燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法技术方案

公开了燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。该燃料电池系统包括：燃料电池；电压调节器，其调节燃料电池的输出电压；以及控制器，其被配置成通过控制电压调节器来执行将燃料电池的输出电压降低到还原电压的刷新处理，其中，形成在阴极上的氧化膜在该还原电压处被还原。控制器在刷新处理之前计算第一量，该第一量是要从阴极去除氧化膜的量。控制器将刷新电压确定为燃料电池的输出电压，该刷新电压使得第一量的氧化膜能够在预设参考时间内被去除。控制器操作电压调节器，以使燃料电池的输出电压在刷新处理被执行时变成刷新电压。

Control Method of Fuel Cell System and Fuel Cell System

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
本专利技术涉及燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。
技术介绍
在燃料电池持续生成电力的过程中，可能存在着燃料电池的电力生成性能逐渐降低的情况。作为如上所述的电力生成性能降低的原因之一，已知以下现象：由于电力生成而在燃料电池的阴极中所设置的催化剂层中形成氧化膜。作为去除氧化膜以恢复电力生成性能的方法，已知执行降低燃料电池的电压以还原氧化膜的处理(刷新处理)的方法(例如，参考WO2013/128610)。
技术实现思路
在刷新处理中，在燃料电池的电压极大地变化的情况下，燃料电池的电力生成性能可能在某些情况下进一步降低，使得期望进一步优化刷新处理的条件。本专利技术的第一方面涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：燃料电池，其包括电解质膜、阳极和阴极；电压调节器，其被配置成调节燃料电池的输出电压；以及控制器，其被配置成通过控制电压调节器来执行将燃料电池的输出电压降低到还原电压的刷新处理，其中形成在阴极上的氧化膜在该还原电压处被还原。控制器被配置成在刷新处理之前基于燃料电池的输出电压和时间来计算第一量。第一量是要从阴极去除氧化膜的量。控制器被配置成在刷新处理之前将刷新电压确定为燃料电池的输出电压，该刷新电压使得第一量的氧化膜能够在预设参考时间内被去除。控制器被配置成操作电压调节器，以使燃料电池的输出电压在刷新处理被执行时变成刷新电压。利用根据本专利技术的第一方面的燃料电池系统，可以进一步优化刷新处理的条件。具体地，在根据本专利技术的第一方面的燃料电池系统中，当执行刷新处理时，控制器确定刷新电压以使得可以在预设参考时间内执行由控制器计算的第一量的去除。因此，与针对比参考时间长的时间段通过刷新处理去除第一量的氧化膜的情况相比，可以抑制由于刷新处理引起的阴极的劣化，并且因此可以抑制由于刷新处理引起的燃料电池的电力生成性能的劣化。控制器可以被配置成计算第一量以使得在刷新处理被执行之前形成在阴极上的氧化膜的一部分在刷新处理被执行之后保留在阴极上。以上述方式，可以抑制由于通过刷新处理从阴极过度去除的氧化物的量所引起的阴极的劣化的进展，以及抑制燃料电池的电力生成性能的进一步降低。控制器可以被配置成：计算第二量，该第二量是已经形成在阴极上的氧化膜的量；以及通过从第二量中减去第三量来计算第一量，所述第三量被预先确定为在刷新处理之后要保留以抑制燃料电池的劣化的氧化膜的一部分的量。以上述方式，可以进一步增强进一步抑制由刷新处理引起的阴极劣化的效果。控制器可以被配置成通过从形成在阴极上的氧化膜的量的最大值中减去当在预定下限电压处并且在预定下限时间上执行刷新处理时从阴极去除的氧化膜的量来计算第三量。以上述方式，可以进一步增强进一步抑制由刷新处理引起的阴极劣化的效果。燃料电池系统还可以包括：电压传感器，其被配置成检测燃料电池的输出电压；定时器，其被配置成测量保持时间，在该保持时间期间燃料电池的输出电压保持在恒定值；第一存储部，其被配置成存储第一关系，该第一关系是燃料电池的输出电压、保持时间和形成的氧化膜的量之间的关系；以及第二存储部，其被配置成存储第二关系，该第二关系是燃料电池的输出电压、保持时间和去除氧化膜的量之间的关系。控制器可以被配置成通过下述方式来计算第二量：基于所检测的输出电压、所测量的保持时间、第一关系以及第二关系，随时间对形成在阴极上的氧化膜的量和从阴极去除氧化膜的量进行计算和积分。以上述方式，可以精确地计算形成在阴极上的氧化膜的量。燃料电池系统还可以包括：第三存储部，其被配置成存储第三关系，该第三关系是在执行刷新处理时燃料电池的输出电压、执行刷新处理的时间、以及通过刷新处理去除氧化膜的量之间的关系。控制器可以被配置成基于第三关系来确定刷新电压，该刷新电压使得第一量的氧化膜能够在参考时间内被从阴极被去除。以上述方式，控制器可以适当地确定用于去除由控制器计算的氧化膜的量的输出电压，该氧化膜的量作为在参考时间内要从阴极去除氧化膜的第一量。本专利技术的第二方面涉及一种用于包括燃料电池的燃料电池系统的控制方法，该燃料电池包括电解质膜、阳极和阴极。该控制方法包括：基于燃料电池的输出电压和在其期间已经从燃料电池输出了电力的时间来计算第一量。第一量是要从阴极去除氧化膜的量。该控制方法包括：将刷新电压确定为燃料电池的输出电压，该刷新电压使得第一量的氧化膜能够在预设参考时间内被还原和去除；以及将燃料电池的输出电压调节成刷新电压。本专利技术可以以除了上述形式以外的各种形式来实现，并且可以以如下形式来实现：例如，燃料电池系统作为驱动电源而安装在其上的移动体，实现控制方法的计算机程序，以及其上记录有计算机程序的非暂态记录介质。附图说明将在下面参照附图来描述本专利技术的示例性实施方式的特征、优点、以及技术意义和工业意义，在附图中，相同的标记表示相同的元素，并且在附图中：图1是示出燃料电池车辆的示意性配置的框图；图2是示出氧化膜去除处理过程的流程图；图3是示出输出电压和氧化膜的量的时间变化的说明性视图；图4是示出输出电压和氧化膜的量的时间变化的说明性视图；图5是示意性地示出第三关系的示例的说明性视图；图6A是示出获得第一关系的方法的示例的说明性视图；图6B是示出获得第一关系的方法的示例的说明性视图；图7是示出第一关系的示例的说明性视图；图8是示出获得第二关系和第三关系的方法的示例的说明性视图；图9是示出第三关系和耐久性测试结果的示例的说明性视图；以及图10是示出燃料电池的循环伏安图(cyclicvoltammogram)的视图。具体实施方式图1是示出根据实施方式的燃料电池车辆20的示意性配置的框图。燃料电池车辆20包括安装在车身22上的燃料电池系统30。燃料电池车辆20的燃料电池系统30和驱动马达170与线路178连接，并且经由线路178在燃料电池系统30与马达170之间交换电力。燃料电池系统30包括：燃料电池100、包括氢罐110的燃料气体供应部120、包括压缩机130的氧化气体供应部140、二次电池172、DC/DC转换器104、DC/DC转换器174和控制器200。燃料电池系统30还包括冷却剂循环部(未示出)，冷却剂循环部使得用于冷却燃料电池的冷却剂循环通过燃料电池，以便将燃料电池100的温度保持在预定范围内。在燃料电池系统30中，燃料电池100和二次电池172可以各自独立地或同时地将电力供应至包括马达170的负载。燃料电池100具有堆叠配置，该堆叠配置具有多个堆叠的单元电池。本实施方式的燃料电池100是聚合物电解质膜燃料电池。在构成燃料电池100的单元电池中的每一个中，氢气流动到阳极侧的通道(在下文中，也被称为“阳极侧通道”)和氧气流动到阴极侧的通道(在下文中，也被称为“阴极侧通道”)被形成为在它们之间插入有电解质膜。燃料电池100经由DC/DC转换器104和线路178连接至包括马达170的负载。燃料电池100的电压由电压传感器102检测。电压传感器102的检测信号被输出至控制器200。DC/DC转换器104具有通过接收控制器200的控制信号来改变燃料电池100的输出电压的功能。具体地，DC/DC转换器104具有通过改变内部开关电路的开关周期来设置在燃料电池100生成电力时的输出电压的功能。DC/DC转换器104具有在燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统，其特征在于包括：燃料电池，其包括电解质膜、阳极和阴极；电压调节器，其被配置成调节所述燃料电池的输出电压；以及控制器，其被配置成通过控制所述电压调节器来执行将所述燃料电池的输出电压降低到还原电压的刷新处理，其中，形成在所述阴极上的氧化膜在所述还原电压处被还原，其中：所述控制器被配置成在所述刷新处理之前基于所述燃料电池的输出电压和时间来计算第一量，所述第一量是要从所述阴极去除所述氧化膜的量，所述控制器被配置成在所述刷新处理之前将使得所述第一量的氧化膜能够在预设参考时间内被去除的刷新电压确定为所述燃料电池的输出电压；以及所述控制器被配置成操作所述电压调节器，以使所述燃料电池的输出电压在所述刷新处理被执行时变成所述刷新电压。

【技术特征摘要】
2017.12.19 JP 2017-2423841.一种燃料电池系统，其特征在于包括：燃料电池，其包括电解质膜、阳极和阴极；电压调节器，其被配置成调节所述燃料电池的输出电压；以及控制器，其被配置成通过控制所述电压调节器来执行将所述燃料电池的输出电压降低到还原电压的刷新处理，其中，形成在所述阴极上的氧化膜在所述还原电压处被还原，其中：所述控制器被配置成在所述刷新处理之前基于所述燃料电池的输出电压和时间来计算第一量，所述第一量是要从所述阴极去除所述氧化膜的量，所述控制器被配置成在所述刷新处理之前将使得所述第一量的氧化膜能够在预设参考时间内被去除的刷新电压确定为所述燃料电池的输出电压；以及所述控制器被配置成操作所述电压调节器，以使所述燃料电池的输出电压在所述刷新处理被执行时变成所述刷新电压。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制器被配置成计算所述第一量以使得在所述刷新处理被执行之前形成在所述阴极上的氧化膜的一部分在所述刷新处理被执行之后保留在所述阴极上。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制器被配置成：计算第二量，所述第二量是已经形成在所述阴极上的氧化膜的量，以及通过从所述第二量中减去第三量来计算所述第一量，所述第三量被预先确定为在所述刷新处理之后要保留以抑制所述燃料电池的劣化的所述氧化膜的所述一部分的量。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制器被配置成通过从形成在所述阴极上的氧化膜的量的最大值中减去当在预定下限电压处并且在预定下限时间上执行所述刷新处理时从所述阴极去除氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：南伸治，
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