燃料电池系统技术方案

在燃料电池起动时回避向高电位状态的转移。燃料电池系统（１）具备：燃料电池（２），其接收反应气体的供给，通过反应气体的电化学反应来产生电力；压缩机（３１），其将反应气体中的氧化气体供给到燃料电池；以及控制部（６），其执行各种处理，控制部执行如下处理：高电位回避处理，其在高电位回避许可条件下，将燃料电池的输出电压抑制在规定的高电位回避电压以下以回避高电位状态；输出限制处理，其为了将氧化气体的化学计量比维持在规定的允许范围内，将燃料电池的发电量抑制在规定的限制发电量以下，以限制燃料电池的输出；判断处理，其判断氧化气体的供给量相对于要求供给量是否充足；以及禁止处理，其在燃料电池起动之后到判断为氧化气体的供给量充足的期间，禁止输出限制处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
近年来，正在进行将燃料电池作为能源来使用的燃料电池系统的开发，该燃料电池通过反应气体即燃料气体和氧化气体的电化学反应来发电。在这种燃料电池系统中，为 了提高燃料效率，在怠速时、低速行驶时、再生制动时等之类的低负荷运转时，进行使燃料 电池的发电暂时停止而从二次电池等蓄电单元向负载(车辆电动机等)供给电力的间歇运 转。在这种间歇运转时，当中止反应气体的供给而使燃料电池的运转停止时，燃料电池为高 电位状态。燃料电池在高电位状态下放置时就会老化，因此在使燃料电池的运转停止的情 况下，需要降低电压等以回避高电位状态。在下述专利文献1记载的燃料电池系统中，在使 燃料电池停止运转后，仅将燃料气体供给到燃料电池，消耗残留在燃料电池内的氧化气体， 使电流从燃料电池输出，由此来回避高电位状态。专利文献1 (日本)特开2005-100820号公报可是，在停止运转的燃料电池的电池组内残留有反应气体，因此残留在电池组内 的氧化气体在运转停止后会逐渐消耗掉。而且，当残留的氧化气体被消耗后使燃料电池起 动时，产生氧化气体的供给滞后，成为氧化气体不足的状态。当氧化气体不足时，为了维持 氧化气体化学计量比，燃料电池的发电量被限制在与实际所供给的氧化气体的流量相对应 的值。当抑制发电量时，输出电压就上升，因此担心会转移到高电位状态，成为燃料电池老 化的主要原因。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述的现有技术存在的问题而开发，其目的在于，提供一种在燃 料电池起动时能够回避向高电位状态转移的燃料电池系统。为了解决上述的课题，本专利技术提供一种燃料电池系统，其特征在于，具备燃料电 池，接收反应气体的供给，通过该反应气体的电化学反应来产生电力；高电位回避单元，在 规定的高电位回避许可条件下，将燃料电池的输出电压抑制在规定的高电位回避电压以下 以回避高电位状态；压缩机，将反应气体中的氧化气体供给到燃料电池；输出限制单元，为 了使氧化气体的化学计量比维持在规定的允许范围内，而将燃料电池的发电量抑制在比要 求发电量低的规定的限制发电量以下以限制燃料电池的输出；以及禁止单元，在满足高电 位回避许可条件的、从所述燃料电池起动后即刻开始的规定期间内，禁止输出限制单元进 行限制。根据本专利技术，能够在规定的高电位回避许可条件下、从燃料电池起动后即刻开始 的规定期间内，禁止燃料电池的输出限制，所述燃料电池的输出限制为了将氧化气体的化 学计量比维持在规定的允许范围内而将燃料电池的发电量抑制在限制发电量以下。因此， 在高电位回避许可条件下的燃料电池起动时，能够通过高电位回避单元将燃料电池的输出电压可靠地抑制在高电位回避电压以下。即，在燃料电池起动时，能够回避高电位状态。另 一方面，经过规定期间后，通过输出限制单元将燃料电池的发电量抑制在限制发电量以下，因此能够抑制无意义的电力损失，能够得到较高的发电效率。在上述燃料电池系统中，也可以将上述规定期间设定为燃料电池起动后直到氧化 气体的供给量相对于要求供给量充足的期间。具体而言，在上述燃料电池系统中，还具备判 断氧化气体的供给量相对于要求供给量是否充足的判断单元，在燃料电池起动后直到由判 断单元判断为氧化气体的供给量相对于要求供给量充足的期间，上述禁止单元能够禁止输 出限制单元进行上述限制。由此，能够在从燃料电池起动时到氧化气体的供给量不足被解除的期间禁止燃料 电池的输出限制。在上述燃料电池系统中，还具备检测上述压缩机的电动机的转速的转速传感器， 在由转速传感器检测到的转速和对压缩机发出的指令转速相背离的情况下，上述判断单元 能够判断为氧化气体的供给量相对于要求供给量不足。由此，在起动燃料电池后直到由转速传感器检测到的转速接近对压缩机发出的指 令转速的期间，能够禁止燃料电池的输出限制。在上述燃料电池系统中，在由转速传感器检测到的转速小于对压缩机发出的指令 转速的情况下，上述判断单元能够判断为氧化气体的供给量相对于要求供给量不足。由此，在起动燃料电池后直到由转速传感器检测到的转速达到对压缩机发出的指 令转速的期间，能够禁止燃料电池的输出限制。在上述燃料电池系统中，也可以将上述规定期间设定为燃料电池起动后直到限制 发电量及对燃料电池的要求发电量双方都上升到与高电位回避电压对应的高电位回避发 电量以上的期间。具体而言，在上述燃料电池系统中，还具备判断限制发电量及要求发电量 双方是否都为高电位回避发电量以上的判断单元，在燃料电池起动后直到由判断单元判断 为限制发电量及要求发电量为高电位回避发电量以上的期间，上述禁止单元能够禁止输出 限制单元进行上述限制。由此，能够在从燃料电池起动时到限制发电量及要求发电量都达到高电位回避发 电量以上的期间禁止燃料电池的输出限制。在上述燃料电池系统中，也可以将上述燃料电池的起动设定为伴随燃料电池的间 歇运转的结束的起动。在上述燃料电池系统中，还可以具备解除单元，该解除单元在从上述燃料电池起 动时起的经过时间达到规定时间的情况下，解除禁止单元的上述禁止。由此，由于能够防止长时间持续要求负载的输出，因此能够抑制燃料电池的老化。根据本专利技术，能够在燃料电池起动时回避向高电位状态的转移。附图说明图1是示意性表示实施方式的燃料电池系统的构成图；图2是用于对控制部的控制内容进行说明的时间图；图3是表示燃料电池的I-V特性及I-P特性的图；图4是用于对禁止输出限制处理的处理进行说明的流程图。标号说明1燃料电池系统2燃料电池6控制部31压缩机53牵引变换器 54 牵引电动机61存储器N转速传感器具体实施例方式下面，参照附图对本专利技术的燃料电池系统的最佳实施方式进行说明。在本实施方 式中，对将本专利技术的燃料电池系统作为燃料电池车辆(FCHV ;Fuel Cell Hybrid Vehicle) 的车载发电系统来使用的情况进行说明。参照图1对本实施方式的燃料电池系统的构成进行说明。图1是示意性表示实施 方式的燃料电池系统的构成图。如图1所示，燃料电池系统1具有燃料电池2 (FC)，其通过反应气体即氧化气体 和燃料气体的电化学反应来产生电力；氧化气体配管系统3，其将作为氧化气体的空气供 给到燃料电池2 ；氢气配管系统4，其将作为燃料气体的氢供给到燃料电池2 ；电力系统5， 其对系统的电力进行充放电；以及控制部6，其对系统整体进行统一控制。燃料电池2为例如高分子电解质型燃料电池，为将多个单电池层叠而成的电池组 结构。单电池的结构为在由离子交换膜构成的电解质的一面上具有空气极，在另一面上具 有燃料极，另外，具有一对隔板以从两侧将空气极及燃料极夹入。该情况下，向一隔板的氢 气流路供给氢气，向另一隔板的氧化气体流路供给氧化气体，通过这两种反应气体发生化 学反应来产生电力。在燃料电池2上设有检测燃料电池2的输出电压的电压传感器V、和检 测燃料电池2的输出电流的电流传感器A。氧化气体配管系统3具有压缩机31，其将经由过滤器30输入的空气进行压缩， 将作为氧化气体的压缩空气输出；空气供给流路32，其用于将氧化气体供给到燃料电池2 ； 空气排出流路33，其用于将从燃料电池2排出的氧化废气排出。在压缩机31上设有检测压 缩机的电动机转速的转速传感器N。从压缩机31供给的氧化气体的供给量可根据由转速传 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其特征在于，具备：燃料电池，接收反应气体的供给，通过该反应气体的电化学反应来产生电力；高电位回避单元，在规定的高电位回避许可条件下，将所述燃料电池的输出电压抑制在规定的高电位回避电压以下以回避高电位状态；压缩机，将所述反应气体中的氧化气体供给到所述燃料电池；输出限制单元，为了使所述氧化气体的化学计量比维持在规定的允许范围内，而将所述燃料电池的发电量抑制在比要求发电量低的规定的限制发电量以下以限制所述燃料电池的输出；以及禁止单元，在满足所述高电位回避许可条件的、从所述燃料电池起动后即刻开始的规定期间内，禁止所述输出限制单元进行所述限制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【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[日本]