[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种供给必要的热量的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是使作为燃料气体的氢气和氧化剂进行反应而生成电能 的装置。搭载在汽车等上的燃料电池系统通常以将投入燃料电池的氢 能高效率地转换成电能的方式被控制(以下称为“高效率发电”)。 因此，高效率发电的燃料电池从氢能向热能转换的比例较小，发热量 较少。

其结果是，用于使燃料电池在一定时间内达到适合发电的温度(80 ℃左右)而进行预热所需的热量不足。另外，在燃料电池系统具备暖 气装置的情况下，由高效率发电时的燃料电池产生的热能少，作为暖 气的热源不充分。因此，正在开发以补充不足量的热量为目的的燃料 电池系统。

作为现有的燃料电池系统，已知有通过减少所供给的空气量而使 燃料电池以低效率发电的构成(例如，参照专利文献1)。由此，可以 增加用于使燃料电池预热的发热量。

另外，具备以往的暖气装置的燃料电池系统，为了供给暖气所需 的热量(以下，称为“暖气必要热量”)而在燃料电池的冷却介质循 环通路上具备对冷却介质进行加热的加热单元及供给空调用暖气所使 用的热的热交换器(例如，参照专利文献2或者专利文献3)。在来自 燃料电池的发热量较少的情况下，利用加热单元对冷却介质进行加热 以供给用于暖气的不足的热量。

专利文献1：日本特开2004-30979号公报

专利文献2：日本特开2004-311229号公报

专利文献3：日本特开2007-38952号公报

在专利文献1所记载的以往的燃料电池系统中，只能基于燃料电 池的电流-输出曲线和燃料电池所要求的输出来一义地确定燃料电池 的电流和电压。因此燃料电池系统存在的问题是，相对于用于预热所 需的必要热量，所供给的发热量不足或者过剩。

在专利文献2、3所记载的以往的燃料电池系统中，为了供给不足 量的暖气必要热量，需要增大加热单元的加热量。其结果是，加热单 元变大，进而招致燃料电池系统的大型化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既不会使燃料电池系统大型化，又可 以向燃料电池系统供给所需的热量的燃料电池系统及其控制方法。

本发明提供一种燃料电池系统，具备：燃料电池，其将燃料气体 和氧化剂气体作为反应气体进行发电；电流控制单元，其对燃料电池 的电流进行控制；电压控制单元，其对燃料电池的电压进行控制；及 发热量控制单元，其计算燃料电池系统所需的必要热量，并确定电流 控制单元的电流目标值和电压控制单元的电压目标值以产生所算出的 必要热量，由此控制发热量。

另外，优选具备将燃料电池的发热用作热源的暖气装置，上述必 要热量包含工作中的上述暖气装置所需的暖气必要热量。

另外，优选上述必要热量包含燃料电池的预热所需的预热必要热 量。

另外，优选必要热量包含用于将燃料电池系统的温度维持在规定 温度所需的维持必要热量。

另外，优选控制单元以使发电效率比燃料电池的高效率发电降低 的低效率发电进行控制。

另外，优选上述电压控制单元是DC/DC转换器，上述电流控制 单元是反应气体的供给单元。

另外，本发明提供一种燃料电池系统，具有：燃料电池，其将燃 料气体和氧化剂气体作为反应气体进行发电；二次电池，其使上述燃 料电池的输出充放或者使充电的电力放电；及电压控制单元，其对上 述二次电池的电压进行控制，所述燃料电池系统的特征在于，具备控 制单元，其计算燃料电池系统所需的必要热量和所要求的要求输出并 基于算出的必要热量和要求输出来控制燃料电池，以使燃料电池在如 下模式中的任意模式下工作：以高效率进行发电的高效率发电模式； 发电效率比以电压的下限值为第一电压下限值的高效率发电降低的第 一低效率发电模式；及电压的下限值为比第一电压下限值小的第二电 压下限值的第二低效率发电模式。

另外，本发明提供一种燃料电池系统，具有：燃料电池，其将燃 料气体和氧化剂气体作为反应气体进行发电；及电压控制单元，对上 述燃料电池的电压进行控制，所述燃料电池系统的特征在于，具备控 制单元，其基于燃料电池系统所需的必要热量和所要求的要求输出来 控制燃料电池，以使燃料电池在如下模式中的任意模式下工作：以高 效率进行发电的高效率发电模式；及发电效率比以电压的下限值为第 二电压下限值的高效率发电降低的第二低效率发电模式。