[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在使燃料电池的输出电压下降时考虑来自燃料电 池的电容成分的放电而进行运转控制的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是经过电化学处理使燃料氧化而将伴随氧化反应放出的 能量直接转换成电能量的发电系统，并具有以下的堆结构，由重叠多 个膜-电极部件而构成，该多个膜-电极部件由多孔质材料所构成的一对 电极夹持着用于选择性地输送氢离子的电解质膜的两侧表面而构成。 尤其是，固体高分子膜用作电解质的固体高分子电解质型燃料电池， 由于成本低且容易实现紧凑化，并且具有高的输出密度，所以期待作 为车载电力源的用途。

对这种燃料电池而言，一般70～80℃是发电最合适的温度范围， 但是在寒冷地区等环境下，有时从启动到达到最合适的温度需要比较 长的时间，因此考虑了各种暖机系统。例如，日本特开2004-030979 号公报中公开了以下方法，通过进行发电效率低于正常运转的低效率 运转而控制燃料电池的自发热量。根据这种方法，燃料电池能够自行 进行暖机，因此不需要搭载暖机用的装置，具有优良的便利性。

专利文献1：日本特开2004-030979号公报

发明内容

然而，在低效率运转的过程中对燃料电池的要求电力下降时，不 能够急剧减少从空气压缩机到燃料电池的空气流量，因此有时会产生 超过发电指令值的多余电力。可以通过暂时使燃料电池的输出电压上 升而将这种多余电力充电到燃料电池的电容成分。

并且，在多余电力充电到燃料电池的电容成分后，需要使燃料电 池的输出电压下降到原来的电压。在使燃料电池的输出电压下降时， 由于充电到燃料电池的电容成分中的电力开始向外部负荷放电，因此 需要考虑适当地抑制燃料电池的发电量，以防止从燃料电池向外部负 荷提供的电力超过要求电力。

这种问题是在从正常运转切换成低效率运转时及系统停止时等使 燃料电池的输出电压下降时共同存在的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种燃料电池系统，在使燃料电 池的输出电压下降时，考虑燃料电池的电容成分对外部负荷的放电而 控制电池运转。

为了解决上述的问题，本发明涉及的一种燃料电池系统，包括： 燃料电池，接收燃料气体和氧化气体的供给而发电；氧化气体供给装 置，用于向燃料电池供给氧化气体；以及控制器，在使燃料电池的输 出电压下降时，考虑来自燃料电池的电容成分的放电而减少从氧化气 体供给装置向燃料电池供给的氧化气体流量。

在使燃料电池的输出电压下降时，从燃料电池的电容成分向外部 负荷放电，因此通过考虑这种放电而减少向燃料电池提供的氧化气体， 能够使从燃料电池向外部负荷提供的电力与外部负荷所要求的电力一 致。

其中，燃料电池的电容成分是指在燃料电池的催化剂层和电解质 膜的界面上寄生性地形成的双电层的电容成分。

本发明涉及的燃料电池系统，还可以包括旁通装置，用于使从氧 化气体供给装置供给的氧化气体的一部分绕过燃料电池而排气。在使 燃料电池的输出电压下降时，旁通装置调整氧化气体的旁通流量，从 而减少向燃料电池供给的氧化气体流量。

在氧化气体供给装置用于大流量、且具有难以稳定地提供低流量 气体的流量特性的情况下，为了在电压下降处理时适当地抑制燃料电 池的发电而调整对燃料电池的氧化气体流量是困难的，但是根据上述 的结构，通过调整流过旁通装置的旁通空气流量，能够适当地抑制燃 料电池的发电，使得在电压下降处理时从燃料电池向外部负荷提供的 电力与外部负荷所要求的电力一致。

另外，在氧化气体供给装置用于大流量、且具有难以稳定地提供 低流量气体的流量特性的情况下，如果以在结束电压下降处理后产生 与要求电力相应的电力为目的而从氧化气体供给装置向燃料电池提供 氧化气体，则有可能向燃料电池提供所需以上的氧化气体而产生多余 电力，但是根据上述的结构，除了氧化气体供给装置的驱动控制之外， 还调整流过旁通装置的旁通空气流量，从而能够向燃料电池稳定地提 供与要求电力相应的氧化气体。