[发明专利]燃料电池系统

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暖机的燃料电池系 统，特别是，涉及在车辆行驶过程中的低效率运转中的燃料电池的输 出控制方法。

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2002-313388 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，车辆边行驶边对燃料电池进行暖机。 这种方法，将燃料电池的输出电压设定为比基于其I-V特性(电流对电 压特性)的电压值低的电压值，增大燃料电池的热损失而通过自发热 进行暖机运转，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2002-313388号公报

发明内容

另外，在车辆边行驶边低效率运转中，优选将燃料电池的输出电 压固定在比基于其I-V特性的电压值低的恒定电压值，同时对应于要求 电力可变地控制提供给燃料电池的氧化气体流量。此时燃料电池的输 出电压被设定为能够实现迅速的暖机运转并且能够得到车辆行驶所需 要的最低限度的电动机输出的恒定电压值。其中，将燃料电池的输出 电压固定在恒定电压值的理由是，因为基于暖机运转时降低发电效率 的观点，当以比基于其I-V特性的电压低的燃料电池的输出电压而进行 运转控制时，如果燃料电池的输出电压发生变动(上升或下降)，则 产生来自寄生地形成在燃料电池内部的电容成分的充放电，从燃料电 池提供给外部负荷(牵引电动机或车载辅助设备等)的电力发生过剩 或不足。

而根据日本特开2002-313388号公报中公开的方法，在暖机运转 时降低了燃料电池的发电效率，但同时也降低了燃料电池的输出，因 此不能够进行与要求电力相配的输出控制。为了解决这种问题，在车 辆边行驶边低效率运转中，只要将燃料电池的输出电压固定在比基于 其I-V特性的电压值低的恒定电压值，并且对应于要求电力可变地控制 提供给燃料电池的氧化气体流量即可。

但是，在将燃料电池系统作为车载电源的燃料电池车辆中，有的 从空气压缩机向燃料电池提供氧化气体。安装在空气压缩机的驱动电 动机采用了响应性良好的电动机，在急剧增大加速器开度的情况下空 气压缩机的响应性良好。但是，目前的状况是大部分的空气压缩机并 没有安装如制动器等减速装置，因此在急剧减少加速器开度的情况下 响应性不良，只能等着转数由于惯性而减少。

因此，在车辆边行驶边低效率运转的过程中，即使急剧减少加速 器开度也不能够急剧减少提供给燃料电池的氧化气体流量，因此会发 出比发电指令值多的多余电力。这种多余电力虽然充电在蓄电池中， 但是，由于低温环境下蓄电池的充电能力低时，有可能导致蓄电池的 过充电。

于是，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，在低效率运转 过程中当急剧降低对于燃料电池的要求电力时能够控制防止向外部负 荷提供多余电力。

为了实现所述目的，本发明涉及的燃料电池系统，包括：燃料电 池，接收反应气体的供给而发电；反应气体供给装置，用于向所述燃 料电池提供反应气体；暖机装置，以发电效率低于正常运转时的低效 率运转对燃料电池进行暖机，以及控制器，在所述低效率运转正在进 行的过程中、对所述燃料电池的发电指令值减少时，在能够控制对所 述燃料电池的反应气体供给而使得跟随于所述发电指令值的减少的情 况下，使所述燃料电池的输出电压保持恒定，并且减少对所述燃料电 池的反应气体供给；在不能够控制对所述燃料电池的反应气体供给而 使得跟随于所述发电指令值的减少的情况下，减少对所述燃料电池的 反应气体供给，并且通过使所述燃料电池的输出电压上升从而将超过 所述发电指令值的多余电力充电到所述燃料电池的电容成分。