燃料电池系统技术方案

本说明书提供能够抑制劣化的燃料电池系统。本说明书公开的燃料电池系统具备：燃料电池单元，与输出端连接；蓄电池单元，与燃料电池单元并联连接；以及控制器。在目标输出电力低于对于燃料电池单元设定的输出电力下限值的情况下，控制器以燃料电池单元的输出电压保持规定的空载电压的方式控制燃料电池单元，上述规定的空载电压大于零且低于蓄电池单元的输出电压。出电压。出电压。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统


[0001]本说明书公开的技术涉及能够作为电源使用的燃料电池系统。

技术介绍

[0002]国际公开WO2017/010069号中公开了一种在输出端并联连接有多个燃料电池组的燃料电池系统。燃料电池系统的控制器为了获得目标输出电力而使所需最小限度个数的燃料电池组运转。在可以不使几个燃料电池组运转的情况下，将累积发电时间长的燃料电池组停止。

技术实现思路

[0003]燃料电池组若多次反复停止(输出电压为零的状态)和启动，则劣化加剧。本说明书提供能够抑制劣化的燃料电池系统。
[0004]本说明书公开的燃料电池系统具备：燃料电池单元，与输出端连接；蓄电池单元，与燃料电池单元并联连接；以及控制器。燃料电池单元包括燃料电池组。燃料电池单元可以包括将燃料电池组的输出电压升压的升压转换器。在燃料电池系统的目标输出电力低于对于燃料电池单元设定的输出电力下限值的情况下，控制器以燃料电池单元的输出电压保持规定的空载电压的方式控制燃料电池单元，上述规定的空载电压大于零且低于蓄电池单元的输出电压。例如，通过调整向燃料电池组供给的氧(空气)的量，能够将燃料电池单元的输出电压降低至空载电压。
[0005]在本说明书公开的燃料电池系统中，当目标输出电力小的情况下，使燃料电池单元的输出电压低于蓄电池单元的输出电压。从燃料电池单元(燃料电池组)不输出电流，从输出端仅输出蓄电池单元的电力。而且，控制器将燃料电池单元的输出电压保持为空载电压。燃料电池单元(燃料电池组)被保持为虽未停止但不输出电力的状态。由于在不输出电力的期间也不停止燃料电池单元(燃料电池组)，所以可抑制劣化。
[0006]空载电压的一个例子是对燃料电池组的单电池的维持电压(maintenance voltage)乘以燃料电池组的电池数而得的值以上的值。维持电压是劣化不易加剧的输出电压，基于单电池的物理的特性预先决定。在目标输出电力小的情况下，燃料电池单元不输出电力，但是将燃料电池单元的输出电压保持为空载电压。通过将燃料电池单元的输出电压保持为低于蓄电池单元的输出电压的空载电压，可抑制燃料电池组的劣化。
[0007]燃料电池单元可以具备升压转换器，该升压转换器将燃料电池组的输出电压升压。该情况下，在目标输出电力超过输出电力下限值的情况下，控制器以燃料电池单元的输出电力成为目标输出电力以上的方式控制燃料电池组，并且以燃料电池单元的输出电压超过蓄电池单元的输出电压的方式控制升压转换器。从蓄电池单元不输出电力，从输出端输出燃料电池单元的输出电力。
[0008]燃料电池单元可以包括并联连接的多个燃料电池组(第1燃料电池组和第2燃料电池组)。对第1燃料电池组设定了第1输出电力下限值，对第2燃料电池组设定了第2输出电力
下限值。该情况下，控制器执行以下3种处理中的任一种。(1)在目标输出电力超过第1输出电力下限值且低于第1输出电力下限值与第2输出电力下限值的合计的情况下，控制器以第1燃料电池组的输出电力成为目标输出电力以上的方式控制第1燃料电池组。控制器以第2燃料电池组的输出电压保持第2空载电压的方式控制第2燃料电池组，上述第2空载电压大于零且低于蓄电池单元的输出电压。(2)在目标输出电力超过第1输出电力下限值与第2输出电力下限值的合计的情况下，控制器以第1燃料电池组的输出电力超过第1输出电力下限值、第2燃料电池组的输出电力超过第2输出电力下限值、且第1燃料电池组与第2燃料电池组的合计输出成为目标输出电力以上的方式控制第1燃料电池组和第2燃料电池组。(3)在目标输出电力低于第1输出电力下限值与第2输出电力下限值的每一个的情况下，控制器以第1燃料电池组的输出电压保持第1空载电压的方式控制第1燃料电池组，上述第1空载电压大于零且低于蓄电池单元的输出电压。控制器以第2燃料电池组的输出电压保持第2空载电压的方式控制第2燃料电池组。在任一个情况下，通过将第1燃料电池组/第2燃料电池组的电压保证为比蓄电池电压低的规定的值(第1空载电压/第2空载电压)，可抑制燃料电池组的劣化。
[0009]在第1燃料电池组/第2燃料电池组的输出电压被保持为第1空载电压/第2空载电压的期间，从输出端输出蓄电池单元的电力。
[0010]本说明书公开的技术的详细和进一步的改进在以下的“具体实施方式”中进行说明。
附图说明
[0011]图1是第1实施例的燃料电池系统的框图。
[0012]图2是表示燃料电池单元的输出电流与输出电压的关系的图表。
[0013]图3是燃料电池单元控制的流程图(第1实施例)。
[0014]图4是第2实施例的燃料电池系统的框图。
[0015]图5是燃料电池单元控制的流程图(第2实施例)。
[0016]图6是第3实施例的燃料电池系统的框图。
[0017]图7是燃料电池单元控制的流程图(第3实施例)。
[0018]图8是燃料电池单元控制的流程图(图7的接续)。
[0019]图9是燃料电池单元控制的流程图(图8的接续)。
具体实施方式
[0020](第1实施例)参照附图对第1实施例的燃料电池系统2进行说明。图1中示出燃料电池系统2的框图。燃料电池系统2具备燃料电池单元10、蓄电池单元3、输出端4以及控制器5。燃料电池系统2能够从输出端4输出电力。在图1的结构中，在输出端4连接有电气设备90，燃料电池系统2向电气设备90供给电力。图1的虚线箭头线表示通信线。以下，为了便于说明，将“燃料电池”简称为“FC”。燃料电池单元10被记载为FC单元10，燃料电池组11被记载为FC组11。
[0021]在控制器5连接有操作盘5a。在操作盘5a装备有对应该从输出端4输出的电力(目标输出电力)进行设定的开关类。燃料电池系统2的用户对操作盘5a的开关进行操作来向控
制器5输入目标输出电力。在输出端4并联连接有FC单元10和蓄电池单元3，控制器5控制FC单元10以使从输出端4输出的电力与目标输出电力一致。
[0022]蓄电池单元3包括蓄电池3a和电压转换器3b。电压转换器3b具有：升压功能，将蓄电池3a的输出电压升压并向输出端4供给；和降压功能，将FC单元10的输出电压降压并向蓄电池3a供给。这样的电压转换器3b被称为双向DC－DC转换器。控制器5控制电压转换器3b，调整蓄电池单元3的输出电压。在蓄电池3a的残留电力量少时，控制器5控制FC单元10和电压转换器3b，利用FC单元10的输出电力来对蓄电池3a进行充电。
[0023]FC单元10包括多个单电池串联连接而成的FC组11和将FC组11的输出电压升压的升压转换器12。如众所周知那样，FC组11(多个单电池)使氢与氧反应来获得电力。
[0024]在FC单元10连接有燃料箱30以及用于使FC单元10运转的各种电气设备。有时将用于使FC单元10运转的电气设备称为辅机。辅机例如包括用于将燃料(氢)输送至FC组11的喷射器32、将通过了FC组11的残留气体分离为残留氢气和水的气液分离器33、将残留氢气再次返本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其中，具备：燃料电池单元，与输出端连接；蓄电池单元，与所述燃料电池单元并联连接；以及控制器，在目标输出电力低于对于所述燃料电池单元设定的输出电力下限值的情况下，以所述燃料电池单元的输出电压保持规定的空载电压的方式控制所述燃料电池单元，所述规定的空载电压大于零且低于所述蓄电池单元的输出电压。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述空载电压为对所述燃料电池单元的燃料电池组的单电池的预先决定的维持电压乘以所述燃料电池组的电池数而得的值以上。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池单元具备燃料电池组和将所述燃料电池组的输出电压升压的升压转换器，在所述目标输出电力超过所述输出电力下限值的情况下，所述控制器以所述燃料电池单元的输出电力成为所述目标输出电力以上的方式控制所述燃料电池组，并且以所述燃料电池单元的输出电压超过所述蓄电池单元的输出电压的方式控制所述升压转换器。4.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池单元包括并联连接的第1燃料电池组和第2燃料电池组，所述第1燃料电池组被设定了第1输出电力下限值，所述第2燃料电池组被设定了第2输出电力下限值，所述控制器构成为：(1)在所述目标输出...

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