CN101207211B

CN101207211B - 燃料电池系统

Info

Publication number: CN101207211B
Application number: CN2007101998551A
Authority: CN
Inventors: 村林阳康
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: KR100908558B1; JP2008152959A; CN101207211A; KR20080055634A; EP1933442A2; EP1933442A3; US7976996B2; JP5109360B2; US20080152974A1

Abstract

本发明涉及使用燃料电池的家用燃料电池系统，包括：燃料电池；功率调节器，将从燃料电池提供的电池功率变换为对应于负载的功率并输出；电容器，在功率调节器的负载的消耗功率为燃料电池的输出功率以下的轻负载时，被燃料电池的剩余输出功率充电，并且，在功率调节器的负载的消耗功率为燃料电池的输出功率以上的重负载时，被放电燃料电池的不足输出功率量；电压检测部件，检测电容器电压；以及控制部件，判别是轻负载时和重负载时的哪个状态，根据由电压检测部件检测出的电容器电压，在轻负载时产生的剩余功率不超过电容器的空闲容量的范围内计算燃料电池的输出功率，限制燃料电池的输出功率以不超过该值。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及使用燃料电池的家用燃料电池系统。燃料电池不是使氢和氧直接燃烧，而是通过在由电解质隔开的燃料极和空气极分别进行电化学反应，将电子取出到外部电路，从而能产生电。

背景技术

作为燃料电池系统，提出了以下方案(例如参照专利文献1)：为了防止对商用电源的逆流，使燃料电池输出与负载功率(负载消耗的功率)一致。该燃料电池系统具有包括以下部件的装置：提供燃料电池的功率的燃料电池电源；将电池功率变换为对应于负载的功率并输出到负载侧的功率变换部件；以及控制燃料电池电源和功率变换部件的控制部件。燃料电池电源包括：将都市气体(gas)的性质变为富氢的燃料气体的改质器；以及用提供的燃料气体发电的燃料电池。功率变换部件由包括例如将电池功率升压的DC/DC变换器以及将该DC/DC变换器输出变换为交流的逆变器(inverter)的功率调节器(power conditioner)构成。控制部件根据负载的轻重来控制燃料电池电源和功率变换部件。

该燃料电池系统除了不能发现电池功率超过规定值而向商用电源逆流之外，电池功率也难以追随负载的急剧变化。因此，在负载为轻负载时，不能追随该情形而产生剩余功率。提出了以下的技术：为了使该剩余功率不向商用电源逆流，用加热器将该剩余功率变换为热而消耗，为防止逆流而从商用电源侧进行顺流。

但是，该燃料电池系统由于对负载的急剧变化的低追随性等而功率利用率低，该系统实施普及率低。在此，本申请人为实现燃料电池系统的普及的提高而进行锐意研究，结果新提出一种燃料电池系统，组装充放电装置，提高了功率利用率，与以往那样的剩余功率的处理完全不同，使剩余功率充电至电容器，而在电池功率不足时，使电容器的积蓄功率放电来供应其不足功率。

该新开发的燃料电池系统有对电容器的功率变化的高的响应和追随性，利用近年开发的电双重层电容器等与铅蓄电池相当的大容量电容器。此外，作为利用电双重层电容器的能量积蓄装置，例如有专利文献2。

专利文献1：(日本)特开2001-068125号公报

专利文献2：(日本)特开2003-199332号公报

在组装有利用电容器的充放电装置的燃料电池系统中，如果充电至电容器耐压电压(电容器电压的上限值)以上，或放电至电容器放电深度(电容器电压的下限值)以下，则产生给放电装置造成损害而电容器劣化的问题。

发明内容

本发明的燃料电池系统的目的在于，进行控制以在充电时通过使电容器具有空闲容量以不超过电容器耐压电压，并且在放电时使电容器不放电至电容器放电深度以下的电压，从而在防止电容器的劣化的同时，确实地防止对商用电源的逆流，进而可提高燃料电池的运转率。

本发明的燃料电池系统，其特征在于，包括：燃料电池；功率调节器，将从所述燃料电池提供的电池功率变换为对应于负载的功率并输出；电容器，在所述功率调节器的负载的消耗功率为燃料电池的输出功率以下的轻负载时，被燃料电池的剩余输出功率充电，并且，在所述功率调节器的负载的消耗功率为燃料电池的输出功率以上的重负载时，被放电燃料电池的不足输出功率量；电压检测部件，检测所述电容器的电压；以及控制部件，判别是所述轻负载时和重负载时的哪个状态，根据由所述电压检测部件检测出的电容器的电压，在所述轻负载时产生的剩余功率不超过所述电容器的空闲容量的范围内计算所述燃料电池的输出功率，限制燃料电池的输出功率以不超过该值。

所述燃料电池的输出功率PB和所述电容器的电压VC的关系满足

PB < \sqrt{T \times C \times (VC \max^{2} - {VC}^{2})}

其中，T为燃料电池的负载响应，C为电容器的容量，VCmax为电容器电压的上限值。

优选地，其特征在于，所述控制部件还具备以下功能：在所述重负载时，限制所述功率调节器的输出，以便由所述电压检测部件检测出的电容器的放电电压不在其放电深度以下。

根据本发明的燃料电池系统，使电容器充电剩余功率，而在电池功率不足时，使电容器的积蓄功率放电来供应其不足功率，对负载的变动的追随性优良，同时，能够不使用加热器而确实地独立运转，提高功率利用率，能够应对在无系统的偏僻地区的利用和停电时的非常用电源。

另外，在轻负载时，根据电容器的电压上升来限制燃料电池的输出功率，使电容器具有充电的空闲容量，能够确实地将剩余功率充电至电容器，提高燃料电池的运转率，能够确实地防止向商用电源逆流。

另外，在轻负载时，对应于电容器的电压上升来限制燃料电池的输出功率，进行控制以使电容器的充电电压不超过其耐压，从而能够防止电容器的劣化，能够确实地将电容器的电压控制在可利用的范围内，所以可靠性优良，而且通过将燃料电池的输出功率PB和电容器的电压VC的关系设为上述那样，能够以可输出的最大燃料电池输出来使燃料电池发电，所以燃料电池的发电利用率提高。

进而，在重负载时，通过对应于电容器的电压下降来限制功率调节器的输出，进行限制以便电容器的放电电压不为其放电深度以下，能够防止电容器的劣化。

本发明的更优选的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部件还具备以下功能：根据由所述电压检测部件检测出的电容器的电压下降来提高所述燃料电池的输出功率，根据电容器的电压上升来提高所述功率调节器的输出。

根据该燃料电池系统，通过对应于电容器的电压下降而提高燃料电池的输出功率，从而在电容器有空闲容量时积极地使燃料电池发电从而在电容器积蓄功率，相反地，通过对应于电容器的电压上升而提高功率调节器的输出，从而在电容器已充分积蓄了功率的状态下积极地对负载放电。这样，通过将在电容器有空闲容量时积极地积蓄的功率积极地对负载放电来进行利用，能够提高燃料电池的发电率，能够利用额定比功率调节器的额定输出小的燃料电池。

根据本发明，能够提供一种燃料电池系统，对负载变动的追随性优良，并且在防止电容器的劣化的同时，确实地防止对商用电源的逆流，进而可提高燃料电池的运转率。

附图说明

图1是本发明的实施方式的燃料电池系统的概略方块图。

图2是本发明的实施方式的充放电装置的概略方块图。

图3(a)～(b)是本发明的实施方式的电双重层电容器的说明图。

图4(a)～(b)是对本发明的实施方式的燃料电池装置的剩余功率和电双重层电容器的空闲容量的关系的说明图。

图5(a)～(c)是表示本发明的实施方式的燃料电池系统的动作的时序图。

图6是本发明其他实施方式的燃料电池系统的概略方块图。

图7是本发明其他实施方式的充放电装置的概略方块图。

图8是本发明其他实施方式的充放电装置的概略方块图。

标号说明

10燃料电池系统11燃料电池装置12功率调节器13充放电装置14电双重层电容器15控制器16负载17商用电源MC1，MC2，MC3，MC4电流检测部件MV2，MV3，MV4电压检测部件VC电容器电压PB燃料电池的输出功率PO功率调节器的输入功率PS功率调节器的输出功率PIO充放电装置的输入输出功率PC电容器的充放电功率PL负载功率PAC系统功率PBT燃料电池的输出功率指令值PBN燃料电池的可输出功率PST功率调节器的输出功率指令值VCmax电容器电压上限值VCmin电容器电压下限值

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式的燃料电池系统。此外，充放电装置和功率调节器(包括内置的DC/DC变换器和逆变器)的功率变换实际上产生损失，但为使说明简单而忽略损失，假设充放电装置的输入输出功率相等(PIO＝PC)，功率调节器的输入输出功率也相等(PO＝PS)来说明。

图1表示燃料电池系统10的概略结构。11为燃料电池装置，12为功率调节器，13为充放电装置，14为电双重层电容器，15为控制器，16为负载，17为商用电源(系统)。

燃料电池装置11提供燃料电池的直流输出(电池功率)，包括以下而构成：例如从气体管道接受都市气体等气体的供给并将其性质改变为富氢的改质气体的改质器；降低改质气体中的一氧化碳而成为燃料气体的一氧化碳选择氧化部；接受燃料气体和空气的供给并通过电化学反应来发电的燃料电池；控制它们而提供燃料电池发电产生的直流输出(电池功率)的电池控制部件18。该气体是碳化氢类燃料就可以，不限定于都市气体，也可以是丙烷气或其他气体。通过设为这样的气体，能够适宜将燃料电池系统设置在一般家庭来使用。电池控制部件18能够由微计算机构成。微计算机能够与内置于控制器15的微计算机通信。电池控制部件18从控制器15接收燃料电池的输出功率指令值PBT，控制改质器，从而缓缓接近能够输出目标功率的状态。此时，电池控制部件18将当前可输出的功率作为燃料电池的可输出功率PBN输出至控制器15。此外，也可以不在燃料电池装置11中内置微计算机，而用控制器15的微计算机控制燃料电池装置11。燃料电池装置11例如在特开2005-310435号、特开2005-302489号、特开2002-238164号公报等中有详细介绍，本说明书中对燃料电池装置11的说明限于上述。

功率调节器12将由燃料电池装置11提供的电池功率变换为对应于负载16的功率并输出。作为该功率调节器，包括以下而构成：例如在从燃料电池装置11输出直流功率的情况下，将该直流功率升压至例如140V的DC/DC变换器19；以及将该DC/DC变换器输出变换为与商用电源17同相位的AC100V的交流功率并向负载16提供功率的逆变器20。逆变器20的变换动作由控制器15控制，但也可以构成为由设在功率调节器12内的控制部件(微计算机)控制。该功率调节器12控制为，不向商用电源17提供功率，即在MC1检测逆流，将来自逆变器20的输出功率控制为负载功率或其以下，以便逆流不流向商用电源17。此外，功率调节器12和控制器15设为不同的块结构，但也能够将功率调节器12设为包含控制器15的块结构而称为功率调节器12。

充放电装置13在来自燃料电池装置11的电池功率剩余时，将该剩余功率充电至电双重层电容器14，在不足时为供应该不足功率的全部或一部分而将电双重层电容器14的充电功率放电至功率调节器12，包括：充电部件(DC/DC变换器)21；放电部件(DC/DC变换器)22；以及充放电控制部件23而构成(参照图2)。

充电部件21进行将来自燃料电池装置11的电池功率降压从而使电双重层电容器14充电的降压动作，放电部件22进行使电双重层电容器14的充电电压放电并将该放电电压升压的升压动作。充电部件21、放电部件22例如能够通过开关元件、扼流圈、平滑电容器等而构成。

充放电控制部件23由微计算机构成，控制(多大程度的降压、升压、降压停止、升压停止等控制)充电部件21、放电部件22的动作。充放电控制部件23例如由降压控制IC或升压控制IC、开关元件驱动部、以及控制它们的微计算机等构成，也可以用模拟或数字信号来控制这些IC等。充放电控制部件23能够与控制器15的微计算机通信并控制充放电。此外，也可以不在充放电装置13中内置微计算机，而用控制器15的微计算机来控制充放电装置13。

电容器为蓄电用的电容器就可以，优选充放电时间短、大容量的电容器，例如电双重层电容器14(参照图3(a))。电双重层电容器14为可用于电容器放电深度(电容器电压的下限值)VCmin以上，电容器耐压电压(电容器电压的上限值)VCmax以下的范围(参照图3(b))。

控制器15由微计算机构成，控制电容器电压，以便在系统运转中可对应(充放电对应)剩余功率的充电动作和用于供应不足功率的全部或一部分的放电动作的任意一个的充电电压下，始终充电电双重层电容器14。虽然省略图示，但控制器15由包括存储器、CPU等的微计算机构成，对应于电池功率的各值，将电双重层电容器14可充放电的电压范围的表存储在存储器等中。该表中设定有，变动为重负载而电池功率不足，电双重层电容器14为了供应该不足功率而放电所需的电容器电压的下限值VCmin；以及，变动为轻负载而电池功率剩余，电双重层电容器14以该剩余功率充电而所需的电容器电压的上限值VCmax。

说明控制器15进行的充放电装置13的控制。控制器15对充放电装置13的充放电控制部件23输出控制指令，以便燃料电池的输出功率PB与燃料电池的可输出功率PBN相等。具体地说，根据电压检测部件MV3和电流检测部件MC3检测出的电压和电流来运算燃料电池的输出功率PB，控制由电流检测部件MC2检测的电双重层电容器14的充放电电流，以便输出功率PB与可输出功率PBN相等。

说明控制器15进行的燃料电池装置11的输出控制。

i)电双重层电容器14电压高而空闲容量少时，限制燃料电池装置11的输出。具体地说，对应于由电压检测部件MV2检测的电双重层电容器14的电压上升，控制器15抑制(减少)对燃料电池装置11的电池控制部件18进行的燃料电池的输出功率指令值PBT。

此时，燃料电池的输出PB被抑制，所以在负载16重而功率调节器的输出功率PS比燃料电池的输出功率PB大时，充放电功率PIO的放电电流增加，电容器的放电(电压下降)被促进。相反地，在负载16轻而输出功率PS比输出功率PB小时，燃料电池的输出被抑制，所以充放电功率PIO的充电电流也被抑制。这样，抑制电双重层电容器14的电压上升或促进电双重层电容器14的电压下降，能够确保空闲容量。

ii)在电双重层电容器14的电压低而有足够的空闲容量时，进行控制以提高燃料电池装置11的输出。具体地说，对应于由电压检测部件MV2检测的电双重层电容器14的电压下降，控制器15增加对燃料电池装置11的电池控制部件18进行的燃料电池的输出功率指令值PBT。此时，由于燃料电池的输出PB增加，所以剩余功率增加，其结果，充放电功率PIO的充电电流增加，在空闲容量积蓄功率。另外，即使成为重负载，由于燃料电池的输出增加，所以能够从燃料电池供给的功率增加，能够使来自电容器的放电电流减少。

通过实施上述i)，能够确保用于充电剩余功率的空闲容量，所以不会导致超过耐压那样的对电双重层电容器14的不合理充电、偏离燃料电池的可输出功率PBN的燃料电池装置11的不合理功率下降，能够防止逆流的发生，能够提高系统可靠性和防止能量损失。

通过实施上述ii)，在电双重层电容器14有空闲容量期间，提高燃料电池输出功率PB，能够提高燃料电池装置11的运转率，能够使用小额定值的燃料电池装置11。

说明控制器15进行的功率调节器12的输出控制。

iii)控制器15检测由电压检测部件MV2检测的电双重层电容器14的电压下降，对应于电双重层电容器14的电压下降来限制功率调节器的输出功率PS，从而降低提供给功率调节器12的输入功率PO，抑制来自电双重层电容器14的放电功率，抑制电双重层电容器14的电压下降。具体地说，如果电压检测部件MV2检测的电双重层电容器14的电压为下限值VCmin，控制器15设定功率调节器的输出功率指令值PST以限制为燃料电池的可输出功率PBN，控制功率调节器12的输出。即，控制功率调节器12的输出以便功率调节器的可输出功率被限制为燃料电池的可输出功率以下。

iv)控制器15通过对应于由电压检测部件MV2检测的电双重层电容器14的电压上升而增加功率调节器的输出功率PS，从而使提供给功率调节器12的输入功率PO增加，对由电双重层电容器14的电压上升而得以积蓄的功率进行再利用。具体地说，在由电压检测部件MV2检测的电双重层电容器14的电压比下限值VCmin大时，控制器15将功率调节器的额定功率设定在功率调节器的输出功率指令值PST，控制功率调节器12的输出。

v)在上述iii)、iv)的任意情况下，由电流检测部件MC1检测系统电流，限制功率调节器的输出功率指令值PST以不向系统产生逆流，控制功率调节器12的输出。即，控制为iii)或iv)和v)的其中一个较小的输出。

通过实施上述iii)、v)，功率调节器的输出功率PS≤燃料电池的输出功率PB，功率调节器12的输出变成全部从燃料电池装置11供应，所以不需要从电双重层电容器14提供功率和从燃料电池装置11不合理地提供功率，能够确保系统的可靠性。

通过实施上述iv)、v)，在不引起逆流的范围内，能够提高功率调节器的输出功率PS，能够将电双重层电容器14积蓄的功率迅速地再利用从而提高燃料电池装置11的发电使用率。

再次，用图4说明燃料电池装置11的剩余功率和电双重层电容器14的空闲容量的关系。

图4(a)的纵轴表示燃料电池的输出功率PB(W)，横轴表示时间(s)，图中的实线表示至燃料电池的输出功率PB1变为零为止。此外，实线的斜率-T[W/s]为燃料电池的负载响应。

下述的(1)式表示在燃料电池的输出功率为PB1时，燃料电池的输出功率减少至零为止的功率量，这相当于轻负载变动时的剩余功率(相当于图中的S1的面积)。

剩余功率＝(1/2)×(PB1²)/T[Ws]……(1)

在图4(b)中，在电容器电压为VC1时，能够充电至VCmax为止的功率量(空闲容量，图中的S2部分)示于下述的(2)式。

电容器的空闲容量＝(1/2)×C×(VCmax²-VC1²)[Ws]……(2)

C为电容器的容量且单位为[F]。

图4(a)所示的剩余功率充电到图4(b)所示的电容器的空闲容量部分，但由于不能超过电容器电压的上限值VCmax，所以需要使空闲容量大于剩余功率。即，通过式(2)＞式(1)关系式，得到下述的式(3)。

PB 1 < \sqrt{T \times C \times (VC \max^{2} - {VC 1}^{2})} . . . (3)

因此，在电容器电压为VC1时，燃料电池的输出电压必须比PB1小(此外，PB1和VC1的关系满足式(3))。此时，对应于电容器电压，对燃料电池装置11指示输出功率指令值PBT，但由于燃料电池的反应慢，所以设定为预计了该情况的指令值。在电容器电压为VC1时指令下述的式(4)

PB 1 = \sqrt{T \times C \times (VC \max^{2} - {VC 1}^{2})} . . . (4)

的话不起作用，所以发出比下述的式(5)

\sqrt{T \times C \times (VC \max^{2} - {VC 1}^{2})} . . . (5)

低的指令值。

接着，用图5的时序图说明燃料电池系统的动作。图5(a)的纵轴表示电双重层电容器14的电压，横轴表示时间。图5(b)的纵轴表示功率，横轴表示时间，图中示出负载功率PL(实线)、燃料电池的输出功率PB(虚线)、功率调节器的输出功率PS(粗线)。图5(c)的纵轴表示功率，横轴表示时间，图中示出电双重层电容器的充放电功率PC(虚线)、系统功率PAC(实线)。此外，在本例中，作为功率调节器的额定输出＞燃料电池的额定输出的系统进行说明。

(t0-t1)

负载功率PL成为比燃料电池的输出功率PB大的状态。在本例中，由于由电压检测部件MV2检测出的电容器电压VC为下限值VCmin，所以，功率调节器的输出功率指令值PST不是功率调节器12的额定输出，其被降低至燃料电池的可输出功率PBN，控制功率调节器的输出功率PS。充放电装置13控制燃料电池的输出功率PB以使其成为可输出功率PBN，另外，功率调节器的输出功率PS被控制以使其成为可输出功率PBN，所以，不产生来自电双重层电容器14的放电功率，电双重层电容器14的电压下降被阻止。

(t1-t2)

由于负载变动而在t1时刻负载功率PL比燃料电池的输出功率PB轻时，由电流检测部件MC1检测系统的逆流功率。控制逆变器来限制功率调节器的输出功率PS，以便系统侧不流过逆流功率，功率调节器的输出功率PS变得与负载功率PL相等。此时，(PB-PL)为剩余功率。

由于电容器VC电压足够低而具有充分的空闲容量，所以向燃料电池装置11指示燃料电池的额定输出值作为输出功率指令值PBT，燃料电池的可输出功率PBN变为额定输出那样。充放电装置13进行控制以便燃料电池的输出功率PB为可输出功率PBN，所以对电双重层电容器14进行充放电控制以便燃料电池成为额定输出。因此，(PB-PL)(＝(PB-PS))成为剩余功率，进行控制以便将该功率充电至电双重层电容器14。结果，电双重层电容器14的电压上升，电双重层电容器14的空闲容量缓缓减少。

此外，电双重层电容器14具有充分的空闲容量，并且在负载16轻的期间，燃料电池的输出功率PB被控制为额定输出以成为最大，所以，提高燃料电池的运转率并迅速地充电电双重层电容器14，能够备用于负载16变动为重负载时不足功率的供给。

(t2-t3)

电双重层电容器14的电压上升，电双重层电容器14的空闲容量减少时，对应于电双重层电容器14的电压上升来限制燃料电池的输出功率PB。由此，抑制轻负载变动时产生的剩余功率，能够不超过电双重层电容器14的空闲容量而充电剩余功率。

由于对应于电双重层电容器14的电压上升来限制燃料电池的输出功率PB，所以，对电双重层电容器14充电的功率PC(＝PB-PS)减少，电双重层电容器14的电压上升被抑制以便不超过上限值VCmax。作为该抑制方法，根据电双重层电容器14的电压，计算燃料电池的输出功率，该输出功率为在负载16变轻时有可能产生的燃料电池的剩余功率用其空闲容量供应的输出功率，控制燃料电池的输出以便不超过该输出功率。对燃料电池装置11的输出控制通过对电池控制部件18指示燃料电池的输出功率指令值PBT来进行，电池控制部件18按照该指令值来控制输出。

此外，功率调节器的输出功率PS被连续限制以便由电流检测部件MC1检测的系统电流不产生逆流，在PL＝PS平衡。

(t3-t4)

在t3，燃料电池的输出功率PB变为对应于电容器电压VC的值，燃料电池的输出功率PB和负载功率PL均衡，不再向电双重层电容器14充电，电容器电压VC变为固定。

(t4-t5-t6)

若负载16进一步变轻，则进行与期间t2-t3-t4相同的动作。燃料电池的输出功率PB被进一步限制以便不超过电双重层电容器14的上限值VCmax。另外，功率调节器的输出功率PS被控制为PL＝PS以便由电流检测部件MC1检测的系统电流不产生逆流。

(t6-t8)

若由于负载变动而在t6时刻负载16变重，则由于燃料电池的输出功率PB不能马上追随，所以产生不足功率(图b的PS-PB)。此时，由于在电双重层电容器14中预先积蓄了轻负载时燃料电池输出的功率，电容器电压VC为下限值VCmin以上，所以功率调节器的输出功率PS为功率调节器12的额定输出功率，功率调节器12立即被控制为输出额定功率。该情况下，功率调节器的输出功率PS不能用燃料电池的输出功率PB供应全部，有(PS-PB)的不足，该部分用电双重层电容器14预先积蓄的功率来供应(图c)，结果，电容器电压VC缓缓减少(图a)。由于伴随电容器电压VC的下降而空闲容量增加，所以，为了与此相称(即使负载变动为轻负载，剩余功率也能吸收的程度)而控制燃料电池以便燃料电池的输出功率PB增加(图b的PB)。对电池控制部件18指示燃料电池的输出功率指令值PBT来进行燃料电池装置11的输出控制。

此外，在本例中，由于负载功率PL比功率调节器的输出功率PS大，所以被从系统提供其差分功率(PL-PS)。

(t8-t9)

在t8，燃料电池的输出功率PB变为燃料电池的额定功率而固定。在此，充放电装置13进行放电控制，以便功率调节器的输出功率PS超过燃料电池的额定值的部分(PS-燃料电池额定值)，从在轻负载时预先积蓄了的电双重层电容器14供给。

(t9-)

在t9，电容器电压VC变为下限值VCmin，功率调节器的输出功率指令值PST被限制为燃料电池的可输出功率PBN，来自电双重层电容器14的功率供给停止，电容器电压VC用下限值VCmin限制。

这样，在负载轻时，在电容器积蓄功率，在负载重时能够利用积蓄的功率，所以，可使燃料电池的额定输出比功率调节器的额定输出小，能够抑制高价的燃料电池的费用。另外，由于能够将燃料电池输出平均化，所以能够提高燃料电池的发电利用率。

此外，在上述结构中，设为功率调节器的额定输出＞燃料电池的额定输出的系统，但不限于此，也可以设为功率调节器的额定输出≤燃料电池的额定输出的系统。

另外，图6表示本发明其他实施方式的燃料电池系统10的概略方块图。与图1所示的燃料电池系统10的不同仅在于充放电装置13的输入输出功率PIO的连接目的地设在功率调节器12的DC/DC变换器19和逆变器20之间这一点，其他结构以及动作与图1的例子相同。

另外，图7表示本发明其他实施方式的充放电装置13的概略方块图。与图2所示的充放电装置13将降压和升压用不同的变换器来进行的结构相比，图7的充放电装置13为用一个充放电部件(双方向变换器)可进行降压和升压双方向动作，实现构造的简略。

另外，图8表示本发明再其他的实施方式的充放电装置13的概略方块图。图8的充放电装置13是将连接在燃料电池侧的充电部件(DC/DC变换器)21的线路和连接在系统侧的放电部件(DC/DC变换器)22的线路设为分别的线路。

本发明作为使用燃料电池的家用燃料电池系统是有用的。

Claims

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：

燃料电池；

功率调节器，将从所述燃料电池提供的电池功率变换为对应于负载的功率并输出；

电容器，在所述功率调节器的负载的消耗功率为燃料电池的输出功率以下的轻负载时，被燃料电池的剩余输出功率充电，并且，在所述功率调节器的负载的消耗功率为燃料电池的输出功率以上的重负载时，被放电燃料电池的不足输出功率量；

电压检测部件，检测所述电容器的电压；以及

控制部件，判别是所述轻负载时和重负载时的哪个状态，根据由所述电压检测部件检测出的电容器的电压，在所述轻负载时产生的剩余功率不超过所述电容器的空闲容量的范围内计算所述燃料电池的输出功率，限制所述燃料电池的输出功率以不超过该值，在所述重负载时，限制所述功率调节器的输出，以便由所述电压检测部件检测出的电容器的放电电压不在其放电深度以下，

所述电容器的空闲容量＝(1/2)×C×(VCmax²-VC²)

所述燃料电池的输出功率PB和所述电容器的电压VC的关系满足

PB < \sqrt{T \times C \times (VC \max^{2} - {VC}^{2})}

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述控制部件还具备以下功能：根据由所述电压检测部件检测出的电容器的电压下降来提高所述燃料电池的输出功率，根据电容器的电压上升来提高所述功率调节器的输出。

3.如权利要求1至2的任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述电容器为电双重层电容器。

4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，

所述控制部件具有存储器，对应于燃料电池的输出功率，存储所述电双重层电容器可充放电电压范围的表。