[发明专利]燃料电池系统及电源控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，具备利用氢和氧的电化学反应产生电能的燃料电池，特别是涉及起动时的低效率运转时的空气量推定计算。 

背景技术

作为利用氢和氧的电化学反应进行发电的燃料电池，例如有固体高分子型燃料电池。该固体高分子型燃料电池具备层积多个单体电池而构成的组。构成组的单体电池具备阳极(燃料极)和阴极(空气极)，具有磺酸基作为离子交换基的固体高分子电解质膜介于这些阳极和阴极之间。 

向阳极供给燃料气体(氢气或对烃进行改性成为富氢的改性氢)，向阴极供给包含作为氧化剂的氧的气体(氧化剂气体)，作为一例供给空气。通过向阳极供给燃料气体，燃料气体中包含的氢与构成阳极的催化剂层的催化剂反应，由此产生氢离子。产生的氢离子通过固体高分子电解质膜，在阴极和氧产生电反应。成为通过该电化学反应进行发电的结构。 

然而，在燃料电池系统中，在低温起动时，如果前次系统停止时的水分残留于燃料电池内，则存在水分冻结而无法起动的状况。另外，即使起动，往往会因自身反应生成的生成水冻结而停止发电。 

因此，例如如日本特开2004-30979号公报所记载，进行下述控制：将起动时对燃料电池的空气供给量设定为比通常发电时的供给量少，因氧不足而使燃料电池的自身发热量增加。此时，如果使反应气 体的供给量减少，将燃料电池的电压控制在0伏特附近，则有时会在单体电池中产生逆电位。因不产生逆电位的电流值随燃料电池的温度而变化，因此例如日本特开2006-73501号公报所记载，进行的是，预先对在不产生逆电位的电位下使燃料电池动作所需的氧供给量和燃料电池的温度建立关系并映射化，根据燃料电池的温度决定氧供给量。 

发明内容

在使反应气体的供给量减少来进行低效率发电而使燃料电池升温时，以满足低效率发电时的要求电流/电压的方式决定空气过剩系数(将燃料电池发电所需最低限的空气量设为1时的比)，需要考虑燃料电池的温度、含水量等的影响。但是，考虑燃料电池的温度及含水量等影响来决定空气过剩系数需要多维映射，且用于该多维映射的电子控制单元(ECU)的存储容量变大。另外，使用了多维映射的计算通常具有数值适应性差、推定精度低的倾向，在电力误差及需要燃料气体量推定方面也可能产生误差。 

因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，不使用多维映射而高精度地决定低效率发电时的燃料电池的空气过剩系数。 

为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池系统，实施低效率发电，其特征在于，具备：指令值计算部，其计算该低效率发电时对该燃料电池的指令电流值及指令电压值；空气浓度过电压目标值计算部，其推测以该指令电流值为基准电流时的该燃料电池的基准电压，并计算该基准电压和该指令电压值之差作为空气浓度过电压目标值；空气过剩系数计算部，其根据该空气浓度过电压目标值来计算空气过剩系数；和空气量计算部，其根据该空气过剩系数来计算该低效率发电时的空气量。 

根据这样的结构，在决定满足低效率发电时的向燃料电池的指令电流值及指令电压值的空气过剩系数时，以指令电流值为基准电流， 推测燃料电池的基准电压，并求出推测出的基准电压和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值，根据该空气浓度过电压目标值计算空气过剩系数，根据由计算所得的空气过剩系数求出低效率发电时的空气量，因此能够不使用多维映射而求出空气过剩系数。因此，有助于降低存储容量，且不使用多维映射，故而可以提高所求得的空气过剩系数的精度。 

即，在求出用于满足指令电流值和指令电压值的空气过剩系数时，推测以指令电流值为基准电流时的燃料电池的基准电压，并求出由该推测获得的基准电压和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值，因此能够根据空气浓度过电压目标值求出空气过剩系数，能够不使用多维映射而决定空气过剩系数。此时，通过考虑燃料电池的温度及含水量来推测出基准电压，从而可考虑燃料电池的温度及含水量的影响而求出正确的空气过剩系数。 

在构成所述燃料电池系统时，可以附加下面的要素。 

优选的是，所述空气浓度过电压目标值计算部检测该燃料电池的温度，并由所检测出的该温度和该指令电流值来推测该基准电压。 

根据这样的结构，检测出燃料电池的温度，并根据所检测出的温度和指令电流值推测基准电压，由此可以求出考虑到燃料电池的温度的影响的、精度更高的空气过剩系数。 

优选的是，所述空气浓度过电压目标值计算部推测该燃料电池的阻抗，并由所推测的该阻抗和该指令电流值来推测该基准电压。