CN102119460A - 燃料电池系统和电子装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种不管外部环境如何都能够比过去更稳定地进行发电的燃料电池系统。基于由温度检测部(30)检测的发电部(10)的温度T1，调节来自燃料泵(42)的液体燃料的供给量，并且因此执行发电部(10)的温度T1变得恒定的控制。另外，提供了一种能够在汽化供给型燃料电池中比过去更稳定地进行发电的燃料电池系统。通过升压电路(33A)升高从发电部(10)供给的发电电压V1(输入电压Vin)的电平。在控制部(35A)中，利用给定的控制表控制升压电路(33A)的操作，因此，对从升压电路(33A)供给至负载(二次电池(34)和负载(6))的输出电压Vout(负载电压)和输出电流Iout(负载电流)进行控制。

Description

燃料电池系统和电子装置
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统和包括这样的燃料电池系统的电子装置，在所述燃料电池系统中，通过甲醇等与氧化剂气体(氧气)之间的反应进行发电。
背景技术
在过去，由于燃料电池具有高发电效率并且不排出有害物质，所以燃料电池实际上已经被用作工业发电设备和家用发电设备，或被用作用于人造地球卫星、宇宙飞船等的电源。此外，近年来，燃料电池已经被逐渐开发成用于车辆例如客车、公共汽车和货车的电源。将这样的燃料电池分成碱性水溶液燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池等。特别地，通过使用甲醇作为燃料氢源，固体高分子电解质DMFC(直接甲醇燃料电池)能够提供高能量密度。此外，DMFC不需要重整器，因此能够被小型化(减小尺寸)。因此，已经逐渐研究了作为小型移动燃料电池的DMFC。
在DMFC中，使用MEA(膜电极组件)作为单位电池，其中，固体高分子电解质膜夹在两个电极之间，并且将所得物接合并一体化。使用一个气体扩散电极作为燃料电极(负极(阳极))，并将作为燃料的甲醇供给至这样的一个气体扩散电极的表面。结果，甲醇分解，产生氢离子(质子)和电子，并且氢离子通过固体高分子电解质膜。此外，使用另一气体扩散电极作为氧电极(正极(阴极))，并将作为氧化剂气体的空气供给至另一气体扩散电极的表面。结果，使空气中的氧气与上述氢离子和上述电子结合，以产生水。这样的电化学反应导致从DMFC产生电原动力。
同时，在用于移动用途的燃料电池中，期望燃料电池在任何环境，例如，室内、仲冬中的户外、仲夏高温下的汽车内部，以及在放热困难的袋子的内部中稳定地进行发电操作。此外，还期望燃料电池能够遵循环境中的突然变化，例如燃料电池从温暖的房间内部突然带到冰冷的户外。这样，由于用于燃料电池的合适的燃料供给量根据外部环境的温度和湿度而不同，所以期望根据环境变化的仔细的燃料供给控制(其中燃料供给量不过多或不过少的燃料供给控制)。
这里，在燃料的供给量变得过多的情况下，剩余的燃料渗入至氧电极，从而导致称作渗透(跨越，crossover)的现象。渗透现象是其中剩余的燃料在氧电极上直接燃烧的现象，从而不仅减小燃料的利用效率并导致浪费，而且还存在由于温度升高使用户烧伤的危险。另外，相反，在燃料供给变得不足的情况下，不能获得足够的输出，并存在停止向连接至燃料电池的设备供电的可能性。
因此，由于过去，已经提出了一种为了抑制燃料供给量的过多和不足的目的而控制燃料供给量的方法(例如，专利文献1)。
同时，在包括燃料电池(例如上述燃料电池)的燃料电池系统中，存在这样的燃料电池系统，其中，来自燃料电池的发电电压和发电电流(所产生的功率)对二次电池充电并驱动负载。从而，在这样的燃料电池系统中，期望从燃料电池产生的功率尽可能有效地对二次电池充电。
因此，例如，在专利文献2中，提出了一种燃料电池系统，其中执行控制，使得利用DC/DC转换器将燃料电池的发电电压值保持恒定。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开号2007-227336
专利文献2：日本未审查专利申请公开号2006-501798
发明内容
在上述专利文献1中的燃料供给控制中，对电压和电流设置两个阈值(上限值和下限值)。当超过上限值时，停止燃料供给，而当值降到下限值之下时，重新开始燃料供给。根据控制方法，能够通过在恒定电流发电的过程中的电压波动，并通过在恒定电压发电的过程中的电流波动，来控制燃料供给。
然而，在控制方法中，例如，已经存在这样的问题，即，在出现渗透现象的情况下，情况变得更糟。具体地，例如，在当燃料在恒定电流控制的过程中不足时电压减小并降到下限值之下的同时，由于当出现渗透现象时电压也类似地减小，所以电压降到下限值之下。这里，在前者中(当燃料不足时)，有必要供给燃料，而在后者中(当出现渗透现象时)，有必要停止燃料供给。然而，由于在过去的燃料供给控制中焦点仅放在电压上，所以已经存在这样的问题，即，不能区分前者与后者之间的差异。
在这样的DMFC中，作为将甲醇供给至燃料电极的方法，提出了液体供给型燃料电池(液体燃料(甲醇水溶液)被直接供给至燃料电极)和汽化供给型燃料电池(汽化的液体燃料被供给至燃料电极)。在前述中，在汽化供给型燃料电池中，不能执行根据例如在液体供给型燃料电池中的燃料浓度的燃料供给控制，并且根据燃料供给周期(供给循环)(例如，燃料供给泵的操作定时，或开闭器(shutter)的打开/关闭定时)执行燃料供给控制。从而，尤其是在汽化供给型DMFC中，期望通过抑制燃料供给量的过多和不足来实现与外部环境无关的稳定的发电操作。
同时，由于在前述专利文献2中没有描述使用DC/DC转换器的详细控制方法，所以期望实现更有效的控制方法。
此外，在前述DMFC中，作为将甲醇供给至燃料电极的方法，提出了液体供给型燃料电池(液体燃料(甲醇水溶液)被直接供给至燃料电极)和汽化供给型燃料电池(汽化的液体燃料被供给至燃料电极)。在前述中，在汽化供给型燃料电池中，不能执行根据例如在液体供给型燃料电池中的燃料浓度的燃料供给控制，并根据燃料供给周期来执行间歇的燃料供给控制。从而，尤其是在汽化供给型DMFC中，发电电压和发电电流由于间歇的燃料供给控制而难以控制，并期望实现稳定的发电操作。
考虑到前述问题已经作出了本发明，本发明的第一个目的是提供一种不管外部环境如何都能比过去更稳定地进行发电的燃料电池系统，以及包括这样的燃料电池系统的电子装置。
本发明的第二个目的是提供一种能够比过去在汽化供给型燃料电池中更稳定地进行发电的燃料电池系统，以及包括这样的燃料电池系统的电子装置。
本发明的第一燃料电池系统包括：发电部，通过被供给燃料和氧化剂气体来进行发电；燃料供给部，用于将液体燃料供给至发电部侧，并且其中，能够调节液体燃料的供给量；燃料汽化部，通过汽化从燃料供给部供给的液体燃料，将气体燃料供给至发电部；温度检测部，用于检测发电部的温度；以及控制部，用于执行控制使得通过基于由温度检测部检测的发电部的温度调节来自燃料供给部的液体燃料的供给量而使发电部的温度变得恒定。
本发明的第一电子装置包括前述第一燃料电池系统。
在本发明的第一燃料电池系统和第一电子装置中，在燃料汽化部中汽化从燃料供给部供给的液体燃料，因此，气体燃料被供给至发电部。而且，在发电部中，通过待供给的气体燃料和氧化剂气体来执行发电。另外，通过温度检测部来检测根据这样的发电的发电部的温度。然后，基于所检测的发电部的温度调节来自燃料供给部的液体燃料的供给量，因此执行控制，使得发电部的温度变得恒定。这里，燃料供给量和发电部的温度彼此具有单调增加的关系。因此，与过去基于发电电压、发电电流、或产生的功率(电力)的燃料供给控制相比，例如，便于这样的燃料供给控制，其防止渗透现象，并与外部环境的变化相应。此外，由于执行其中发电部的温度变得恒定的反馈控制，所以与通过打开(执行)和关闭(停止)燃料供给的简单控制相比，使发电部的温度稳定。
本发明的第二燃料电池系统包括：发电部，通过被供给燃料和氧化剂气体来进行发电；燃料供给部，用于将液体燃料供给至发电部侧，并且其中，能够调节液体燃料的供给量；燃料汽化部，通过汽化从燃料供给部供给的液体燃料，将气体燃料供给至发电部；升压电路(增压电路，boostcircuit)，用于升高从发电部供给的发电电压电平；以及控制部，通过使用给定的控制表(控制台，control table)控制升压电路的操作对从升压电路供给至负载的负载电压和负载电流进行控制。
本发明的第二电子装置包括前述第二燃料电池系统。
在本发明的第二燃料电池系统和第二电子装置中，在燃料汽化部中汽化从燃料供给部供给的液体燃料，因此，气体燃料被供给至发电部。此外，在发电部中，通过待供应的气体燃料和氧化剂气体来执行发电。另外，通过升压电路来升高通过这样的发电从发电部供给的发电电压的电平(水平)，并作为负载电压被供给至负载。此时，通过使用给定的控制表(控制台)控制升压电路的操作来控制从升压电路供给至负载的负载电压和负载电流。
根据本发明的燃料电池系统或第一电子装置，基于发电部的所检测的温度调节来自燃料供给部的液体燃料的供给量，并由此执行其中发电部的温度变得恒定的控制。因此，与过去相比，例如，便于防止渗透现象并与外部环境的变化相应的燃料供给控制，另外，使发电部的温度稳定。结果，不管外部环境如何，与过去相比，都能够更稳定地执行发电。
根据本发明的第二燃料电池系统或第二电子装置，通过升压电路升高从发电部供给的发电电压的电平(水平)，并使用给定的控制表(控制台)控制升压电路的操作，因此对从升压电路供给至负载的负载电压和负载电流进行控制。因此，即使在在汽化供给型燃料电池中执行间歇的燃料供给的情况下，也能够实现负载电压和负载电流的有效控制。结果，与过去相比，能够更稳定地执行汽化供给型燃料电池中的发电。
附图说明
图1是示出了根据本发明的第一实施方式的燃料电池系统的整个结构的框图。
图2是示出了图1所示的发电部的结构实例的横截面图。
图3是示出了图1所示的发电部的结构实例的平面图。
图4是用于说明汽化的燃料供给方法的概要的特性图。
图5是用于说明图1所示的控制部的详细结构的框图。
图6是用于说明制造图1所示的发电部的方法的横截面图。
图7是用于说明制造图1所示的发电部的方法的平面图。
图8是示出了通过根据比较例1的燃料供给控制的发电特性的一个实例的特性图。
图9是用于说明通过根据比较例2的燃料供给控制的发电特性的示意性特性图。
图10是用于说明通过根据第一实施方式的燃料供给控制的发电特性的概要的示意性特性图。
图11是用于说明通过根据比较例3的燃料供给控制的发电特性的示意性特性图。
图12是用于说明通过根据第一实施方式的燃料供给控制的发电特性的细节的示意性特性图。
图13是示出了通过根据第一实施方式的燃料供给控制的发电特性的一个实例的特性图。
图14是示出了通过根据第一实施方式的燃料供给控制的发电特性的另一实例的特性图。
图15是示出了通过根据第一实施方式的燃料供给控制的发电特性的另一实例的特性图。
图16是示出了通过根据第一实施方式的燃料供给控制的发电特性的另一实例的特性图。
图17是用于说明根据第二实施方式的控制部的详细结构的框图。
图18是用于说明可能在根据第一实施方式的燃料供给控制中出现的高热产生的特性图。
图19是用于说明根据比较例4的控制部的详细结构的框图。
图20是示出了通过根据比较实例4的燃料供给控制的发电特性的一个实例的特性图。
图21是示出了通过根据第二实施方式的燃料供给控制的发电特性的一个实例的特性图。
图22是示出了通过根据第二实施方式的燃料供给控制的发电特性的另一实例的特性图。
图23是示出了通过根据第二实施方式的一个变形例的燃料供给控制的发电特性的一个实例的特性图。
图24是示出了根据本发明的第三实施方式的燃料电池系统的整个结构的示图。
图25是用于说明图24所示的升压电路的操作的示意图。
图26是用于说明汽化的燃料供给方法的概要的定时波形图。
图27是示出了图24所示的升压电路和分压电路的结构的电路图。
图28是用于说明PWM信号产生操作的定时波形图。
图29是用于说明图27所示的升压电路的操作的电路图。
图30是用于说明根据第三实施方式的恒电压操作的定时波形图。
图31是示出了根据第三实施方式的恒电压操作的一个实例的特性图。
图32是用于说明根据第三实施方式的恒电流操作的定时波形图。
图33是示出了根据第三实施方式的恒电流操作的一个实例的特性图。
图34是示出了在根据第三实施方式的恒电压操作或恒电流操作中使用的控制表的一个实例的示图。
图35是示出了根据第三实施方式的所产生的功率与恒电压操作或恒电流操作之间的关系的一个实例的特性图。
图36是示出了根据第三实施方式的燃料转换效率与恒电压操作或恒电流操作之间的关系的一个实例的特性图。
具体实施方式
将在下文中参考附图详细地描述本发明的实施方式。
第一实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方式的燃料电池系统(燃料电池系统5)的整个结构。燃料电池系统5通过输出端子T2和T3供应用于驱动负载6的电力。燃料电池系统5由燃料电池1、温度检测部30、电流检测部31、电压检测部32、升压电路(增压电路)33、二次电池34和控制部35构成。
燃料电池1包括发电部10、燃料箱40和燃料泵42。对于燃料电池1的详细结构，将在后面给出描述。
发电部10是通过甲醇与氧化剂气体(例如，氧气)之间的反应来执行发电的直接甲醇发电部。发电部10包括多个具有正极(氧电极)和负极(燃料电极)的单位电池。对于发电部10的详细结构，将在后面给出描述。
燃料箱40存储发电所必需的液体燃料(例如，甲醇或甲醇水溶液)。对于燃料箱40的详细结构，将在后面给出描述。
燃料泵42是用于向上泵送包含在燃料箱40中的液体燃料并将液体燃料供给(传输)至发电部10侧的泵。燃料泵42能够调节燃料的燃料供给量。此外，通过后面提及的控制部35来控制燃料供给泵42的这样的操作(液体燃料的供给操作)。对于燃料泵42的详细结构，将在后面给出描述。
温度检测部30检测发电部10的温度(具体地，发电部10周围或附近的温度)T1，并且例如由热敏电阻构成。
将电流检测部31布置在连接线L1H上发电部10的正极侧与连接点P1之间，并且用于检测发电部10的发电电流I1。电流检测部31包括，例如，电阻器。可以将电流检测部31布置在连接线L1L上(在发电部10的负极侧与连接点P2之间)。
将电压检测部32布置在连接线L1H上的连接点P1与连接线L1L上的连接点P2之间。电压检测部32用于检测发电部10的发电电压V1。电压检测部32包括，例如，电阻器。
将升压电路33布置在连接线L1H上的连接点P1与输出线LO上的连接点P3之间。升压电路33是升高发电部10的发电电压V1(DC电压)的电平(水平)并产生DC电压V2的电压转换器。升压电路33由例如DC/DC转换器构成。
将二次电池34布置在输出线LO上的连接点P3与接地线LG上的连接点P4之间。二次电池34用于基于由升压电路33产生的DC电压V2执行电存储。二次电池34由锂离子二次电池等构成。
控制部35用于基于由温度检测部30检测的发电部的温度(所检测的温度)T1、由电流检测部31检测的发电电流(所检测的电流)I1和由电压检测部32检测的发电电压(所检测的电压)V1，调节来自燃料泵42的液体燃料的供给量。具体地，尤其是在该实施方式中，控制部35用于执行控制，使得通过基于由温度检测部30检测的所检测的温度T1调节来自燃料泵42的液体燃料的供给量，发电部10的温度变得恒定(几乎恒定，在给定的范围内)。控制部35由例如微型计算机构成。对于控制部35的详细结构和详细操作，将在后面给出描述。
接着，将参考图2至图4给出燃料电池1的详细结构的描述。图2和图3示出了燃料电池1中的发电部10中的单位电池10A至10F的结构实例。图2对应于沿图3的线II-II截取的横截面结构。例如，将单位电池10A至10F布置在面内方向上的3×2的矩阵中，并且具有平面层压结构，在该结构中，其每个通过多个连接件20彼此串联地电连接。将作为连接件20的延长部分的端子20A连接至单位电池10C和10F。此外，在单位电池10A至10F的下方，设置燃料箱40、燃料泵42、喷嘴43和燃料汽化部44。
单位电池10A至10F均具有通过其间的电解质膜11相对地布置的燃料电极(负极，阳极电极)12和氧电极13(正极，阴极电极)。
电解质膜11由，例如，具有磺酸基(-SO3H)的质子导电性材料制成。质子导电性材料的实例包括聚全氟烷基磺酸质子导电性材料(例如，“Nafion(注册商标)”，杜邦制造)、烃系质子导电性材料(例如，聚酰亚胺砜酸)和富勒烯系质子导电性材料。
燃料电极12和氧电极13具有例如这样的结构，在该结构中，在由例如炭纸制成的集电体上形成包含例如铂(Pt)和钌(Ru)的催化剂的催化剂层。该催化剂层是例如这样的层，在该层中，例如负载(支持)催化剂的炭黑的负载体(支持体)分散在聚全氟烷基磺酸质子导电性材料等中。可以使空气供给泵(未示出)连接至氧电极13。另外，氧电极13可以通过设置在连接件20中的开口(孔)(未示出)与外部连通，并且可以通过自然通风向其中供应空气，即氧气。
连接件20在两个平坦部21和22之间具有弯曲部23。平坦部21与一个单位电池(例如，10A)的燃料电极12接触，而平坦部22与相邻单位电池(例如，10B)的氧电极13接触，从而相邻的两个单元电池(例如，10A和10B)串联地电连接。此外，连接件20具有作为集电体的功能，以收集在各自的单位电池10A至10F中产生的电。这样的连接件20具有，例如，150μm的厚度，由铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)或不锈钢(SUS)构成，并且可以镀有金(Au)、铂(Pt)等。此外，连接件20具有开口(未示出)，用于分别将燃料和空气供给至燃料电极12和氧电极13。连接件20由网，例如，膨胀金属(金属网)、冲压金属等制成。弯曲部23可以根据单位电池10A至10F的厚度而预先被弯曲。另外，在连接件20由具有柔性的材料，例如，具有200μm以下的厚度的网制成的情况下，可以在制造步骤中通过弯曲来形成弯曲部23。通过将例如设置在电解质膜11周围的PPS(聚苯硫醚)和硅橡胶的密封材料(未示出))拧到连接件20中，使这样的连接件20与单位电池10A至10F接合。
例如，燃料箱40由容器(例如，塑料袋)和覆盖容器的长方体外壳(结构)构成，所述容器具有可变的立方体积，即使增加或减少液体燃料41在其中没有气泡等的侵入。燃料箱40设置有燃料泵42，其用于抽吸燃料箱40中的液体燃料41，并在燃料箱40的大致中央上方的位置从喷嘴43喷出所抽吸的液体燃料41。
燃料泵42包括，例如，压电体(未示出)、用于支持压电体的压电体支持树脂部(未示出)，以及将燃料箱40与喷嘴43连接的作为管道的流路(未示出)。例如，如图4所示，燃料泵42能够根据每次操作的燃料供给量的变化或燃料供给周期Δt的变化，调节燃料的供给量。燃料泵42对应于本发明的“燃料供给部”的一个具体实例。
燃料汽化部44用于汽化从燃料泵42供给的液体燃料，并由此将汽化的燃料供给至发电部10(相应的单位电池10A至10F)。通过提供扩散部(未示出)来构造燃料汽化部44，扩散部用于促进板(未示出)上的燃料的扩散，所述板由例如包含不锈钢、铝等的金属或合金，或具有高刚性的树脂材料(例如，环烯烃共聚物(COC))制成。作为扩散部，能够使用无机多孔材料例如，氧化铝、硅石和氧化钛，或树脂多孔材料。
喷嘴43是通过燃料泵42的流路(未示出)输送的燃料的喷射孔(喷出孔)，并朝着设置在燃料汽化部44的表面上的扩散部喷射燃料。从而，使运输至燃料汽化部44的燃料扩散并汽化，并将其供给至发电部10(相应的单位电池10A至10F)。例如，喷嘴43具有直径为0.1mm以上且0.5mm以下的孔(口径，bore)。
接着，将参考图5描述控制部35的详细结构。图5示出了控制部35的详细块结构。
控制部35由减法部(差分计算部)350、PID控制部351和发热校正部352构成。
减法部350用于确定预先在控制部35中设置或从外部输入的目标温度(设定温度)Tsv(s)和由温度检测部30检测的发电部10的温度(所检测的温度)T1(Tpv(s))之间的差值(＝Tsv(s)-Tpv(s))，并将差值输出至PID控制部351。
PID控制部351用于通过与在减法部350中确定的目标温度Tsv(s)和所检测的温度Tpv(s)之间的差值的时间积分和时间导数(时间微分)成比例，计算液体燃料的供给量(期望的发热量H(s))，并将期望的发热量H(s)输出至发热校正部352。
具体地，PID控制部351利用以下式(1)和式(2)计算期望的发热量H(s)。
H(s)＝KPΔT(s)+TI∫ΔT(s)ds+TD{dΔT(s)/ds}    (1)
ΔT(s)＝Tsv(s)-Tpv(s)    (2)
在式中，H(s)表示期望的发热量；KP、TI和TD表示PID常数；Tsv(s)表示目标温度；ΔT(s)表示温度差；而s表示时间。
发热校正部352用于基于由电压检测部32检测的发电电压(所检测的电压)V1和由电流检测部31检测的发电电流(所检测的电流)I1，计算发电部10中的能量转换效率，并利用所计算的能量转换效率计算燃料供给量P(s)(校正在PID控制部351中计算的液体燃料的供给量)。将关于燃料供给量P(s)的信息输出至燃料电池1中的燃料泵42。结果，虽然将在下文中描述细节，但是发电部10的温度变得恒定。
具体地，发热校正部352利用以下式(3)和式(4)计算燃料供给量P(s)。在该实施方式中，除了发电部10的发电电压V1以外，还考虑发电部10的发电电流I1来计算发电部10中的能量转换效率η。然而，可以通过执行近似(燃料的利用率E几乎是1)来近似地计算发电部10中的能量转换效率η(η≈VO/VT)。这是因为，在实际控制中，几乎不影响控制操作，即使进行这样的近似计算。
P(s)(＝PPID(s))＝H(s)×(1-η)        (3)
η＝{(VOIO)/(VTIT)}＝(VO/VT)×E      (4)
IT表示由燃料供给量估计的理论电流值。
例如，能够通过如下来制造该实施方式的燃料电池系统5。
首先，将由上述材料制成的电解质膜11夹在由上述材料制成的燃料电极12与氧电极13之间。所得物通过热压粘结接合。从而，使燃料电极12和氧电极13与电解质膜11接合，以形成单位电池10A至10F。
接着，制备由上述材料制成的连接件20。如图6和图7所示，将六个单位电池10A至10F布置在3×2的矩阵中，并通过连接件20彼此串联地电连接。在电解质膜11的周围设置由上述材料制成的密封材料(未示出)，并且，转动(拧紧)密封材料，并将其固定在连接件20的弯曲部23上。
其后，将包含液体燃料41并设置有燃料泵42、喷嘴43等的燃料箱40布置在连接的单位电池10A至10F的燃料电极12侧上，并因此形成燃料电池1。将上述温度检测部30、电流检测部31、电压检测部32、升压电路33、二次电池34和控制部35分别与燃料电池1平并联地电连接，如图1所示。因此，完成了图1至图3所示的燃料电池系统5。
接着，将详细描述该实施方式的燃料电池系统5的作用和效果，同时将燃料电池系统5与比较例进行比较。
在燃料电池系统5中，通过燃料泵42向上泵送包含在燃料箱40中的液体燃料41，因此，液体燃料41通过流路(未示出)并到达燃料汽化部44。在燃料汽化部44中，在通过喷嘴43喷射液体燃料的情况下，通过设置在其表面上的扩散部(未示出)使燃料在较宽的范围上扩散。因此，自然地汽化液体燃料41，并将汽化的燃料供给至发电部10(具体地，相应的单位电池10A至10F的燃料电极12)。
同时，通过自然通风或空气供应泵(未示出)，将空气(氧气)供给至发电部10的氧电极13。然后，在氧电极13中，发生在以下式(5)中示出的反应，并产生氢离子和电子。氢离子通过电解质膜11到达燃料电极12。在燃料电极12中，发生在以下式(6)中示出的反应，并产生水和二氧化碳。因此，作为整个燃料电池1，发生在以下式(7)中示出的反应，并进行发电。
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-    (5)
6H++(3/2)O2+6e-→3H2O     (6)
CH3OH+(3/2)O2→CO2+2H2O   (7)
从而，将液体燃料41(即甲醇)的化学能的一部分转换成电能，其由连接件20收集，并作为电流(发电电流I1)从发电部10提取。通过升压电路33升高基于发电电流I1的发电电压(DC电压)V1的电平(水平)，并且使其变成DC电压V2。将DC电压V2供给至二次电池34或负载(例如，电子装置本体)。在将DC电压V2供给至二次电池34的情况下，基于所述电压对二次电池34充电。同时，在通过输出端子T2和T3将DC电压V2供给至负载6的情况下，驱动负载6，并进行给定的操作。此时，在燃料泵42中，在控制部35的控制下，根据每次操作的燃料供给量的变化或燃料供给周期Δt的变化来调节燃料的供给量。
这里，在比较例1的过去的燃料供给控制中，上述燃料供给周期Δt始终是恒定的。在这种情况下，持续重复“输出增加→温度增加→电解质膜11变干→输出减小→温度降低→电解质膜11变湿”的循环。因此，例如，如图8所示，不管恒定间隔时的燃料供给如何，发电输出和温度都显著变化。
此外，在比较例2的过去的燃料供给控制中，对在恒电流发电控制过程中的发电电压，并对在恒电压发电控制过程中的发电电流，设置两个阈值(上限值和下限值)，并且，当超过上限值时，停止燃料供给。同时，当值降到下限值之下时，重新开始燃料供给。然而，例如，如图9所示，燃料供给量、发电电压、发电电流以及作为上述几项的乘积的发电输出不表示彼此单调的变化，并且绘制山形曲线，在该曲线中，发电电压等具有根据燃料供给量的增加的最大值。因此，例如，在发电电压较低的情况下，由于不可能已知最大值(阈值)是否超过该点，所以不能精确地判断增加还是减小燃料供给。具体地，例如，在出现渗透现象的情况下，状况变得更坏。换句话说，例如，在当在恒电流控制过程中燃料不足时电压减小并降到下限值之下的同时，由于当出现渗透现象时电压也类似地减小，所以电压降到下限值之下。这里，在前者中(当燃料不足时)，有必要供给燃料，而在后者中(当出现渗透现象时)，有必要停止燃料供给。然而，由于在比较例2的燃料供给控制中，仅将焦点放在电压上，所以不能区分前者与后者之间的差异。
同时，在该实施方式的燃料电池系统5中，如图1和图5所示，通过温度检测部30来检测发电部10的温度(所检测的温度)T1，并基于所检测的温度T1通过控制部35调节燃料泵42供应的液体燃料的供给量。这里，与上述发电电压等不同，发电部的燃料供给量和温度具有彼此单调增加的关系，例如，如图10所示。
因此，与基于例如在比较例1中的发电电压等的燃料供给控制相比，例如，便于这样的燃料供给控制，其防止渗透现象，并与外部环境的变化相应(例如，更简单地定义例如图10所示的那些阈值的阈值)。具体地，所需要的所有这些都是为了每当所检测的温度T1过高时减小燃料供给，相反，每当所检测的温度T1过低时增加燃料供给。由于根据该原理不存在导致失败的情况，所以能够继续高度稳定且耐久的发电。
此外，首先，燃料电池通过化学反应发电。燃料的氧化反应在燃料电极中进行，而氧化剂的还原反应在氧电极中进行。因此，控制发电不是为了别的，而是为了控制化学反应本身。这里，根据化学反应动力学，确定化学反应速度的参数是频率因子、活化能和温度。考虑到两个前面的参数几乎是常数，显而易见的是，对于稳定燃料电池的化学反应来说，使温度稳定是重要的。因此，也从这样的观点来看，能够通过使温度稳定来实现稳定的发电，其是用于确定发电电流的基本控制参数。
然而，不能说简单的控制是理想的，在该控制中，当基于所检测的温度T1执行燃料供给时，当超过上限温度时停止燃料供给，同时，当温度降到下限温度之下时重新开始燃料供给。在这种情况下，以与通过使用双金属的恒温器进行的温度控制相似的方式，例如，如在图11(A)和图11(B)所示的比较例3中，温度明显波动的可能性高。换句话说，在超过上限温度之后停止燃料供给就太迟了，并且，发电部10的温度T1进一步增加。同时，在温度降到下限温度之下之后重新开始燃料供给也太迟了，并且，发电部10的温度T1进一步减小。
因此，在该实施方式的燃料电池系统5中，如图5所示，通过PID控制部351执行反馈控制(具体地，PID控制)，在该反馈控制中，发电部10的温度变得恒定。PID控制是传统的反馈控制方法，该方法能够使控制量快速更接近目标值并使控制量稳定，并且是能够使控制量平稳地更接近实际的目标值的控制方法。
结果，例如，如图12(A)和图12(B)所示，防止发电部10的温度的过冲和下冲。与在上述比较例3中描述的通过打开(执行)和关闭(停止)燃料供给进行的简单控制相比，发电部10的温度稳定。从而，例如，如图13所示，显而易见的是，通过该实施方式的燃料供给控制，在发电部10中稳定地执行发电操作。
另外，例如，在图14(A)至图14(D)所示的实例中，代替直接供给所计算的燃料供给量，通过对计算结果增加噪声来进行发电测试(当进行从增加噪声→没有噪声→增加噪声的变化时的发电结果)。根据图14，显而易见的是，即使当增加噪声时也几乎不影响发电输出，并且稳定地继续发电。在使用燃料泵作为燃料供给装置的燃料电池系统中，喷射量可能由于燃料泵的随着时间的劣化和干扰而变化。然而，图14所示的结果表明，即使当燃料泵的喷射量出乎意料地变化时，也能够稳定地继续发电。
此外，例如，图15(A)至图15(D)所示的实例是这样的情况，其中突然明显地改变燃料供给量(这里，当突然减小时)。根据图15，显而易见的是，即使突然明显地改变燃料供给量，也能够主要通过PID控制吸收变化。
此外，例如，图16(A)至图16(D)所示的实例是这样的情况，其中在液体燃料中混合有气泡。根据图16，显而易见的是，即使在燃料电极中混合一些气泡，也能够主要通过PID控制吸收变化。
如上所述，在该实施方式中，通过基于由温度检测部30检测的发电部10的温度T1调节来自燃料泵42的液体燃料的供给量，来执行其中发电部10的温度T1变得恒定的控制。因此，与过去相比，例如，便于这样的燃料供给控制，其防止渗透现象，并与外部环境的变化相应，并且另外，使发电部10的温度稳定。因此，不管外部环境(例如，随着时间的劣化和干扰)如何，都能够比过去更稳定地进行发电。
具体地，在PID控制部351中，通过使液体燃料的供给量与目标温度Tsv(s)和所检测的温度T1(Tpv(s))之间的差值的时间积分和时间导数(时间微分)成比例，来执行其中发电部10的温度变得恒定的控制。因此，能够获得上述效果。
此外，在发热校正部352中，基于由电压检测部32检测的发电电压V1和由电流检测部31检测的发电电流I1，计算发电部10中的能量转换效率η，并利用所计算的能量转换效率η校正液体燃料的供给量。因此，考虑能量转换效率η的燃料供给控制变得可能，并且，能够执行比过去更稳定的发电。
此外，甚至在其中与外部环境无关的稳定的发电操作是特别期望的汽化供给型DMFC中，通过抑制燃料供给量的过多和不足，也能够比过去更稳定地进行发电。
第二实施方式
接着，将描述本发明的第二实施方式。该实施方式的燃料电池系统是图1所示的第一实施方式的燃料电池系统5，其中代替控制部35，设置下文描述的后述控制部36。因此，将相同的标记附于与上述第一实施方式的要素类似的要素上，并将适当地省略其描述。
图17示出了该实施方式的控制部36的块结构。控制部36由减法部(差计算部)350、PID控制部351、发热校正部352、利用率控制部361和最小值选择部362构成。换句话说，在图5所示的第一实施方式的控制部35中进一步设置利用率控制部361和最小值选择部362。
利用率控制部361基于由电流检测部31检测的发电电流(所检测的电流)I1来计算发电部10中的燃料的利用率E(＝实际发电电流值IO/从燃料供给量估计的理论电流值IT)，并计算液体燃料的供给量PE(s)，使得保持燃料的所计算的利用率E(变得恒定)。由于每个甲醇分子提取6e-的电荷，所以燃料的利用率E是指所测量的电流(这里，所检测的电流I1)与基于该关系计算的理论最大电流的比值。
具体地，利用率控制部361利用以下式(8)计算燃料供给量PE(s)。
PE(s)＝Kcell×Esv×Ipv(s)    (8)
(Kcell表示比例常数；Esv表示利用率的设定值；而Ipv(s)表示当前的发电电流值)
最小值选择部362确定考虑基于PID控制部351和发热校正部352中的发电部10的温度T1计算的燃料供给量PPID(s)(第一燃料供给量)，以及基于利用率控制部361中的燃料的利用率E计算的燃料供给量PE(s)(第二燃料供给量)的最终的燃料供给量P(s)，并将最终的燃料供给量P(s)供给至燃料电池1中的燃料泵42。具体地，通过选择燃料供给量PPID(s)和燃料供给量PE(s)中的一个来确定最终的燃料供给量P(s)。更具体地，通过选择燃料供给量PPID(s)和燃料供给量PE(s)中的较小的供给量值来确定最终的燃料供给量P(s)。
可以使用另一种选择方法代替最小值选择部36中的选择方法。例如，可以通过根据发电部10中的发电模式的类型选择燃料供给量PPID(s)和燃料供给量PE(s)中的一个，来确定最终的燃料供给量P(s)。
接着，将详细描述该实施方式的燃料电池系统的作用和效果。燃料电池系统的基本操作与第一实施方式的操作类似，因此，将仅描述通过控制部36对燃料供给的控制操作。
首先，在第一实施方式的上述控制部35中，例如，在突然冷却正在发电的燃料电池1的情况下，由于以下原因，可能会出现较大的高发热现象，例如，如图18所示。即，由于目标温度始终是恒定的，所以，如果从外部连续冷却燃料电池1，并且无法达到目标温度，则控制部35通过执行过多的燃料供给和导致渗透现象来试图接近目标温度。换句话说，虽然燃料电池1处于无法发电的状况中，但是不能识别该状况。
因此，例如，如在图19所示的控制部106中(比较例4)，在控制部106中设置上述利用率控制部361，并调节液体燃料的供给量PE(s)，使得可以认为燃料的所计算的利用率变得恒定。据此，例如，即使出现突然的冷却等，也认为能够遵循环境的变化。
在比较例4的燃料供给控制中，例如，如图20(A)至图20(C)所示，显而易见的是，能够继续发电，而利用率不降低(保持在大约50％)，即使在发电过程中通过在发电部10的周围输送空气来执行冷却(当出现突然的冷却时)。然而，如图20(C)所示，发电部10的温度上升至大约60℃的最大值，并且出现高温现象。
同时，在该实施方式的控制部36中，考虑基于PID控制部351和发热校正部352中的发电部10的温度T1计算的燃料供给量PPID(s)以及基于在利用率控制部361中的燃料的利用率计算的燃料供给量PE(s)，确定最终的燃料供给量P(s)。换句话说，使用其中发电部10的温度变得恒定的PID控制的优点和其中发电部10中的利用率变得恒定的利用率控制的优点，并且抵消相应的缺点。
结果，例如，在出现突然的冷却等的情况下，因为发电部10的利用率E变得恒定，防止PID控制中的高发热现象，并且，因为对发电部10的温度设置上限，防止利用率控制中的高温现象。
因此，例如，如图21(A)至图21(D)所示，显而易见的是，即使在发电部10的周围输送空气并且突然冷却发电部10，也不会出现由于渗透产生的异常发热，并执行稳定的发电。另外，例如，如图22(A)至图22(D)所示，显而易见的是，即使直接冷却发电部10的底部，类似地也不会出现由于渗透产生的异常发热，并类似地执行稳定的发电。
如上所述，在该实施方式中，考虑基于PID控制部351和发热校正部352中的发电部10的温度T1计算的燃料供给量PPID(s)，以及基于利用率控制部361中的燃料的利用率E计算的燃料供给量PE(s)，确定最终的燃料供给量P(s)。从而，能够防止PID控制中的高发热现象和利用率控制中的高温现象。因此，与第一实施方式相比，甚至在其它各种外部环境变化下，也能够进行稳定的发电。
具体地，在最小值选择部362中，通过选择燃料供给量PPID(s)和燃料供给量PE(s)中的较小的供给量值，来确定最终的燃料供给量P(s)。因此，能够获得上述效果。
此外，通过组合PID控制和利用率控制，能够规定发电部10的温度的上限值(Tmax和利用率的下限值(Emin)，并且，对于各种干扰，能够实现稳定且耐久的发电操作。
第二实施方式的变形例
在第二实施方式的燃料供给控制(PID控制和利用率控制的组合)中，当利用率E的下限值的设定不适当时，可能无法获得足够的发电输出，或者，相反地，过度消耗燃料。具体地，作为利用率E的下限值的设定是不适当的情况，例如，给出了利用率E的下限值的设定对于外部环境等来说是不适当的情况，以及燃料泵42的每次操作的燃料供给量由于燃料供给系统中的失效等而产生改变的情况。从而，根据控制部36中的环境，优选地定期地(动态地)更新燃料的利用率E的设定值(这里，下限值)。具体地，例如，每十分钟完全消耗燃料，并且另外，每次计算上个(过去)十分钟中的燃料的利用率E的原始功率值。然后，自动地更新利用率E的下限值，使得甚至在下一个十分钟的过程中也能保持所计算的利用率E。
在这种情况下，例如，如图23(A)至图23(F)所示，不仅能够优化安全性，而且还能够优化能量转换效率η(燃料燃烧效率(燃料经济性))。
第三实施方式
图24示出了本发明的第三实施方式的燃料电池系统(燃料电池系统5A)的整个结构。燃料电池系统5A通过输出端子T2和T3供应用于驱动负载6的电功率(电力)。燃料电池系统5A由燃料电池1、电流检测部31、电压检测部32、升压电路33A、分压电路37、二次电池34和控制部35A构成。将相同的标记附于与上述第一和第二实施方式的要素类似的要素上，并将适当地省略其描述。
将电压检测部32布置在连接线L1H上的连接点P1与连接线L1L上的连接点P2之间。电压检测部32用于检测发电部10的发电电压V1(升压电路33A的输入电压Vin)。电压检测部32包括，例如，电阻器。
将升压电路33A布置在连接线L1H的连接点P1与输出线LO上的连接点P5之间。升压电路33A是升高发电部10的发电电压V1(DC输入电压Vin)的电平并产生DC输出电压Vout的电压转换器。升压电路33A包括，例如，DC/DC转换器。升压电路33A根据由分压电路37产生的分压VFB(在下文中描述)和给定的参考电压(基准电压)(参考电压Vref，在下文中描述)的电位比较结果来执行升压操作。作为由升压电路33A进行的这样的升压操作的结果，例如，如图25所示，输出电压Vout能够变得比二次电池34的端子电压LiV大，并且，能够产生电位差ΔV。从而，能够执行二次电池34的充电操作。此外，通过上述电位差ΔV和二次电池34的内阻值来确定此时来自升压电路33A的输出电流Iout的值。对于升压电路33A的详细结构和详细操作，将在后面给出描述。
将分压电路37布置在输出线LO上的连接点P5与接地线G上的连接点6之间，并且由电阻器R3和R4以及可变电阻器Rv构成。电阻器R3的一端连接至连接点P5，并且另一端连接至可变电阻器Rv的一端。另外，可变电阻器Rv的另一端连接至连接点P7处的电阻器R4的一端。此外，将电阻器R4的另一端连接至连接点P6。在这种情况下，分压电路37将来自在连接点P6与P7之间产生的升压电路33A的输出电压Vout的分压VFB(反馈电压)反馈到升压电路33A。关于反馈操作的细节，将在后面给出描述。
将二次电池34布置在输出线LO上的连接点P3与接地线LG上的连接点P4之间。二次电池34用于基于由升压电路33A产生的DC输出电压Vout(负载电压)和来自升压电路33A的输出电流Iout(负载电流)来执行电存储。二次电池34由例如锂离子二次电池等构成。
控制部35A用于基于由电流检测部31检测的发电电流(所检测的电流)I1和由电压检测部32检测的发电电压(所检测的电压)V1(输入电压Vin)，调节来自燃料泵42的液体燃料的供给量。此外，控制部35A用于通过利用上述给定的控制表控制升压电路33A的升压操作，对从升压电路33A供给至负载(二次电池34和负载6)的输出电压Vout(负载电压)和输出电流Iout(负载电流)进行控制。这样的控制部35A由微型计算机等构成。关于通过控制部35A对输出电压Vout和输出电流Iout的控制操作的细节，将在后面给出描述。
燃料泵42包括，例如，压电体(未示出)、用于支持压电体的压电体支持树脂部(未示出)，以及将燃料箱40与喷嘴43连接的作为管道的流路(未示出)。例如，如图26(A)和图26(B)所示，燃料泵42能够根据每次操作的燃料供给量的变化或燃料供给周期Δt的变化，调节燃料的供给量。燃料泵42对应于本发明的“燃料供给部”的一个具体实例。
将参考图27和图28描述升压电路33A和分压电路37的详细结构。图27示出了升压电路33A和分压电路37的详细电路结构。
升压电路33A由DC/DC转换器、参考电源331、误差放大器332、振荡电路333和PWM(脉冲宽度调制)信号生成部(信号发生部)334构成。DC/DC转换器由感应器(电感器)33L、电容器33C以及两个开关元件Tr1和Tr2构成。
DC/DC转换器是升高发电部10的发电电压V1(DC输入电压Vin)的电平并产生DC输出电压Vout的电压转换器。在DC/DC转换器中，插入感应器33L，并将其布置在连接线L1H上。另外，将开关元件Tr1布置在连接线L1H与连接线L1L之间，插入开关元件Tr2，并将其布置在连接线L1H和输出线LO上，并且将电容器33C布置在输出线LO与接地线LG之间。
这里，开关元件Tr1和Tr2均由，例如，N信道MOS-FET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成。将从上述PWM信号生成部334输出的控制信号(PWM信号)S1和S2供给至开关元件Tr1和Tr2的栅极端子，并控制相应的开关操作。
参考电源331是用于供应误差放大器332的参考电压Vref的电源。
误差放大器332对较大和较小的电位差，将由分压电路37供给的分压VFB与由参考电源331供给的参考电压Vref进行比较，并将比较结果(“H(高)”或“L(低)”信号)输出至PWM信号生成部334。
振荡电路333产生用于在PWM信号生成部334中产生PWM信号的脉冲信号，并将所产生的脉冲信号供给至PWM信号生成部334。
PWM信号生成部334基于误差放大器332中的比较结果和从振荡电路333供给的脉冲信号，产生开关元件Tr1和Tr2的由PWM信号构成的控制信号S1和S2。具体地，例如，如图28(A)和图28(B)所示，在分压VFB具有比由锯形波形构成的参考电压Vref更大的电位的情况下，在该周期的过程中产生具有脉冲宽度的PWM信号(控制信号S1)。另外，此时，如图中的脉冲宽度Δt1至Δt3所示，当分压VFB的电位变得更大时，控制信号S1的脉冲宽度变得更小，并且相反，当分压VFB的电位变得更小时，控制信号S1的脉冲宽度变得更大。
例如，如下所述，能够制造该实施方式的燃料电池系统5A。
首先，以与在上述第一实施方式中描述的方法类似的方式形成燃料电池1。然后，将上述电流检测部31、电压检测部32、升压电路33A、分压电路37、二次电池34和控制部35A均电连接并附接至燃料电池1，如图24所示。结果，形成图24和图25所示的燃料电池系统5A。
接着，将详细描述该实施方式的燃料电池系统5A的作用和效果。
在燃料电池系统5A中，作为整个燃料电池1，以与第一实施方式中类似的方式发生式(7)所示的反应，并执行发电。
因此，将液体燃料41(即，甲醇)的化学能的一部分转换成电能，其由连接件20收集，并作为电流(发电电流I1)从发电部10提取。通过升压电路33升高基于发电电流I1的发电电压(DC电压)V1(输入电压Vin)的电平(电压转换)，并且变成DC电压(输出电压)Vout。将来自升压电路33A的输出电压Vout(负载电压)和输出电流Iout(负载电流)供给至二次电池34或负载(例如，电子装置本体)。然后，在将输出电压Vout和输出电流Iout供给至二次电池34的情况下，基于电压和电流对二次电池34充电。同时，在通过输出端子T2和T3将输出电压Vout和输出电流Iout供给至负载6的情况下，驱动负载6，并进行给定的操作。
此时，在燃料泵42中，通过控制部35A来控制每次操作的燃料供给量或燃料供给周期Δt，并由此调节燃料供给量。
另外，此时，在该实施方式的升压电路33A中，更具体地，例如，执行升压操作，例如在图29(A)至图29(C)中所示的。图29(A)至图29(C)示出了使用电路状态图的升压电路33A的升压操作。提取并示出了升压电路33A中的上述DC/DC转换器的部。然而，为了方便，将输入电压Vin示出为电源，并且，为了方便，将与输出侧连接的负载示出为负载电阻器RL。此外，为了更能够理解开关元件Tr1和Tr2的开关状态，为了方便，将开关元件Tr1和Tr2以开关的形状示出。
在升压电路33A中的DC/DC转换器中，首先，如图29(A)所示，当供给输入电压Vin时，由图中所示的电流流路构成的电流Ia流动至感应器33L。此时，开关元件Tr1处于断开状态，并且开关元件Tr2处于接通状态。
接着，如图29(B)所示，当开关元件Tr1进入接通状态时，流动至感应器33L和开关元件Tr1的电流IL变得比流动至负载电阻器RL的输出电流Iout大。电流IL以这种方式增加，并由此在感应器33L中储存较大的能量。
接着，如图29(C)所示，当开关元件Tr1再次进入断开状态时，由图中所示的电流流路构成的电流Ia流动。此时，由于在电流Ia上叠加由储存在感应器33L中的能量产生的电流，所以，在产生于感应器33L的电压是VL的情况下，用以下式(9)表示供应至负载电阻器RL的输出电压Vout。另外，此时，同时对电容器33C充电，直到两端之间的电压达到输出电压Vout。
Vout＝Vin+VL    (9)
然后，通过随后重复图29(B)和图29(C)中的操作，产生输出电压Vout(其是比输入电压Vin高的电压)，并将其供应至负载电阻器RL。
另外，此时，通过分压电路37将输出电压Vout的分压VFB(例如，如图28(A)所示的)反馈至升压电路33A。此外，在PWM信号生成部334中，基于误差放大器332中的比较结果和从振荡电路333供给的脉冲信号，产生用于开关元件Tr1和Tr2的由PWM信号构成的控制信号S1和S2，例如那些在图28(B)中示出的。此时，当分压VFB的电位变得更大时，控制信号S1的脉冲宽度变得更小，并且相反，当分压VFB的电位变得更小时，控制信号S1的脉冲宽度变得更大。
因此，在输出电压Vout较低的情况下，操作是这样的，其中控制信号S1的脉冲宽度增加且增加输出电压Vout。同时，在输出电压Vout较高的情况下，操作是这样的，其中控制信号S1的脉冲宽度减小且减小输出电压Vout。因此，执行控制，使得通过控制分压VFB以变得与参考电压Vref相等，使输出电压Vout(负载电压)是恒定的(恒电压操作)。
具体地，例如，如图30(A)至图30(D)和图31所示，执行恒电压操作。换句话说，在将输出电压Vout(FC电压，发电电压)固定至恒定值的情况下，在由燃料泵42供给液体燃料41之后，输出电流Iout(FC电流，发电电流)立即增加，并且，FC电流随着液体燃料41的减小而逐渐减小。这样做的原因是，能够由具有恒定量的液体燃料41的发电部10产生的功率的量也是恒定值。因此，当间歇供给的液体燃料41由发电部10中的发电消耗时，来自发电部10的FC电流减小。
另外，在该实施方式中，例如，通过将与发电电流(输入电流)I1相对应的电压反馈至升压电路33A，还能够执行升压电路33A的操作控制(恒电流操作)，使得输出电流Iout(负载电流)变得恒定。
在这种情况下，具体地，例如，如图32(A)至图32(D)和图33所示，执行恒电流操作。换句话说，在这种情况下，在通过燃料泵42供给液体燃料41之后，液体燃料41立即增加。从而，在将输出电流Iout(FC电流，发电电流)固定至恒定值的情况下，输出电压Vout(FC电压，发电电压)根据液体燃料41的供给量而增加。同时，当液体燃料41减小时，FC电压减小。
这里，在该实施方式中，在这样的恒电压操作和恒电流操作中，通过使用控制表(控制台)，在控制部35A中控制升压电路33A的升压操作，例如，如图34(A)至图34(C)所示。
具体地，例如，在使用图34(A)所示的控制表的情况下，执行升压电路33A的操作控制，使得当输出电压Vout(FC电压，负载电压)的设定值增加时，参考电压Vref的设定值增加。从而，能够执行根据FC电压的设定值的恒电压操作和恒电流操作。
另外，例如，在使用图34(B)所示的控制表的情况下，当来自燃料泵42的液体燃料41的供给量为恒定时，根据负载6的尺寸调节输出电压Vout(FC电压，负载电压)和输出电流Iout(FC电流，负载电流)的大小。因此，在每个单位时间的燃料供给量是恒定的状态下，能够执行根据负载状况的FC电压和FC电流设定。
另外，例如，在使用图34(C)所示的控制表的情况下，执行升压电路33A的操作控制，使得当发电部10中的燃料转换效率的设定值增加时，输出电流Iout(FC电流，负载电流)减小。因此，当执行恒电压操作时，能够优化燃料供给量和燃料转换效率。
因此，在该实施方式中，通过升压电路33A增加从发电部10供给的发电电压V1(输入电压Vin)，并将其作为输出电压Vout(负载电压)供给至负载(二次电池34和负载6)。此时，利用给定的控制表控制升压电路33A的操作，并由此控制从升压电路33A供给至负载的输出电压Vout(负载电压)和输出电流Iout(负载电流)。
此外，在该实施方式中，如下文中描述的，更优选地，使用恒电压控制而不是恒电流控制。
首先，将参考图35描述所产生的功率和恒电压操作或恒电流操作之间的关系。
首先，在图35(A)所示的恒电流操作中，如图中的参考标记P11所指示的，即使增加每个单位时间的燃料供给量(cc/h)，输出功率(FC功率)也不会随着燃料增加而增加，并且几乎是恒定的。
同时，在图35(B)所示的恒电压操作中，如图中的箭头P12所指示的，通过增加每个单位时间的燃料供给量(cc/h)，能够增加输出功率(FC功率)。还显而易见的是，能够获得最大功率的FC电压ΔV1的宽度(电压范围)具有一定的大小。结果，通过在FC电压是恒定值的状态下发电，在FC功率和燃料供给量之间建立比例关系的状态中，能够执行发电。
接着，将参考图36来描述燃料转换效率和恒电压操作或恒电流操作之间的关系。
首先，在图36(A)所示的恒电流操作中，如图中的箭头P13所指示的，当以0.302(cc/h)的速度执行燃料供给时(当燃料供给量在图中最小时)，燃料转换效率最高。然而，燃料转换效率处于最高值时的电流值宽度ΔI2较窄，并且此外，当超过电流值宽度ΔI2时，燃料转换效率突然变差。
同时，在图36(B)所示的恒电压操作中，燃料转换效率处于最高值时的电压值宽度ΔV2较宽。同样在这种情况下，如图中的箭头P14所指示的，当以0.302(cc/h)的速度执行燃料供给时(当燃料供给量在图中最小时)，燃料转换效率最高。另外，如上所述，由于能够根据每个单位时间的燃料供给量改变FC功率，所以，通过在FC电压是恒定值的状态下执行发电，此时在FC功率和燃料供给量之间建立比例关系的状态下的发电以及在燃料转换效率较高的状态下的发电变成是可能的。
因此，在执行升压电路33A的操作控制使得输出电压Vout(负载电压，FC电压)变得恒定(其中，执行控制以进行恒电压操作)的情况下，尤其使燃料电池1的发电状态能够成为有利的。
因此，在该实施方式中，通过升压电路33A增加从发电部10供给的发电电压V1(输入电压Vin)，并利用控制部35A中的给定控制表控制升压电路33A的操作，因此，对从升压电路33A供给至负载(二次电池34和负载6)的输出电压Vout(负载电压)和输出电流Iout(负载电流)进行控制。因此，即使在汽化供给型燃料电池1中执行间歇的燃料供给的情况下，也能够实现输出电压Vout和输出电流Iout的有效控制。结果，在汽化供给型燃料电池中，能够执行比过去更稳定的发电。
另外，在执行升压电路33A的操作控制使得输出电压Vout(负载电压)变得恒定(其中，执行控制，以进行恒电压操作)的情况下，尤其使燃料电池1的发电状态能够成为有利的。
已经参考第一至第三实施方式和变形例描述了本发明。然而，本发明不限于这些实施方式等，并可以进行各种修改。
例如，在上述第一和第二实施方式及其变形例中，已经给出了这样的情况的描述，即，执行控制，使得通过使液体燃料的供给量与目标温度Tsv(s)和所检测的温度Tpv(s)之间的差值的时间积分和时间导数成比例，而使发电部10的温度变得恒定(执行PID控制)。然而，例如，可能执行控制，使得利用其它反馈控制，例如P控制和PI控制、模糊控制、H∞控制等使发电部10的温度变得恒定。具体地，可能执行控制，使得通过使液体燃料的供给量与目标温度Tsv(s)和所检测的温度Tpv(s)之间的差值成比例，而使发电部10的温度变得恒定(执行P控制)。此外，可能执行控制，使得通过使液体燃料的供给量与目标温度Tsv(s)和所检测的温度Tpv(s)之间的差值的时间积分成比例，而使发电部10的温度变得恒定(执行PI控制)。另外，可能执行控制，使得通过使液体燃料的供给量与目标温度Tsv(s)和所检测的温度Tpv(s)之间的差值的时间导数成比例，而使发电部10的温度变得恒定(执行PD控制)。
另外，在上述第一和第二实施方式及其变形例中，已经给出了这样的情况的描述，即，发热校正部352利用由电压检测部32检测的发电电压(所检测的电压)V1计算发电部10中的能量转换效率η。然而，可以利用预先设定的给定电压(设定电压)代替这样的发电电压V1，来计算发电部10中的能量转换效率η。
此外，升压电路33A和分压电路37的电路结构不限于根据上述第三实施方式描述的那些结构，并且可以是使用其它方法的电路结构。另外，控制表不限于根据上述第三实施方式(图34(A)至图34(C))描述的那些控制表，并且可以使用具有其它结构的控制表。
此外，在上述实施方式等中，已经给出了这样的情况的描述，即，发电部10包括6个彼此串联地电连接的单位电池。然而，单位电池的数量不限于此。例如，发电部10可以由一个单位电池构成，或可以由两个或给定的多个单位电池构成。
此外，在上述实施方式等中，通过自然通风来执行对氧电极13的空气供应。然而，可以通过使用泵等来迫使供应空气。在这种情况下，代替空气，可以供应氧气或包含氧气的气体。
此外，在上述实施方式等中，已经给出了这样的情况的描述，即，在燃料电池系统5和5A中构造容纳液体燃料41的燃料箱40。然而，可以将这样的燃料箱与燃料电池系统分离。
此外，在上述实施方式等中，已经给出了直接甲醇燃料电池系统的描述。然而，本发明还能够应用于其它类型的燃料电池系统。
本发明的燃料电池系统能够被适当地用于移动电子装置，例如，移动电话、电子照相机、电子数据手册和PDA(个人数字助理)。

Claims (20)

1.一种燃料电池系统，包括：
发电部，通过被供给燃料和氧化剂气体来进行发电；
燃料供给部，用于将液体燃料供给至所述发电部侧，并且其中，能够调节所述液体燃料的供给量；
燃料汽化部，通过汽化从所述燃料供给部供给的液体燃料，将气体燃料供给至所述发电部；
温度检测部，用于检测所述发电部的温度；以及
控制部，用于执行控制使得通过基于由所述温度检测部检测的所述发电部的温度调节来自所述燃料供给部的液体燃料的供给量而使所述发电部的温度变得恒定。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制部基于所述发电部的发电电压或给定的设定电压，近似地计算所述发电部中的能量转换效率，并且使用所计算的能量转换效率校正所述液体燃料的供给量。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述控制部除了考虑所述发电部的发电电压或给定的设定电压以外，还考虑所述发电部的发电电流来计算所述发电部中的能量转换效率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，包括：
电流检测部，用于检测所述发电部的发电电流，其中，所述控制部
基于由所述电流检测部检测的发电电流计算所述发电部中的燃料的利用率，并计算所述液体燃料的供给量，使得所计算的燃料利用率变得恒定，并且
考虑基于所述发电部的温度计算的第一燃料供给量和基于燃料的利用率计算的第二燃料供给量来确定所述液体燃料的最终供给量。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述控制部通过选择所述第一燃料供给量和第二燃料供给量中的一个来确定所述液体燃料的最终供给量。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述控制部通过选择所述第一燃料供给量和所述第二燃料供给量中的较小的供给量值来确定所述液体燃料的最终供给量。
7.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述控制部定期地更新燃料利用率的设定值。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述控制部执行控制，使得通过使所述液体燃料的供给量与设定温度和所述发电部的所检测的温度之间的差值的时间积分和时间导数成比例，而使所述发电部的温度变得恒定。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述控制部执行控制，使得通过使所述液体燃料的供给量与设定温度和所述发电部的所检测的温度之间的差值成比例，而使所述发电部的温度变得恒定。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述控制部执行控制，使得通过使所述液体燃料的供给量与设定温度和所述发电部的所检测的温度之间的差值的时间积分成比例，而使所述发电部的温度变得恒定。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述控制部执行控制，使得通过使所述液体燃料的供给量与设定温度和所述发电部的所检测的温度之间的差值的时间导数成比例，而使所述发电部的温度变得恒定。
12.一种包括燃料电池系统的电子装置，所述燃料电池系统包括：
发电部，通过被供给燃料和氧化剂气体来进行发电；
燃料供给部，用于将液体燃料供给至所述发电部侧，并且其中，能够调节所述液体燃料的供给量；
燃料汽化部，通过汽化从所述燃料供给部供给的液体燃料，将气体燃料供给至所述发电部；
温度检测部，用于检测所述发电部的温度；以及
控制部，用于执行控制使得通过基于由所述温度检测部检测的所述发电部的温度调节来自所述燃料供给部的液体燃料的供给量而使所述发电部的温度变得恒定。
13.一种燃料电池系统，包括：
发电部，通过被供给燃料和氧化剂气体来进行发电；
燃料供给部，用于将液体燃料供给至所述发电部侧，并且其中，能够调节所述液体燃料的供给量；
燃料汽化部，通过汽化从所述燃料供给部供给的液体燃料，将气体燃料供给至所述发电部；
升压电路，用于增加从所述发电部供给的发电电压；以及
控制部，通过使用给定的控制表控制所述升压电路的操作来对从所述升压电路供给至负载的负载电压和负载电流进行控制。
14.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中，所述控制部执行所述升压电路的操作控制，使得所述负载电压变得恒定。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其中，所述升压电路根据基于所述负载电压的电压和给定的参考电压的电位比较结果，执行升压操作，并且
所述控制部执行所述升压电路的操作控制，使得当所述负载电压的设定值增大时，参考电压的设定值增大。
16.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其中，所述控制部使用控制表执行所述升压电路的操作控制，使得当所述发电部中的燃料转换效率的设定值增大时，所述负载电流变得更小。
17.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中，所述控制部执行所述升压电路的操作控制，使得所述负载电流变得恒定。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的燃料电池系统，其中，在来自所述燃料供给部的液体燃料的供给量为恒定的情况下，所述控制部使用所述控制表根据所述负载的大小来调节所述负载电压和所述负载电流的大小。
19.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中，所述升压电路包括DC/DC转换器。
20.一种包括燃料电池系统的电子装置，所述燃料电池系统包括：
发电部，通过被供给燃料和氧化剂气体来进行发电；
燃料供给部，用于将液体燃料供给至所述发电部侧，并且其中，能够调节所述液体燃料的供给量；
燃料汽化部，通过汽化从所述燃料供给部供给的液体燃料，将气体燃料供给至所述发电部；
升压电路，用于增加从所述发电部供给的发电电压；以及
控制部，通过使用给定的控制表控制所述升压电路的操作来对从所述升压电路供给至负载的负载电压和负载电流进行控制··。
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