CN103975473B - 燃料电池系统和用于燃料电池系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池系统(1)包括：供应有用于发电的燃料气体的燃料电池(2)；从燃料供应源(41)供应的燃料气体流动到燃料电池(2)的燃料供应流动通道(42)；调节流动通过燃料供应流动通道(42)的燃料气体的压力的压力调节阀(H2)；将从燃料电池(2)排放的气体返回燃料供应流动通道(42)的燃料循环流动通道(43)；将燃料循环流动通道(43)中的气体给付到燃料供应流动通道(42)的循环泵(45)；向外部排放燃料循环流动通道(43)中的气体的排放阀(H5)；和控制装置(6)，该控制装置(6)控制压力调节阀(H2)、循环泵(45)和排放阀(H5)，使得在确保燃料电池(2)的发电所需的氢气化学计量比率的同时，渗透氢气、循环泵动力和放泄氢气的损失的总和最小。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统和一种用于燃料电池系统的控制方法。
背景技术
已经实际上使用了包括被供应有反应气体(燃料气体和氧化气体)以产生电力的燃料电池的燃料电池系统。在该燃料电池系统中，为了在燃料电池中确保稳定的发电，通常地将稍微地大于与从负载装置要求的动力(负载请求)对应的相应气体量的反应气体供应到燃料电池。这里，供应气体量(实际上，供应到燃料电池的气体量)与相应基准气体量(对应于负载请求的气体量)的比率可以被称作“化学计量比率”。
当前地，提出了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括用于对于构成燃料电池的每一个单电池计算反应气体的化学计量比率(电池化学计量比率)的装置和用于当对应的电池化学计量比率低于预定值时增加供应的反应气体量的装置(例如见日本专利申请公报No.2007-184202(JP2007-184202A))。
然而，在JP2007-184202A中描述的现有燃料电池系统中，确保所期望的化学计量比率是可能的；然而，它不被设计成抑制动力损失，从而诸如氢气的燃料可能被不必要地消耗。特别地，当前，为了避免在加速期间暂时的燃料不足(由于循环泵的响应延迟等)，采用了用于在低负载区域中保持高氢气浓度的技术，从而存在在低负载区域中燃料损失增加的问题。
另外，近年来，为了防止燃料电池变干，已经试图通过减小构成燃料电池的电解质膜的厚度来增加从阴极转移到阳极的水的量。然而，当以此方式减小电解质膜的厚度时，担心新的问题，即，从阳极渗透到阴极的氢气的量如此之多地增加并且结果为发电供应的氢气在没有与空气反应的情况下在阴极中燃烧并且消耗。因此，为了采用这种薄的电解质膜，已经预期进一步的技术革新从而抑制燃料损失。
发明内容
本发明提供能够在确保化学计量比率的同时最小化燃料损失的一种燃料电池系统和一种用于燃料电池系统的控制方法。
本发明的第一方面提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统包括：燃料电池，其被供应有燃料气体以产生电力；燃料供应流动通道，其使从燃料供应源供应的燃料气体流动到燃料电池；压力调节阀，其调节通过燃料供应流动通道流动的燃料气体的压力；燃料循环流动通道，其将从燃料电池排放的气体返回到燃料供应流动通道；循环泵，其将在燃料循环流动通道中的气体给付到燃料供应流动通道；排放阀，其将在燃料循环流动通道中的气体排放到外部；和控制装置，其控制压力调节阀、循环泵和排放阀，使得在确保燃料电池产生电力所要求的氢气化学计量比的同时，从燃料电池的阳极渗透到燃料电池的阴极的氢气的量、用于产生与循环泵的动力损失对应的电力的氢气的量和通过排放阀排放的氢气的量的总和为最小。
另外，本发明的第二方面提供一种用于燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统包括：燃料电池，其被供应有燃料气体以产生电力；燃料供应流动通道，其使从燃料供应源供应的燃料气体流动到燃料电池；压力调节阀，其调节通过燃料供应流动通道流动的燃料气体的压力；燃料循环流动通道，其将从燃料电池排放的气体返回到燃料供应流动通道；循环泵，其将在燃料循环流动通道中的气体给付到燃料供应流动通道；和排放阀，其将在燃料循环流动通道中的气体排放到外部。该方法包括：控制压力调节阀、循环泵和排放阀，使得在确保燃料电池产生电力所要求的氢气化学计量比的同时，从燃料电池的阳极渗透到燃料电池的阴极的氢气的量、用于产生与循环泵的动力损失对应的电力的氢气的量和通过排放阀排放的氢气的量的总和为最小。
利用以上配置和方法，在确保燃料电池产生电力要求的氢气化学计量比率的同时最小化燃料损失是可能的。这里，氢气化学计量比率意味着通过将供应的氢气量(实际上供应到燃料电池的氢气的量)除以氢气的基准量(对应于从负载装置要求的动力的氢气的量)而获得的值。
在根据本发明上述方面的燃料电池系统(控制方法)中，控制装置(控制步骤)可以在从负载装置要求的功率小于或者等于预定阈值的负载区域中，控制压力调节阀和排放阀，使得实际氢气分压力不高于最佳氢气分压力，在该最佳氢气分压力下，该总和最小。
利用上述配置(方法)，在低负载区域(其中从负载装置要求的输出小于或者等于预定阈值的负载区域)中，控制压力调节阀和排放阀，使得氢气分压力(氢气压力与燃料电池中的总气体压力的比率)不高于最佳氢气分压力是可能的。因此，减小作为在增加氢气化学计量比率时的最大损失的渗透氢气损失(crossoverhydrogenloss)(从燃料电池的阳极渗透到燃料电池的阴极的氢气的量)是可能的，从而有效率地抑制燃料损失是可能的。
另外，在根据本发明上述方面的燃料电池系统(控制方法)中，控制装置(控制步骤)可以控制循环泵，使得被给付到燃料供应流动通道的气体的流量不低于预定的设定流量。
利用上述配置(方法)，在低负载区域中，控制循环泵从而氢气循环泵流量(从循环流动通道给付燃料供应流动通道的气体的流量)不低于预定的设定流量是可能的。即，在确保氢气化学计量比率时，具有最小损失的循环泵的操作量增加，从而通过使具有大的损失的渗透氢气损失减小如此之多而有效率地抑制燃料损失是可能的。
根据本发明的方面，提供能够在确保化学计量比率的同时最小化燃料损失的燃料电池系统和用于燃料电池系统的控制方法是可能的。
附图简要说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中：
图1是根据本发明一个实施例的燃料电池系统的配置视图；
图2是示出在氢气分压力和渗透氢气损失之间的关联的曲线图；
图3是示出在氢气循环泵流量和氢气循环泵动力损失之间的关联的曲线图；
图4是示出在放泄量和放泄氢气损失之间的关联的曲线图；
图5是示出在燃料电池车辆的使用负载和使用频率之间的关联的曲线图；
图6是示出在图1所示燃料电池系统中的使用负载和堆压力之间的关联的曲线图；
图7是示出在图1所示燃料电池系统中的使用负载和氢气循环泵流量之间的关联的曲线图；
图8是示出在图1所示燃料电池系统中的堆压力和氢气损失之间的关联的曲线图；并且
图9是用于示意用于图1所示燃料电池系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施例的燃料电池系统1。在本实施例中，将对于其中本发明应用于用于燃料电池车辆的车载发电系统的实例进行说明。
首先，将参考图1描述根据本发明的该实施例的燃料电池系统1的配置。
如在图1中所示，根据本实施例的燃料电池系统1用于通过经由牵引逆变器53向牵引马达M3供应由燃料电池2或者蓄电池52产生的电力来驱动牵引马达M3旋转。燃料电池系统1包括燃料电池2、氧化气体管线3、燃料气体管线4、电力系统5、控制装置6等。燃料电池2被供应有反应气体(氧化气体和燃料气体)以产生电力。氧化气体管线3向燃料电池2供应用作氧化气体的空气。燃料气体管线4向燃料电池2供应用作燃料气体的氢气。电力系统5对系统的电力进行充电或者放电。控制装置6综合性地控制总体系统。
燃料电池2例如由固体聚合物电解质类型形成，并且具有其中堆叠大数目的单电池的堆叠结构。构成燃料电池2的单电池中的每一个具有以下结构：该结构使得通过在两个电极，即，阳极电极和阴极电极之间夹持聚合物电解质膜而形成的膜电极组件(MEA)进一步被用于供应燃料气体和氧化气体的隔离膜夹持。该一对隔离膜被设置成从两侧夹持阴极电极和阳极电极。燃料气体被供应到隔离膜中的一个的燃料气体流动通道，氧化气体被供应到隔离膜中的另一个的氧化气体流动通道，并且燃料电池2使用所供应的气体产生电力。即，在燃料电池2中，在阳极电极中的每一个中发生由以下化学式(1)表达的氧化反应，在阴极电极中的每一个中发生由以下化学式(2)表达的还原反应，并且作为整体在燃料电池2中发生由以下化学式(3)表达的生电反应。
H2→2H++2e-(1)
(1/2)O2+2H+2e-→H2O(2)
H2+(1/2)O2→H2O(3)
电流传感器2a和电压传感器2b被设置在燃料电池2处。电流传感器2a在发电期间检测电流(输出电流)。电压传感器2b在发电期间检测电压(输出电压)。注意燃料电池2可以不仅是固体聚合物电解质类型的而且还可以是各种类型的，诸如磷酸类型和熔融碳酸盐类型。
氧化气体管线3包括空气压缩机31、氧化气体供应通道32、加湿模块33、阴极废气流动通道34、稀释器35、驱动空气压缩机31的马达M1等。
空气压缩机31由响应于来自控制装置6的控制命令致动的马达M1的驱动力驱动，以向燃料电池2的阴极供应经由空气过滤器(未示出)从外部空气获取的空气(氧化气体)。氧化气体供应通道32是用于将从空气压缩机31供应的空气引导到燃料电池2的阴极的气体流动通道。从燃料电池2的阴极排放阴极废气。阴极废气处于高度潮湿状态中，因为它包含通过燃料电池2中的电解反应生产的湿气。
加湿模块33在流动通过氧化气体供应通道32的、处于低潮湿状态中的氧化气体与流动通过阴极废气流动通道34的、处于高潮湿状态中的阴极废气之间执行湿气交换，并且充分地加湿被供应到燃料电池2的氧化气体。阴极废气流动通道34是用于气向系统外部排放阴极废气的气体流动通道，并且空气压力调节阀A1靠近气体流动通道34的阴极出口布置。供应到燃料电池2的氧化气体的反压力由空气压力调节阀A1调节。稀释器35稀释氢气的排放浓度，使得排放浓度落入预设浓度范围(基于环境标准等设定的范围)内。阴极废气流动通道34的下游侧和阳极废气流动通道44的下游侧(在以后描述)与稀释器35流体连通，从而氢气废气和氧气废气被混合并且稀释，并且然后被排放到系统外部。
燃料气体管线4包括燃料供应源41、燃料供应流动通道42、燃料循环流动通道43、阳极废气流动通道44、氢气循环泵45、止回阀46、用于驱动氢气循环泵45的马达M2等。
燃料供应源41是向燃料电池2供应诸如氢气的燃料气体的装置，并且例如由高压氢气罐、氢气存储罐等形成。燃料供应流动通道42是用于将从燃料气体供应源41给付的燃料气体引导到燃料电池2的阳极的气体流动通道。诸如罐阀H1、氢气供应阀H2和FC进气阀H3的阀按照从上游侧到下游侧的次序布置在燃料供应流动通道42中。罐阀H1、氢气供应阀H2和FC进气阀H3是用于向燃料电池2供应(或者切断)燃料气体的切断阀，并且每一个例如由电磁阀形成。氢气供应阀H2用于调节流动通过燃料供应流动通道42的燃料气体的压力，并且用作根据本发明的方面的压力调节阀。
燃料循环流动通道43是用于向燃料供应流动通道42返回从燃料电池2排放的未反应燃料气体的返回气体流动通道。FC出气阀H4、氢气循环泵45和止回阀46按照从上游侧到下游侧的次序布置在燃料循环流动通道43中。从燃料电池2排放的低压未反应燃料气体被由马达M2的驱动力驱动的氢气循环泵45充分地加压，并且被给付到燃料供应流动通道42，该马达M2响应于来自控制装置6的控制命令被致动。燃料气体从燃料供应流动通道42到燃料循环流动通道43的回流被止回阀46抑制。阳极废气流动通道44是用于向系统外部排放包含从燃料电池2排放的氢气废气的阳极废气的气体流动通道。放泄阀H5被布置在阳极废气流动通道44中。放泄阀H5用于向外部排放燃料循环流动通道43内的气体，并且用作根据本发明的方面的排放阀。
电力系统5包括高压DC/DC转换器51、蓄电池52、牵引逆变器53、辅机逆变器54、牵引马达M3、辅机马达M4等。
高压DC/DC转换器51是直流电压转换器。高压DC/DC转换器51具有调节从蓄电池52输入的直流电压并且然后向牵引逆变器53侧输出直流电压的功能，以及调节从燃料电池2或者牵引马达M3输入的直流电压并且然后向蓄电池52输出直流电压的功能。通过高压DC/DC转换器51的这些功能，将蓄电池52充电和放电。另外，燃料电池2的输出电压由高压DC/DC转换器51控制。
蓄电池52与燃料电池2并联地连接到牵引马达M3。蓄电池52具有在再生制动期间存储冗余电力和再生能量的功能，并且还在由于燃料电池车辆加速或者减速引起的负载波动时用作能量缓冲器。蓄电池52是可充电和可放电二次电池，并且由各种二次蓄电池(诸如镍镉蓄电池、镍金属氢化物蓄电池和锂二次蓄电池)形成。通过由蓄电池计算机(未示出)执行的控制，蓄电池52能够利用冗余电力充电或者供应另外的电力。由燃料电池2产生的直流电力的一部分被高压DC/DC转换器51升压或者降压，并且蓄电池52被充电。注意，替代蓄电池52，可以采用除了二次蓄电池之外的可充电和可放电电容器。
牵引逆变器53和辅机逆变器54是脉冲宽度调制型PWM逆变器。牵引逆变器53和辅机逆变器54每一个根据给定的控制命令将从燃料电池2或者蓄电池52输出的直流电力转换成三相交流电力，并且然后向牵引马达M3和辅机马达M4中的对应的一个供应三相交流电力。牵引马达M3是用于驱动车轮7R和7L的马达。旋转速度检测传感器5a被设置在牵引马达M3处，并且检测牵引马达M3的旋转速度。辅机马达M4是用于驱动各种辅机的马达，并且是驱动空气压缩机31的马达M1、驱动氢气循环泵45的马达M2等的集合术语。注意，在本实施例中，通过接收从燃料电池2供应的电力而被致动的所有的装置均一起地称作负载装置。
控制装置6是用于以集成方式控制燃料电池系统1的各种部分的计算机系统，并且包括CPU和各种存储器(ROM、RAM等)。控制装置6通过接收从各种传感器供应的信号(例如，从旋转速度检测传感器5a、检测油门踏板操作量的油门踏板传感器6a等传输的各种传感器信号)来计算负载装置的负载(要求动力)。然后，控制装置6控制燃料电池2的输出电压和输出电流，使得产生对应于负载的输出电力。另外，控制装置6控制牵引逆变器53和辅机逆变器54的输出脉冲宽度等以控制牵引马达M3和辅机马达M4。
负载装置的负载例如是车辆行驶电力和辅机电力的总值。辅机电力包括由各种辅机(诸如空气压缩机31和氢气循环泵45)消耗的电力、车辆行驶所需的装置(诸如变速机构、车轮控制装置、转向系统和悬架系统)消耗的电力、由布置在乘客空间内的装置(诸如空调、照明设备和音频设备)消耗的电力等。
另外，控制装置6执行用于控制各种阀和泵的“燃料损失避免控制”，使得在确保燃料电池2的发电要求的氢气化学计量比率的同时使燃料损失最小化。具体地，控制装置6控制氢气供应阀H2、氢气循环泵45和放泄阀H5，使得在确保大于或者等于预定值的氢气化学计量比率的同时，使渗透氢气损失、氢气循环泵动力损失和放泄氢气损失的总和最小化。注意氢气化学计量比率是指通过将供应的氢气量(实际上供应到燃料电池2的氢气的量)除以氢气的基准量(对应于负载装置要求的动力的氢气量)而获得的值。
这里，将参考图2到图8更加详细地描述根据本实施例由控制装置6执行的“燃料损失避免控制”。
图2是示出在氢气分压力(氢气压力关于燃料电池2中的总气体压力的百分比)和渗透氢气损失(从燃料电池2的阳极渗透到燃料电池2的阴极的氢气量)之间的关联的曲线图。如在图2中所示，已知的是，渗透氢气损失随着氢气分压力的增加而增加，并且渗透氢气损失随着构成燃料电池2的电解质膜的厚度的减小而增加。通过对氢气供应阀H2和放泄阀H5的打开/关闭控制来调节氢气分压力。
图3是示出在氢气循环泵流量(由氢气循环泵45给付到燃料供应流动通道42的气体的流量)和氢气循环泵动力损失(用于产生与氢气循环泵45的动力损失对应的电力的氢气量)之间的关联的曲线图。如在图3中所示，已知的是，氢气循环泵动力损失随着氢气循环泵流量的增加而增加，并且随着差压(在氢气循环泵45的排放压力和抽吸压力之间的差异)的增加而增加。通过对驱动氢气循环泵45的马达M2的旋转速度控制来调节氢气循环泵流量。
图4是示出在放泄量(通过放泄阀H5排放的气体的量)和放泄氢气损失(通过放泄阀H5排放的氢气的量)之间的关联的曲线图。如在图4中所示，已知的是，放泄氢气损失随着放泄量的增加而增加，并且随着通过放泄阀H5排放的气体中的氢气浓度的增加而增加。
当这三种类型的损失相互比较时，已经通过试验等确认，在氢气化学计量比率以预定值(例如，0.1)增加的情形中，“渗透氢气损失”最大并且“氢气循环泵动力损失”最小。因此，控制装置6控制氢气供应阀H2和放泄阀H5，使得通过关于在正常时间期间的氢气分压力降低氢气分压力而抑制“渗透氢气损失”，并且控制氢气循环泵45，使得通过相对于在正常时间期间的氢气循环泵流量而增加氢气循环泵流量，来确保氢气化学计量比率。注意，当控制放泄阀H5，使得相对于在正常时间期间的氢气分压力而降低氢气分压力，以便抑制“渗透氢气损失”时，如与在正常时间期间的放泄量相比较，放泄量减小，因此“放泄氢气损失”也同时地被抑制。
附带说一句，在燃料电池车辆的模式行驶(例如，10-15模式行驶)期间，如在图5中所示，已经通过试验等确认，在负载装置要求的动力小于或者等于最大负载的20％或者更低的“低负载区域”中的使用频率是极高的。
然后，如在图6中所示，在本实施例中，控制装置6控制氢气供应阀H2和放泄阀H5，使得在负载装置要求的动力小于或者等于预定阈值WT(例如，最大负载的20％的值)的“低负载区域”中氢气分压力不大于预定的设定值(通过对放泄阀H5的这种控制，放泄氢气损失同时地被抑制)。另外，如在图7中所示，控制装置6经由马达M2控制氢气循环泵45，使得在负载装置要求的动力小于或者等于预定阈值WT的“低负载区域”中，氢气循环泵流量不低于预定的设定流量。由此，在低负载区域中的渗透氢气损失被抑制的同时，确保氢气化学计量比率大于或者等于预定值是可能的。
注意，当如由图6中的虚线示意地不执行在本实施例中的“燃料损失避免控制”时，氢气分压力在低负载区域中逐渐地增加并且对应地渗透氢气损失逐渐地增加，从而假设燃料损失整体上增加。另外，当如由图7中的虚线示意地不执行在本实施例中的“燃料损失避免控制”时，在低负载区域中的氢气循环泵流量是不足的，从而确保大于或者等于预定值的氢气化学计量比率是不可能的。
图8是示出在其中氢气化学计量比率和燃料电池2中的杂质分压力在低负载区域中保持为恒定值的情形中，在堆压力(燃料电池2中的总气体压力)和氢气损失量之间的关联的曲线图。在图8中，直线“A”指示在堆压力和渗透氢气损失之间的关联，曲线“B”指示在堆压力和氢气循环泵动力损失之间的关联，直线“C”指示在堆压力和放泄氢气损失之间的关联，并且曲线“D”指示在堆压力和总氢气损失之间的关联。
如由图8中的直线“A”和“C”指示地，渗透氢气损失和放泄氢气损失随着堆压力的增加而增加，而如由图8中的曲线“B”示意地，氢气循环泵动力损失随着堆压力的增加而减小。然后，如由图8中的曲线“D”指示地，看起来总氢气损失在某个堆压力(ΡMIN)下最小。基于通过以此方式参考曲线图确定的堆压力ΡMIN和预设杂质分压力，如在图6中所示设定在低负载区域中采用的氢气分压力(最佳氢气分压力)是可能的。在设定最佳氢气分压力之后，为了确保大于或者等于预定值的氢气化学计量比率，如在图7中所示设定在低负载区域中采用的氢气循环泵流量是可能的。
接着，将描述用于根据本实施例的燃料电池系统1的控制方法。
首先，通过参考图8所示曲线图，确定使得总氢气损失最小的堆压力PMIN，并且然后基于堆压力PMIN和预设杂质分压力设定，来使在低负载区域中总氢气损失最小的氢气分压力(最佳氢气分压力)(氢气分压力设定步骤：S1)。随后，基于在氢气分压力设定步骤S2中设定的最佳氢气分压力和氢气化学计量比率的下限，设定用于在低负载区域中确保化学计量比率的氢气循环泵流量(氢气循环泵流量设定步骤：S2)。
随后，控制装置6控制氢气供应阀H2和放泄阀H5，使得在低负载区域中，实际氢气分压力不高于在氢气分压力设定步骤S1中设定的最佳氢气分压力，并且经由马达M2控制氢气循环泵45，使得实际氢气循环泵流量不低于在氢气循环泵流量设定步骤S2中设定的流量(控制步骤：S3)。
在根据该实施例的上述燃料电池系统1中，在确保燃料电池2的发电要求的氢气化学计量比率的同时最小化燃料损失是可能的。
另外，在根据该实施例的上述燃料电池系统1中，控制氢气供应阀H2和放泄阀H5使得在低负载区域中的氢气分压力不高于最佳氢气分压力是可能的。因此，减小是在增加氢气化学计量比率时的最大损失的渗透氢气损失(从燃料电池2的阳极渗透到燃料电池2的阴极的氢气量)是可能的，从而有效率地抑制燃料损失是可能的。
另外，在根据该实施例的上述燃料电池系统1中，控制氢气循环泵45使得在低负载区域中的氢气循环泵流量不低于预定的设定流量是可能的。即，在确保氢气化学计量比率时，具有最小损失的氢气循环泵45的操作量增加，使得通过具有大的损失的渗透氢气损失减小如此之多而有效率地抑制燃料损失是可能的。
注意，在上述实施例中，作为压力调节阀采用氢气供应阀H2；然而，替代氢气供应阀H2地(或者除了氢气供应阀H2)，可以采用罐阀H1或者FC进气阀H3作为压力调节阀。
另外，在上述实施例中，通过采用用于低负载区域的曲线图(图8)来确定使得总氢气损失最小的堆压力，基于所确定的堆压力设定氢气分压力和氢气循环泵流量，并且然后执行燃料损失避免控制；替代地，在另一个负载区域(中间负载区域到高负载区域)中以相同的方式执行燃料损失避免控制是可能的。
另外，在上述实施例中，根据本发明的方面的燃料电池系统安装在燃料电池车辆上；替代地，根据本发明的方面的燃料电池系统可以安装在除了燃料电池车辆之外的各种移动单元(诸如机器人、轮船和飞机)上。另外，根据本发明的方面的燃料电池系统可以应用于为一种结构(诸如住宅和建筑物)用作发电设施的固定发电系统。进而，它还可以应用于便携式燃料电池系统。
Claims (10)
1.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池(2)，所述燃料电池被供应有燃料气体以产生电力；
燃料供应流动通道(42)，所述燃料供应流动通道使从燃料供应源供应的燃料气体流动到所述燃料电池；
压力调节阀(H2)，所述压力调节阀调节通过所述燃料供应流动通道流动的燃料气体的压力；
燃料循环流动通道(43)，所述燃料循环流动通道将从所述燃料电池排放的气体返回到所述燃料供应流动通道；
循环泵(45)，所述循环泵将在所述燃料循环流动通道中的气体给付到所述燃料供应流动通道；
排放阀(H5)，所述排放阀将在所述燃料循环流动通道中的气体排放到外部；和
控制装置(6)，所述控制装置控制所述压力调节阀、所述循环泵和所述排放阀，使得在确保所述燃料电池产生所述电力所要求的氢气化学计量比的同时，从所述燃料电池的阳极渗透到所述燃料电池的阴极的氢气的量、用于产生与所述循环泵的动力损失对应的所述电力的氢气的量和通过所述排放阀排放的氢气的量的总和为最小。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中
在从负载装置要求的功率小于或者等于预定阈值的负载区域中，所述控制装置(6)控制所述压力调节阀和所述排放阀，使得实际氢气分压力为最佳氢气分压力，在所述最佳氢气分压力下，所述总和最小。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中
所述控制装置(6)控制所述循环泵，使得被给付到所述燃料供应流动通道的气体的流量不低于预定的设定流量。
4.根据权利要求2或者3所述的燃料电池系统，其中
所述预定阈值是从所述负载装置要求的最大负载的20％。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中
所述氢气化学计量比是通过将实际上被供应到所述燃料电池(2)的氢气的量除以与从负载装置要求的功率对应的氢气的量而获得的值。
6.一种用于燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括：燃料电池(2)，所述燃料电池被供应有燃料气体以产生电力；燃料供应流动通道(42)，所述燃料供应流动通道使从燃料供应源供应的燃料气体流动到所述燃料电池；压力调节阀(H2)，所述压力调节阀调节通过所述燃料供应流动通道流动的燃料气体的压力；燃料循环流动通道(43)，所述燃料循环流动通道将从所述燃料电池排放的气体返回到所述燃料供应流动通道；循环泵(45)，所述循环泵将在所述燃料循环流动通道中的气体给付到所述燃料供应流动通道；和排放阀(H5)，所述排放阀将在所述燃料循环流动通道中的气体排放到外部，所述方法包括：
控制所述压力调节阀、所述循环泵和所述排放阀，使得在确保所述燃料电池产生所述电力所要求的氢气化学计量比的同时，从所述燃料电池的阳极渗透到所述燃料电池的阴极的氢气的量、用于产生与所述循环泵的动力损失对应的所述电力的氢气的量和通过所述排放阀排放的氢气的量的总和为最小。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中
在从负载装置要求的功率小于或者等于预定阈值的负载区域中，所述压力调节阀(H2)和所述排放阀(H5)被控制，使得实际氢气分压力为最佳氢气分压力，在所述最佳氢气分压力下，所述总和最小。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中
所述循环泵(45)被控制，使得被给付到所述燃料供应流动通道的气体的流量不低于预定的设定流量。
9.根据权利要求7或者8所述的控制方法，其中
所述预定阈值是从所述负载装置要求的最大负载的20％。
10.根据权利要求6或7所述的控制方法，其中
所述氢气化学计量比是通过将实际上被供应到所述燃料电池(2)的氢气的量除以与从负载装置要求的功率对应的氢气的量而获得的值。
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