[发明专利]燃料电池系统、其控制方法及移动体

说明书

技术领域

本发明涉及一种起动时为了预热而实施低效率运行的燃料电池系统的改善。

背景技术

燃料电池在冰点以下的低温环境中开始运行时，残留在阴极、阳极、扩散层的水冻结，会妨碍气体流通，或者残留在高分子电解质膜内部的水冻结，降低质子传导性。因此，在低温起动时，进行完燃料电池的预热运行后再切换至高效率运行。

在燃料电池的预热运行中，降低发电效率并增大自身发热量，从而促进预热。例如在日本特开2005-174645号公报中记载了以下技术：在降低或切断提供到燃料电池一部分的氧化剂气体流量的状态下，实施燃料电池的预热运行。根据该技术，在氧化剂气体不足的部分产生还原反应，生成氢并发热，从而进行积极的升温(第0013、0037～0048段)。

并且，在日本特表2003-504807号公报中同样记载了以下技术：使燃料电池的一部分产生反应物不足，增大该部分中的过电压而使之发热(第0009段)。

发明内容

但是，在现有的实施低效率运行的燃料电池系统中，监控燃料电池的温度，升温完成后则停止低效率运行(例如日本特开2005-174645号公报第0040段)，但在低效率运行时，如果氧化剂气体的供给量过多，则不会产生发热反应，产生过剩的水分，可能妨碍预热运行。

因此，本发明的目的在于，准确掌握燃料电池低效率运行时的生成水量并进行适当的预热。

为了实现上述目的，本发明的燃料电池系统限制提供到燃料电池的气体供给量，实施低效率运行，其特征在于，检测出在该低效率运行时该燃料电池中生成的水分量，根据所检测出的该水分量限制提供到该燃料电池的气体供给量。

例如，上述燃料电池系统具有：生成水量检测单元，检测出在上述低效率运行时上述燃料电池中生成的水分量；和气体供给限制单元，根据检测出的上述水分量，限制提供到上述燃料电池的气体供给量。

根据上述的构成，由于掌握低效率运行时的生成水的生成量，并据此限制提供到燃料电池的气体供给量，因此可抑制因气体供给量过多生成过剩的水分而妨碍预热运行的可能性。

其中，例如上述生成水量检测单元具有：输出电流检测单元，检测出上述燃料电池的输出电流；输出电流积算单元，对所检测出的上述输出电流按照各检测时序进行积算；和生成水量计算单元，根据积算得出的上述输出电流推测生成水量。

根据上述的构成，检测出输出电流，根据该输出电流的积分值，可检测出通过电化学反应在起动后不久产生的水分的总量。

其中，例如上述气体供给限制单元具有：输出电压检测单元，检测出上述燃料电池的输出电压；温度检测单元，检测出上述燃料电池的温度；下次电流推测单元，根据推测出的上述生成水量、检测出的该输出电压及检测出的上述温度，推测出预定时间后的输出电流；气体流量推测单元，根据推测出的该预定时间后的输出电流，推测出应提供到上述燃料电池的气体流量；和气体供给控制单元，将推测出的该气体流量提供到上述燃料电池。

根据上述的构成，根据按预定的控制时序检测出的电压值、温度及由生成水量检测单元检测出的生成水量，可准确预测下一次控制时序下的电流量，掌握产生该电流量所需的适当气体供给量，以该供给量将气体提供到燃料电池，因此不会产生过剩的水分，可进行适当的预热运行。

在本发明中优选的是，根据上述燃料电池中条件相对变差的部分的状况检测出上述水分量。

根据上述的构成，条件易于相对变差的部分是易于妨碍适当的预热运行的部分，因此通过检测出该部分的水分量，可更为适当地进行预热运行。

在本发明中，例如气体供给限制单元限制阴极气体的供给。这是因为，通过适当限制氧化剂气体，可进行低效率运行。

并且，本发明的燃料电池系统的控制方法，限制提供到燃料电池的气体供给量，实施低效率运行，其特征在于，具有：检测出在该低效率运行时该燃料电池中生成的水分量的步骤；和根据检测出的该水分量限制提供到该燃料电池的气体供给量的步骤。

即，检测上述水分量的步骤具有：检测出上述燃料电池的输出电流的步骤；对检测出的上述输出电流按照各检测时序进行积算的步骤；和根据积算得出的上述输出电流推测生成水量的步骤。

并且，限制上述气体供给量的步骤具有：检测出上述燃料电池的输出电压的步骤；检测出上述燃料电池的温度的步骤；根据推测出的上述生成水量、检测出的该输出电压及检测出的上述温度，推测出预定时间后的输出电流的步骤；根据推测出的该预定时间后的输出电流推测出应提供到上述燃料电池的气体流量的步骤；和将推测出的该气体流量提供到上述燃料电池的步骤。