[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，尤其是涉及一种利用低效率运转对燃料电池进行预热的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池为通过利用电化学工艺使燃料氧化而将伴随氧化反应放出的能量直接变换为电能的发电系统，其具有将多个膜-电极组件层叠而成的堆叠结构，该多个膜-电极组件是利用由多孔质材料构成的一对电极夹持用于选择性地输送氢离子的电解质膜的两侧面而形成。其中，将固体高分子膜作为电解质使用的固体高分子电解质型燃料电池低成本且容易紧凑化，并且具有较高的输出密度，因此期待其作为车载电力源的用途。

对于这种燃料电池，通常70℃～80℃为最佳发电温度范围，但在寒冷地区等的环境下，有时从起动直至达到最佳温度范围需要很长时间，因此正在研究各种预热系统。例如，下述专利文献1中公开有如下方法：通过实施与通常运转相比发电效率低的低效率运转来控制燃料电池的自身发热量，在车辆行驶的同时对燃料电池进行预热。上述方法中，将燃料电池的输出电压设定为比基于其电流/电压特性(以下称为IV特性)的电压值低的电压值，使燃料电池的热损失增大而实施基于自身发热的预热运转，因此不需要搭载预热用的装置，便利性优异。

专利文献：(日本)特开2002-313388号公报

但是，燃料电池的IV特性不固定，根据燃料电池的运转状态(例如从通常运转向低效率运转的切换等)不同而有很大的变动。在不考虑上述变动地控制燃料电池的输出电力时，有可能产生从燃料电池向外部负载(牵引电动机及各种辅机、二次电池等)供给的电力过度或不足等问题。

发明内容

本发明是鉴于以上所说明的情况而完成的，其目的在于提供一种即使在进行运转状态的切换等的情况下，也可以对外部负载没有过度或不足地供给电力的燃料电池系统。

为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池系统，通过进行与通常运转相比发电效率低的低效率运转来对该燃料电池进行预热，其特征在于，具备：判断单元，判断所述燃料电池预热的开始时刻是否已到来；设定单元，设定所述燃料电池的预热目标电压；检测单元，检测所述燃料电池在当前时点下的输出电压；决定单元，在判断为所述燃料电池的开始时刻已到来的情况下，基于要求电力、检测出的所述输出电压和所述预热目标电压，决定该输出电压的电压变化速度；及控制单元，以决定的电压变化速度使所述输出电压转变至所述预热目标电压。

根据上述构成，在燃料电池预热的开始时刻已到来的情况下，基于对燃料电池等的要求电力、预热运转时的燃料电池的目标电压、在当前时点下的输出电压，决定电压变化速度，并以决定的电压变化速度使燃料电池组的输出电压转变(变化)至输出目标电压。

在此，从燃料电池取出的输出电流根据燃料电池的输出电压的电压变化速度进行变化，电压变化速度越大，瞬间的输出电流的变化量越大(参照图3)。因此，根据要求电力使燃料电池的输出电压的电压变化速度依次变化而控制输出电流，由此能够满足输出要求电力并迅速对燃料电池进行预热。

在此，在上述构成中，优选的是，还具备温度检测单元，检测所述燃料电池的相关温度，所述判断单元基于所述相关温度判断所述开始时刻是否已到来。

另外，在上述构成中，优选的是，所述设定单元至少根据所述相关温度、要求发热量或所述要求电力来改变所述预热目标电压。

另外，在上述构成中，优选的是，所述检测单元在所述输出电压转变至所述预热目标电压的期间，在规定时刻对当前时点下的输出电压进行多次检测，所述决定单元在每个检测时刻基于该系统的要求电力、检测出的所述输出电压和所述预热目标电压，决定该输出电压的电压变化速度。

此外，在上述构成中，优选的是，还具备阈值设定单元，用于设定比所述预热目标电压大的阈值电压，所述控制单元在所述输出电压低于所述阈值电压的情况下，以比该时刻下的电压变化速度快的电压变化速度使所述输出电压转变至所述预热目标电压。

另外，在上述构成中，优选的是，还具备计测单元，用于计测开始所述输出电压的转变后的经过时间，在所述输出电压低于所述阈值电压且所述经过时间超过阈值时间的情况下，所述决定单元以比该时点下的电压变化速度快的电压变化速度使所述输出电压转变至所述预热目标电压。

如以上所说明，根据本发明，即使在进行运转状态的切换等的情况下，也可以对外部负载没有过度或不足地供给电力。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

A.第一实施方式

A-1.构成