[發明專利]操作燃料電池系統的方法和燃料電池系統

有效

• 申請號: 200680002381.0
• 申請日: 2006-01-12
• 公開（公告）號: CN101103483A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 柳瀨考應;巖崎文晴;讓原一貴;玉地恒昭;皿田孝史;尾崎徹
• 申請（專利權）人: 精工電子有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;王忠忠

技術領域

本發明涉及使用燃料電池作為電源的燃料電池系統及其操作方法。

背景技術

近年來，以便攜式電話為代表的便攜式裝置的功耗以設備的高次函數形式日益增長，而電源容量的增長造成嚴重的問題。最近，作為具有高能量密度的小尺寸能量源的燃料電池獲得了關注。就燃料電池而言，電解質被放入兩種電極之間。通過用燃料電極氧化氫、甲醇等燃料并用氧電極脫去空氣中的氧來產生電。在燃料電池中，固體聚合體型燃料電池能在接近室溫的條件下產生電能，配有高輸出密度并能被減小尺寸，所以其作為便攜式裝置的電源的應用是可預期的。

然而，在固體聚合體型燃料電池停止發電之后，當殘留在燃料電池內部的燃料沒有從燃料電池中去除時，會引發各種問題。

例如，當甲醇被用作燃料時，會引發由電解質膜膨脹造成的電解質膜的劣化、甲醇等燃料的雜合造成的燃料消耗等問題，當氫被用做燃料時，會引發氫泄漏以及氫泄漏造成的爆炸危險等問題。

對于這些問題，存在已知的去除燃料電池內部燃料的方法：通過由燃料電池用殘留在電池內部的燃料產生電能以及用加熱器、電阻等負載來消耗電能。

然而，利用方法，會引發有效利用燃料的速率降低以及燃料電池系統的能量密度降低的問題。

發明內容

本發明是操作包括與燃料供給器連接的燃料電池、電能存儲部件以及與燃料電池和電能存儲部件連接的控制單元的燃料電池系統的方法，該方法包括如下步驟：在啟動燃料電池系統時，開始從電能存儲部件向控制單元和連接到控制單元的外部負載供電；檢測電能存儲部件的放電量；當電能存儲部件的放電量達到預定放電量時，開始從燃料供給器向燃料電池提供燃料；以及開始從燃料電池向控制單元供電和中斷從電能存儲部件向控制單元供電。

因此，例如，在啟動使用DMFC的、與作為燃料電池的多個電池串聯的燃料電池系統過程中，當燃料電池系統向外部負載或燃料電池系統內部供電時，在將構成燃料的甲醇提供給燃料電池之前，從電能存儲部件向外部負載供電，從電能存儲部件輸出的電量被檢測，當檢測值等于或大于預定放電量時，供應開始，且燃料電池的發電開始。

此處，當該預定放電量的值(在停止從燃料供給器向燃料電池提供燃料后通過由燃料電池消耗殘留在燃料電池系統內的燃料而提供的電量)用符號C1表示時，在啟動該系統的過程中，當從電能存儲部件輸出的電量達到C1或更多時，通過開始向燃料電池提供燃料，確保電能存儲部件中的空缺電量等于或大于至少C1。

此外，當能從燃料電池向控制單元供電時，通過控制單元將對外部負載的供電控制單元從電能存儲部件切換到燃料電池的輸出。

在操作燃料電池系統的方法中，該方法在開始向燃料電池提供燃料的步驟之后還包括：從燃料電池經由控制單元向外部負載供電的步驟；當負載請求的功率等于或大于燃料電池的最大輸出時，通過重新啟動從電能存儲部件經由控制單元向外部負載供電來檢測電能存儲部件的放電量的步驟；以及當負載請求的功率少于燃料電池的最大功率并且電能存儲部件的放電量等于或大于預定值時，從燃料電池經由控制單元向外部負載供電并對電能存儲部件充入預定值和放電量之間的差額電量的步驟。

因此，當從負載請求的功率等于或大于燃料電池的最大輸出時，燃料電池的輸出和電能存儲部件的輸出被同時提供給外部負載。另外，當從負載請求的功率小于燃料電池的最大輸出并且電能存儲部件的放電量等于或大于預定值時，預定值和放電量之間的差額電量被釋放，所以，當燃料被提供給燃料電池時，通過留出例如C1的空缺容量，電能被充入電能存儲部件，所以，在從燃料供給器向燃料電池傳送燃料的狀態下，電能存儲部件未被滿充電，當從燃料供給器向燃料電池的燃料供應被切斷時，電能存儲部件被保證了可充入的空缺容量。

在操作燃料電池系統的方法中，該方法還包括：當外部負載停止時，停止向燃料電池供應燃料的步驟；用殘留在燃料電池內部的燃料繼續產生電能的步驟；以及將殘留燃料產生的電能經由控制單元供給電能存儲部件的步驟。

因此，通過用燃料電池繼續產生電能并在不向燃料電池供應燃料的情況下，對電能存儲部件充電，殘留在燃料電池系統內部的燃料被消耗，燃料電池內部的燃料減少，同時，電能存儲部件達到基本上滿充電的狀態。

在操作燃料電池系統的方法中，該方法還包括：當外部負載停止并且電能存儲部件的放電量等于或大于預定值時，由燃料電池產生預定值和放電量之間的差額電量，并經由控制單元將該電能供應到電能存儲部件的步驟；停止向燃料電池供應燃料的步驟；用殘留在燃料電池內部的燃料繼續產生電能的步驟；以及將殘留燃料產生的電能經由控制單元供給電能存儲部件的步驟。