，微型计算机26即使没有检测出负载电能，也能够控制二次电池用DC/DC转换器23以及二次电池充电电路24，让燃料电池组11常时在电能峰值点进行工作，因此，如果燃料电池组11对电能峰值点动作的跟踪性没有问题，则可以不检测出负载电能。
另外，上述实施方式中将二次电池(二次电池3或二次电池13)用作蓄电设备，但也可以使用其他蓄电设备(例如双电荷层电容器)代替二次电池。
另外，图2、图5、图7、图9、图11、图13、图15中显示了稳定动作状态下的燃料电池组的电流—电压特性以及电流—电能特性。这里，稳定工作状态表示不是燃料电池的起动刚刚开始之后的工作状态。

Claims (6)

1.一种燃料电池系统，具备燃料电池和蓄电设备，是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，其特征在于，还包括：
燃料供给部，其向所述燃料电池供给燃料；
燃料电池用DC/DC转换器，其使从上述燃料电池输出的直流电压上升到规定值的电压；
蓄电设备用DC/DC转换器，其输入端与所述蓄电设备相连接；
蓄电设备充电电路，其输出端与所述蓄电设备相连接；
系统输出端，其正极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的正极输出端及所述蓄电设备充电电路的正极输入端相连接，且负极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的负极输出端及所述蓄电设备充电电路的负极输入端相连接；
电流检测电路，其介于上述燃料电池和上述燃料电池用DC/DC转换器之间，检测上述燃料电池的输出电流；以及
微型计算机，其根据上述电流检测电路的检测结果控制上述燃料电池用DC/DC转换器，
其中，
上述微型计算机通过根据上述电流检测电路的检测结果控制上述燃料电池用DC/DC转换器，将上述燃料电池的输出电流限制为限制值以下，并且当上述燃料电池的输出电流增大到上述限制值时，上述微型计算机将上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比固定；
上述限制值，为初始状态下上述燃料电池的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流的值以下。
2.一种燃料电池系统，具备燃料电池和蓄电设备，是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，其特征在于，还包括：
燃料供给部，其向所述燃料电池供给燃料；
燃料电池用DC/DC转换器，其使从上述燃料电池输出的直流电压上升到规定值的电压；
蓄电设备用DC/DC转换器，其输入端与所述蓄电设备相连接；
蓄电设备充电电路，其输出端与所述蓄电设备相连接；
系统输出端，其正极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的正极输出端及所述蓄电设备充电电路的正极输入端相连接，且负极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的负极输出端及所述蓄电设备充电电路的负极输入端相连接；
电流检测电路，其介于上述燃料电池和上述燃料电池用DC/DC转换器之间，检测上述燃料电池的输出电流；以及
微型计算机，其根据上述电流检测电路的检测结果控制上述燃料电池用DC/DC转换器，
其中，
上述微型计算机通过根据上述电流检测电路的检测结果控制上述燃料电池用DC/DC转换器，将上述燃料电池的输出电流限制为限制值以下，并且当上述燃料电池的输出电流增大到上述限制值时，上述微型计算机将上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比固定；
上述限制值是在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间之后与初始状态相比产生了输出降低时、上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流的值以下。
3.一种燃料电池系统，具备燃料电池和蓄电设备，是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，其特征在于，还包括：
燃料供给部，其向所述燃料电池供给燃料；
燃料电池用DC/DC转换器，其使从上述燃料电池输出的直流电压上升到规定值的电压；
蓄电设备用DC/DC转换器，其输入端与所述蓄电设备相连接；
蓄电设备充电电路，其输出端与所述蓄电设备相连接；
系统输出端，其正极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的正极输出端及所述蓄电设备充电电路的正极输入端相连接，且负极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的负极输出端及所述蓄电设备充电电路的负极输入端相连接，
其中，
上述燃料电池用DC/DC转换器在从上述燃料电池输出的直流电压降低并达到限制值时，将从上述燃料电池输出的直流电压限制为上述限制值以上，并且上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比有上限，当从上述燃料电池输出的直流电压下降到上述限制值时，上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比达到上限；
上述限制值，为初始状态下上述燃料电池的输出电能最大时的从上述燃料电池输出的直流电压的值以上。
4.一种燃料电池系统，具备燃料电池和蓄电设备，是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，其特征在于，还包括：
燃料供给部，其向所述燃料电池供给燃料；
燃料电池用DC/DC转换器，其使从上述燃料电池输出的直流电压上升到规定值的电压；
蓄电设备用DC/DC转换器，其输入端与所述蓄电设备相连接；
蓄电设备充电电路，其输出端与所述蓄电设备相连接；
系统输出端，其正极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的正极输出端及所述蓄电设备充电电路的正极输入端相连接，且负极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的负极输出端及所述蓄电设备充电电路的负极输入端相连接，
其中，
上述燃料电池用DC/DC转换器在从上述燃料电池输出的直流电压降低并达到限制值时，将从上述燃料电池输出的直流电压限制为上述限制值以上，并且上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比有上限，当从上述燃料电池输出的直流电压下降到上述限制值时，上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比达到上限；
上述限制值是上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电压的值以上。
5.一种燃料电池系统，具备燃料电池和蓄电设备，是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，其特征在于，还包括：
燃料供给部，其向所述燃料电池供给燃料；
燃料电池用DC/DC转换器，其使从上述燃料电池输出的直流电压上升到规定值的电压；
蓄电设备用DC/DC转换器，其输入端与所述蓄电设备相连接；
蓄电设备充电电路，其输出端与所述蓄电设备相连接；
系统输出端，其正极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的正极输出端及所述蓄电设备充电电路的正极输入端相连接，且负极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的负极输出端及所述蓄电设备充电电路的负极输入端相连接；
电流检测电路，其介于上述燃料电池和上述燃料电池用DC/DC转换器之间，检测上述燃料电池的输出电流；以及
微型计算机，其根据上述电流检测电路的检测结果控制上述燃料电池用DC/DC转换器，
其中，
上述微型计算机通过根据上述电流检测电路的检测结果控制上述燃料电池用DC/DC转换器，将上述燃料电池的输出电流限制为第1限制值以下，并且当上述燃料电池的输出电流增大到上述第1限制值时，上述微型计算机将上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比固定，
上述燃料电池用DC/DC转换器在从上述燃料电池输出的直流电压降低并达到限制值时，将从上述燃料电池输出的直流电压限制为第2限制值以上，并且上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比有上限，当从上述燃料电池输出的直流电压下降到上述第2限制值时，上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比达到上限；
上述第1限制值，为初始状态下上述燃料电池的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流的值以下，
上述第2限制值，为初始状态下上述燃料电池的输出电能最大时的从上述燃料电池输出的直流电压的值以上。
6.一种燃料电池系统，具备燃料电池和蓄电设备，是上述燃料电池与上述蓄电设备的并联系统，其特征在于，还包括：
燃料供给部，其向所述燃料电池供给燃料；
燃料电池用DC/DC转换器，其使从上述燃料电池输出的直流电压上升到规定值的电压；
蓄电设备用DC/DC转换器，其输入端与所述蓄电设备相连接；
蓄电设备充电电路，其输出端与所述蓄电设备相连接；
系统输出端，其正极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的正极输出端及所述蓄电设备充电电路的正极输入端相连接，且负极端子与所述蓄电设备用DC/DC转换器的负极输出端及所述蓄电设备充电电路的负极输入端相连接；
电流检测电路，其介于上述燃料电池和上述燃料电池用DC/DC转换器之间，检测上述燃料电池的输出电流；以及
微型计算机，其根据上述电流检测电路的检测结果控制上述燃料电池用DC/DC转换器，
其中，
上述微型计算机通过根据上述电流检测电路的检测结果控制上述燃料电池用DC/DC转换器，将上述燃料电池的输出电流限制为第1限制值以下，并且当上述燃料电池的输出电流增大到上述第1限制值时，上述微型计算机将上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比固定，
上述燃料电池用DC/DC转换器在从上述燃料电池输出的直流电压降低并达到限制值时，将从上述燃料电池输出的直流电压限制为第2限制值以上，并且上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比有上限，当从上述燃料电池输出的直流电压下降到上述第2限制值时，上述燃料电池用DC/DC转换器的升压比达到上限；
上述第1限制值是在稳定工作状态下的使用经过了给定的时间之后与初始状态相比产生了输出降低时、上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电流的值以下，
上述第2限制值是上述燃料电池的稳定工作状态下的输出电能最大时的上述燃料电池的输出电压的值以上。
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