燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统。当实际输出值小于输出指令值时(在S310中为是)，电流指令值被增加(S320)。当实际输出值等于或大于输出指令值时(在S310中为否)，确定实际输出值是否在死区范围内(S330)。当实际输出值在死区范围之外时(在S330中为否)，电流指令值被减小(S340)。当实际输出值在死区范围内时(在S330中为是)，电流指令值被维持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池。
技术介绍
存在如下已知技术，其中当要求燃料电池的预热操作时在低效率操作点操作燃料电池(参见日本专利申请公开No.2007-184243(JP2007-184243A))。根据JP2007-184243A中描述的技术，为了在低效率操作点操作燃料电池，通过使用转换器减小生成电压，并降低通过空气压缩机供给的阴极气体的供给量。通过该控制，操作点被改变而输出保持恒定，从而使燃料电池转变到预热操作。关于上述燃料电池，并未充分考虑预热操作的稳定持续。例如，当在预热操作持续期间改变输出时，转换器和空气压缩机被控制成改变燃料电池的操作点。例如，在转换器被配置成受控制使得生成电流接近目标值，当输出增加时生成电流的目标值增加，并且当输出减小时生成电流的目标值减小。与转换器的控制并行地，通过空气压缩机供给的阴极气体的供给量被调节成使得实现目标输出。已知的是，在燃料电池中，当被供给的氢气和氧气的量恒定时，生成电流和生成电压呈现特定的相关性。以下，该相关性将被称为“I-V特性”。通过空气压缩机供给的阴极气体的供给量的控制在响应性上比通过转换器的控制低。因此，在一些情况下，在通过转换器对生成电流的控制是主要控制的情形下操作点被改变。应当注意的是，取决于燃料电池的操作点，生成电流的减小可能导致输出反而上升(将参考图4描述细节)。因此，当仅通过减小发电电流而减小输出以减小来自这样的操作点的输出时，操作点被改变成如下操作点，在该操作点处，生成电流低于输出达到峰值的操作点处的生成电流。一般，I-V特性呈现以下趋势：在生成电流低的区域中，生成电流越低，生成电压越高。因此，当操作点以上述方式改变时，生成电压变得更高。另一方面，如后面详细描述的，当生成电压高时，发热量小。因此，当操作点以上述方式改变时，发热量变小并且因此预热操作被中断。
技术实现思路
本专利技术提供用于在不中断的情况下稳定地持续预热操作的技术。本专利技术的一个方面涉及一种燃料电池系统，其包括：燃料电池，所述燃料电池接收阳极气体和阴极气体以生成电力；负载，所述负载消耗由燃料电池生成的电力；二次电池，所述二次电池存储由燃料电池生成的电力；压缩机，所述压缩机将阴极气体供给到燃料电池；转换器，所述转换器控制燃料电池的生成电流；和控制器，所述控制器被配置成ⅰ)基于从负载和二次电池获得的信息计算输出指令值，输出指令值是指示对燃料电池要求的要求输出的值，ⅱ)控制压缩机使得燃料电池的输出接近所计算的输出指令值，ⅲ)确定电流指令值，电流指令值是燃料电池的生成电流的目标值，并且ⅳ)根据所确定的电流指令值控制转换器。控制器被配置成，在通过相对于阳极气体的供给量降低阴极气体的供给量来减小燃料电池的电力生成效率的低效率电力生成操作期间，v)在燃料电池的输出比所计算的输出指令值大等于或大于预定值的量的条件和燃料电池的输出小于输出指令值的条件中的一个条件被满足的第一状态下，将被计算为使得燃料电池的输出接近所计算的输出指令值的电流值确定为电流指令值，并且vi)在燃料电池的输出比所计算的输出指令值大小于预定值的量的第二状态下，将在紧邻在前的第一状态中计算的电流值确定为电流指令值。根据上述方面，在低效率电力生成操作期间，当燃料电池的输出比输出指令值大小于预定值的量时，电流指令值被维持。因此，能够避免如下情形，即燃料电池被转变成发热量低的高效率操作，以消除燃料电池的输出比输出指令值大小于预定值的量的状态。除上述模式之外，本专利技术还可以其它各种模式实施。例如，本专利技术可以以如下模式实施，诸如用于燃料电池的预热方法、用于施行该方法的计算机程序和其中存储该计算机程序的非临时存储介质。附图说明下面将参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中图1是示意性示出燃料电池系统的配置的图；图2是示意性示出燃料电池系统的电气配置的图；图3是示出燃料电池的I-V特性的曲线图；图4是示出燃料电池的输出电流特性的曲线图；并且图5是示出电流指令值确定过程的流程图。具体实施方式图1是示意性示出燃料电池系统100的配置的图。燃料电池系统100包括燃料电池10、控制器20、阴极气体供给器30、阴极气体排出器40、阳极气体供给器50、阳极气体循环排出器60和冷却剂供给器70。燃料电池10是接收氢气(阳极气体)和空气(阴极气体)的聚合物电解质燃料电池，这些气体被供给到燃料电池作为反应气体，以生成电力。燃料电池10具有包括堆叠在一起的多个(例如400个)单电池11的堆叠结构。每个单电池11包括膜电极组件和两个分隔物。膜电极组件是电力生成体，其包括电解质膜和布置在电解质膜的各个表面上的电极。膜电极组件被保持在两个分隔物之间。电解质膜由固体聚合物薄膜构成，其在湿润状态下呈现良好的质子传导性。电极由碳制成。用于促进电力生成反应的铂催化剂被支撑在电极的电解质膜侧表面上。每个单电池11设有用于反应气体和冷却剂的歧管(未示出)。在歧管中的反应气体通过设置在单电池11中的气体通道被供给到每个单电池11的电力生成区域。控制器20控制燃料电池系统100的部件，这将在下面描述，从而使得燃料电池10生成电力。阴极气体供给器30包括阴极气体管道31、空气压缩机32和分流阀34。阴极气体管道31是连接到燃料电池10的阴极侧的管道。空气压缩机32通过阴极气体管道31连接到燃料电池10。空气压缩机32吸入外部空气并将其压缩，然后将压缩空气作为阴极气体供给到燃料电池10。空气压缩机32的旋转速度被控制成使得通过电力生成获得的输出值(以下，称为“实际输出值”)接近输出指令值，从而控制阴极气体的流量(flowrate)。输出指令值被用作从燃料电池10的输出的目标值。输出指令值由包括在控制器20中的输出指令值计算器22基于例如来自负载200的请求确定。分流阀34被布置在空气压缩机32与燃料电池10之间。此外，分流阀34被连接到旁通35。旁通35是将分流阀34连接到阴极排气管道41(随后描述)的流动通道。当来自空气压缩机32的压缩空气被供给到燃料电池10时，分流阀34中断朝向旁通35的空气流，并提供阴极气体管道31的上游侧和下游侧之间的连通。另一方面，当来自空气压缩机32的压缩空气不被供给到燃料电池10时，分流阀34中断朝向阴极气体管道31的下游侧的空气流，并且提供阴极气体管道31的上游侧和旁通35之间的连通。阴极气体排出器40包括阴极排气管道41和压力调节阀43。阴极排气管道41是连接至燃料电池10的阴极侧的管道。阴极排气通过阴极排气管道41被排出到燃料电池系统100的外部。压力调节阀43调节流经阴极排气管道41的阴极排气的压力(燃料电池10的背压)。阳极气体供给器50包括阳极气体管道51、氢气罐52、开闭阀53、调节器54和喷射器55。氢气罐52通过阳极气体管道51连接到燃料电池10的阳极侧。氢气从罐供给到燃料电池10。开闭阀53、调节器54和喷射器55从上游侧(即，接近氢气罐52的那侧)被按此顺序布置在阳极气体管道51上。开闭阀53在来自控制器20的指令下打开和关闭，从而调节氢气从氢气罐52到喷射器55的上游侧的流入。调节器54是减压阀，其调节在喷射器55本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：燃料电池，所述燃料电池接收阳极气体和阴极气体以生成电力；负载，所述负载消耗由所述燃料电池生成的电力；二次电池，所述二次电池存储由所述燃料电池生成的电力；压缩机，所述压缩机将所述阴极气体供给到所述燃料电池；转换器，所述转换器控制所述燃料电池的生成电流；和控制器，所述控制器被配置成ⅰ)基于从所述负载和所述二次电池获得的信息计算输出指令值，所述输出指令值是指示对所述燃料电池要求的要求输出的值，ⅱ)控制所述压缩机使得所述燃料电池的输出接近所计算的输出指令值，ⅲ)确定电流指令值，所述电流指令值是所述燃料电池的生成电流的目标值，并且ⅳ)根据所确定的电流指令值控制所述转换器，所述控制器被配置成，在通过相对于所述阳极气体的供给量降低所述阴极气体的供给量来减小所述燃料电池的电力生成效率的低效率电力生成操作期间，v)在所述燃料电池的输出比所计算的输出指令值大等于或大于预定值的量的条件和所述燃料电池的输出小于所述输出指令值的条件中的一个条件被满足的第一状态下，将被计算为使得所述燃料电池的输出接近所计算的输出指令值的电流值确定为所述电流指令值，并且vi)在所述燃料电池的输出比所计算的输出指令值大小于所述预定值的量的第二状态下，将在紧邻在前的第一状态中计算的电流值确定为所述电流指令值。...

【技术特征摘要】
2015.06.25 JP 2015-1276881.一种燃料电池系统，包括：燃料电池，所述燃料电池接收阳极气体和阴极气体以生成电力；负载，所述负载消耗由所述燃料电池生成的电力；二次电池，所述二次电池存储由所述燃料电池生成的电力；压缩机，所述压缩机将所述阴极气体供给到所述燃料电池；转换器，所述转换器控制所述燃料电池的生成电流；和控制器，所述控制器被配置成ⅰ)基于从所述负载和所述二次电池获得的信息计算输出指令值，所述输出指令值是指示对所述燃料电池要求的要求输出的值，ⅱ)控制所述压缩机使得所述燃料电池的输出接近所计算的输出指令值，ⅲ)确定电流指令值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈本阳平，今西启之，铃木博之，山田贵史，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP