專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。
技術背景燃料電池作為不需要充電的可搬運型電池有望應用在汽車和便攜式設 備上。但是，在目前的技術中，燃料電池的內(nèi)部阻抗高，不能供給瞬間需要的大電力。因此，使用了雙電層電容器等援助(assist)電源。另外，還 使用了二次電池等輔助電源用于搬運燃料裝置的初始動作或在到燃料電池 輸出穩(wěn)定之前期間內(nèi)進行電力供應。因此，需要用于組合燃料電池和援助 電源或輔助電源的控制裝置，針對它們的控制方法也進行了各種各樣的研 允。例如，在使用直接氧化甲醇型的燃料電池的個人計算機中，需要使燃 料電池電源小型化，但是有時僅用小型燃料電池不能輸出個人計算機需要 的峰值電力。作為該問題對策，在日本專利文獻特開2002-32154號公報中 提出了在燃料電池系統(tǒng)的燃料電池輸出級(stage)上設置大容量電容器的方案。另外，在燃料電池中，在起動時，直到燃料遍及燃料電池整體之前不 能供給電力。另外，當燃料電池主體不熱時不能輸出規(guī)定的電力。因此， 直接甲醇(direct methanol)型燃料電池需要具有用于搬運燃料的泵或風扇 等的電源。針對該問題，在日本專利文獻特開平11-176454號公報中提出 了在燃料電池系統(tǒng)中配置輔助電源的方案。在便攜式設備的領域中，考慮到可搬運性，應該盡量使電池部小型輕 量化。因此，希望將用于峰值電力的援助電源和供給啟動時初始電力的輔 助電源共用，另外，還要求不必使用戶由此而進行復雜的操作。在日本專利文獻特開2004-152741號公報中，提出了控制向在直接甲 醇型燃料電池的外部負載供給電力的技術。另外，在日本專利文獻特開2004-265787號公報中提出了在直接甲醇型燃料電池中，向負載穩(wěn)定地供 給電力的技術。圖1是表示輔助電源可更換的現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)的構成的框圖。如圖 1所示，現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)的主要構成要素是燃料電池101、輔助電源 組件150、控制電路驅動部105、控制電路110、輔機108、充電電路 104、連接器106。連接器6是分割型連接器，使輔助電源組件150可任意 裝卸。輔助電源組件150包括二次電池102和保護電路107，通過連接器 106供給僅通過燃料電池101供給時不足的電力。用作輔助電源的二次電 池102由于是有壽命的，所以輔助電源組件150需要為可更換的結構?？?慮到異常時刻的安全性，在組件150內(nèi)配有保護電路107。如圖l所示，在二次電池102只有一條電力供給線時，當由于某些異 常使得保護電路107工作、二次電池102的輸出被阻斷時，會產(chǎn)生如下不 良情況。SP，在保護電路107工作，并且燃料電池101不能供給電力的情 況下，例如，如果是在燃料電池101的啟動中途，則控制電路110可能完 全停止。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的課題在于提供一種燃料電池系統(tǒng)，使得當配置了輔 機、需要輔助電源的情況下，能根據(jù)燃料電池的狀態(tài)進行最適當?shù)目刂啤Ａ硗猓景l(fā)明的另一課題在于提供一種燃料電池系統(tǒng)，除了燃料電池 外，還能始終由輔助電源供給電力，以免控制電路被阻斷。在本發(fā)明中，燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池，使用燃料進行發(fā)電；第 一輔助電源；保護電路，與第一輔助電源連接，并檢測第一輔助電源的異 常；輔機，用于向燃料電池供給燃料；控制電路，控制燃料電池和輔機的 動作；第一電力轉換器，由來自第一輔助電源的電力驅動控制電路；第一 合成部，合成來自燃料電池的第一電力和來自第一輔助電源的第二電力， 并向負載供給。在這里，第一輔助電源是二次電池，所述燃料電池系統(tǒng)可以還包括充 說 被設置在燃料電池和保護電路之間，根據(jù)來自燃料電 池的電力對二次電池進行充電?？刂齐娐犯鶕?jù)燃料電池的輸出控制充電電 路。另外，第一輔助電源可以是一次電池。另外，燃料電池系統(tǒng)還可以包括模擬負載電路，與燃料電池的輸出 連接；第一開關電路，與燃料電池的輸出連接；當根據(jù)模擬負載判斷燃料 電池的輸出在規(guī)定范圍時，控制電路接通第一開關電路。另外，模擬負載電路還包括加熱器，使燃料電池變熱；第二開關電 路，被連接在燃料電池的輸出和加熱器之間；控制電路根據(jù)燃料電池的溫度控制第二開關電路的接通/斷開。另外，燃料電池系統(tǒng)可以還包括第二電力轉換器，對來自第一輔助 電源的電力進行電力轉換，并將第二電力供應給第一合成部；第三開關電 路，與第二電力轉換器并聯(lián)設置，將來自第一輔助電源的電力作為第二電 力向第一合成部供給；控制電路在第一規(guī)定期間接通第三開關電路并斷開 第二電力轉換部，在第一規(guī)定期間以外的期間，斷開第三開關電路并接通 第二電力轉換部。另外，控制電路可以向輔機供給電力。或者，燃料電池系統(tǒng)還可以包 括第三電力轉換器，與第一合成部的輸出連接，通過電力轉換向輔機供給 電力。另外，第一輔助電源、保護電路、第一電力轉換器構成電源組件，并 且優(yōu)選電源組件通過連接器可自由裝卸地被連接。另外，燃料電池系統(tǒng)還可以包括直流電源；充電電路，被設置在燃 料電池和保護電路之間，并根據(jù)來自燃料電池的電力對二次電池進行充 電；第三電力轉換器，與第一合成部的輸出連接，通過電力轉換向輔機供 給電力；第二合成部，與第一合成部的輸入和直流電源連接，合成來自燃 料電池的電力和來自直流電源的電力，并向充電電路供給；第三合成部， 被連接在第一合成部和直流電源之間，合成來自燃料電池的電力和來自直 流電源的電力，并向第三電力轉換器供給?；蛘?，燃料電池系統(tǒng)還可以包 括直流電源；第三電力轉換器，與第一 成部連接，通過電力轉換向輔
機供給電力；第三合成部，與第一合成部的輸出和直流電源連接，合成來 自燃料電池的電力和來自直流電源的電力，并向第三電力轉換器供給。另外，本發(fā)明的另一觀點是燃料電池系統(tǒng)的控制方法，可以通過如下 步驟實現(xiàn)通過第一輔助電源接通控制電路的步驟；在控制電路的控制下，從第一輔助電源向負載供給電力的步驟；響應燃料電池接通的指示， 接通燃料電池的步驟；驅動輔機并向燃料電池供給燃料的步驟；確認燃料 電池的動作是否正常的步驟；當判斷出燃料電池的動作正常時，停止來自 第一輔助電源的電力的供給，并從燃料電池向負載供給電力的步驟。在這里，第一燃料電池是二次電池；燃料電池系統(tǒng)的控制方法還包 括當由控制電路判斷從燃料電池向負載供給的電力有富余時，通過充電 電路對第一輔助電源進行充電的步驟。另外，燃料電池系統(tǒng)的控制方法，還可以通過如下步驟實現(xiàn)響應燃 料電池斷開指示，判斷第一輔助電源是否充滿電的步驟；當不是充滿電 時，使第一輔助電源充滿電的步驟；使燃料電池從負載斷開的步驟；以及 停止向燃料電池供給燃料的步驟。


圖1是表示現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)的構成的框圖；圖2是表示本發(fā)明第一實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖；圖3是表示本發(fā)明第二實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖；圖4是表示本發(fā)明第一實施例的燃料電池系統(tǒng)動作的流程圖；圖5是表示本發(fā)明第三實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖；圖6是表示本發(fā)明第四實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖；圖7是表示本發(fā)明第五實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖。
具體實施方式
下面參照附圖詳細說明本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)。 (第一實施例)圖2是表示本發(fā)明第一實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖。參照圖2，在第一實施例的燃料電池系統(tǒng)中作為電源包括燃料電池1、 二次電池2、直流電源3。燃料電池1的輸出與模擬負載電路6連接，另夕卜，經(jīng)由第 一開關電路11、分配電路12、第一合成電路13，從輸出端子與信息設備 相連接。另外，經(jīng)由第一合成電路與第三合成電路17連接。分配電路12 將燃料電池1的輸出的一部分供應給第二合成電路14。直流電源3的輸出 與第二合成電路14和第三合成電路17連接。第三合成電路17的輸出通過 第二DC/DC轉換器電路18與輔機8連接。第二合成電路14與充電電路4 連接，二次電池2的輸出與第三DC/DC轉換器19連接，第三DC/DC轉 換器19的輸出與控制電路IO連接。另外，二次電池2的輸出通過保護電 路7被輸出。充電電路4的輸出和保護電路7的輸出同時通過并聯(lián)的第二 開關電路15和第一 DC/DC轉換器電路與第一合成電路13連接。在第一實施例的燃料電池系統(tǒng)中，燃料電池1是直接甲醇型燃料電 池。另外，二次電池2例如是鋰離子二次電池，但是并不限于此。直流電 源3通?？梢允s，但是當將作為負載的個人計算機上使用的AC適配器 用作直流電源3時，可以起到輔助二次電池2的作用，并可由AC適配器 對二次電池2進行充電以及使輔機8工作。從第一至第三合成電路13、 14、 17的每一個都是將兩個輸入合成后輸出的電路。第一 DC/DC轉換器 電路16、第二 DC/DC轉換器電路17、第三DC/DC轉換器電路119的每 一個都是轉換輸入電壓并供應輸出電壓的電路。輔機8例如是用于向燃料 電池l輸送燃料的電動扇。根據(jù)來自二次電池2的輸出，第三DC/DC轉化器電路19生成轉換電 壓并向控制電路10輸出。由此，控制電路10可進行動作。即，不管燃料 電池的工作狀況如何，控制電路15始終處于工作狀態(tài)?？刂齐娐?0控制 燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的各部分的動作。因此，控制電路IO可以存儲與各部分 電壓、電流的值相關的信息和與輔機8的動作相關的信息。此時，在控制電路10的控制下，通過第三合成電路17、第二 DC/DC 轉換器電路18從燃料電池1以及直流電源3向輔機8供給電力，從而使輔 機8開始動作。輔機8例如是風扇，由此使燃料遍及燃料電池1內(nèi)。燃料 電池1使用燃料和氧化劑開始發(fā)電。 當被供給燃料而燃料電池1開始發(fā)電時，電力得以供應。模擬負載電 路6是模擬的負載，在實際驅動信息設備等正規(guī)的負載之前，試驗性的從 燃料電池1向模擬負載電路6供給電力。此時流入模擬負載電路6的電流值以及燃料電池1的輸出電壓值被供給控制電路10?？刂齐娐稩O根據(jù)那些值控制第一開關電路11的接通和斷開?？刂齐娐穒o在使第一開關電路11斷開的狀態(tài)下使模擬負載電路6工作，并根據(jù)燃料電池1的輸出電壓以 及輸出電流的信息判斷燃料電池1的狀態(tài)。燃料電池1如果能向模擬負載 電路6供給充足的電力，則控制電路IO使第一開關電路ll接通，將電力 從燃料電池1供應給第一合成電路13。第二開關電路15和第一 DC/DC轉 換器電路16并聯(lián)，并與第一合成電路5連接。如上所述，將來自二次電 池2的電力和來自燃料電池1的電力的合成電力供應給信息設備等負載。模擬負載電路6也可以作為恒流電路發(fā)揮作用，使燃料電池1的輸出 電流恒定。此時，模擬負載電路6被使用在用于判斷燃料電池是否正常啟 動了。模擬負載電路6既可以只是電阻負載，也可以是與燃料電池1熱連 接的電路。例如，模擬負載電路6可以是用于使燃料電池變熱的加熱器， 但是不限于加熱器。另外，控制電路IO根據(jù)模擬負載電路6的輸出電流 值檢測表示燃料電池1溫度的數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)溫度數(shù)據(jù)控制燃料電池1 的輸出電流值。這樣，模擬負載電路6是恒流電路時，對燃料電池1的輸 出電流的控制較容易。在這里，在燃料電池1還未啟動的中途，在不能產(chǎn)生充分電壓的期 間，控制電路IO接通第二開關電路15，使二次電池1的電壓大致100%供 給第一合成電路13。另一方面，在燃料電池1的動作穩(wěn)定時，控制電路 10使第二開關電路9斷開，使第一DC/DC轉化器電路16工作，通過轉換 二次電池1的電壓將使降低的電壓供應給第一合成電路5。另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)包括充電電路4，所述充電電路4響應 來自控制電路10的指示，根據(jù)燃料電池1的輸出電壓以及輸出電流來供 給二次電池2的充電電流。如果燃料電池1的ll出電力有富余，則控制電 路10控制充電電路4，通過保護電路7對二次電池2進行充電。控制電路 IO根據(jù)燃料電池1的輸出電壓以及輸出電流判斷燃料電池1是否有富余。
根據(jù)控制電路10的指示，充電電路4根據(jù)第二合成電路14的輸出，即來自燃料電池1的輸出和來自直流電源3的輸出的合成輸出，生成充電電 力，從而對二次電池2進行充電。另外，例如當燃料電池1的輸出電流為一定值以上時，由于信息設備等正規(guī)的負載需要電力，因此優(yōu)先向外部負載供給電力，控制電路10控制充電電路4以減小用于二次電池2充電的充 電電流。此時，控制電路IO檢測燃料電池1的輸出電壓以及輸出電流， 從而控制充電電路4的充電電流。即，當燃料電池1的輸出電壓為一定值 以下(例如4.0V以下)時，控制充電電路4使充電電流減少。另外，當向 燃料電池1的信息設備(外部負載)的輸出電流為一定值以上時，控制充 電電路6使充電電流減少。 (第二實施例)圖3是表示本發(fā)明第二實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖。第二實施 例的構成和第一實施例相同。因此，只對不同的地方進行說明。參照圖3，在第二實施例的燃料電池系統(tǒng)中，模擬負載電路6被置換 為開關21和負載22。負載22是用于使燃料電池變熱的加熱器?？刂齐娐?10根據(jù)負載22的輸出電流值檢測表示燃料電池1溫度的數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度 數(shù)據(jù)控制燃料電池1的輸出電流值。在第二實施例中，分配電路12被省 去。另外，第一合成電路13、第二合成電路14、第三合成電路17的每一 個通過或(OR)結合實現(xiàn)兩個二極管的輸出。二極管根據(jù)使用的負載和應用領域可以由肖特基勢壘二極管、晶體 管、FET構成。另外，也可取代二極管，只要是限定電流流動方向的整流 電路，使用什么都可以。如上所述，使用肖特基勢壘二極管、晶體管、 FET是由于正方向電壓壓降小，可減少伴隨電流的損失的緣故。如上所述，第二實施例的燃料電池系統(tǒng)的動作也和第一實施例相同。圖4是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)動作的流程圖。在本發(fā)明的燃料電 池系統(tǒng)中，將個人計算機作為負載，燃料電池系統(tǒng)的輸出端子被連接到個 人計算機上。下面，對本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的啟動順序進行說明。首先，在燃料 電池系統(tǒng)啟動時，第一開關電路11是斷開的，另外，第三DC/DC轉換電
路19是接通的，控制電路10處于動作狀態(tài)。首先，在步驟S2第二開關電路15被接通，第一 DC/DC轉換器電路 16被斷開，來自二次電池2的電力通過保護電路7、第二開關電路15被供 應給第一合成電路13，進而被供應給作為負載的個人計算機。接著，在步驟S4中，通過個人計算機的鍵盤等將接通本發(fā)明的燃料 電池系統(tǒng)電源的電池接通指示發(fā)送給控制電路10。在步驟S6中，響應電 池接通指示，控制電路10接通第二DC/DC轉換器電路18，使輔機8開始 動作。這樣一來，開始向燃料電池1供給燃料，從而開始燃料電池1的動 作。同時，在步驟S8中，模擬負載電路6也進行動作。在這里，從燃料電池1向模擬負載電路6進行電力供給。在步驟S8 中，當根據(jù)來自模擬負載電路6的信息判斷出燃料電池l存在問題時，控 制電路10在步驟S10輸出警報(圖中未示出)，停止輔機8的功能。如 果從燃料電池1向模擬負載電路6進行的電力供給沒有問題時，在步驟 S12控制電路10使第二開關電路15斷開，使第一 DC/DC轉換器電路16 接通，停止從二次電池2向個人計算機的一部分電力供給。由此，只是一 部分電力被供給個人計算機。同時，在步驟S14中，控制電路10使第一 開關電路ll接通。由此，開始從燃料電池l向個人計算機供給電力。根據(jù)以上過程，燃料電池系統(tǒng)進行通常動作。在步驟S16中，控制電 路IO判斷在燃料電池的輸出上是否有富余。如果有富余，控制電路10控 制充電電路4，經(jīng)由分配電路12、第二合成電路14、充電電路4對二次電 池2進行充電。接著，說明燃料電池系統(tǒng)的停止動作。首先，在步驟S18中，從個人 計算機的鍵盤等向控制電路10發(fā)出斷開本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的指示。 響應該電池斷開指示，控制電路10在步驟S20中判斷二次電池2是否是 充滿電狀態(tài)。當二次電池2不是充滿電狀態(tài)時，控制電路10在步驟S22 中繼續(xù)經(jīng)過分配電路12、第二合成電路14、充電電路4進行二次電池2 的充電。在步驟S24中，在二次電池2為充滿電狀態(tài)時，控制電路10斷 開第一開關電路ll，使燃料電池1的動作為冷卻狀態(tài)。在步驟S26中，控 制電路IO在燃料電池1的冷卻狀態(tài)結束時，斷開第二 DC/DC轉換器電路18。同時，控制電路10也使輔機8關閉。接著，在步驟S28中，控制電 路10使第二開關電路15斷開，另外使第一 DC/DC轉換器電路16斷開。從以上說明清楚看出，控制電路IO為與燃料電池1的動作沒有關系地 始終處于可動作狀態(tài)，并正常地控制系統(tǒng)。 (第三實施例)接著，對本發(fā)明的第三實施例的燃料電池系統(tǒng)進行說明。參照圖5， 第三實施例的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池1、合成電路30、輔機8、控制 電路IO。輔助電源組件50通過連接器60被連接到燃料電池系統(tǒng)。合成電 路30由二極管形成，合成來自燃料電池1的電力和來自輔助電源組件50 的電力并供應給如個人計算機等負載。輔助電源組件50包括一次電池5、 保護電路7、 DC/DC轉換器13。本實施例的燃料電池系統(tǒng)是將燃料電池作為電力源的電源系統(tǒng)。燃料 電池1適用直接甲醇型燃料電池，但是不限于此。輔助電源組件50通過 連接器60被可裝卸地連接。作為保護電路7使用對過電流進行檢測的電 流傳感器或溫度傳感器。在燃料電池1的輸出不足所要求的電力時，由輔 助電源組件50的一次電池5供給不足部分的電力。另外，輔助電源組件 50自己判斷輸出電壓是否比規(guī)定的閾值低，從而進行輸出電壓的接通/斷 開控制。另外，將該接通/斷開的控制結果發(fā)送給控制電路10。另外，控 制電路10能控制接通/斷開輔助電源組件50的輸出。在本發(fā)明的第三實施例的燃料電池系統(tǒng)中，使用具有保護電路7的一 次電池5作為輔助電源組件50。當為直接甲醇型燃料電池1時，需要使泵 等輔機8動作，用于該控制的電力從輔助電源組件50的DC/DC轉換器13 被供應給控制電路IO。這樣一來，即使保護電路7由于過電流等而動作， 來自輔助電源組件50的輸出被斷開，控制電路10也能動作，即使在異常 值的情況下也能進行適當?shù)奶幚?。另外，在本發(fā)明的第三實施例的燃料電池系統(tǒng)中，來自燃料電池1的 電力和來自一次電池5的電力由合成電路30合成，并被供應給如個人計 算機等負載。另外，通過連接器60從DC/DC轉換器13向控制電路10供 給轉換電力。根據(jù)圖5的構成，即使保護電路7由于過電流等而工作，從
輔助電源組件50向合成電路30的電力被斷開，控制電路10也能通過DC/DC轉換器13進行動作，并能進行適當?shù)奶幚怼?(第四實施例)接著，對本發(fā)明第四實施例的燃料電池系統(tǒng)進行說明。圖6是表示本 發(fā)明第四實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖。參照圖6，第四實施例的燃 料電池系統(tǒng)具有和第三實施例的燃料電池系統(tǒng)相同的構成。因此，對不同 的地方進行說明。在第四實施例中，代替輔助電源組件50而使用了輔助 電源組件50'。在輔助電源組件50'內(nèi)，代替一次電池5使用了鋰離子 二次電池2'。其他的構成和輔助電源組件50相同。另外，在第四實施例 中，為了使輔助電源組件50'內(nèi)的二次電池2充電，在燃料電池l的輸出 和合成電路30的輔助電源組件50， 一側的輸入之間設置了充電電路4。 充電電路4由控制電路10進行控制。并且，輔機8的電力通過DC/DC轉 換器電路18由合成電路30的輸出來供給。DC/DC轉換器電路18也由控 制電路10進行控制。參照圖6，來自燃料電池1的電力和來自二次電池2的電力由合成電 路30合成，供給到如個人計算機等負載。另外，在第四實施例的燃料電 池系統(tǒng)中，能從燃料電池l通過充電電路11、保護電路7—直對二次電池 2進行充電。由于考慮泵等輔機8消耗電力比較大，因此用于輔機8控制 的電力通過DC/DC轉換器13由燃料電池l供給。通過保護電路7和連接器60從二次電池2向合成電路30供給電力， 另外，通過連接器60從DC/DC轉換器13向控制電路IO供給轉換電力。 根據(jù)圖6的結構，即使保護電路7由于過電流等而工作，由輔助電源組件 50，向合成電路30的輸出被斷開，控制電路10也能根據(jù)來自DC/DC轉 換器13的電力進行動作，從而即使在異常時也能進行適當?shù)奶幚怼?(第五實施例)接著，對本發(fā)明的第五實施例的燃料電池系統(tǒng)進行說明。圖7是表示 本發(fā)明第五實施例的燃料電池系統(tǒng)構成的框圖。參照圖7，第五實施例的 燃料電池系統(tǒng)具有和第四實施例相同的電路構成。即，第五實施例的燃料 電池系統(tǒng)包括燃料電池1、充電電路4、合成電路30、 DC/DC轉換器電路 18、輔機8、開關電路32、控制電路10。輔助電源組件50，通過連接器 60被連接在燃料電池系統(tǒng)上。合成電路30由二極管形成，合成來自燃料 電池1的電力和來自輔助電源組件50的電力，向如個人計算機等負載供 給。輔助電源組件50'包括鋰離子二次電池2'、保護電路7、 DC/DC轉 換器13、 DC/DC轉換器電路33。二次電池2'通過保護電路7、連接器60連接到合成電路30上。合成 電路30的輸出除了與負載相連外，還與DC/DC轉換器電路18連接。 DC/DC轉換器電路18將合成電路30輸出的電力進行轉后后供應給輔機 8。另外，在燃料電池1的輸出和合成電路30的靠輔助電源組件50"—側 的輸入之間設置了充電電路4， 一直對二次電池2'進行充電。DC/DC轉換 器電路19對來自二次電池2'的電力進行轉換后供應給控制電路10。這樣 控制電路10處于動作狀態(tài)。控制電路10從保護電路7接收關于有無來自 輔助電源組件50"的輸出的數(shù)據(jù)，另外，向保護電路7輸出用于控制來自 輔助電源組件50"的輸出的指示。DC/DC轉換器電路33轉換來自二次電 池2'的電力并向開關電路32供給。開關電路32通過被操作，控制DC/DC 轉換器電路19的接通/斷開。由此，能由控制電路10控制輔機8的動作。參照圖7，設置了燃料電池系統(tǒng)的開關電路32，以使得當用戶不使用 電源時，可以盡量低地抑制二次電池2'的功耗。通過開關電路32的接通/ 斷開來控制DC/DC轉換器電路13的動作，由此，能控制控制電路10的 動作/停止。但是，用于使燃料電池系統(tǒng)的開關電路32動作的、低功耗設 計的DC/DC轉換器電路33是必須的。DC/DC轉換器電路33被設計在輔 助電源組件50"中，以使該電力也能從輔助電源組件50"取得。根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)，當需要安全地阻斷輔助電源組件50"時， 例如在充電電路4產(chǎn)生異常發(fā)生過充電時，在輔助電源組件50"發(fā)熱等危 險性高時，需要一個對來自輔助電源組件50"的輸出進行阻斷的電路。在 第五實施例中，由于在輔助電源組件50"內(nèi)有保護電路7，因此由控制電 路10控制保護電路7的接通/斷開。另外，例如，在控制電路10和充電電 路4動作時，控制電路10不對保護電路7是接通還是斷開進行區(qū)別?？刂?電路10由來自保護電路7的信號能知道保護電路7是接通的還是斷開的。
另外，上述的第一到第五實施例在不矛盾的范圍可以進行組合。 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，在配置了輔機并需要輔助電源時，根據(jù)燃料電池的狀態(tài)能進行最適當?shù)目刂?。另外，除燃料電池外還能始終從輔助電源供給電力，以免控制電路被阻斷。
權利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池，使用燃料進行發(fā)電；第一輔助電源；保護電路，與所述第一輔助電源連接，并檢測所述第一輔助電源的異常；輔機，用于向所述燃料電池供給所述燃料；控制電路，控制所述燃料電池和所述輔機的動作；第一電力轉換器，由來自所述第一輔助電源的電力驅動所述控制電路；第一合成部，合成來自所述燃料電池的第一電力和來自所述第一輔助電源的第二電力，并向負載供給。
2. 如權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一輔助電源是二次電池，所述燃料電池系統(tǒng)還包括充電電路，該充電電路被設置在所述燃料電 池和所述保護電路之間，根據(jù)來自所述燃料電池的電力對所述二次電池進 行充電；所述控制電路根據(jù)所述燃料電池的輸出控制所述充電電路。
3. 如權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第一輔助電 源是一次電池。
4. 如權利要求1 3任一所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還包括模擬負載電路，與所述燃料電池的輸出連接； 第一開關電路，與所述燃料電池的輸出連接；當根據(jù)所述模擬負載判斷所述燃料電池的輸出在規(guī)定范圍時，所述控 制電路接通所述第一開關電路。
5. 如權利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述模擬負載電路還包括加熱器，使所述燃料電池變熱；第二開關電路，被連接在所述燃料電池的輸出和所述加熱器之間； 所述控制電路根據(jù)所述燃料電池的溫度控制所述第二開關電路的接通/ 斷開。
6. 如權利要求1 5任一所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還包括第二電力轉換器，對來自所述第一輔助電源的電力進行電力轉換，并 將所述第二電力供應給所述第一合成部；第三開關電路，與所述第二電力轉換器并聯(lián)設置，將來自所述第一輔 助電源的電力作為所述第二電力向所述第一合成部供給；所述控制電路在第一規(guī)定期間接通所述第三開關電路并斷開所述第二 電力轉換部，在所述第一規(guī)定期間以外的期間，斷開所述第三開關電路并 接通所述第二電力轉換部。
7. 如權利要求1 6任一所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制電路向所述輔機供給電力。
8. 如權利要求1 6任一所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還包括第三電力轉換器，與所述第一合成部的輸出連接，通過電力轉換向所 述輔機供給電力。
9. 如權利要求1 8任一所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一輔助電源、所述保護電路、所述第一電力轉換器構成電源組件，并且所述電源組件通過連接器可自由裝卸地被連接起來。
10. 如權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還包括.-直流電源；充電電路，被設置在所述燃料電池和所述保護電路之間，并根據(jù)來自 所述燃料電池的電力對所述二次電池進行充電；第三電力轉換器，與所述第一合成部的輸出連接，通過電力轉換向所 述輔機供給電力；第二合成部，與所述第一合成部的輸入和所述直流電源連接，合成來 自所述燃料電池的電力和來自所述直流電源的電力，并向所述充電電路供 給；第三合成部，被連接在所述第一合成部和所述直流電源之間，合成來 自所述燃料電池的電力和來自所述直流電源的電力，并向所述第三電力轉 換器供給。
11. 如權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還包括-直流電源；第三電力轉換器，與所述第一合成部連接，通過電力轉換向所述輔機 供給電力；第三合成部，與所述第一合成部的輸出和所述直流電源連接，合成來 自所述燃料電池的電力和來自所述直流電源的電力，并向所述第三電力轉 換器供給。
12. —種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，包括 通過第一輔助電源接通控制電路的步驟；在所述控制電路的控制下，從所述第一輔助電源向負載供給電力的步驟；響應燃料電池接通的指示，接通燃料電池的步驟； 驅動輔機并向所述燃料電池供給燃料的步驟； 確認所述燃料電池的動作是否正常的步驟；當判斷出所述燃料電池的動作正常時，停止來自所述第一輔助電源的 電力供給，并從所述燃料電池向所述負載供給電力的步驟。
13. 如權利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中， 所述第一燃料電池是二次電池；還包括當由所述控制電路判斷從所述燃料電池向所述負載供給的所述電力有 富余時，通過充電電路對所述第一輔助電源進行充電的步驟。
14. 如權利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中， 還包括響應燃料電池斷開指示，判斷所述第一輔助電源是否充滿電的步驟; 當不是充滿電時，使所述第一輔助電源充滿電的步驟； 使所述燃料電池從所述負載斷開的步驟；以及 停止向所述燃料電池供給所述燃料的步驟。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的觀點，燃料電池系統(tǒng)包括使用燃料發(fā)電的燃料電池；第一輔助電源；被連接在第一輔助電源上，檢測第一輔助電源異常的保護電路；用于向燃料電池供給燃料的輔機；控制燃料電池和輔機動作的控制電路；根據(jù)來自第一輔助電源的電力驅動控制電路的第一電力轉換器；合成來自燃料電池的第一電力和來自第一輔助電源的第二電力并向負載供給的第一合成部。
文檔編號H01M8/04GK101156270SQ20068000621
公開日2008年4月2日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權日2005年2月25日
發(fā)明者中澤利明, 北口隆久, 大家和政, 山下修, 木村英和, 梶谷浩司, 森和也, 永瀨和久, 真子隆志, 竹本剛 申請人:日本電氣株式會社;Nec東金株式會社;Nec個人產(chǎn)品有限公司