[发明专利]燃料电池系统的控制装置以及燃料电池系统的控制方法

说明书

燃料电池系统的控制装置具备：阳极气体循环流量控制部，其基于由湿润状态检测部检测出的电解质膜的湿润状态来控制阳极气体循环流量；以及优先级设定部，其针对由湿润状态控制部操作的多个物理量设定稳定的操作的优先级，并且，阳极气体循环流量控制部包括：阳极气体循环流量限制部，其在改变电解质膜的湿润状态的过渡运转时，对阳极气体循环流量的每单位时间的变化率进行限制；以及控制量补充部，其在阳极气体循环流量的变化率被阳极气体循环流量限制部所限制的情况下，通过由优先级设定部设定的稳定的操作的优先级比对阳极气体循环流量设定的稳定的操作的优先级低的物理量的操作，来对由于阳极气体循环流量的限制而不足的湿润状态的控制量部分进行补充。

技术领域

本发明涉及一种通过对多个物理量进行控制来控制燃料电池的电解质膜的湿润状态的燃料电池系统的控制装置及其控制方法。

背景技术

作为燃料电池系统，提出了阳极气体非循环型燃料电池系统和阳极气体循环型燃料电池系统，在该阳极气体非循环型燃料电池系统中，不使作为燃料气体的阳极气体循环，将反应后的阳极排气与阴极排气一起排出，在该阳极气体循环型燃料电池系统中，使阳极气体循环，根据需要来从高压罐追加供给阳极气体。

在燃料电池系统中，在阴极电极的电极反应中生成的水、水蒸气(下面称为“水分”)通过交叉泄漏而流入到阳极电极侧的阳极气体流路。在阳极气体循环型燃料电池系统中，能够利用该水分来控制燃料电池内的电解质膜的湿润状态(湿润度)，因此不需要在阳极气体供给通路、阳极气体循环通路设置加湿器。

在JP5104950B中公开了如下一种燃料电池系统：在阳极气体循环型燃料电池系统中，测定燃料电池整体的电阻值，基于测定出的电阻值，来判定燃料电池的氧化剂气体流路的入口附近和出口附近的水分量的过量与不足，在判定为该水分量过剩或者不足的情况下，对燃料气体、氧化剂气体的化学计量比(流量)、压力进行调整。

在如上所述的燃料电池系统中，在燃料电池整体的电阻值大于规定值的情况下，判定为水分量不足，例如进行以下控制：增加燃料气体的化学计量比，并且减少燃料气体的供给压力。由此，燃料气体与氧化剂气体发生反应而生成水，并且能够增加阳极气体循环通路的体积流量。因而，能够增加能够保持在阳极气体循环通路侧的水分量。

另一方面，在燃料电池整体的电阻值小于规定值的情况下，判定为水分量过剩，例如进行以下控制：减少燃料气体的化学计量比，并且增加燃料气体的供给压力。由此，抑制燃料气体与氧化剂气体的反应来减少水的生成，并且能够减少阳极气体循环通路的体积流量。因而，能够增加通过包含于氧化剂气体而排出到燃料电池外的水分量，从而减少能够保持在阳极气体循环通路侧的水分量。

在进行如上所述的控制的情况下，在要增加燃料气体的化学计量比时，启动设置于阳极气体循环通路的阳极循环泵，使阳极循环泵的转速上升，并且根据需要打开设置于氢罐的下游的阳极压力调节阀，来供给燃料气体。另外，在要减少燃料气体的化学计量比时，使设置于阳极气体循环通路的阳极循环泵的转速下降，并且根据需要打开设置于阳极气体循环通路的放气阀，来排出阳极排气。

发明内容

然而，在这种情况下，有时会过渡性地变为与原本期望的控制相反的操作。即，当想要使燃料电池内的水分量增加而使阳极循环泵的转速上升时，从使阳极循环泵的转速上升的瞬间起，从燃料电池内带出的阳极排气的量过渡性地增加，燃料电池内的水分量也过渡性地减少该阳极排气中包含的水或水蒸气的量。另外，当想要使燃料电池内的水分量减少而使阳极循环泵的转速下降时，从使阳极循环泵的转速下降的瞬间起，流入到燃料电池内的阳极排气的量过渡性地增加到比从燃料电池排出的阳极排气多，燃料电池内的水分量过渡性地增加该阳极排气中包含的水或水蒸气的量。

在这种过渡性的状况下，存在以下问题：不仅燃料电池的水分量控制延迟，而且有可能使燃料电池内的电解质膜损坏或劣化，并有可能由于所生成的水将阳极气体流路的出口附近堵塞而使燃料电池内的氢(阳极气体)缺乏。