[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

近年来，作为汽车的新的动力源，燃料电池系统受到关注。燃料电池系统，例如，具备使反应气体(氢以及空气)发生化学反应来进行发电的燃料电池堆、和经由反应气体流路来向燃料电池提供反应气体的反应气体提供装置。燃料电池堆，例如，是层叠了数十个到数百个燃料电池单元的堆构造。在此，各燃料电池单元由一对隔离物夹持膜电极构造体(MEA)而构成，膜电极构造体由阳极电极(阴极)以及阴极电极(阳极)这2个电极、和被这些电极夹持的固体高分子电解质膜构成。

在将这样的燃料电池系统作为动力源的燃料电池车辆中，为了尽量抑制反应气体的消耗量，优选例如在等待信号时等怠速运转状态下的发电继续进行的情况下，停止向燃料电池堆提供反应气体。在专利文献1中，提出了如下技术：即使在这样的反应气体的提供停止后，也继续从燃料电池堆中取出发电电流、即继续燃料电池堆的放电，从而消耗残留在燃料电池堆以及系统内的氢以及空气，防止燃料电池堆保持高电压状态而被放置，进而抑制燃料电池堆的恶化。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2006-294304号公报

发明要解决的课题

另外，已知，若如上述专利文献1的技术那样完全停止反应气体的提供，则有滞留于MEA的附近的氧和氢发生反应且催化剂发生恶化的危险，因此优选即使在怠速停止中，也继续提供极其微量的反应气体。因此，在怠速停止中，通过以低流量提供反应气体并继续放电，能够抑制MEA附近的氧和氢的反应所导致的恶化和燃料电池堆成为高电压状态所导致的恶化这两者。

但是，在低流量的反应气体的提供下继续发电的所谓的低化学计量状态下的堆的发电稳定性，根据此时的单元的状态的优劣而容易产生很大变化，在恶劣的情况下单元电压迅速降低，存在难以长时间继续维持这样的低化学计量状态下的发电的情况。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种将低化学计量状态下的发电与此时的单元的状态无关地长时间地维持的燃料电池系统及其控制方法。

解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明提供一种燃料电池系统，其具备：燃料电池堆(例如，后述的燃料电池堆10)，其层叠多个若提供燃料气体以及氧化剂气体则进行发电的燃料电池单元而构成；电气负载(例如，后述的电动机20、气泵31、以及高压电池50等)，其连接于该燃料电池堆，消耗由该燃料电池堆发电的电力；和控制部(例如，后述的ECU70)，其执行低化学计量控制，所述低化学计量控制将向所述燃料电池堆提供的氧化剂气体的提供量以及从所述燃料电池堆取出的发电电流在均大于0的范围内降低至比怠速发电中更低。在执行所述低化学计量控制时，所述控制部按照使所述燃料电池堆的最低单元电压值(例如，后述的最低单元电压值CV_low)不低于规定的阈值(例如，后述的解除阈值B)的方式，所述燃料电池堆的最低单元电压值越小则越减小从所述燃料电池堆取出的发电电流。

在本发明中，通过执行将向燃料电池堆提供的氧化剂气体的提供量以及从燃料电池堆取出的发电电流在均大于0的范围内降低至比怠速发电时更低的低化学计量控制，能够防止残留在各燃料电池单元的MEA的附近的氧与氢共存，并且避免燃料电池堆成为高电压状态，因此能够抑制燃料电池堆发生恶化。

此外，在本发明中，在发电稳定性容易根据单元的状态而被左右的上述低化学计量控制执行时，最低单元电压值越小则越减小从燃料电池堆取出的发电电流。由此，即使在单元的状态并不良好的情况下，也能够防止最低单元电压值降低至低于规定的阈值，进而能够长时间地维持低化学计量状态下的发电。

在此情况下，优选：在执行所述低化学计量控制时，所述控制部，随着所述燃料电池堆的最低单元电压值与所述阈值的差(例如，后述的解除判定电压值ΔV)变小，减小从所述燃料电池堆取出的发电电流。

在本发明中，通过随着最低单元电压值与上述规定的阈值的差变小、即随着燃料电池堆的发电稳定性恶化到不得不解除低化学计量控制，减小从燃料电池堆取出的发电电流，从而能够更可靠地使发电稳定，因此能够更长时间地继续维持低化学计量状态下的发电。

在此情况下，优选：在执行所述低化学计量控制时，所述控制部将向所述燃料电池堆提供的氧化剂气体的提供量维持固定。

在本发明中，通过如上述那样虽然减小从燃料电池堆取出的发电电流，但是将氧化剂气体的提供量继续维持固定，从而能够使发电稳定，抑制最低单元电压值过剩地降低，因此能够更长时间地继续维持低化学计量状态下的发电。