燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法技术方案

一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备向燃料电池供给燃料气体和氧化剂气体的气体供给装置，所述燃料电池系统的控制方法包括发电运转步骤，在该步骤中，基于对燃料电池请求的负载，实施对向燃料电池供给的燃料气体和氧化剂气体进行控制来使所述燃料电池发电的发电运转。该控制方法还包括自主运转步骤，在该步骤中，在负载为规定的值以下的情况下，实施燃料电池的自主运转，在自主运转中，停止从燃料电池系统向负载的电力供给，向燃料电池的阳极流通燃料气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
本专利技术涉及一种在停止向与燃料电池连接的负载进行电力供给时实施自主运转的燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。
技术介绍
在美国专利申请公开第2014/0113162号说明书中，公开了一种为了抑制紧急停止时的燃料电池的阳极的氧化而对燃料电池堆提供规定的电压的燃料电池系统。
技术实现思路
在如上述那样的燃料电池系统中，在转变为停止了对蓄电池、电动马达等负载供给电力的状态即所谓的怠速停止状态时，实施燃料电池的自主运转，以使燃料电池维持适于发电的状态。例如，在自主运转中，为了抑制燃料的无谓消耗而停止向阳极供给燃料。然而，在这种结构的情况下，在自主运转期间在燃料电池中从阴极向阳极渗透氧，因此有时导致阳极部分发生氧化。这样，在停止了从燃料电池系统向负载的供给电力的状态下，存在燃料电池的发电性能降低的担忧。本专利技术是着眼于这种问题而完成的。本专利技术的目的在于提供一种抑制燃料电池停止了对负载供给电力的情况下的燃料电池的发电性能的降低的燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。根据本专利技术的某一方式，具备向燃料电池供给燃料气体和氧化剂气体的气体供给装置的燃料电池系统的控制方法包括发电运转步骤，在该发电运转步骤中，基于对所述燃料电池请求的负载，实施对向所述燃料电池供给的燃料气体和氧化剂气体进行控制来使所述燃料电池发电的发电运转。该控制方法还包括自主运转步骤，在该步骤中，在所述负载为规定值以下的情况下，实施所述燃料电池的自主运转，其中，在所述自主运转中，停止从所述燃料电池系统向所述负载的电力供给，向所述燃料电池的阳极流通燃料气体。附图说明图1是表示本专利技术的第一实施方式中的燃料电池系统的主要结构的结构图。图2A是表示负载装置的马达为停止状态且正利用燃料电池向蓄电池供给电力的状态的概念图。图2B是表示马达为动力运转状态且正利用燃料电池和蓄电池向马达供给电力的状态的概念图。图2C是表示马达为动力运转或再生状态且从燃料电池向作为负载装置的马达和蓄电池的电力供给停止的状态的概念图。图2D是表示马达为停止状态且蓄电池为满充电的状态的概念图。图3是表示本实施方式中的燃料电池系统的控制方法的一例的流程图。图4是表示本专利技术的第二实施方式中的燃料电池系统的控制方法的一例的流程图。图5是表示本专利技术的第三实施方式中的燃料电池系统的控制方法的一例的流程图。图6是例示用于在利用燃料电池系统的控制方法执行的IS运转期间确保燃料电池的响应性的响应性确保处理的内容的流程图。图7是表示与本实施方式中的燃料电池系统的IS运转有关的控制方法的一例的时序图。图8A是表示在IS运转期间维持燃料电池的温度的功能结构的一例的说明图。图8B是表示在使燃料电池的温度上升的情况下向燃烧器供给的空气和燃料的流量的流量表的一例的概念图。图9是例示本专利技术的第四实施方式中的燃料电池的响应性确保处理的流程图。图10是表示本专利技术的第五实施方式中的燃料电池系统的主要结构的结构图。图11是表示本实施方式中的燃料电池系统的启动运转方法的一例的流程图。图12是表示本专利技术的第六实施方式中的燃料电池系统的结构的一例的结构图。具体实施方式以下，参照附图来说明本专利技术的实施方式。(第一实施方式)图1是表示本专利技术的第一实施方式中的燃料电池系统10的主要结构的结构图。本实施方式的燃料电池系统10是固体氧化物型燃料电池系统，例如是对搭载于车辆的负载装置90供给电力的电力供给系统。燃料电池系统10具备：燃料电池堆1，其根据负载进行发电；燃料供给系统2，其向燃料电池堆1供给阳极气体(燃料气体)；以及氧化剂供给系统3，其向燃料电池堆1供给阴极气体(氧化剂气体)。燃料电池系统10还具备排气系统4，该排气系统4将从燃料电池堆1排出的阳极废气(燃料废气)和阴极废气(氧化剂废气)排出到外部。另外，燃料电池系统10具备：电力供给系统5，其从燃料电池堆1向外部的负载装置90供给电力；以及控制部6，其控制燃料电池系统10的整体的动作。燃料电池堆1是固体氧化物型燃料电池(SOFC：SolidoxidefuelCell)。燃料电池堆1是将多个电池单体层叠而成的，各电池单体构成为利用阳极(燃料极)与阴极(空气极)夹着由陶瓷等固体氧化物形成的电解质层。此外，对于燃料电池堆1的阳极，使用高温时与氧发生反应的材料，由于该氧化反应而导致阳极的特性变差，燃料电池堆整体的发电性能降低。向燃料电池堆1的阳极供给通过重整器26被重整了的阳极气体，向燃料电池堆1的阴极供给含有氧的空气来作为阴极气体。在燃料电池堆1的内部，使阳极气体中含有的氢与阴极气体中含有的氧发生反应来进行发电，并且将反应后生成的阳极废气和阴极废气排出到外部。因此，形成于燃料电池堆1的阳极侧的岐管与构成供阳极气体通过的通路的阳极气体供给通路22及阳极气体排出通路29连接，阴极侧的岐管与构成供阴极气体通过的通路的阴极气体供给通路33及阴极气体排出通路39连接。阳极气体供给通路22是用于向燃料电池堆1供给阳极气体的燃料通路，阳极气体排出通路29是用于将从燃料电池堆1排出的阳极废气导入排气燃烧器40的路径。另外，阴极气体供给通路33是用于向燃料电池堆1供给阴极气体的氧化剂通路，阴极气体排出通路39是用于将从燃料电池堆1排出的阴极废气导入排气燃烧器40的路径。燃料供给系统2是向燃料电池堆1供给阳极气体的气体供给装置。燃料供给系统2包括：燃料罐20、泵21、阳极气体供给通路22、阳极流量控制阀23、蒸发器24、热交换器25以及重整器26。燃料罐20用于蓄积含有燃料的液体。在燃料罐20中蓄积重整用燃料，该重整用燃料例如包含由乙醇与水混合而成的液体。泵21抽吸重整用燃料并以固定的压力向燃料供给系统2供给重整用燃料。泵21与燃料电池堆1之间通过阳极气体供给通路22连接。在阳极气体供给通路22上配置有阳极流量控制阀23、蒸发器24、热交换器25以及重整器26。阳极流量控制阀23通过向未图示的喷射喷嘴供给从泵21供给的重整用燃料，来使重整用燃料从喷射喷嘴喷射到蒸发器24。蒸发器24利用从排气燃烧器40排出的排气的热使重整用燃料气化。热交换器25被供给来自排气燃烧器40的热，将气化后的重整用燃料进一步加热以在重整器26中进行重整。重整器26将重整用燃料通过催化反应重整为包含氢的阳极气体后供给到燃料电池堆1的阳极。在本实施方式的重整器26中进行使用水蒸气将燃料重整的水蒸气重整。为了进行水蒸气重整，对于重整用燃料中含有的每1摩尔(mol)的碳(C)而言，至少需要2摩尔的水蒸气(S)。另外，在重整器26中，在进行水蒸气重整所需要的水蒸气不足的状况下，取代水蒸气而使用空气进行使燃料一边燃烧一边重整的部分氧化重整。在位于重整器26与燃料电池堆1之间的阳极气体供给通路22上设置有温度传感器61。温度传感器61检测向燃料电池堆1供给的阳极气体的温度。以下，将温度传感器61的检测值称为“阳极入口温度”。由温度传感器61检测出的阳极入口温度被输出到控制部6。氧化剂供给系统3是向燃料电池堆1供给阴极气体的气体供给装置。氧化剂供给系统3包括过滤器30、空气吸入通路31、压缩机32、阴极气体供给通路33、阴极流量控制阀34、加热装置35、重整温度控制空气通路311以及燃烧器空气控制阀312。氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备向燃料电池供给燃料气体和氧化剂气体的气体供给装置燃料电池，所述燃料电池系统的控制方法包括：发电运转步骤，基于对所述燃料电池请求的负载，实施对向所述燃料电池供给的燃料气体和氧化剂气体进行控制来使所述燃料电池发电的发电运转；以及自主运转步骤，在所述负载为规定值以下的情况下，实施所述燃料电池的自主运转，其中，在所述自主运转中，停止从所述燃料电池系统向所述负载的电力供给，向所述燃料电池的阳极流通燃料气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.25 JP 2015-2538521.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备向燃料电池供给燃料气体和氧化剂气体的气体供给装置燃料电池，所述燃料电池系统的控制方法包括：发电运转步骤，基于对所述燃料电池请求的负载，实施对向所述燃料电池供给的燃料气体和氧化剂气体进行控制来使所述燃料电池发电的发电运转；以及自主运转步骤，在所述负载为规定值以下的情况下，实施所述燃料电池的自主运转，其中，在所述自主运转中，停止从所述燃料电池系统向所述负载的电力供给，向所述燃料电池的阳极流通燃料气体。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，在所述自主运转步骤中，在停止从所述燃料电池系统向所述负载的电力供给时，停止向所述燃料电池供给氧化剂气体。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统还具备燃烧器，该燃烧器使从所述燃料电池的阳极排出的气体燃烧来将向所述燃料电池供给的燃料气体加热，在所述自主运转步骤中，向所述阳极供给规定量的燃料气体，向所述燃烧器供给氧化剂气体。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，在所述自主运转步骤中，在停止从所述燃料电池系统向所述负载的电力供给之后，仅在特定的期间使向所述燃烧器供给的氧化剂气体增量。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，在所述自主运转步骤中，向所述阳极供给微量的燃料气体或者停止向所述阳极供给燃料气体，在成为规定期间的情况下，使向所述阳极供给的燃料气体增量。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，在所述自主运转步骤中，在停止了向所述负载的电力供给时，根据所述燃料电池的状态来控制向所述阳极供给的燃料气体的流量。7.根据权利要求6所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，在所述自主运转步骤中，在所述燃料电池的电压比规定电压低的情况下，增加向所述阳极供给的燃料气体的流量，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：盐见岳史，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP