[发明专利]燃料电池系统及其电流限制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括具有多个单电池的燃料电池的燃料电池系统，特别是涉及对系统要求电流进行控制时的电流限制处理和电流恢复处理。 

背景技术

作为利用氢和氧的电化学反应而发电的燃料电池，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堆叠多个单电池而构成的电池组。构成电池组的单电池具备阳极(燃料极)和阴极(空气极)，在这些阳极和阴极之间，介有具有磺酸基作为离子交换基的固体高分子电解质膜。 

向阳极供给包含氢气(氢气或将烃进行改性而形成富氢的改性氢)的燃料气体，向阴极供给包含氧作为氧化剂的气体(氧化剂气体)，作为其一例是供给空气。通过向阳极供给燃料气体，燃料气体中所包含的氢和构成阳极的催化剂层的催化剂进行反应，由此产生氢离子。所产生的氢离子通过固体高分子电解质膜，在阴极和氧发生电反应。通过该电化学反应进行发电。 

此处，在使用具有多个单电池的燃料电池的情况下，多个单电池中即使有一个不能发电，则燃料电池整体也可能不能发电。因此，例如在日本特开2003-187842号公报中，提出了下述发明：测定各单电池的电压，根据测定的单电池电压中的最低值即最低单电池电压，计算由燃料电池组可输出的电能，并且，使燃料电池组产生可输出的电能以下的电能，即使在任一个单电池的性能降低时，也可据此使燃料电池组以适宜的运转状态进行运转。 

此外，在日本特开2005-197008号公报中，提出了下述发明，其要点是：根据最低单电池电压VLOW设定电流目标限制值用于限制从燃料电池取出的发电电流，在实际的电流限制值和发电电流之差低于规定值时，将电流限制值调换为所述电流目标限制值。 

但是，在现有的燃料电池系统中，在一定条件下控制燃料电池的发电电力或限制向负载供给的供给电流时，存在限制运算的基准即燃料电池的系统要求电力上升而最终发电电力及供给电流的限制处理不能进行的情况。例如，考虑在装载有燃料电池系统的汽车上，在驾驶员想要加速的情况下限制发电电力及供给电流的情况。发电电力及供给电流被限制时，驾驶员感到马达输出不足而进行进一步踏下油门等操作。由于该操作，系统要求电力上升，结果发电电力及供给电流也上升，最终，不能进行需要的限制处理。 

此外，尽管在使供给电流减少的电流限制处理和使被限制后的供给电流上升的电流恢复处理中所要求的响应性不同，但在现有的燃料电池系统中并未考虑这些，而是设定了相同的响应性。即，在任一个单电池电压低于最低单电池电压容许值以下的情况下，限制实际的供给电流的电流值。然后，维持限制状态直到单电池电压上升到容许值，达到容许值之后将供给电流值恢复到系统要求电流。此时，在要求电流限制处理迅速地限制电流时，电流恢复处理也以与电流限制处理相同的响应性被控制，因此电流恢复处理的供给电流可能过冲。另一方面，如果在电流恢复处理中设定不过冲的响应性，则可以预想到，电流限制处理的响应性会变差。 

专利文献1：日本特开2003-187842号公报 

专利文献2：日本特开2005-197008号公报 

发明内容

因此，本发明的目的是，鉴于上述现有技术的课题，提供一种燃料电池系统，其无论在何种运转状态下都能够可靠地限制系统要求电流，并且能够在电流限制时使供给电流迅速地响应而在电流恢复时使供给电流稳定地收敛。 

为了解决上述课题，本发明的燃料电池系统包括具有多个单电池的燃料电池，进行如下所述的处理：相对于与系统所要求的系统要求电力对应的系统要求电流进行基于该单电池的最低单电池电压的补偿运算，由此限制向负载供给的供给电流，其特征在于，所述燃料电池系统进行该补偿运算，所述补偿运算用于以该最低单电池电压低于规定的最低单电池电压容许值时的该系统要求电流的电流值为基准值，通过PI补偿来限制该供给电流，将限制该供给电流时的该PI补偿的增益和恢复该供给电流时的该PI补偿的增益设定为不同的值。 

根据该构成，在单电池的最低单电池电压低于规定的最低单电池电压容许值时，将此时的系统要求的电流值作为基准值进行PI补偿运算，因此，能够抑制电流限制处理时系统要求电力与供给电流的下降对应地上升的现象，能够进行可靠的电流限制处理。例如，即使在装载了燃料电池系统的汽车上驾驶员对电流限制感到输出不足而进行了加速操作，由于供给电流的计算基准值固定于电流限制处理开始时的电流值，因此，能够在单电池电压恢复之前可靠地进行电流限制。