燃料电池系统及用于控制该燃料电池系统操作的方法

摘要

燃料电池系统及用于控制燃料系统的方法。在一个实施例中，所述方法包括当二次电池的电荷量小于第一标准值时，向负载供应以最大输出模式操作燃料电池堆产生的电能，同时利用所产生的电能并发地对二次电池充电；当所述二次电池的电荷量大于第二标准值时，向所述负载供应以稳定输出模式操作所述燃料电池堆产生的电能和所述二次电池放电得到的电能；当所述二次电池的电荷量大于所述第一标准值而小于所述第二标准值时，维持在所述输出模式中现有的那个输出模式。

权利要求

1、一种控制燃料电池系统的操作的方法，该方法使得所述燃料电池系统向负载传递二次电池放电得到的电能和操作燃料电池堆产生的电能，该方法包括： 当所述二次电池的电荷量小于第一标准值时，向所述负载供应以最大输出模式操作所述燃料电池堆产生的电能，同时利用所产生的电能并发地对所述二次电池充电； 当所述二次电池的电荷量大于第二标准值时，向所述负载供应以稳定输出模式操作所述燃料电池堆产生的电能和所述二次电池放电得到的电能；和 当所述二次电池的电荷量大于所述第一标准值且小于所述第二标准值时，维持所述输出模式中现有的那个输出模式。

2、 根据权利要求i所述的控制燃料电池系统的操作的方法，其中所述第一 标准值和所述第二标准值为对应于所述二次电池输出端子处的电压的标准值。

3、 根据权利要求1所述的控制燃料电池系统的操作的方法，其中所述第一 标准值和所述第二标准值为对应于所述燃料电池的电荷状态值的标准值。

4、 一种燃料电池系统，包括：燃料电池堆，用于利用燃料与氧化剂之间的电化学反应产生电能； 二次电池，用于蓄电和放电；堆电压转换电路，用于转换由所述燃料电池堆产生的电压，并用于将转换 后的电压传递到负载节点，该负载节点连接有所述二次电池的输出端子和负载； 禾口电压转换控制器，用于控制所述堆电压转换电路的转换比率，以便所述堆 电压转换电路的输出线路上的电压与所述二次电池的输出线路上的电压在所述 负载节点处是相同的，其中所述燃料电池系统进一步包括：充电电路，用于利用所述燃料电池堆 产生的电能对所述二次电池充电，其中以至少两种输出不同水平电能的输出模式中的一种操作所述燃料电池堆，并且所述燃料电池系统进一步包括：驱动控制器，用于控制所述燃料电池堆的输出模式和所述充电电路的操作，并且其中所述驱动控制器适于根据以下方法控制所述燃料电池的操作：当所述二次电池的电荷量小于第一标准值时，向所述负载供应以最大 输出模式操作所述燃料电池堆产生的电能，同时利用所产生的电能并发地 对所述二次电池充电；当所述二次电池的电荷量大于第二标准值时，向所述负载供应以稳定 输出模式操作所述燃料电池堆产生的电能和所述二次电池放电得到的电 能；和当所述二次电池的电荷量大于所述第一标准值且小于所述第二标准值 时，维持所述输出模式中现有的那个输出模式。

5、 根据权利要求4所述的燃料电池系统，进一步包括：布置在所述堆与所 述充电电路之间的充电电路开关；和布置在所述二次电池的输出端与所述负载 之间的负载开关。

6、 根据权利要求4所述的燃料电池系统，进一步包括：第一电压测量设备， 用于测量所述二次电池的输出电压；和第二电压测量设备，用于测量所述负载 处的电压。

7、 根据权利要求4所述的燃料电池系统，进一步包括：二次电池电压转换 电路，用于转换所述二次电池的放电电压，并将转换后的电压传递到所述负载节点o

8、 一种燃料电池系统，包括：燃料电池堆，用于通过燃料与氧化剂之间的电化学反应产生电能； 二次电池，用于蓄电和放电；二次电池电压转换电路，用于转换所述二次电池放电得到的电压，并用于 将转换后的电压传递到负载节点，该负载节点连接有所述燃料电池堆的输出端 子和负载；和电压转换控制器，用于控制所述二次电池电压转换电路的转换比率，以便所述二次电池电压转换电路的输出线路上的电压与所述燃料电池堆的输出线路 上的电压在所述负载节点处是相同的，所述燃料电池系统进一步包括：充电电路，用于利用所述燃料电池堆产生 的电能对所述二次电池充电，其中以至少两种输出不同水平电能的输出模式中的 一种操作所述燃料电池堆，并且所述燃料电池系统进一步包括：驱动控制器，用于控制所述燃料电池堆的输出模式和所述充电电路的操作，并且其中所述驱动控制器根据以下方法控制所述燃料电池的操作：当所述二次电池的电荷量小于第 一标准值时，向所述负载供应以最大输出模式操作所述燃料电池堆产生的电能，同时利用所产生的电能并发地对所述二次电池充电； 当所述二次电池的电荷量大于第二标准值时，向所述负载供应以稳定输出模式操作所述燃料电池堆产生的电能和所述二次电池放电得到的电能；并且当所述二次电池的电荷量大于所述第一标准值且小于所述第二标准值 时，维持所述输出模式中现有的那个输出模式。

9、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，进一步包括：布置在所述堆与所 述充电电路之间的充电电路开关；和布置在所述二次电池与所述负载之间的负 载开关。

10、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，进一步包括：第一电压测量设 备，用于测量所述二次电池的输出电压；和第二电压测量设备，用于测量所述 负载处的电压。

11、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，进一步包括：第三电压测量设 备，用于测量所述燃料电池堆的输出端的电压。

12、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，进一步包括：在电路径中位于所述燃料电池堆与所述负载节点之间的第一二极管；和 在电路径中位于所述二次电池与所述负载节点之间的第二二极管。

说明书

燃料电池系统及用于控制该燃料电池系统操作的方法 技术领域本发明涉及用于控制具有二次电池的燃料电池系统操作的系统及方法， 更特别地涉及用于维持燃料电池系统稳定输出电能的系统及方法。背景技术燃料电池是通过包含在诸如甲醇、乙醇和天然气的碳氢原料中的氢与空 气中的氧之间的均匀电化学反应来生成电能的发电系统。燃料电池可以根据所使用的电解质的类型来分类。例子包括磷酸燃料电 池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池、聚合物电解质燃料电池和 碱性燃料电池等。这些燃料电池通常基于相同的原理操作，但是在所使用燃 料的类型、操作温度、所使用的催化剂和电解质以及其他方面有所不同。聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC)具有以下优势：显著地高输出特 征、低操作温度、比其它燃料电池更快速的启动和响应。另外，PEMFC被 广泛地用来作为便携式电子设备或车辆的便携电源，还用作分布式电源，例 如用于房子和公共建筑物的固定发电站。类似于PEMFC,直接曱醇燃料电池（DMFC)直接向堆供应液化曱醇 燃料。与PEMFC不同，DMFC不需要使用重整器来从燃料中获取氢，因此 它的尺寸可以较小。典型的燃料电池系统包括：用于利用电化学反应发电的燃料电池堆、燃 料电池堆控制电路和电源电路，其中所述燃料电池堆控制电路控制所述燃料 电池堆的操作。传统的燃料电池系统是这样操作的，它根据与它连接的负载 的大小，通过控制燃料电池系统的操作程度来使其输出与负载匹配。燃料电 池系统还可以包括二次电池。在使用二次电池的情况下，燃料电池用于给二考虑负载的变化而向负载供应二次电池的 输出电能。但是，以传统的方式，供应给燃料电池的燃料的量或浓度，可能由燃料 电池产生的输出量控制。如果燃料的量或浓度被不正确地控制，就会使燃料 电池系统的操作效率和耐久性恶化。但是机械地控制流体燃料的量或浓度来 满足高速电气变化的负载大小是很困难的。在使用二次电池的情况下，电能从电池稳定地供应给负载，但是需要二 次电池的容量足够大。但是，扩大二次电池的容量是昂贵的，并导致整个系 统的成本增加。发明内容本发明实施例可以提供能够向负载供应稳定电能的燃料电池系统及用 于控制燃料电池系统的操作的方法。在一个实施例中，以低成本提供所述燃 泮+电池系统。在一个实施例中，本发明涉及的方法包括：当所述二次电池的电荷量小 于第 一标准值时，向所述负载供应以最大输出模式操作所述燃料电池堆产生 的电能，同时利用所产生的电能并发地对所述二次电池充电；当所述二次电 池的电荷量大于第二标准值时，向所述负载供应以稳定输出模式操作所述燃 料电池堆产生的电能和所述二次电池放电得到的电能；和当所述二次电池的 电荷量大于所述第一标准值而小于所述第二标准值时，维持所述输出模式中 现有的那个输出模式。在另一个实施例中，本发明涉及的燃料电池系统包括：燃料电池堆，用 于利用燃料与氧化剂之间的电化学反应产生电能；二次电池，用于蓄电和放 电；堆电压转换电路，用于转换由所述燃料电池堆产生的电压，并用于将转 换后的电压传递到负载节点，所述二次电池的输出端子与负载连接于所述负 载节点；和电压转换控制器，用于控制所述堆电压转换电路的转换比率，以 便所述堆电压转换电路的输出线路上的电压与所述二次电池的输出线路上的电压在所述负载节点处是相同的。在又一个实施例中，本发明涉及的燃料电池系统包括：燃料电池堆，用 于通过燃料与氧化剂之间的电化学反应产生电能；二次电池，用于蓄电和放 电；二次电池电压转换电路，用于转换所述二次电池放电得到的电压，并用 于将转换后的电压传递到负载节点，所述燃料电池堆的输出端子与负载连接 于所述负载节点；和电压转换控制器，用于控制所述二次电池电压转换电路 的转换比率，以便所述二次电池电压转换电路的输出线路上的电压与所述燃 料电池堆的输出线路上的电压在所述负载节点处是相同的。在再一个实施例中，本发明涉及能够利用小电荷容量的二次电池向负载 供应稳定电能的燃料电池系统及用于控制所述燃料电池系统的操作的方法。在一个实施例中，本发明涉及即使负载大小快速变化也能够向所述负载 供应稳定电能的燃料电池系统及用于控制所述燃料电池系统的操作的方法。在另一个实施例中，本发明涉及用于控制所述燃料电池系统的方法，所 述方法包括：控制所述燃料电池系统的操作，以并行的方式向负载传递二次 电池放电得到的电能和所迷艇料电池堆'所产生-的电能，当所述二次电池的电 荷量小于预定的第 一标准值时，向负载供应以最大输出模式操作所述燃料电 池堆产生的电能，并同时利用所产生的电能对所述二次电池充电；当所述二 次电池的电荷量大于预定的第二标准值时，向所述负载并发地供应以稳定输 出模式操作所述燃料电池堆产生的电能和所述二次电池放电得到的电能；并 且当所述二次电池的电荷量大于所述第一标准值而小于所述笫二标准值时，维持之前的操作状态。在又一个实施例中，本发明涉及的燃料电池系统包括：燃料电池堆，其 通过燃料与氧化剂之间的电化学反应产生电能；二次电池，其释放由所充入 的电荷引起的电能；堆电压转换电路，用于转换所述燃料电池堆放电得到的 电压，并将转换后的电压传递到负载节点，所述二次电池的输出端子与外部 负载在所述负载节点处相互连接；和电压转换控制器，用于控制所述堆电压 转换电路的转换比率，以便所述堆电压转换电路的输出线路上的电压与所述二次电池的输出线路上的电压在所述负载节点中是相同的。在再一个实施例中，本发明涉及的燃料电池系统包括：燃料电池堆，其 通过燃料与氧化剂之间的电化学反应产生电能；二次电池，其释放由所充入 的电荷引起的电能；二次电池电压转换电路，用于转换所述二次电池放电得 到的电压，并将转换后的电压传递到负载节点，所述燃料电池堆的输出端子 与外部负载在所述负载节点处相互连接；和电压转换控制器，用于控制所述 二次电池电压转换电路的转换比率，以便所述二次电池电压转换电路的输出 线路上的电压与所述燃料电池堆的输出线路上的电压在所述负载节点中是 相同的。附图说明图1是示出根据本发明实施例的燃料电池系统的结构的示意性方框图。 图2是示出根据本发明的另一个实施例的燃料电池系统的结构的示意 性方框图。图3是示出根据本发明的又一个实施例的燃料电池系统的结构的示意 性方框图。.图4是示出根据本发明实施例的驱动燃料电池系统的方法的流程图。 具体实施方式在以下详细描述中，以示例的方式示出并描述本发明的特定示例性实施 例。本领域技术人员将认识到，所描述的示例性实施例可以以各种方式修改， 而不脱离本发明的精神或保护范围。相应地，附图和描述将被认为本质上是 示例性的，而不是限制性的。图1是示出根据本发明实施例的具有堆电压转换器的燃料电池系统的 示意性方框图。 '图1中示出的燃料电池系统包括：燃料电池堆130，用于通过燃料与氧 化剂之间的电化学反应产生电能；二次电池140，用于以电荷的形式蓄电，并用于放电；堆电压转换电路220，用于转换由所述燃料电池堆产生的电压， 并用于将转换后的电压传递到负载节点，该负载节点连接所述二次电池的输 出端子和外部负载；和电压转换控制器240，用于控制所述堆电压转换电路 220的转换比率，以使得所述堆电压转换电路220的输出端的电压和所述二 次电池140的输出端的电压在所述负载节点处是相同的。在很多实施例中，基于电压转换电路220的操作，反向电流从负载流回 燃料电池堆或二次电池的可能性很低。但是，为了确保防止有害的反向电流 和对燃料电池堆和/或二次电池的实质损坏，燃料电池堆130和/或二次电池 140的输出端子装有用于防止反向电流的二极管272、 274。所述燃料电池系统进一步包括：所述燃料电池堆的输出端子、所述二次 电池的输出端子，以及三个用于在节点处测量电压的设备282、 284、 286， 以便收集数据作为控制电压转换控制240的操作的标准。这三个用于测量电 压的设备282、 284、 286中的任何设备的位置都可以改变，或者可以根据实 施而省去所述设备中的任何设备。例如，如上所述，可以实施两个电压测量 设备282、 284， 一个用于燃料电池堆的输出端子，另一个用于二次电池的 输入端子，从而在阳极侧或阴极侧（即二才及管的输入端或输出端）测量二极 管272、 274的电压。例如，如果在恒定电压下驱动燃料电池堆130，可以省去用于测量燃剩-电池堆输出端子电压的设备282。另外，如果燃料电池堆130被驱动为向恒 定负载供给，可以省去用于测量负载节点电压的设备286。在上述的燃料电池系统中，燃料电池堆和二次电池稳定并有效地共同向 负载供应电能，但是如果二次电池已经被放电，由于燃料电池堆跟随所放电 的电压，因此不能操作燃料电池堆。相应地，当堆向负载供电时，充电电路 和充电方法可以用于利用燃料电池堆产生的部分电流对二次电池充电。也就是说，所述燃料电池系统可以具有当向负载供电时，利用由燃料电 池堆产生的电能对二次电池充电的结构，并具有当对二次电池充电时隔离负 载与二次电池的结构。为此，附图中示出的燃料电池系统进一步包括：负载开关160,用于当对二次电池充电时，隔离负载与二次电池；充电电if各120， 用于利用由燃料电池堆产生的电能，对二次电池充电；和驱动控制器260, 用于控制燃料电池堆130的操作模式和充电电路120的充电操作。驱动控制器260可以使用开关121来控制充电电路。充电电路控制开关 121和负载开关160的操作彼此相反，使得当一个开关闭合时，另一个开关 断开。充电电路120根据电能比率（如预定的电能比率），向二次电池传递燃 料电池堆130所产生的总电能中的一部分，并将由燃料电池堆130产生的电 压转换为适合于对二次电池140充电的电压。后者是本领域技术人员所知的 可以利用普通调压器电路和/或电压电平移动电路实施的功能。电能比率是电能分配控制器的功能，所述电能分配控制器被配置为维持 传送到负载的电能与当二次电池被充电时传送到二次电池以对其充电的电 能的分配比率。电能比率可以通过控制阻抗来实施。例如，电能比率可以通 过用于二次电池输入阻抗的固定阻抗和用于负载输入阻抗的固定阻抗来实 施。驱动控制器260利用从布置在二次电池输出端子处的电压测量设备284 接收的感测信号来确定电荷量。如果驱动控制器260确定电荷量不足，它就 断开负载开关160，并闭合充电电路开关121,从而开始再次对二次电池充 电。另外，驱动控制器260允许燃料电池堆130在二次电池的充电期间以最 大操作模式操作，并且允许燃料电池堆130在二次电池的放电期间以稳定搡 作模式操作。相应地，燃料电池堆130要么以最大操作模式操作以产生多得 多的电能，要么以稳定操作模式操作以产生少得多的电能。在一个实施例中，驱动控制器260可以被分为两个部分， 一个用于控制 两个开关121、 i60,另一个用于控制燃料电池堆130的操作模式。在另一 个实施例中，电压转换控制器240可以执行这些功能。在另一个实施例中，当确定二次电池中存储的电荷量时，驱动控制器 260可以直接测量二次电池的电荷状态（SOC)而不利用电压测量设备284。图2示出了根据本发明实施例的带有用于二次电池的电压转换器的燃 料电池系统的示意性方框图。

图2中示出的燃料电池系统包括：燃料电池堆130，用于通过燃料与氧 化剂之间的电化学反应产生电能；二次电池140,用于以电荷形式蓄电，并 用于放电；二次电池电压转换电路330，用于在转换二次电池放电得到的电 压之后，将二次电池放电得到的电压传递到负载节点，在所述负载节A处燃 料电池堆130的输出端子与外部负载相互连接；电压转换控制器340,用于 控制二次电池电压转换电路的转换比率，使得二次电池电压转换电路的输出 线路上的电压与燃料电池堆的输出线路上的电压在负载节点处相同。

图2中示出的燃料电池系统包括：二极管372、 374，用于防止反向电 流流入燃料电池堆130和二次电池140的输出端子。

如图2所示，该燃料电池系统进一步包括三个电压测量设备382、 384、 386,分别用于测量燃料电池堆130的输出端子的电压、二次电池140的输 出端子的电压和连接节点的电压，以收集用于控制电压转换控制器340的操 作的标准数据。在一个实施例中，这三个电压测量设备382、 384、 386中的 任何设备的位置都可以改变，或可以省去任何所述设备。特别地，在利用恒 定输出电能操作燃料电池堆130的实施中，可以省去布置在燃料电池堆130 的输出端子处的电压测量设备382 。

图2中示出的燃料电池系统可以包括：利用燃料电池堆所产生的电能对 二次电池充电，同时并发地向负载供电的结构，和当二次电池充电时隔离二 次电池与负载的结构。为此，附图中示出的燃料电池系统进一步包括：负载 开关160，用于当对二次电池充电时，隔离二次电池与负载；充电电路120, 用于利用燃料电池堆产生的电能对二次电池充电；和驱动控制器360，用于 控制燃料电池堆130的操作模式和控制充电电路120的充电操作。

用于控制充电电路120的开关121和用于隔离负载的负载开关160的操 作彼此相反，使得当一个开关闭合时，另一个开关断开。

根据电能比率（如预定的电能比率），充电电路120将燃料电池堆130产生的总电能中的一部分传递到二次电池，并将燃料电池堆130产生的电压 转换为适合于对二次电池140充电的电压。

后一功能可以利用普通的调压器电路和/或电压电平移动器来实施，前 一功能通过控制阻抗来实施。例如，前一功能可以通过用于二次电池输入阻 抗的固定阻抗和用于负载输入阻抗的固定阻抗来实施。

驱动控制器360利用从布置在二次电池的输出端牛处的电压测量设备 384接收的感测信号确定电荷量。如果驱动控制器认识到电荷量不足，它就 断开负载开关160,并闭合充电电路开关121，从而开始对二次电池充电。 另外，驱动控制器360允许燃料电池堆130在二次电池充电期间以最大操作 模式操作，并允许燃料电池堆130在二次电池放电期间以稳定操作模式操 作。相应地，燃料电池堆130要么在最大模式下操作以产生多得多的电能， 要么在稳定操作模式下操作以产生少得多的电能。

在一个实施例中，驱动控制器360可以分为：用于控制两个开关121、 160的部分，和用于控制燃料电池堆130的操作模式的部分。在另一个实施 例中，电压转换控制器340可以执行这些功能。

在一个实施例中，当确定二次电池的电荷量时，驱动控制器360可以直 接测量二次电池的SOC，而不利用电压测量设备384。

图3示出了根据本发明实施例的、具有堆电压转换电路和二次电池电压 转换电路的燃料电池系统的示意性方框图。

图3中示出的燃料电池系统包括：燃料电池堆130，用于通过燃料与氧 化剂之间的电化学反应产生电能；二次电池140，用于以电荷形式蓄电，并 用于放电；堆电压转换电路420,用于转换燃料电池堆产生的电压，并用于 将所产生的电压传递到连接有外部负载的负载端子；二次电池电压转换电路 430，用于转换二次电池放电得到的电压，并用于将转换后的电压传递到连 接有外部负载的负载端子；和电压转换控制器440,用于控制堆电压转换电 路420与二次电池电压转换电路430的转换比率，使得燃料电池堆的输出线 路上的电压与二次电池的输出线路上的电压在负载节点处相同。图3中示出的燃料电池系统包括：二极管472、 474，用于防止反向电 流流入燃料电池堆130和二次电池140的输出端子。如图3所示，所述燃剩-电池系统进一步包括三个电压测量设备482、 484、 486，分别用于测量燃料 电池堆130的输出端子的电压、二次电池140的输出端子的电压和连接节点 的电压，以收集用于控制电压转换控制器440的操作的标准数据。

图3中示出的燃料电池系统可能由于具有燃料电池堆电压转换电路和 二次电池的电压转换电路而具有增加的成本，但是却可以根据负载的情况利 用两个电压转换电路420、 430主动地进行适应。例如，在燃料电池堆130 与二次电池140的输出电压相同的情况下，虽然负载所需要的电压不相同， 可以利用两个电压转换电路420、 430将供应给负载190的电压改变为负载 所需要的电压。

图3中示出的燃料电池系统进一步包括：负载开关160,用于隔离负载 与二次电池；充电电路120，用于利用燃料电池堆产生的电能对二次电池充 电；和驱动控制器460，用于控制燃料电池堆130的操作模式和充电电路120 的充电操作。

图3中示出的燃料电池系统的其余元件的详细特点可以从对图1和图2 的描述中类推得到，因此在此不再描述。

依照本发明的一个实施例，将描述用于图1至图3中的燃料电池系统的 一种并发地乂人燃料电池堆和二次电池向负载传递电能的方法。

电压转换控制器440动作来根据负载所需要的电能量，控制燃料电池堆 的电压到二次电池的电压的转换比率，并对燃料电池堆的电压与二次电池的 电压进行匹配，以阻止燃料电池堆的电压和二次电池的电压相互流入。相应 地，虽然电压由于二次电池的放电而降低，但是二次电池可以在相当长的时 间内与燃料电池堆一起并行地向负载供应电能。

在本发明示出的实施例中，从连接到负载的节点的角度，燃料电池堆和 二次电池是并^f亍连"f妄的电源。相应地，燃料电池堆和二次电池通过利用恒定 电流比率放电来向负载传递电能。如果二次电池没有被充电，那么随着二次电池的放电，放电电流比率逐渐改变，使得燃料电池堆的放电电流比率变得 更高。

在操作中，当由于负载的大小突然增加引起瞬时电能需求增加时，燃料 电池堆4艮难迅速增加输出电流，但是二次电池可以迅速增加放电电流以满足 增加的负载大小。相应地，根据本发明的一个实施例的燃料电池系统不仅稳 定地向负载提供电能，还不需要经常改变M料电池的驱动状态，从而保证燃 料电池堆被稳定和有效地驱动。

但是，如上所述，为了阻止二次电池被完全放电，当燃料电池堆和二次 电池并行地向负载供应电能时，可以通过燃料电池堆产生的电能来对二次电 池充电。

图4是示出控制燃料电池系统操作的方法的流程图，根据本发明的示例 性实施例，所述燃料电池系统利用燃料电池堆产生的电能对二次电池充电。 图4中示出的控制操作的方法包括：当在稳定输出模式下驱动堆，并且二次 电池向负载放电（Al)时，判断二次电池的电荷量，如果小于第一标准值 (S120)，向负载供应通过以最大输出模式操作燃料电池堆而产生的电能， 同时利用所产生的电能并发地对二次电池充电（A2);判断如果二次电池 的电荷量，如果大于第二标准值（S140)，向负载供应通过以稳定输出模式 才喿作燃料电池堆产生的电能，同时并行地从二次电池向负载（Al)放电； 如果从二次电池测得的电荷量大于第一标准值（S160)或如果从二次电池测 得的电荷量小于第二标准值（S162)，维持燃料电池之前的操作状态。在一 个实施例中，预定了第一标准值或第二标准值中的至少一个。

在图4中示出的实施例中，燃料电池具有30W的正常输出和40W的最 大输出。在这样的情况下，第一标准值为6.5V，第二标准值为8,4V，后者 对应于二次电池的输出端子处的电压值。在其它实施例中，可以提供其它值 作为标准值，或者SOC值可以取代二次电池的输出端子的电压，用作测量 二次电池电荷量的参数。

根据图4中示出的实施例的控制操作的方法，燃料电池系统以以下两种操作状态中的一种操作。在第一状态A1中，燃料电池堆以稳定输出模式操

作，产生较少的电能，并且二次电池和燃料电池堆的输出线路具有向负载并

行提供电能的连接结构。在第二状态A2中，燃料电池堆以最大输出模式操 作，产生较高的电能，并且二次电池与燃料电池堆的输出线路所具有的连接 结构使得燃料电池堆产生的一些电能被传递到负载，而剩余的电能可以用于 3于二次电池充电。

虽然一个标准值就足够用来选择两个操作状态中的一个，但是在用于实 施例的搡作方法中使用了两个标准值。原因如下：

在燃料电池系统的示例的实施例中，燃料供应按照各操作模式并不相 同。如果操作模式经常改变，就降低了燃料电池系统的耐久性。相应地，在 示例的实施例中，在相当长的时间期间维持了操作状态，因为燃料电池系统 的操作状态是利用两个标准值来改变的。

例如，如图4所示，如果二次电池的电压低于6.5V，那么燃料电池系 统维持在状态A2， 二次电池的电压逐渐上升，导致超过6.5V。状态A2不 会立即改变，而是被维持，直到二次电池的电压超过8.5V为止。

在图4的实施例中，用于控制燃料电池系统操作的方法包括：燃料电池 堆按照所产生的电能量，和用于对二次电池充电和向负载供应电能的开关结 构，以一种或两种输出模式操作。相应地，根据图4的实施例的用于控制燃 料电池系统操作的方法适合于与图1至图3的燃料电池系统一起使用。附图 中示出的驱动控制器260、 360、 460可以执行该用于控制燃料电池系统操作 的方法。

在一个实施例中，可以利用低电能微控制器，例如由德克萨斯州达拉斯 的德州仪器（TI)生产的MSP430，来实施用于分配电能和测量二次电池的 SOC的驱动控制器和电压转换控制器；还可以利用电荷控制器，例如同样由 TI生产的Bq24700,来实施用于对二次电池充电的充电电路。

在图4中示出的实施例中，如果二次电池的电荷量低于笫一标准值，则 以最大输出模式操作堆，并且充电电路的充电电流比率被控制为利用由堆产

15生、并且没有用于负载的电能对二次电池充电。为此，MSP430可以在监视 负载的电压之后确定充电电流的合适比率，并根据确定结果应用芯片 Bq24700的电压值I—set。

另一方面，如果二次电池的电荷量大于第二标准值，则以稳定输出模式 操作堆，并且当用于负载的电能量超过堆产生的电能量时，二次电池的输出 端连接于负载。为此，MSP430在监视负载处的电压之后，转换来自电压转 换电路（如DC/DC转换器）的反馈电压值。

在用于确定操作模式的一个实施例中，如果使用了直接指示二次电池电 荷量的SOC,则MSP430监视二次电池的电流输出。在从二次电池的整个容 量减去或加上所监视的电流之后，就记录了 SOC的结果值。

在示例性实施例中，根据以上结构，通过实施本发明的燃料电池系统和 用于控制操作的方法，可以以很低的价格向负载供应稳定的电能。

在示例性实施例中，本发明的燃料电池系统及用于控制操作的方法可以 利用容量小的二次电池向负载供应稳定的电能。

进一步地，即使负载突然变化，本发明的燃料电池系统和用于控制操作 的方法的实施例也可以向负载提供稳定的电能，并可以阻止燃料电池;故损 坏。'

虽然已经示出并描述了本发明的特定实施例，本领域技术人员应当意识 到可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下进行修改，本发明的保护范围 限定在权利要求及其等同方案中。

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