JP2012160443A - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】燃料電池システムの制御方法は、前記燃料システム中の燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断し、前記水素流量が足りると判断するときに、前記燃料電池スタックの出力電流の上昇が停止するまで、前記燃料電池スタックの出力電圧を次第に下げ、且つ前記燃料電池スタックの出力電流を持続に検出し、及び、前記水素流量が足りないと判断するときに、前記燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、前記燃料電池スタックの前記出力電圧を次第に上げ、且つ前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出するステップを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関し、特に、燃料の利用率を向上させることができ、且つ保護機能を有する燃料電池システム及びその制御方法に関する。

エネルギーの開発及び応用が今までずっと人類の生活にとって必要不可欠な条件であるが、エネルギーの開発及び応用による環境への破壊が日増しに増えている。燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）技術を利用してエネルギーを生成することは、高効率、低騒音、無汚染などの利点を有し、時勢に合致するエンルギー技術である。燃料電池は様々なタイプを有し、そのうち、よくあるのは、プロトン交換膜燃料電池（Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）である。また、燃料電池システムの作動過程において、如何に燃料電池スタック（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔａｃｋ）の出力電圧及び出力電流を制御して最大の出力パワーを取得し、且つ燃料電池スタック中の燃料を有効に利用して電気エネルギーに転化することができるかは、燃料電池システムの主要な性能指標の一つとなっている。

燃料電池システム中の燃料電池スタックの特性については図１乃至図３を参照する。図１は、燃料電池スタックが異なる燃料供給率Ｒ１〜Ｒ３（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３）の下での電圧−電流密度曲線図である。図１に示すように、燃料電池スタックは、燃料供給率がＲ２であるときに、燃料電池スタックの最適な作動点（電圧及び電流値）が作動点ＯＰ２（Ｖ２，Ｉ２）であり、なお、図１〜２中のＩ値は、電流密度値を経由して転換された後の結果である。よって、燃料電池スタックの出力電流Ｉが電流Ｉ２よりも大きいと設定するときに、燃料供給が不足である（即ち、足りない）現象が生じる可能性があり、燃料電池スタックの出力電圧Ｖが急速に下がるようになり、これにより、燃料電池スタックに損傷を与える可能性がある。また、燃料電池スタックの出力電流Ｉが電流Ｉ２よりも小さいと設定するときに、燃料電池スタックの出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの積（Ｖ×Ｉ）が最適な作動点ＯＰ２に対応する電圧Ｖ２と電流Ｉ２との積（Ｖ２×Ｉ２）よりも小さいので、燃料の利用率が下がるようになる。

図２は、燃料電池スタックが異なる劣化程度Ａ１〜Ａ３（Ａ３＞Ａ２＞Ａ１）の下での電圧−電流密度曲線図である。燃料電池スタックが劣化程度Ａ２であるときに、燃料電池スタックの最適な作動点（Ｖ，Ｉ）が作動点ＯＰ２（Ｖ２，Ｉ２）である。燃料電池スタックの出力電圧Ｖが電圧Ｖ２よりも大きいと設定するときに、燃料電池スタックの出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの積（Ｖ×Ｉ）が最適な作動点ＯＰ２に対応する電圧Ｖ２と電流Ｉ２との積（Ｖ２×Ｉ２）よりも小さいので、燃料の利用率が下がるようになる。また、燃料電池スタックの出力電圧Ｖが電圧Ｖ２よりも小さいと設定するときに、燃料供給が不足である現象が生じ、これにより、燃料電池スタックの出力電圧Ｖが急速に下がり、燃料電池スタックに損傷を与える。

よって、図１及び図２から分かるように、燃料電池スタックの燃料供給率又は劣化程度に基づいて燃料電池スタックの作動点を設定しなければ、燃料電池スタックは最高の発電効率に達することができない。

従来の技術について言えば、大抵、定電圧、定電流又は電圧擾乱（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）観察を採用する方式で、燃料電池スタックが出力した電圧及び電流の作動点を制御し、これにより、燃料電池スタックに入った燃料を有効に利用して電気エネルギーに転化するようになる。例えば、特許文献１には、定電圧の方式で、燃料電池スタックの出力電圧を２７Ｖ〜２８Ｖの間に制御することが開示されている。燃料電池スタックの出力電圧が２８Ｖよりも大きいときに、燃料電池スタックの最大出力電流を上げ、また、燃料電池スタックの出力電圧が２７Ｖよりも小さいときに、燃料電池スタックの最大出力電流を下げる。

しかし、定電圧の制御方式は、固定燃料流量の燃料電池システムのみに適用でき、変動燃料流量の燃料電池システムに適用できない。定電圧の制御方式が変動燃料流量を有する燃料電池システムに応用されるときに、燃料不足又は過剰の条件の下で、燃料電池スタックの発電効率が比較的に低くなる。また、定電圧の制御方式が、劣化した燃料電池スタックに応用されるときに、劣化した燃料電池スタックの作動電圧点が偏移することがあるので、燃料の利用率が下がる可能性がある。

一方、特許文献２には、電圧擾乱を利用する観察方式で、燃料電池スタックの最大出力パワー点を得ることが開示されている。しかし、燃料電池スタック内部の水素流量が不足であるときに、燃料電池スタックが不適切な電圧操作点に作動することを容易にもたらすので、燃料電池スタックの使用寿命を短命にすることがある。

また、特許文献３、特許文献４、特許文献５、及び特許文献６は、ともに燃料電池システムに関する制御方式を開示している。

米国特許第５，７１４，８７４号 米国特開第２００６／００２９８４４号 台湾特開第２０１０／０４０１８号 台湾特開第２００９／０５９６０号 米国特開第２００７／０１９６７００号 米国特開第２０１０／０１７３２１１号

本発明は、燃料電池システムの制御方法を提供し、この燃料電池システムの制御方法は、水素流量の状況を基づいて燃料電池スタックの出力電圧を動的に調整することができ、これにより、燃料電池スタックは、比較的高い出力パワーを得ることができ、且つ燃料電池スタック中に進入している燃料を有効に利用して電気エネルギーに転化することができる。

本発明は、燃料電池システムを提供し、この燃料電池システムは、安定に作動することができ、これにより、電池タックは、比較的高い発電効率を保つことができ、且つ使用寿命を長くすることができる。

本発明の他の目的と利点については、本発明に開示される技術的特徴から更なる理解を得ることができる。

上述の一又は部分或いは全部の目的若しくは他の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、燃料電池システムの制御方法が提供される。この燃料電池システムの制御方法は、燃料システム中の燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断し、水素流量が足りると判断するときに、燃料電池スタックの出力電流の上昇が停止するまで、燃料電池スタックの出力電圧を次第に下げ、且つ燃料電池スタックの出力電流を持続に検出し、及び、水素流量が足りないと判断するときに、燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、燃料電池スタックの出力電圧を次第に上げ、且つ燃料電池スタックの出力電流を持続に検出するステップを含む。

本発明の一実施例では、フラグに基づいて燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断し、このフラグは、それぞれ、燃料電池スタック内部の水素流量が足りる及び足りないことを表す第一状態及び第二状態を有する。

本発明の一実施例では、燃料電池スタックの出力電流の上昇が停止するときに、上述の制御方法は、更に、燃料電池スタックの出力電流の変化値が所定値よりも大きいかを判断し、変化値が所定値よりも大きいときに、燃料電池スタックの出力電流の最大値を更新し、且つ燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、燃料電池スタックの出力電圧を次第に増やし、燃料電池スタックの出力電流を持続に検出し、及び、変化値が所定値よりも小さいときに、燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、燃料電池スタックの出力電圧を次第に増やし、燃料電池スタックの出力電流を持続に検出するステップを含む。

本発明の一実施例では、燃料電池スタックの出力電流の変化値を判断する前に、上述の制御方法は、更に、フラグを第二状態に設定するステップを含む。

本発明の一実施例では、燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるときに、上述の制御方法は、更に、フラグを第一状態に設定するステップを含む。

本発明の一実施例では、燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断する前に、上述の制御方法は、更に、緩起動工程を行い燃料電池スタックが作動に適するようにさせるステップを含む。

本発明の一実施例では、変化値は出力電流の最大値と出力電流との差である。

本発明の一実施例によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池スタック、検出ユニット、転換ユニット、及び処理ユニットを含む。そのうち、燃料電池スタックは、化学反応を行って電気エネルギーを生成するために用いられる。検出ユニットは、燃料電池スタックにカップリングされ、燃料電池スタックの出力電圧及び出力電流を検出すために用いられる。転換ユニットは、燃料電池スタックにカップリングされ、燃料電池スタックの出力電圧及び出力電流を転換するために用いられる。処理ユニットは、検出ユニット及び転換ユニットにカップリングされ、燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断するために用いられ、水素流量が足りると判断するときに、燃料電池スタックの出力電流の上昇が停止するまで、転換ユニットを制御して燃料電池スタックの出力電圧を下げさせ、且つ検出ユニットに、燃料電池スタックの出力電流を持続に検出させ、及び、水素流量が足りないと判断するときに、燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、転換ユニットを制御して出力電圧を次第に上げさせ、且つ検出ユニットに、燃料電池スタックの出力電流を持続に検出させる。

本発明の一実施例では、処理ユニットは、フラグに基づいて燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断する。そのうち、このフラグは、それぞれ、燃料電池スタック内部の水素流量が足りる及び足りないことを表す第一状態及び第二状態を有する。

本発明の一実施例では、燃料電池スタックの出力電流の上昇が停止するときに、処理ユニットは、燃料電池スタックの出力電流の変化値が所定値よりも大きいかを判断し、変化値が所定値よりも大きいときに、燃料電池スタックの出力電流の最大値を更新し、且つ燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、転換ユニットを制御して燃料電池スタックの出力電圧を次第に増やさせ、検出ユニットに、燃料電池スタックの出力電流を持続に検出させ、及び、変化値が所定値よりも小さいときに、燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、転換ユニットを制御して燃料電池スタックの出力電圧を次第に増やさせ、検出ユニットに、燃料電池スタックの出力電流を持続に検出させる。

本発明の一実施例では、処理ユニットは、燃料電池スタックの出力電流の変化値を判断する前に、フラグを第二状態に設定する。

本発明の一実施例では、処理ユニットは、燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるときに、フラグを第一状態に設定する。

本発明の一実施例では、変化値は出力電流の最大値と出力電流との差である。

上述に基づいて、本発明の実施例では、燃料電池スタックの出力電圧を動的に調整することができ、これにより、燃料電池スタックに入っている燃料を更に有効に利用して電気エネルギーに転化することができ、即ち、燃料の利用率が更に高くなる。

本発明の実施例によれば、燃料の利用率を向上させることができ、且つ保護機能を有する燃料電池システム及びその制御方法を提供することができる。

燃料電池スタックが異なる燃料供給率Ｒ１〜Ｒ３（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３）の下での電圧−電流密度曲線図（Ｉ−Ｖ Ｃｕｒｖｅ）である。 燃料電池スタックが異なる劣化程度Ａ１〜Ａ３（Ａ３＞Ａ２＞Ａ１）の下での電圧‐電流密度曲線図（Ｉ−Ｖ Ｃｕｒｖｅ）である。 本発明の一実施例による燃料電池システム３００のブロック図である。 本発明の一実施例による作動を示す図である。 本発明の一実施例による燃料システムの制御方法のフローチャートである。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

なお、次の各実施例の説明は、添付した図面を参照して行われたものであり、本発明の実施可能な特定の実施例を例示するために用いられる。また、次の各実施例に言及した方向の用語、例えば、上、下、前、後、左、右などは、添付した図面の方向を参考するためのもののみである。よって、以下に使用された方向の用語は、説明のために用いられ、本発明を限定するためのものでない。

また、図面及び実施例に使用さる同じ符号を有する素子／構成要素／ステップは、同じ又は類似するものを表す。

図３は、本発明の一実施例による燃料電池システム３００のブロック図である。図３を参照する。燃料電池システム３００は、燃料電池スタック３０１、検出ユニット３０３、転換ユニット３０５、及び処理ユニット３０７を含む。本実施例では、燃料電池スタック３０１は、化学反応を行って電気エネルギーを出力するために用いられる。もっとはっきり言えば、燃料電池スタック３０１は、プロトン交換膜燃料電池スタック（Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔａｃｋ：ＰＥＭＦＣ Ｓｔａｃｋ）又は直接メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｓｔａｃｋ：ＤＭＦＣ Ｓｔａｃｋ）であっても良い。

検出ユニット３０３は、燃料電池スタック３０１にカップリングされ、燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉを検出するために用いられる。転換ユニット３０５は、燃料電池スタック３０１にカップリングされ、燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉを転換するために用いられ、また、これに基づいて電力Ｐを負荷３０９（例えば電子装置）に使用のために提供する。

処理ユニット３０７は、検出ユニット３０３及び転換ユニット３０５にカップリングされ、燃料電池スタック３０１内部の水素流量が足りるかを判断するために用いられる。本実施例では、処理ユニット３０７は、その内部フラグ（Ｆｌａｇ）Ｆに基づいて、燃料電池スタック３０１内部の水素流量が足りるかを判断する。フラグＦは、第一状態（例えば、ロジック値“０”）及び第二状態（例えば、ロジック値“１”）を有し、それぞれ、燃料電池スタック３０１内部の水素流量が足りる及び足りたい状況を表す。本発明の他の実施例では、第一状態及び第二状態は、それぞれ、燃料電池スタック３０１内部の水素流量が足りない及び足りる状況を表しても良く、即ち、実際の設計ニーズに応じて決定されても良い。

処理ユニット３０７は、水素流量が足りると判断する（即ち、フラグＦがロジック値“０”である）ときに、転換ユニット３５０を制御して燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖを次第に下げさせ、且つ検出ユニット３０３に、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉを持続に検出させ、このような操作を、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの上昇が停止するまで行う。これに反して、処理ユニット３０７は、水素流量が足りないと判断する（即ち、フラグＦがロジック値“１”である）ときに、転換ユニット３０５を制御して燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉを次第に上げさせ、且つ検出ユニット３０３に、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉを持続に検出させ、このような操作を、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めるまで行う。

また、処理ユニット３０７は、検出ユニット３０３により燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの上昇が停止したと検出したときに、処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの変化値が所定値（実際の設計ニーズに応じて決定されても良い）よりも大きいかを判断する。処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの変化値が所定値よりも大きいと判断するときに、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの最大値を更新し、且つ転換ユニット３０５を制御して燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖを次第に増やさせ、及び、検出ユニット３０３に、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉを持続に検出させ、このような操作を、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めるまで行う。これに反して、処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの変化値が所定値よりも小さいと判断するときに、転換ユニット３５０を制御して燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖを次第に増やさせ、及び、検出ユニット３０３に、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉを持続に検出させ、このような操作を、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めるまで行う。

また、処理ユニット３０７は、更に、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの変化値を判断する前に、フラグＦを第二状態（即ち、ロジック値“１”）に設定する。且つ、処理ユニット３０７は、更に、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めたと判断するときに、フラグＦを第一状態（即ち、ロジック値“０”）に設定する。

上述に基づいて、図４は、本発明の一実施例による作動を示す。図３及び図４を参照する。内部フラグＦが第一状態（即ち、ロジック値“０”）であるときに、処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１内部の水素流量が足りると判断し、且つ転換ユニット３５０を制御して燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖを次第に下げさせ（例えば、階段的に下げさせる）、及び、検出ユニット３０３に、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉを持続に検出させ、このような操作を、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの上昇が停止するまで行う。

処理ユニット３０７は、検出ユニット３０３により燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの上昇が停止したと検出すると、フラグＦを第二状態（即ち、ロジック値“１”）に設定し、且つ転換ユニット３０５に、燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖを、最低のステップ電圧（Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ）ＢＬの直前のステップ電圧ＢＬ−１に対応するように調整させ、そして、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの変化値ΔＩが所定値よりも大きいかを判断し、変化値ΔＩは、例えば、出力電流の最大値Ｍａｘと出力電流Ｉとの差、即ちΔＩ＝Ｍａｘ−Ｉであり、また、この所定値は、燃料電池スタック３０１の最大可能出力電流Ｍａｘの３％であっても良いが、これに限られない。

処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの変化値ΔＩが所定値よりも小さいと判断するときに、転換ユニット３５０を制御して燃料電池スタック３０１の出力電圧を次第に増やさせ（例えば、階段的に増やさせる）、及び、検出ユニット３０３に、燃料電池スタック３０１の出力電流を持続に検出させ、このような操作を、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めるまで、即ち、出力電流が高い点から下降する状況があるまで行う。処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めたと検出すると、フラグＦを第一状態（即ち、“０”）に設定し、且つ燃料電池スタック３０１内部の水素流量Ｈが足りるときの作動プロセスと類似する作動プロセスを再び行う。

また、処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉの変化値ΔＩ′が所定値（即ち、燃料電池スタック３０１の最大可能出力電流Ｍａｘの３％）よりも大きいと判断するときに、燃料電池スタック３０１内部の水素流量Ｈが足りない恐れがあることを表す。そのため、処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流の最大値Ｍａｘを更新する（即ち、最大値Ｍａｘ１を最大値Ｍａｘ２に更新する）ことができ、且つ転換ユニット３０５を制御して燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖを次第に増やさせ、及び、検出ユニット３０３に、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉを持続に検出指せ、このような操作を、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めるまで、即ち出力電流Ｉが高い点から下降する状況があるまで行う。処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めたと検出すると、フラグＦを第一状態（即ち、ロジック値“０”）に設定し、且つ転換ユニット３０５に、燃料電池スタック３０１の出力電圧Ｖを、最高のステップ電圧ＢＨの直前のステップ電圧ＢＨ−１に対応するように調整させ、これにより、燃料電池スタック３０１内部の水素流量Ｈが足りるときの作動プロセスと類似する作動プロセスを再び行う。

同様に、処理ユニット３０７は、その内部フラグＦに基づいて燃料電池スタック３０１内部の水素流量Ｈが足りないと判断するときに、即ち、フラグＦが第二状態（ロジック値“１”）であるときに、処理ユニット３０７は、転換ユニット３０５を制御して燃料電池スタック３０１の出力電圧を次第に増やさせ（例えば、階段的に増やさせる）、及び、検出ユニット３０３に、燃料電池スタック３０１の出力電流を持続に検出させ、このような操作を、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めるまで、即ち、出力電流Ｉが高い点から下降する状況があるまで行う。処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電流Ｉが下降し始めたと検出したときに、フラグＦを第一状態（即ち、ロジック値“０”）に設定し、且つ転換ユニット３０５に、燃料電池スタック３０１の出力電圧を、最高ステップ電圧ＢＨの直前のステップ電圧ＢＨ−１に対応するように調整させ、これにより、燃料電池スタック３０１内部の水素流量Ｈが足りるときの作動プロセスと類似する作動プロセスを再び行う。

上述から分かるように、処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１内部の水素流量の多寡に基づいて燃料電池スタック３０１の出力電圧を調整することができ、これにより、燃料電池スタック３０１の出力電流を協同に調整し、燃料電池スタック３０１は好適な作動点に作動することができる。言い換えると、処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１の出力電圧を制御項と看做し、燃料電池スタック３０１の出力電流を観察項と看做し、また、階段的な調整方式で燃料電池スタック３０１の作動電圧点を制御して燃料電池スタック３０１の作動電流点の変化を観察することにより、燃料電池スタック３０１の作動点が妥当であるかを判定する。よって、燃料電池スタック３０１内部の水素流量が足りるかどうかにも関わらず、処理ユニット３０７は、燃料電池スタック３０１が適切な作動点に作動するように制御することができ、これにより、燃料電池スタック３０１に進入している燃料を更に有効に利用して電気エネルギーに転化し、燃料の利用率を更に向上させることができる。

上述の実施例に開示／教示の内容に基づいて、図５は、本発明の一実施例による燃料電池システムの制御方法のフローチャートを示す。図５を参照する。本実施例の燃料電池システムの制御方法（上述の実施例のマイクロ制御ユニットの配置後の結果として理解されても良い）は、以下のステップを含む。

燃料電池システムの燃料電池スタックが正式に作動状態に入る前に、緩起動工程を行う（ステップＳ５０１）。これにより、燃料電池スタックが作動に適するようになり、即ち、十分な燃料が燃料電池スタックの流路内に進入し、燃料電池スタックが湿潤になり、及び、燃料電池スタックの温度が作動に適する程度まで上がることである。緩起動工程を行った後に、燃料電池スタックは直ぐに作動状態に入る。

燃料電池スタックが作動状態に入った後に、燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断する（ステップＳ５０３）。本実施例では、燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかどうかの判断根拠はフラグＦであり、このフラグＦは第一状態（例えば、ロジック値“０”）及び第二状態（例えば、ロジック値“０”）を有し、それぞれ、燃料電池スタック内部の水素流量が足りる及び足りない状況を表す。もちろん、本発明の他の実施例では、第一状態及び第二状態は、それぞれ、燃料電池スタック内部の水素流量が足りない及び足りる状況を表すこともでき、即ち、実際の設計ニーズに応じて決定されても良い。

ステップＳ５０３で、燃料電池スタック内部の水素流量が足りると判断する（即ち、Ｆ≠１）ときに、燃料電池スタックの出力電圧を次第に下げ（ステップＳ５０５）、且つ燃料電池スタックの出力電流を持続に検出し（ステップＳ５０７）、これにより、燃料電池スタックの出力電流が持続に上昇するかを判断する（ステップＳ５０９）。もし燃料電池スタックの出力電流が持続に上昇すれば、スタートのところに戻し、このような操作を、燃料電池スタックの出力電流の上昇が停止するまで行う。

燃料電池スタックの出力電流の持続上昇が停止すると、フラグＦを第二状態（即ち、Ｆ＝１）に設定し（ステップＳ５１１）、且つ燃料電池スタックの出力電流の変化値が所定値よりも大きいかを判断する（ステップＳ５１３）。

燃料電池スタックの出力電流の変化値が所定値よりも大きければ、燃料電池スタックの出力電流の最大値を更新し（ステップＳ５１５）、且つ燃料電池スタックの出力電圧を次第に増やし、及び、燃料電池スタックの出力電流を持続に検出し（ステップＳ５１７）、これにより、燃料電池スタックの出力電流が高い点から下降する状況があるかを判断する（ステップＳ５１９）。もし燃料電池スタックの出力電流が高い点から下降する状況がなければ、スタートのところに戻し、このような操作を、燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、即ち、電流スタックの出力電流が高い点から下降する状況があるまで行う。しかし、もしステップＳ５１９で、燃料電池スタックの出力電流が高い点から下降する状況があったと判断すれば、フラグＦを第一状態（即ち、Ｆ＝０）に設定し（ステップＳ５２１）、且つスタートのところに戻す。

一方、燃料電池スタックの出力電流の変化値が所定値よりも小さく、或いは、ステップＳ５０３で、燃料電池スタック内部の水素流量が足りないと判断する（即ち、Ｆ＝１）ときに、燃料電池スタックの出力電圧を次第に増やし、及び、燃料電池スタックの出力電流を持続に検出し（ステップＳ５１７）、これにより、燃料電池スタックの出力電流が高い点から下降する状況があるかを判断する（ステップＳ５１９）。同様に、もし燃料電池スタックの出力電流が高い点から下降する状況がなければ、スタートのところに戻し、このような操作を、燃料電池スタックの出力電流が下降し始めるまで、即ち、燃料電池スタックの出力電流が高い点から下降する状況があるまで行う。しかし、もしステップＳ５１９で、燃料電池スタックの出力電流が高い点から下降する状況があったと判断すれば、フラグＦを第一状態（即ち、Ｆ＝０）に設定し（ステップＳ５２１）、且つスタートのところに戻す。

以上述べたところを総合すれば、本発明の上述の実施例では、以下の目標のうち少なくとも一つを実現することができる。

１、燃料電池スタックの出力電圧を動的に調整するので、変動燃料供給の環境（即ち、変動燃料流量）を有する燃料システムに適用できる。

２、固定／特定の作動点を予め設定する必要がないので、異なる劣化程度の燃料電池スタックに適用できる。

３、単純の定電圧の制御方式に対して言えば、燃料電池スタックに進入している燃料を更に有効に利用して電気エネルギーに転化することができ、即ち、燃料の利用率が更に高くなる。

本発明は、上述した好適な実施例に基づいて以上のように開示されたが、上述した好適な実施例は、本発明を限定するためのものでなく、当業者は、本発明の精神と範囲を離脱しない限り、本発明に対して些細な変更と潤色を行うことができるので、本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲に定まったものを基準とする。また、本発明の何れの実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目的又は利点又は特徴を達成する必要がない。また、要約の部分と発明の名称は、文献の検索を助けるためのみのものであり、本発明の権利範囲を限定するものでない。

３００ 燃料電池システム
３０１ 燃料電池スタック
３０３ 検出ユニット
３０５ 転換ユニット
３０７ 処理ユニット
３０９ 負荷
Ｒ１〜Ｒ３ 燃料供給率
Ａ１〜Ａ３ 劣化程度
Ｅｎｇ：電気エネルギー
ＯＰ１〜ＯＰ３ 作動点
Ｖ１〜Ｖ３、Ｖ 電圧
Ｉ１〜Ｉ３、Ｉ 電流
Ｐ 電力
Ｈ 水素流量
ΔＩ、ΔＩ′ 出力電流の変化値
Ｍａｘ１、Ｍａｘ２ 出力電流の最大値
Ｌ 出力電流の低い点
ＢＬ、ＢＬ−１、ＢＨ、ＢＨ−１ ステップ電圧（Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ）
Ｓ５０１〜Ｓ５２１ 本発明の一実施例による燃料電池システムの制御方法のフローチャートにおける各ステップ

Claims (14)

1. 燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料システム中の燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断し、
   前記水素流量が足りると判断するときに、前記燃料電池スタックの出力電流の上昇が停止するまで、前記燃料電池スタックの出力電圧を次第に下げ、且つ前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出し、及び
   前記水素流量が足りないと判断するときに、前記燃料電池スタックの前記出力電流が下降し始めるまで、前記燃料電池スタックの前記出力電圧を次第に上げ、且つ前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出するステップを含む、燃料電池システムの制御方法。
2. フラグに基づいて前記燃料電池スタック内部の前記水素流量が足りるかを判断し、前記フラグは、それぞれ、前記燃料電池スタック内部の前記水素流量が足りる及び足りないことを表す第一状態及び第二状態を有する、請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法。
3. 前記燃料電池スタックの前記出力電流の上昇が停止するときに、前記燃料電池システムの制御方法は、更に、
   前記燃料電池スタックの前記出力電流の変化値が所定値よりも大きいかを判断し、
   前記変化値が前記所定値よりも大きいときに、前記燃料電池スタックの前記出力電流の最大値を更新し、且つ前記燃料電池スタックの前記出力電流が下降し始めるまで、前記燃料電池スタックの前記出力電圧を次第に増やし、及び、前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出し、及び、
   前記変化値が前記所定値よりも小さいときに、前記燃料電池スタックの前記出力電流が下降し始めるまで、前記燃料電池スタックの前記出力電圧を次第に増やし、及び、前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出するステップを含む、請求項２に記載の燃料電池システムの制御方法。
4. 前記変化値を判断する前に、前記制御方法は、更に、前記フラグを前記第二状態に設定するステップを含む、請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法。
5. 前記燃料電池スタックの前記出力電流が下降し始めるときに、前記燃料電池システムの制御方法は、更に、前記フラグを前記第一状態に設定するステップを含む、請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法。
6. 前記燃料電池スタック内部の前記水素流量が足りるかを判断する前に、前記制御方法は、更に、緩起動工程を行い前記燃料電池スタックが作動に適するようにさせるステップを含む、請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法。
7. 前記変化値は前記出力電流の前記最大値と前記出力電流との差である、請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法。
8. 燃料電池システムであって、
   化学反応を行って電気エネルギーを生成するための燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックにカップリングされ、前記燃料電池スタックの出力電圧及び出力電流を検出すための検出ユニットと、
   前記燃料電池スタックにカップリングされ、前記燃料電池スタックの前記出力電圧及び前記出力電流を転換するための転換ユニットと、
   前記検出ユニット及び前記転換ユニットにカップリングされ、前記燃料電池スタック内部の水素流量が足りるかを判断するために用いられ、前記水素流量が足りると判断するときに、前記燃料電池スタックの前記出力電流の上昇が停止するまで、前記転換ユニットを制御して前記燃料電池スタックの前記出力電圧を下げさせ、且つ前記検出ユニットに、前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出させ、及び、前記水素流量が足りないと判断するときに、前記燃料電池スタックの前記出力電流が下降し始めるまで、前記転換ユニットを制御して前記燃料電池スタックの前記出力電圧を次第に上げさせ、且つ前記検出ユニットに、前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出させる処理ユニットと、
   を含む、燃料電池システム。
9. 前記処理ユニットは、フラグに基づいて前記燃料電池スタック内部の前記水素流量が足りるかを判断する、請求項８に記載の燃料電池システム。
10. 前記フラグは、それぞれ、前記燃料電池スタック内部の前記水素流量が足りる及び足りないことを表す第一状態及び第二状態を有する、請求項９に記載の燃料電池システム。
11. 前記燃料電池スタックの前記出力電流の上昇が停止するときに、前記処理ユニットは、
    前記燃料電池スタックの前記出力電流の変化値が所定値よりも大きいかを判断し、
    前記変化値が前記所定値よりも大きいときに、前記燃料電池スタックの前記出力電流の最大値を更新し、前記燃料電池スタックの前記出力電流が下降し始めるまで、前記転換ユニットを制御して前記燃料電池スタックの前記出力電圧を次第に増やさせ、及び、前記検出ユニットに、前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出させ、及び
    前記変化値が前記所定値よりも小さいときに、前記燃料電池スタックの前記出力電流が下降し始めるまで、前記転換ユニットを制御して前記燃料電池スタックの前記出力電圧を次第に増やさせ、及び、前記検出ユニットに、前記燃料電池スタックの前記出力電流を持続に検出させる、請求項１０に記載の燃料電池システム。
12. 前記処理ユニットは、前記変化値を判断する前に、前記フラグを前記第二状態に設定する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
13. 前記処理ユニットは、前記燃料電池スタックの前記出力電流が下降し始めるときに、前記フラグを前記第一状態に設定する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
14. 前記変化値は前記出力電流の前記最大値と前記出力電流との差である、請求項１１に記載の燃料電池システム。

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