燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池系统，其包括燃料电池和控制单元，上述控制单元被构成为基于对上述燃料电池的输出要求来设定上述燃料电池的目标电流值，在上述燃料电池的输出电流值位于上述燃料电池的低电流域内、并且上述目标电流值超过设定在上述燃料电池的高电流域内的电流阈值的情况下，基于上述低电流域中的上述燃料电池的输出电压值预测为会在上述高电流域中产生上述燃料电池的电压下降，在预测为会产生电压下降的情况下，将目标电流值重新设定为比所设定的上述目标电流值小的电流值，将上述燃料电池的输出电流变更为上述重新设定的目标电流值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
在燃料电池中存在产生燃料电池内的水分堵塞电极内的细孔、隔板的流路的液泛(flooding)的情况。有燃料电池处于液泛状态的情况、在高电流域产生陡峭的电压降而燃料电池的输出降低的情况。作为抑制这样的电压降的产生的技术，例如公知有一种使阳极(cathode)气体增量而促进来自燃料电池的排水进来消除液泛的技术(例如参照日本特开2013－196782号公报)。另外，公知有一种推断与马达的运转状态对应的燃料电池的电压的降低程度，并根据电压的降低程度限制马达的输出，从而抑制电压降的产生的技术(例如参照日本特开2006－345651号公报)。然而，在通过阳极气体的增量来消除液泛的技术中，从有阳极气体的增量要求起到液泛被消除为止需要规定的时间。因此，例如若在液泛状态下对燃料电池有输出增大要求，则有可能在液泛被消除之前燃料电池的运转状态移至高电流域而产生电压降，导致燃料电池的输出降低。另外，在推断电压的降低程度来限制马达的输出的技术中，基于实际测量出的当前时刻下的燃料电池的输出电压值，来推断当前时刻下的电压的降低程度。因此，当例如燃料电池的运转状态在短期间从低电流域移至高电流域的情况下，存在电压的降低程度的推断无法与燃料电池的运转状态的迁移对应，电压的降低程度超过应该限制的程度而在高电流域产生电压降的可能性。该情况下，有可能基于之后推断出的电压的降低程度而控制为电压恢复到下降前的状态。在这样的情况下，燃料电池的输出的收敛性有可能降低。
技术实现思路
本专利技术提供一种抑制了燃料电池的输出的降低和输出的收敛性的降低的燃料电池系统。本专利技术提供包括燃料电池和控制单元的燃料电池系统，上述控制单元构成为基于对上述燃料电池的输出要求来设定上述燃料电池的目标电流值，在上述燃料电池的输出电流值位于上述燃料电池的低电流域内、且上述目标电流值超过设定在上述燃料电池的高电流域内的电流阈值的情况下，基于上述低电流域中的上述燃料电池的输出电压值预测为会在上述高电流域中产生上述燃料电池的电压下降，在预测为会产生电压下降的情况下，将目标电流值重新设定为比所设定的上述目标电流值小的电流值，将上述燃料电池的输出电流变更为上述重新设定的目标电流值。低电流域中的燃料电池的输出电压值与燃料电池的湿润状态相关，湿润状态与电流域的电压下降的产生相关。因此，能够基于低电流域中的燃料电池的输出电压值，预先预测高电流域中的电压下降的产生。因此，在被预测为会产生电压下降的情况下，由于目标电流值被重新设定为小的电流值，所以可抑制电压下降的产生而抑制燃料电池的输出的降低。另外，由于预先预测高电流域中的电压下降的产生而能够将电压下降的产生防患于未然，所以即便是燃料电池的运转状态在短期间从低电流域移至高电流域的情况下，也可抑制燃料电池的输出的收敛性的降低。所述控制单元也可以在上述低电流域中的规定的电流值下的上述燃料电池的输出电压值超过电压阈值的情况下，预测为会产生上述电压下降。由此，能够通过简易的方法预测电压下降。所述燃料电池系统也可以具备存储有上述电流阈值以及电压阈值的存储部，上述燃料电池系统推断上述燃料电池的电流‐电压特性，基于推断出的上述电流‐电压特性判定上述燃料电池的性能是否已降低，在判定为上述燃料电池的性能已降低的情况下，基于推断出的上述电流‐电压特性更新存储于上述存储部的上述电流阈值以及电压阈值的至少一方。由此，与燃料电池的随时间经过的性能降低对应，可抑制燃料电池的输出的降低以及输出的收敛性的降低。能够提供一种抑制了燃料电池的输出的降低和输出的收敛性的降低的燃料电池系统。附图说明参照附图可以清楚本专利技术的特征、效果，其中，图1是表示燃料电池系统的构成的说明图。图2是用于对燃料电池的电流‐电压特性进行说明的曲线图。图3是表示电流‐电压特性曲线的映射。图4是表示电压下降抑制控制的一个例子的流程图。图5是表示电流‐电压特性曲线和等输出曲线的映射。图6是表示电流‐输出特性曲线的映射。图7是表示目标电流值重新设定处理的一个例子的流程图。图8是表示更新控制的一个例子的流程图。图9是表示随着燃料电池的发电性能的降低的电流‐电压特性曲线的变化的映射。图10是表示随着燃料电池的发电性能的降低的电流‐电压特性曲线的变化的映射。具体实施方式图1是表示燃料电池系统10的构成的说明图。该实施例是将燃料电池系统应用于车辆的例子。如图1所示，燃料电池系统10包括燃料电池堆(以下，称为燃料电池)20、氧化剂气体配管系统30、燃料气体配管系统40、电力系统50、以及控制单元60。燃料电池20接受氧化剂气体和燃料气体的供给来进行发电。氧化剂气体配管系统30将作为氧化剂气体的包括氧的空气供给至燃料电池20。燃料气体配管系统40将作为燃料气体的氢气供给至燃料电池20。电力系统50对系统的电力进行充放电。控制单元60统一控制整个系统。燃料电池20是固体高分子电解质型，具备层叠了多个单电池(cell)的电池组结构。燃料电池20的单电池在由电解质构成的离子交换膜的一个面具有阳极(空气极)，在另一个面具有阴极(燃料极)。在包括阳极和阴极的电极中，例如以多孔质的碳原料作为基底，使用铂Pt为催化剂(电极催化剂)。在阳极的表面配置有阳极侧的气体扩散层，同样在阴极的表面也配置有阴极侧的气体扩散层。并且，以从两侧夹住阳极侧以及阴极侧的气体扩散层的方式设置有一对隔板。燃料气体被供给至一方的隔板的燃料气体流路，氧化剂气体被供给至另一方的隔板的氧化剂气体流路，从而燃料电池20产生电力。对燃料电池20安装有分别检测输出电流以及电压的电流传感器2a以及电压传感器2b、检测燃料电池20的温度的温度传感器2c。氧化剂气体配管系统30具有空气压缩机31、氧化剂气体供给路径32、加湿模块33、阳极废气流路34、以及驱动空气压缩机31的马达M1。空气压缩机31被马达M1驱动，压缩从大气吸入的包括氧的空气(氧化剂气体)并供给至燃料电池20的阳极。对马达M1安装有检测其转速的转速检测传感器3a。氧化剂气体供给路径32将从空气压缩机31供给的氧导向燃料电池20的阳极。阳极废气从燃料电池20的阳极经由阳极废气流路34被排出。加湿模块33在氧化剂气体供给路径32流动的低湿润状态的氧化剂气体与在阳极废气流路34流动的高湿润状态的阳极废气之间进行水分交换，适度地加湿供给至燃料电池20的氧化剂气体。阳极废气流路34将阳极废气向系统外排出，在阳极出口附近配设有背压调整阀A1。从燃料电池20排出的氧化剂气体的压力、即阳极背压被背压调整阀A1调压。在阳极废气流路34中的燃料电池20与背压调整阀A1之间安装有检测阳极背压的压力传感器3b。燃料气体配管系统40具有燃料气体供给源41、燃料气体供给路径42、燃料气体循环路径43、阴极废气流路44、氢循环泵45、气液分离器46、以及用于驱动氢循环泵45的马达M2。燃料气体供给源41是向燃料电池20供给作为燃料气体的氢气的罐。燃料气体供给路径42将从燃料气体供给源41释放出的燃料气体导向燃料电池20的阴极，从上游侧依次配设有罐阀H1、氢供给阀H2、FC入口阀H3。这些阀是向燃料电池20供给、切断燃料气体的电磁阀。燃料气体循环路径43使未反应燃料气体向燃料电池20回流，从上游侧依次配设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具备燃料电池和控制单元，上述控制单元构成为：基于对上述燃料电池的输出要求来设定上述燃料电池的目标电流值，在上述燃料电池的输出电流值位于上述燃料电池的低电流域内、并且上述目标电流值超过设定在上述燃料电池的高电流域内的电流阈值的情况下，基于上述低电流域中的上述燃料电池的输出电压值预测为会在上述高电流域中产生上述燃料电池的电压下降，在预测为会产生电压下降的情况下，将目标电流值重新设定为比所设定的上述目标电流值小的电流值，将上述燃料电池的输出电流变更为上述重新设定的目标电流值。

【技术特征摘要】
2015.07.23 JP 2015-1461981.一种燃料电池系统，具备燃料电池和控制单元，上述控制单元构成为：基于对上述燃料电池的输出要求来设定上述燃料电池的目标电流值，在上述燃料电池的输出电流值位于上述燃料电池的低电流域内、并且上述目标电流值超过设定在上述燃料电池的高电流域内的电流阈值的情况下，基于上述低电流域中的上述燃料电池的输出电压值预测为会在上述高电流域中产生上述燃料电池的电压下降，在预测为会产生电压下降的情况下，将目标电流值重新设定为比所设定的上述目标电流值小的电流值，将上述燃料电池的输出电流变更为上述重新设定的目标电流值。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，在上述低电流域中的规定的电流值下的上述燃料电池的输出电压值超过电压阈值的情况下，上述控制单元预测为会产生上述电压下降。3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，在上述低电流域内的每单位电流增加的上述燃料电池的输出电压值的降低率小于规定的阈值的情况下，上述控制单元预测为会产生上述电压下降。4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，当在上述低电流域内，第一规定的电流值与大于第...

【专利技术属性】
技术研发人员：松末真明，
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