[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，更具体地，涉及一种与蓄电装置一起使用的燃料电池系统。

背景技术

例如，安装有燃料电池的车辆除燃料电池之外还配备有蓄电装置，并且当起动燃料电池时，或者当由车辆所需的电力不能仅由燃料电池的输出提供时，从蓄电装置供应所需的电力。

在燃料电池中，诸如氢的燃料气体供应至阳极侧，并且诸如空气的含氧氧化气体供应至阴极侧，使得通过电解质膜由燃料气体与氧化气体之间的反应产生所需电力。此时，在阴极侧形成作为反应产物的水。由于如此形成的水渗透通过电解质膜并到达阳极侧，所以使电解质膜的阳极侧上的湿度提高至合适的水平，并且氢质子通过膜的输送在该湿度下发生，使得由质子与氧之间的反应产生电力。因此，需要将电解质膜的湿度或含水量控制到合适的水平，以便以高的效率实现发电。因此，燃料电池的输出受到在电解质膜处感测的水分布状况的影响，并进行吹扫操作或水合操作，以便保持最佳的水分布状况。

在蓄电装置重复充电和放电的同时，其输出特性由于过度充电或过度放电而劣化。而且，蓄电装置的输出随温度而变化。因此，由于蓄电装置的输出与其充电状态具有特定关系，所以管理或控制蓄电装置的充电状态（SOC）和蓄电装置温度。

例如，日本专利申请公布No.2008-282767（JP-A-2008-282767）公开了一种燃料电池系统，其中基于测量的阻抗值和检测的SOC值进行吹扫操作。此外，当燃料电池在正常运行模式下时，在不考虑SOC的情况下，系统进行吹扫操作持续设定的时间段。当燃料电池在低温运行模式下时，进行利用低湿度气体的吹扫操作，用于改善起动能力或起动性能。

此外，日本专利申请公布No.2007-324071（JP-A-2007-324071）公开了一种燃料电池系统，其基于在燃料电池堆中剩余的水量、向空气压缩机供应电力的二次电池的温度和二次电池的充电状态，来确定吹扫状况，并控制从空气压缩机供应的吹扫空气的量。

此外，日本专利申请公布No.2004-281219（JP-A-2004-281219）公开了一种燃料电池系统，其在能够从燃料电池和二次电池供应负载和附件所需的最大电力时正常运行，并且当不能供应最大电力时进行预热操作。在此，预热操作通过重复燃料电池的发电与暂停以及重复二次电池的充电与放电来实现。

因此，在相关技术的燃料电池系统中，分别确保燃料电池的输出和蓄电装置的输出，并且确定在燃料电池的运行期间的水分布状况的目标范围和在蓄电装置的运行期间的SOC的目标范围。而且，当在运行期间存在燃料电池的输出不足时利用蓄电装置的输出，并且当存在蓄电装置的输出不足时利用来自燃料电池的电力给蓄电装置充电。因此，对燃料电池和蓄电装置分配所需动力。

同时，在以上确认的公布中没有关于以下情形的说明：当使落在目标范围之外的燃料电池的水分布状况或蓄电装置的充电状态落入目标范围之内时，燃料电池与蓄电装置之间的有效的动力分配。

发明内容

本发明提供一种燃料电池系统，其中可将所需动力有效地分配给燃料电池和蓄电装置。

根据本发明的一个方面用于车辆的燃料电池系统包括：水分布状况估计单元，其用于估计并获取燃料电池的水分布状况；充电状态获取单元，其用于获取蓄电装置的充电状态；确定单元，其根据预定标准而将有利的组合范围设定成这样的组合范围，即在该组合范围中燃料电池的水分布状况与蓄电装置的充电状态的组合适合于车辆的所需动力，并且该确定单元确定所获取的水分布状况与所获取的充电状态的实际组合是否在有利的组合范围内；以及组合状态改善单元，其在实际组合不在有利的组合范围内时利用蓄电装置的输出来改善燃料电池的水分布状况，以便使实际组合移至有利的组合范围内。

在根据本发明的以上方面的燃料电池系统中，当车辆起动或者在用蓄电装置的输出的电池运行模式下运行，并且确定单元确定实际组合使得蓄电装置的充电状态处于充足的水平，但是燃料电池的水分布状况不能令人满意时，组合状态改善单元可利用蓄电装置的输出来改善燃料电池的水分布状况。

在根据本发明的以上方面的燃料电池系统中，当车辆处于最大输出状况或者燃料电池处于从燃料电池的运行暂停的状况到运行恢复的状况的过渡，而确定单元确定实际组合使得蓄电装置的充电状态处于不足的水平，并且燃料电池的水分布状况不能令人满意时，组合状态改善单元可利用蓄电装置的输出来改善燃料电池的水分布状况。