[发明专利]燃料电池系统及其电流控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括具有多个单体电池的燃料电池的燃料电池系 统，特别是与系统要求电力控制时的电流限制相关。

背景技术

利用氢和氧之间的电化学反应进行发电的燃料电池具有例如固体 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 而构成的电池组。构成电池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。

向阳极供给包含燃料气体(对氢气或碳化氢进行改性而成为富氢 的改性氢)的燃料气体，向阴极供给作为氧化剂的气体(氧化剂气体)， 作为一例例如供给空气。通过向阳极供给燃料气体，包含于燃料气体 中的氢与构成阳极的催化剂层的催化剂发生反应，由此产生氢离子。 产生的氢离子通过固体高分子电解质膜，在阴极与氧发生电反应。成 为利用该电化学反应进行发电的结构。

然而，使用燃料电池作为汽车用动力源时，需要是能够应对从低 负载至高负载的大范围的使用状态，但在不适当的条件下使燃料电池 运转时，往往无法得到所期待的电化学反应。例如，在包含于高分子 电解质膜中的水分量不足时，特别是在低温时伴随其饱和蒸气压低， 难于给予供给气体需要的充足的水分。

因此，例如在日本特开平7-272736号公报中提案有如下发明： 检测燃料电池的反应温度，通过该反应温度检索控制用表，选择可容 许的最低电压的阈值，在燃料电池的监视电压比阈值小时，视为包含 于电解质中的水分量不足，中断向负载供给的电流。

另一方面，在使用具有多个单体电池的燃料电池时，当多个单体 电池中的一个不能发电时，往往变为燃料电池的整体都不能发电。因 此，例如在日本特开2003-187842号公报中提案有如下发明：测定各 单体电池电压，并根据所测定的单体电池电压中的最低值即最低单体 电池电压来算出通过燃料电池组可输出的电量，并且使燃料电池组产 生可输出的电量以下的电量，即使在任意一个单体电池的性能下降时， 也与此相应地使燃料电池组在适当的运转状态下运转。

优选即使在多个单体电池中的任意一个单体电池的性能下降时， 也与此相应地使燃料电池组在适当的运转状态下运转时，按照使用了 燃料电池组的最低单体电池电压和阈值电压的差分的PI(Proportional Integration：比例积分)控制来校正控制要求电流。

但是，在按照PI补偿校正要求电流时，根据当前时点的电流使PI 补偿的增益成为一定时，担心控制性会下降。

发明内容

本发明是鉴于所述现有技术的问题而开发的，其目的在于，在通 过使用了最低单体电池电压和阈值电压的差分的PI补偿来校正要求电 流，求出目标电流值来控制燃料电池的电流时，提高用于使燃料电池 的电流成为目标电流值的控制性。

为了解决所述问题，本发明提供一种燃料电池系统，包括具备多 个单体电池的燃料电池，所述燃料电池系统的特征在于，具备：电流 电测部，其检测该燃料电池的电流；单体电池电压检测部，其检测各 该单体电池的单体电池电压；及控制运算部，其根据该单体电池电压 检测部检测出的最低单体电池电压，对与系统所要求的系统要求电力 相对应的要求电流进行PI补偿，该控制运算部根据该当前的该燃料电 池的电流，改变用于要求电流的该PI补偿的比例增益。

具体而言，本发明的燃料电池系统包括：具有多个单体电池的燃 料电池；检测各单体电池的单体电池电压的单体电池监视器；根据该 单体电池监视器检测出的最低单体电池电压来对与系统所要求的系统 要求电力对应的要求电流进行PI补偿的控制运算部。

而且，该控制运算部具备：

(1)算出规定的最低单体电池电压基准值和该单体电池监视器检 测出的最低单体电池电压之间的偏差的最低单体电池电压偏差运算单 元；

(2)根据该最低单体电池电压基准值和所检测的该最低单体电池 电压之间的偏差来计算电流限制值的PI运算单元；

(3)根据该系统要求电力算出要求电流的要求电流计算单元；

(4)算出该要求电流和该电流限制值之间的偏差作为目标电流值 的目标电流值运算单元；

(5)根据该目标电流值算出相对于该燃料电池的电力指令值的上 限及下限的电力分配计算单元；