燃料电池系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统及其控制方法，其中，燃料电池系统具备：燃料电池（１００），其将燃料气体和氧化剂气体作为反应气体进行发电；电流控制单元（３０６），其对燃料电池的电流进行控制；电压控制单元（５０６），其对燃料电池的电压进行控制；发热量控制单元（６００），其计算燃料电池系统所需的必要热量，并确定所述电流控制单元的电流目标值和所述电压控制单元的电压目标值以产生计算出的必要热量，由此控制发热量。由此，既不会使燃料电池系统大型化，又可以向燃料电池系统供给所需的热量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种供给必要的热量的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池是使作为燃料气体的氢气和氧化剂进行反应而生成电能的装置。搭载在 汽车等上的燃料电池系统通常以将投入燃料电池的氢能高效率地转换成电能的方式被控 制(以下称为"高效率发电")。因此，高效率发电的燃料电池从氢能向热能转换的比例较 小，发热量较少。 其结果是，用于使燃料电池在一定时间内达到适合发电的温度(8(TC左右)而进 行预热所需的热量不足。另外，在燃料电池系统具备暖气装置的情况下，由高效率发电时的 燃料电池产生的热能少，作为暖气的热源不充分。因此，正在开发以补充不足量的热量为目 的的燃料电池系统。 作为现有的燃料电池系统，已知有通过减少所供给的空气量而使燃料电池以低效 率发电的构成(例如，参照专利文献l)。由此，可以增加用于使燃料电池预热的发热量。 另外，具备以往的暖气装置的燃料电池系统，为了供给暖气所需的热量(以下，称 为"暖气必要热量")而在燃料电池的冷却介质循环通路上具备对冷却介质进行加热的加热 单元及供给空调用暖气所使用的热的热交换器(例如，参照专利文献2或者专利文献3)。 在来自燃料电池的发热量较少的情况下，利用加热单元对冷却介质进行加热以供给用于暖 气的不足的热量。 专利文献1 :日本特开2004-30979号公报 专利文献2 :日本特开2004-311229号公报 专利文献3 :日本特开2007-38952号公报 在专利文献1所记载的以往的燃料电池系统中，只能基于燃料电池的电流-输出曲线和燃料电池所要求的输出来一义地确定燃料电池的电流和电压。因此燃料电池系统存在的问题是，相对于用于预热所需的必要热量，所供给的发热量不足或者过剩。 在专利文献2、3所记载的以往的燃料电池系统中，为了供给不足量的暖气必要热量，需要增大加热单元的加热量。其结果是，加热单元变大，进而招致燃料电池系统的大型化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种既不会使燃料电池系统大型化，又可以向燃料电池系统供给所需的热量的。 本专利技术提供一种燃料电池系统，具备燃料电池，其将燃料气体和氧化剂气体作为 反应气体进行发电；电流控制单元，其对燃料电池的电流进行控制；电压控制单元，其对燃 料电池的电压进行控制；及发热量控制单元，其计算燃料电池系统所需的必要热量，并确定 电流控制单元的电流目标值和电压控制单元的电压目标值以产生所算出的必要热量，由此控制发热量。 另外，优选具备将燃料电池的发热用作热源的暖气装置，上述必要热量包含工作 中的上述暖气装置所需的暖气必要热量。 另外，优选上述必要热量包含燃料电池的预热所需的预热必要热量。 另外，优选必要热量包含用于将燃料电池系统的温度维持在规定温度所需的维持必要热量。 另外，优选控制单元以使发电效率比燃料电池的高效率发电降低的低效率发电进 行控制。 另外，优选上述电压控制单元是DC/DC转换器，上述电流控制单元是反应气体的 供给单元。 另外，本专利技术提供一种燃料电池系统，具有燃料电池，其将燃料气体和氧化剂气 体作为反应气体进行发电；二次电池，其使上述燃料电池的输出充放或者使充电的电力放 电；及电压控制单元，其对上述二次电池的电压进行控制，所述燃料电池系统的特征在于， 具备控制单元，其计算燃料电池系统所需的必要热量和所要求的要求输出并基于算出的必 要热量和要求输出来控制燃料电池，以使燃料电池在如下模式中的任意模式下工作以高 效率进行发电的高效率发电模式；发电效率比以电压的下限值为第一电压下限值的高效率 发电降低的第一低效率发电模式；及电压的下限值为比第一电压下限值小的第二电压下限 值的第二低效率发电模式。 另外，本专利技术提供一种燃料电池系统，具有燃料电池，其将燃料气体和氧化剂气 体作为反应气体进行发电；及电压控制单元，对上述燃料电池的电压进行控制，所述燃料电 池系统的特征在于，具备控制单元，其基于燃料电池系统所需的必要热量和所要求的要求 输出来控制燃料电池，以使燃料电池在如下模式中的任意模式下工作以高效率进行发电 的高效率发电模式；及发电效率比以电压的下限值为第二电压下限值的高效率发电降低的 第二低效率发电模式。 另外，优选具备将燃料电池的发热用作热源的暖气装置，上述必要热量包含工作 中的上述暖气装置所需的暖气必要热量。 另外，优选必要热量包含用于将燃料电池的温度维持在规定温度所需的维持必要 热量。 另外，优选上述必要热量包含燃料电池的预热所需的预热必要热量。 另外，优选控制单元在从上述第一低效率发电模式或上述第二低效率发电模式转换到高效率发电模式时，使供给到燃料电池的上述反应气体量增加。 另外，本专利技术提供一种燃料电池系统的控制方法，具有第一步骤，求出燃料电池 系统所需的必要热量和所要求的要求输出；第二步骤，求出在按照反应气体的供给状态决 定的燃料电池的电流_电压曲线中由满足必要热量和要求输出的电流值和电压值确定的 工作点；及第三步骤，对燃料电池的电流值和电压值进行控制，以在所述工作点进行燃料电 池的发电。 另外，优选燃料电池系统具备将燃料电池的发热用作热源的暖气装置，必要热量 包含工作中的暖气装置所需的暖气必要热量和燃料电池的预热所需的暖气必要热量。 另外，优选要求输出包含搭载有燃料电池系统的车辆所要求的驱动力和燃料电池5系统的辅机所要求的输出。 另外，优选燃料电池系统具备用于设定工作点的转换器。 根据本专利技术，可以供给燃料电池系统所需的必要热量。 另外，由于基于燃料电池系统所需的必要热量和所要求的要求输出控制燃料电池 的工作点，因而既可以向燃料电池系统供给所要求的输出，又可以供给必要热量。附图说明 图1是表示第一实施方式的燃料电池系统的结构的图； 图2表示暖气必要热量和热交换器所交换的热量的映射的图； 图3表示预热必要热量映射的图； 图4表示用于将燃料电池维持在规定温度的维持必要热量映射的图； 图5是表示燃料电池的I-V特性的图； 图6是表示基于必要热量和要求输出求出燃料电池的工作点的图； 图7是第一实施方式的流程图； 图8是表示第二实施方式的燃料电池系统的构成的图； 图9是第二实施方式的流程图。 标号说明 10 :燃料电池系统100:燃料电池102:电流传感器104:电压传感器106:温度传感器200:氢系统202:氢罐204:减压阀206:压力传感器208:氢供给通路210:氢泵212:氢气循环通路300:空气系统302:吸入口304:空气温度传感器306:空气泵308:压力传感器310:调压阀400:冷却系统402、,412 :温度传感器404、,406 :三通阀408:散热器6410:冷却介质泵414:冷却介质循环通路416:暖气用热交换通路418:热交换器420:散热器旁通通路422:暖气装置500:负载系统502:变换器504:驱动电机506:DC/DC转换器508:二次电池510:辅机类512:电压传感器514:电容器600:控制部602:暖气必要热量604:热交换器所交换的热量606:预热必要热量607:维持必要热量608:高效率发电的I-V曲线610:低效率发电的I-V曲线具体实施例方式下面，基于图1 图7说明第一实施方式。另外，第一实施方式是将燃料电池系统 应用于燃料电池汽车的实施方式。以下的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具备：燃料电池，将燃料气体和氧化剂气体作为反应气体进行发电；电流控制单元，对所述燃料电池的电流进行控制；电压控制单元，对所述燃料电池的电压进行控制；及发热量控制单元，计算燃料电池系统所需的必要热量，并决定所述电流控制单元的电流目标值和所述电压控制单元的电压目标值以发出所算出的必要热量，由此控制发热量。

【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：真锅晃太，今西启之，小川朋也，
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]