[发明专利]燃料电池系统和该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和该系统中的起动时控制方法。若进一步详细说明，则本发明涉及燃料电池系统的低温时的起动性的改良。

背景技术

在使燃料电池系统起动时，在检测出燃料电池组的温度为水的冻结温度以下(冰点下)的情况下，进行如下处理：将通常起动用的控制映射变更为冰点下起动用控制映射，且按照该冰点下起动用控制映射使燃料电池系统起动。然后，若检测出燃料电池组的温度超过冻结温度，则进行如下处理：将冰点下起动用控制映射变更为通常起动用控制映射，按照上述通常起动用控制映射进行上述燃料电池组的起动。此时，还存在基于燃料电池的生成水的剩余水量变更起动方法的情况(例如参照专利文献1)。

另外，在如此使燃料电池系统在冰点下起动时，存在如下技术：实施使发电部位急速升温而使其突破冰点下温度的急速预热运转来提高起动性。作为该方法，例如有如下方法：在燃料电池组预热完成前，将燃料电池组入口的冷却水压力控制成低于燃料电池系统在稳定状态下运转时所使用的压力，在燃料电池组预热完成后，将燃料电池组入口的冷却水压力控制成在稳定状态下运转时所使用的压力。

另外，作为防止在寒冷地区使燃料电池起动时在燃料电池内部生成水发生冻结的技术，存在用温度传感器检测燃料电池的内部温度的技术。该情况下，在燃料电池的内部温度为0℃以下时，控制成冷却水泵成为停止状态，在超过0℃时，根据内部温度上升而使所述冷却水泵的驱动量增加(参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2008-147139号公报

专利文献2：日本特开2003-36874号公报

发明内容

但是，在如上所述不使冷却水循环而起动的方法的情况，会担心热集中导致的耐久性的劣化或恶化，因此希望尽可能减少频率。

因此，本发明的目的在于，提供在冰点下起动时根据需要进行急速预热运转并且抑制热集中导致的耐久性的劣化的燃料电池系统和该系统中的起动时控制方法。

为了解决所述课题，本发明人进行了种种研究。为了抑制燃料电池的耐久性劣化，希望减少冰点下的急速预热运转的实施次数。另一方面，在冰点下的状况下到起动为止需要时间不符合使用的实际情况。对于这一点，虽然在上述的现有方法中公开了在燃料电池组的温度为水的冻结温度以下时切换冰点下起动的映射的方法，但考虑到电池组的耐久性的本发明人，着眼于即使在冰点下也切换预热运转的方法的这一点，反复进行了各种研究，结果获得了有助于解决课题的新见解。

本发明基于该见解，提供一种燃料电池系统，包括燃料电池，在冰点下的起动时根据需要实施停止冷却水的循环而急速地进行预热的急速预热运转，其特征在于，具有：存储器，存储该系统的上一次运转的运转结束条件、起动时温度等数据、或上一次扫气时算出的该燃料电池中的生成水的剩余水量；判断单元，基于在该系统的起动时从该存储器读出的数据来计算生成水的剩余水量，根据该剩余水量和起动时温度进行是否需要该系统的急速预热的判断，以及在需要急速预热时进行是否以不循环方式使冷却水起动的判断；及发电控制单元，基于该判断单元的判断结果，使冷却水循环或不循环而执行向燃料电池供给的反应气体比通常发电时少且电力损失比通常发电大的低效率发电。数据例如为该燃料电池的上一次运转结束时的阻抗、该燃料电池的温度、及扫气空气量。另外，本说明书所说的扫气空气量是指上一次运转结束后在(例如车辆的驾驶员进行的)点火开关的关闭操作时为了排出燃料电池组中的水而流过的空气量。

该燃料电池系统中，由上一次的运转结束条件、起动时温度等进行是否使冷却水循环的判断。通过经由该判断，不仅能够总是使冷却水不循环，还能够根据状况一边使冷却水循环一边进行急速预热运转。因此，能够抑制冷却水不循环下的起动次数。

优选的是，燃料电池系统中的判断单元具备测定燃料电池的阻抗的阻抗测定功能和测定燃料电池的关联温度的关联温度测定功能，并基于包括阻抗的测定结果和关联温度的测定结果的数据计算出生成水的剩余水量。

另外，本发明还优选为燃料电池系统为搭载在燃料电池车上的燃料电池系统，在冰点下起动时通过判断单元进行该燃料电池车是否能够行驶的判断。

另外，优选的是，将该燃料电池的起动时温度-生成水的剩余水量(Vw)的坐标图分成多个区域，根据该燃料电池的起动时的起动时温度和剩余水量属于多个区域中的哪一个区域来判断是否以不循环方式使冷却水起动。