[发明专利]燃料电池系统及燃料电池系统的运转控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过低效率运转对燃料电池进行预热的燃料电池系统 及燃料电池系统的运转控制方法。

背景技术

燃料电池是将通过利用电化学工艺使燃料氧化而伴随氧化反应放 出的能量直接转换成电能的发电系统，具有将多个膜-电极接合体(单 电池)层叠而成的堆叠结构，该膜-电极接合体通过由多孔材料构成的 一对电极夹持用于选择性地输送氢离子的电解质膜的两侧面而成。

燃料电池通常将70～80℃设为最适合于发电的温度域，但是寒冷 地等的环境下，有时从起动至达到最佳温度域为止需要长时间，因此 研究了各种预热系统。例如，在下述专利文献1中公开了如下的手法： 通过实施比通常运转的发电效率低的低效率运转，由此控制搭载于车 辆的燃料电池的自发热量，一边进行车辆行驶一边对燃料电池进行预 热。上述手法将燃料电池的输出电压设定为比基于其电流·电压特性 (以下，称为IV特性)的电压值低的电压值，使燃料电池的热损失增 大而实施基于自发热的预热运转，因此无需搭载预热用的装置，便利 性优异。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2002-313388号公报

发明内容

【发明要解决的问题】

图9是表示现有的燃料电池系统的预热运转时的动作点的变化的 概念图，示出燃料电池的IV特性线La1、燃料电池的动作电压线La2、 燃料电池的等电力线(以下，称为等功率线)La3以及燃料电池的等发 热线(以下，称为等Q线)La4。

如图9所示，基于要求发电量Preq及要求发热量Qreq，在燃料电 池的等功率线La3与等Q线La4相交的交点、即动作点A(I1,V1)进 行预热运转的状态下，由于某些理由而施加电流限制(例如，构成燃 料电池的单电池的电压下降引起的电流限制等；参照图9中虚线所示 的电流限制线La5)时，燃料电池的动作点在动作电压线La2上移动而 从动作点A(I1,V1)向动作点B(I2,V2)转移。这样，以往，在燃料 电池进行预热运转的状态下施加电流限制时，通过在设定的动作电压 线L2上使燃料电池的动作点转移(换言之，以使动作电压取得特定的 值的方式使运转动作点转移)来避免电流限制，因此最终无法满足燃 料电池的要求发电量Preq(即，等功率线L3上没有燃料电池的动作点 的状态)，由于仅能发出比要求发电量Preq小的发电量Pmes，因此被 指出燃料电池系统的电力响应性下降而引起动力性能的下降这样的问 题。

本发明鉴于以上说明的情况而作出，目的是提供一种在通过低效 率运转对燃料电池进行预热的燃料电池系统中、能够避免电流限制等 各种限制并使满足要求发电量的情况优先而使燃料电池动作的技术。

【用于解决问题的手段】

为了解决上述的问题，本发明的一实施方式的燃料电池系统的运 转控制方法是通过低效率运转而对燃料电池进行预热的燃料电池系统 的运转控制方法，其特征在于，包括：第0步骤，根据要求发电量和 要求发热量来决定电流目标值；第一步骤，在电流目标值从上限电流 及下限电流的范围脱离的情况下，以使电流目标值进入上限电流及下 限电流的范围内的方式将电流目标值设定作为电流指令值；第二步骤， 通过将要求发电量除以电流指令值而求出与电流指令值对应的目标电 压值，在目标电压值超过上限电压的情况下，以使目标电压值进入上 限电压的范围内的方式将目标电压值设定作为电压指令值；第三步骤， 在电压指令值从针对燃料电池的电压测定值而设定的规定范围脱离的 情况下，以使电压指令值进入规定范围的方式将电压指令值设定作为 最终电压指令值；第四步骤，将电压指令值与电流指令值相乘所得到 的值除以最终电压指令值，来得到最终电流指令值；及第五步骤，以 最终电流指令值及最终电压指令值使所述燃料电池动作。

在此，在上述结构中，优选将以下所示的(A)～(E)中的至少 一个的最小值设定作为上限电流：

(A)由燃料电池的单电池电压下降限制的电流值；

(B)由燃料电池和辅机类限制的电流值；

(C)由对燃料电池的电压进行控制的电压转换器的最大升压比限 制的电流值；

(D)为了对燃料电池的泵氢引起的排气氢浓度的上升进行抑制而 限制的电流值；

(E)由系统整体的电力容许量限制的电流值。