燃料电池系统技术方案

提出一种能够抑制高电位回避控制运转实施时的目标电力未预期的变动的燃料电池系统。燃料电池系统设定高电位回避目标电压值（步骤５０１），基于燃料电池的电压－电力特性映射将高电位回避目标电压值变换为目标电力值（步骤５０２），将目标电力值限制在规定的上限值及下限值的范围内（步骤５０３），将燃料电池的输出电压限制为高电位回避目标电压以下，并基于目标电力值控制燃料电池的运转（步骤５０４）。由此，能够抑制输出特性因高电位回避目标电压的瞬间的降低而被误推测所造成目标电力值的未预期的变动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种接受反应气体的供给而进行发电的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池是利用电化学过程使燃料氧化而将伴随氧化反应放出的能量直接变换为电能的发电系统。燃料电池具有利用由多孔质材料构成的一对电极夹持用于选择性输送氢离子的高分子电解质膜的两侧面而构成的膜-电极组件。一对电极分别以担载铂类的金属催化剂的碳粉末为主要成分，具备与高分子电解质膜相接触的催化剂层和形成于催化剂层的表面、兼具透气性和电子导电性的气体扩散层。在该种燃料电池中，在将电极电位保持得较高的状态(特别是低密度电流运转时、怠速运转时等)下，包含在膜-电极组件的催化剂层中的铂催化剂离子化而溶出，担心招致性能下降。为了避免这样的不合适，如日本特开2005-100820号公报所示，可知如下所述方法：将燃料电池的输出电压限制为比其开路端电压低的使用上限电压(以下称为高电位回避电压)，并进行运转控制。专利文献1：日本特开2005-100820号公报但是，利用高电位回避控制使燃料电池的输出电压暂时降低时，利用燃料电池的C-V特性(循环伏安图)，从燃料电池的寄生电容放出电荷，因此产生视在I-V特性(电流-电压特性)偏离原来的I-V特性的现象。在每个规定的运算周期取得燃料电池的输出电压及输出电流来推测I-V特性映射并基于该推测的I-V特性映射进行运转控制的燃料电池系统中，如果产生上述的现象，则会以误推测的I-V特性映射为基础控制电池运转。在搭载有在单相运转和三相运转之间进行切换而控制燃料电池的输出电压的DC/DC转换器的燃料电池系统中，若基于误推测的I-V特性映射进行运转控制，则通过DC/DC转换器的功率高于在单相运转时可通过的功率，存在因转换器故障不能控制燃料电池的运转的情况。
技术实现思路
因此，本专利技术的课题在于提供一种能够抑制高电位回避控制运转实施时的目标电力的未预期的变动的燃料电池系统。为了解决上述的课题，本专利技术的燃料电池系统具备：燃料电池，接受反应气体的供给而进行发电；推测装置，推测燃料电池的输出特性；高电位回避电压设定装置，设定高电位回避目标电压值；目标电力计算装置，基于输出特性将高电位回避目标电压值变换为目标电力值，并将目标电力值限制在规定的上限值及下限值的范围内；及控制装置，将燃料电池的输出电压限制为高电位回避目标电压以下，并基于目标电力值控制燃料电池的运转。根据该构成，能够抑制因高电位回避目标电压的瞬间降低引起误推测输出特性造成的、目标电力值的未预期的变动。高电位回避电压设定装置也可以在每个规定的运算周期可变地设定高电位回避目标电压值。根据该构成，能够根据蓄积燃料电池的发电电力的充电装置的充电状态、车辆-->行驶模式等设定最佳的高电位回避目标电压。推测装置也可以在每个规定的运算周期更新上述输出特性。燃料电池的输出特性根据运转状态时刻变动，因此优选依次更新输出特性。本专利技术的燃料电池系统也可以进而具备控制燃料电池的输出电压的电压控制装置。在此，上述的上限值及下限值优选以通过电压控制装置的通过电力的上限值及下限值为基准进行设定。由此，目标电力值能够避免超过通过电压控制装置的通过电力的上限值或低于下限值。另外，作为电压控制装置，优选例如根据通过电力在单相运转和三相运转之间进行切换的DC/DC转换器。根据本专利技术，能够抑制高电位回避控制运转实施时的目标电力的未预期的变动。附图说明图1是本实施方式的燃料电池系统的系统构成图。图2是本实施方式的单体电池的分解透视图。图3是本实施方式的燃料电池组的C-V特性图。图4是本实施方式的燃料电池组的等价电路图。图5是表示本实施方式的目标电力的计算方法的流程图。标号说明：10…燃料电池系统  20…燃料电池组  30…氧化气体供给系统40…燃料气体供给系统  50…电力系统  60…控制器具体实施方式以下，参照各图对本专利技术的实施方式进行说明。图1是表示作为燃料电池车辆的车载电源系统起作用的燃料电池系统10的系统构成。燃料电池系统10作为搭载于燃料电池车辆上的车载电源系统起作用，具备：接受反应气体(燃料气体、氧化气体)的供给而进行发电的燃料电池组20；用于向燃料电池组20供给作为氧化气体的空气的氧化气体供给系统30；用于向燃料电池组20供给作为燃料气体的氢气的燃料气体供给系统40；用于控制电力的充放电的电力系统50；及集中控制系统整体的控制器60。燃料电池组20是串联地层积多个单体电池而成的固体高分子电解质型单体电池组。在燃料电池组20中，在阳极产生(1)式的氧化反应，在阴极产生(2)式的还原反应。作为燃料电池组20整体产生(3)式的起电反应。H2→2H++2e-…(1)(1/2)O2+2H++2e-→H2O…(2)H2+(1/2)O2→H2O…(3)在燃料电池组20上安装有用于检测燃料电池组20的输出电压的电压传感器71及用于检测输出电流的电流传感器72。氧化气体供给系统30具有：向燃料电池组20的阴极供给的氧化气体流经的氧化气体通路33；及从燃料电池组20排出的氧化废气流经的氧化废气通路34。在氧化气体通-->路33上设置有经由过滤器31而从大气中取入氧化气体的空气压缩机32；用于对由空气压缩机32加压的氧化气体进行加湿的加湿器35；及用于截止向燃料电池组20的氧化气体供给的截止阀A1。在氧化废气通路34上设置有：用于截止从燃料电池组20的氧化废气排出的截止阀A2；用于调整氧化气体供给压力的背压调整阀A3；用于在氧化气体(干气)和氧化废气(湿气)之间进行水分交换的加湿器35。燃料气体供给系统40具有：燃料气体供给源41；从燃料气体供给源41向燃料电池组20的阳极供给的燃料气体流经的燃料气体通路43；用于使从燃料电池组20排出的燃料废气返回到燃料气体通路43的循环通路44；将循环通路44内的燃料废气压送至燃料气体通路43的循环泵45；及与循环通路44分支连接的排气排水通路46。燃料气体供给源41例如由高压氢罐和贮氢合金等构成，贮存高压(例如35MPa至70MPa)的氢气。打开截止阀H1后，燃料气体从燃料气体供给源41向燃料气体通路43流出。燃料气体通过调节器H2和喷射器42例如减压到200kPa左右而被供给到燃料电池组20。燃料气体供给源41也可以由如下结构构成：改性器，从烃类的燃料生成富氢的改性气体；及高压气体罐，使在该改性器生成的改性气体为高压状态而蓄压。在燃料气体通路43上设置有：截止阀H1，用于截止或允许来自燃料气体供给源41的燃料气体的供给；调节器H2，调整燃料气体的压力；喷射器42，控制向燃料电池组20的燃料气体供给量；截止阀H3，用于截止向燃料电池组20的燃料气体供给；及压力传感器74。在循环通路44上连接有用于截止来自燃料电池组20的燃料废气排出的截止阀H4和从循环通路44分支的排气排水通路46。在排气排水通路46上设置有排气排水阀H5。排气排水阀H5利用来自控制器60的指令动作，从而将循环通路44内的包含杂质的燃料废气和水分排出至外部。通过排气排水阀H5的开阀，循环通路44内的燃料废气中的杂质浓度下降，可以使在循环系统内循环的燃料废气中的氢浓度上升。经由排气排水阀H5排出的燃料废气与流过氧化废气通路34的氧化废气混合，通过稀释器(未图示)被稀释。循环泵45利用电动机驱动将循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具备：燃料电池，接受反应气体的供给而进行发电；推测装置，推测上述燃料电池的输出特性；高电位回避电压设定装置，设定高电位回避目标电压值；目标电力计算装置，基于上述输出特性将上述高电位回避目标电压值变换为目标电力值，并将上述目标电力值限制在规定的上限值及下限值的范围内；及控制装置，将上述燃料电池的输出电压限制为上述高电位回避目标电压以下，并基于上述目标电力值控制上述燃料电池的运转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-12-19 2007-3273441.一种燃料电池系统，具备：燃料电池，接受反应气体的供给而进行发电；推测装置，推测上述燃料电池的输出特性；高电位回避电压设定装置，设定高电位回避目标电压值；目标电力计算装置，基于上述输出特性将上述高电位回避目标电压值变换为目标电力值，并将上述目标电力值限制在规定的上限值及下限值的范围内；及控制装置，将上述燃料电池的输出电压限制为上述高电位回避目标电压以下，并基于上述目标电力值控制上述燃料电池的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田道雄，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP