[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统。

背景技术

现有技术中，作为提升在燃料电池车辆中利用的燃料电池堆的耐久性的一个方法，提出了避开氧化还原电位来使燃料电池堆发电的技术(参照专利文献1)。

专利文献

专利文献1：JP特开2007-5038号公报

但是，在专利文献1中，为了持续避开氧化还原电位，需要使燃料电池堆所输出的功率相对于行驶电动机等负载所要求的功率变大或变小，这种情况下，剩余功率充电到蓄电池(蓄电装置)，或者用蓄电池来援助(补充)不足的部分。即，为了持续避开氧化还原电位，蓄电池的充电/放电的频度会变多。如此，由于蓄电池的充电/放电的频度增多，伴随充电/放电的损失(损耗)也会增加，会降低车辆效率(例如燃料费)。

发明内容

因此，本发明的课题在于提供一种提高燃料电池的耐久性并且追随负载要求来使燃料电池发电的燃料电池系统。

作为用于解决所述课题的手段，本发明是一种燃料电池系统，特征在于，具备：燃料电池，其具有触媒，通过用所述触媒使氧或氢发生反应来进行发电；气体提供单元，其向所述燃料电池提供氧以及氢的至少一种气体；冷媒提供单元，其向所述燃料电池提供冷媒；电压控制单元，其对所述燃料电池输出的电压进行控制；负载，其由所述燃料电池输出的功率所驱动；和控制单元，其控制所述气体提供单元、所述冷媒提供单元以及所述电压控制单元，所述控制单元在通过控制所述电压控制单元而将所述燃料电池的实际电压固定在所述触媒进行氧化还原的氧化还原进行电压范围外的规定电压的状态下，一边控制所述气体提供单元以使得提供给所述燃料电池的至少一种气体的浓度追随所述负载所要求的要求功率，一边通过所述冷媒提供单元将冷媒提供给所述燃料电池。

在此，燃料电池具有按照其IV特性(IV曲线，参照图15)，若其输出的实际电流变大，则其输出的实际电压变小这样的特性。

另外，若负载的要求功率变大，则为了使燃料电池所输出的实际功率变大，通常使实际电流变大，因此，在实际电压较小而实际电流较大的情况下(目标电压为切换电压以下的情况)，与要求功率较大的高负载侧对应。另一方面，在施加电压较大而实际电流较小的情况下(目标电压不为切换电压以下的情况)，与要求功率较小的低负载侧对应。

根据这样的构成，控制单元通过控制所述电压控制单元，将燃料电池的实际电压固定在触媒进行氧化还原的氧化还原进行电压范围外的规定电压。在此，由于规定电压在触媒进行氧化还原的氧化还原电压范围之外，因此通过实际电压维持在规定电压，能防止同时期频繁地反复进行触媒的氧化反应以及还原反应。由此，抑制了触媒的洗提(elution)等，从而燃料电池难以劣化。其结果，能提高燃料电池的耐久性。

另外，控制单元控制气体提供单元以使得对所述燃料电池的所述至少一种气体的浓度追随负载所要求的要求功率。在此，由于若使所述至少一种气体的浓度变化则燃料电池的IV特性也变化，因此，通过这样改变所述至少一种气体的浓度来追随要求功率，燃料电池的实际电流也发生变化，燃料电池的输出的实际功率追随要求功率。

如此，由于燃料电池追随负载要求功率来没有过剩不足地进行发电，因此，不会产生不足功率或剩余功率，不需要对蓄电装置进行充电/放电，不会生成伴随着充电/放电的损失(热等)。因此，提高了燃料电池洗提的效率(能量收支)。

进而，控制单元如上所述，将燃料电池的实际电压固定于规定电压，一边改变所述至少一种气体的浓度，一边通过冷媒提供单元将冷媒提供给燃料电池。由此，能适当地确保燃料电池的温度。

另外，优选在所述燃料电池系统中，所述控制单元，基于根据所述要求功率而算出的所述燃料电池的目标电压、和所述触媒进行氧化还原的氧化还原进行电压范围以下的切换电压，来控制所述气体提供单元以及所述电压控制单元，在所述目标电压为所述切换电压以下的情况下，执行第1模式，控制所述电压控制单元以使得所述燃料电池的实际电压追随目标电压，在所述目标电压不为所述切换电压以下的情况下，执行第2模式，控制所述电压控制单元以使得所述燃料电池的实际电压被固定在所述切换电压，并且通过控制所述气体提供单元来改变所述至少一种气体浓度，从而改变所述燃料电池的IV特性，由此改变所述燃料电池的实际电流，使所述燃料电池所输出的实际功率追随所述要求功率。

另外，切换电压优选为氧化还原进行电压范围以下且所述规定电压以上。另外，在后述的实施方式中，例示了切换电压等于规定电压的情况。