[发明专利]燃料电池装置、包括燃料电池装置的车辆和用于配备有燃料电池单元的系统的电力管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用含氢的燃料气体和含氧的氧化气体来发电的燃料电池装置，以及包括这种燃料电池装置的车辆。本发明还涉及一种用于配备有燃料电池单元的系统的电力管理方法。

背景技术

例如日本专利申请公报No.JP08-33782公开的燃料电池装置之类的公知燃料电池装置在燃料电池的电解质层中具有质子导电固体聚合物电解质膜。为了辅助燃料电池的电化学反应，作为催化剂的其上承载有铂的碳颗粒施加到各个固态聚合物电解质膜的表面上。这样的催化剂以下称之为“Pt催化剂”。

图12的曲线图示出Pt催化剂的氧化还原电势和燃料电池单元的输出电压之间的关系。曲线图中的氧化还原电势共同表示引起Pt催化剂氧化(例如在Pt催化剂上形成氧化膜)的电势和使被氧化的催化剂还原的电势。“OCV”表示燃料电池装置的开路电压，即没有负载连接到燃料电池装置上(也就是不从燃料电池装置供应电流)的情况下的输出电压。如图所示，燃料电池装置的开路电压高于由虚线所示的Pt催化剂的氧化还原电势。

在配备有这种燃料电池装置的系统中，例如响应于系统所要求的电力量的变化，燃料电池装置的频繁进行发电的区域在低电势侧和高电势侧之间切换。但是，发电区域的这种频繁切换导致Pt催化剂的还原和氧化，如以下的表达式(1)和(2)所示。

Pt+2H₂O→Pt(OH)₂+2H⁺+2e^-    (1)

Pt(OH)₂+2H⁺+2e^-→Pt+2H₂O    (2)

这种氧化和还原的重复引起Pt催化剂的烧结，导致燃料电池装置的发电性能降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够抑制烧结以使燃料电池单元的发电性能的下降最小化的技术。

本发明的第一方面涉及一种燃料电池装置，包括：可再充电力储存装置；包括燃料电池的燃料电池单元，所述燃料电池具有催化剂；控制器，所述控制器根据要求的系统电力输出来控制所述可再充电力储存装置的充电和放电以及所述燃料电池单元的发电。根据所述燃料电池单元的输出电压和所述催化剂的氧化还原电势之间的关系，所述控制器限制要由所述燃料电池单元产生的电力量的变化；并且根据所述被限制的要由所述燃料电池单元产生的电力量的变化，所述控制器增大用于对所述可再充电力储存装置充电的电力量或者从所述可再充电力储存装置释放的电力量，以满足所述要求的系统电力输出。

根据该构造，因为根据燃料电池单元的输出电压和催化剂的氧化还原电势之间的关系(例如，响应于输出电压变得接近氧化还原电势)来限制要由燃料电池单元产生的电力量的变化，然后校正对可再充电力储存装置充电的电力量或者从可再充电力储存装置释放的电力量以满足要求的系统电力输出，所以减小了燃料电池单元的输出电压越过催化剂的氧化还原电势变化的机会，而不论要求的系统电力输出如何变化。从而，可以抑制催化剂的烧结并由此避免燃料电池单元的发电性能降低。除了在其处或者在其附近引发催化剂发生氧化和还原中至少一者的电势之外，“氧化还原电势”还包括与氧化/还原引发电势相关的预定电势(例如，被设定成与氧化引发电势接近的控制电势)。

在前述燃料电池装置中，所述控制器可以被构造成在所述燃料电池单元的输出电压接近所述催化剂的氧化还原电势时对要由所述燃料电池单元产生的电力量的变化进行限制，并根据所述被限制的要由所述燃料电池单元产生的电力量的变化来增大用于对所述可再充电力储存装置充电的电力量或者从所述可再充电力储存装置释放的电力量，以满足所述要求的系统电力输出。

在前述燃料电池装置中，所述控制器可以被构造成继续或重复对要由所述燃料电池单元产生的电力量的变化进行所述限制，直到表示所述可再充电力储存装置的充电状态的参数达到基准充电水平。

在前述燃料电池装置中，所述控制器可以被构造成响应于所述燃料电池单元的输出电压下降到与所述催化剂的氧化还原电势接近的水平，对要由所述燃料电池单元产生的电力量的变化进行所述限制。

在前述燃料电池装置中，所述控制器可以被构造成设定对要由所述燃料电池单元产生的电力量的变化进行所述限制的最大持续时间，并在所述设定的最大持续时间内继续或重复所述限制。

在前述燃料电池装置中，所述控制器可以被构造成检测所述可再充电力储存装置的充电状态，并根据所述检测到的充电状态来改变所述最大持续时间。