[发明专利]燃料电池系统及燃料电池系统中的起动时控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及该系统中的起动时控制方法。本发明尤其涉及燃料电池堆叠体的温度为水的冻结温度以下(冰点以下)时的起动控制。

背景技术

在使燃料电池系统起动时，在检测到燃料电池堆叠体的温度为水的结冰温度以下(冰点以下)时，将通常起动用的控制映射变更为冰点以下起动用控制映射，沿着该冰点以下起动用映射使燃料电池起动。此时，有实施使发电部位快速升温、突破冰点以下温度的快速预热运转来提高起动性的技术。

快速预热运转(低效率发电)是指供给到燃料电池的反应气体比通常发电时少，且与通常发电相比电力损失大的发电，在缩小空气化学计量比(エアストイキ比)的状态下使燃料电池运转。通过如此特意将电力损失设定得大，能够对燃料电池快速预热。另一方面，在通常发电时，为了抑制电力损失而得到高发电效率，在将空气化学计量比设定为预定值以上的状态使燃料电池运转。

专利文献1：日本特开2007-128698号公报

专利文献2：日本特开2006-164736号公报

专利文献3：日本特开2007-184202号公报

发明内容

在以往的冰点以下起动时的快速预热运转中，为了发电的均匀化，在使阳极气体循环泵旋转的状态下进行起动。这是为了使燃料电池内的氢气分布均匀而提高耐久性。

但是，若在阳极流路存在冻结堵塞的单电池，则在被堵塞的单电池，从流入的气体逐渐消耗氢，因此最终堆积作为杂质的氮。因此，有时产生由于氢不足而单电池电压降低、不能起动的现象。

为了防止该问题而提高起动性，只要使阳极气体循环泵停止即可，但如上所述存在耐久性降低的问题。

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种能够兼顾防止耐久性降低和防止起动性降低的燃料电池系统及该系统的起动时控制方法。

本发明的燃料电池系统，包括：接受燃料气体及氧化气体的供给、利用电化学反应发电的燃料电池堆叠体；将氧化气体向所述燃料电池堆叠体供给的氧化气体配管系统；和将燃料气体向所述燃料电池堆叠体供给的燃料气体配管系统，并且，所述燃料气体配管系统包括：供给路，从燃料气体供给源向所述燃料电池堆叠体供给的燃料气体在该供给路中流动；用于将从所述燃料电池堆叠体排出的燃料废气返回所述供给路的循环路；和将所述循环路内的燃料废气向所述供给路加压输送的循环泵，在冰点以下起动时，能够选择性地实施一边使所述循环泵旋转一边以比在常温起动时低的空气化学计量比进行发电的快速预热运转，其中，所述燃料电池系统包括：堵塞判定部，其在冰点以下起动时，判定在所述燃料电池堆叠体内的燃料气体流路或所述燃料气体配管系统是否因冻结而产生堵塞；和快速预热运转控制部，其在判定为产生了堵塞的情况下，在所述快速预热运转中使所述循环泵停止，并且根据堵塞的程度改变所述快速预热运转的结束条件。

如后所述，例如在燃料气体配管系统堵塞时和/或燃料电池堆叠体的大部分单电池堵塞时，以及仅燃料电池堆叠体的少数单电池堵塞时，改变快速预热运转的结束条件，例如在基于燃料电池温度进行结束判定时改变其判定基准值。由此，可以根据堵塞的程度将停止循环泵运转的时间最优化，也可以抑制起动性的降低。

所述快速预热运转控制部可以在所述堵塞的程度越大时，继续所述快速预热运转直到所述燃料电池堆叠体成为更高温。

可以将所述堵塞的程度分为至少2阶段的堵塞状态进行判定。

所述堵塞状态之一可以根据在对所述循环泵给予了旋转指令的情况下该循环泵的旋转是否正常进行判断。例如在指示转速与实际转速的旋转偏差、对指示转速的设想功耗超过预定的基准值时，由于对于旋转指令，实际转速没有按照指令上升，因此可以判断为在燃料气体配管系统、燃料电池堆叠体的大部分单电池产生了堵塞。

所述堵塞状态的另一个可以根据在进行了所述快速预热运转的情况下所述燃料电池堆叠体的单电池电压的降低进行判定。在预定时间内单电池电压降低而低于预定值时，可以判断为该单电池堵塞。或者，在单电池电压的降低梯度大于预定时，也能够判断为该单电池堵塞。

这些情况，与上述的在燃料气体配管系统、燃料电池堆叠体的大部分单电池发生堵塞的情况相比，堵塞的程度不显著，因此可判断为燃料电池堆叠体中的少数单电池堵塞，可以如上述那样改变(例如缓和)快速预热运转的结束条件。