[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括燃料电池的燃料电池系统，以及用于该燃料电池系统的控制方法。

背景技术

在现有技术(日本专利申请公开No.2002-42839(JP-2002-42839 A)中可获得响应于由燃料电池的发电量的变化，将阴极入口侧上的空气流量控制到对应于所要求的发电量的目标空气流量，并且控制阴极入口侧上的空气压力的燃料电池系统。通过调整在阴极出口侧上提供的背压控制阀的开度控制阴极入口侧上的空气压力(JP-2002-42839 A和日本专利申请公开No.2011-29158(JP-2011-29158 A))。

在相关技术中，然而，还未充分考虑在由于随着燃料电池的使用，用作电极催化剂的铂的表面积减小，由燃料电池的发电量也减少的情况下执行的控制。

发明内容

本发明提供一种燃料电池系统及其控制方法，通过该控制方法，根据用作电极催化剂的铂的表面积减小，能控制该燃料电池系统。

本发明的第一方面是一种燃料电池系统，包括：燃料电池；氧化剂气体供给单元，被配置成将氧化剂气体供给到燃料电池的阴极电极；以及气体压力控制单元，被配置成检测燃料电池的输出的变化与氧化剂气体的压力的变化的比率，作为气体压力灵敏度，在所检测的气体压力灵敏度的基础上，指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系，并且在所指定的对应关系的基础上，控制氧化剂气体的压力。

通过根据该方面的燃料电池系统，当在燃料电池使用期间，用作阴极电极的电极催化剂的铂的表面积减少，导致燃料电池的输出降低时，能在考虑气体压力灵敏度的同时，控制氧化剂气体的压力，因此，能更可靠在确保所需输出。因此，通过根据该方面的燃料电池系统，能获得高发电性能。

气体压力控制单元可以被配置成获得燃料电池所需的所需输出，通过将所需输出与对应关系进行比较，计算对应于所需输出的氧化剂气体的压力，作为目标气体压力，并且将氧化剂气体的压力控制到目标气体压力。根据该构造，能更容易控制氧化剂气体的压力，因此，能获得甚至更高的发电性能。

燃料电池系统可以进一步包括存储表数据的存储单元，在表数据中，氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系分别与气体压力灵敏度的各个值关联，并且气体压力控制单元可以被配置成通过从表数据选择对应于所检测的气体压力灵敏度的对应关系，指定氧化剂气体的压力和燃料电池的输出之间的对应关系。根据该构造，能快速地指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系。

燃料电池系统可以进一步包括背压调节阀，背压调节阀被配置成调节从燃料电池的阴极电极出口排出的氧化剂气体的压力，并且气体压力控制单元可以被配置成通过调节背压调节阀的开度，控制氧化剂气体的压力。根据该构造，通过控制从阴极电极出口排出的氧化剂气体的压力(背压)，能高响应度地控制氧化剂气体。

气体压力控制单元可以被配置成在开始增加氧化剂气体的压力的时刻，检测气体压力灵敏度并且指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系。根据该构造，当发出增加燃料电池的输出的请求时，能高响应度地获得所需输出。

气体压力控制单元可以在燃料电池的负荷开始转变到具有预定负荷的操作点的时刻，检测气体压力灵敏度并且指定氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系。根据该构造，当发出高负荷请求或低负荷请求时，能高响应度地获得对应于高负荷请求或低负荷请求的输出。

燃料电池包括电极催化剂，氧化剂气体的压力与燃料电池的输出之间的对应关系可以包括第一对应关系和第二对应关系，第二对应关系被设定成，使得对应于燃料电池的相同输出，第二对应关系中的氧化剂气体的压力的大小大于在第一对应关系中的氧化剂气体的压力的大小，并且气体压力控制单元可以通过当燃料电池不处于预定操作状态中时，选择第一对应关系，并且当燃料电池处于预定操作状态时，选择第二对应关系，来指定对应关系，在该预定操作状态中，包含在电极催化剂中的铂的利用率减小。根据该构造，即使在铂的利用率已经降低的操作状态中，也能更可靠地获得所需输出。

预定操作状态可以是燃料电池的液泛状态(flooded condition)。根据该构造，即使当燃料电池处于液泛状态时，也能更可靠地确保所需输出。

预定操作状态可以是燃料电池的空闲状态。根据该构造，即使当燃料电池处于空闲状态时，也能更可靠地确保所需输出。