燃料电池系统及其控制方法技术方案

燃料电池系统（100）包括累计电流值测量单元（21）。累计电流值测量单元（21）通过在在负电压电池（11）的阳极中通过水分解反应产生氧气期间对燃料电池（10）输出的电流进行时间积分测量累计电流值。控制单元（20）使用氧气生成期间的累计电流值和阳极中的氧气消耗速度之间的第一对应关系和氧气生成期间的燃料电池（10）的电流密度和阳极中的氧气生成速度之间的第二对应关系来获得电流密度，并且所述控制单元致使燃料电池（10）以比所获得的电流密度低的电流密度输出电力，其中在等于或低于所获得的电流密度的条件下，阳极中的氧气量可以减少。

【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燃料电池。
技术介绍
燃料电池通常具有堆叠结构，用作发电元件的多个单电池堆叠在所述堆叠结构中。反应气体经由相应的歧管流入到用于每个单电池的气体流道中，并且被供应到每个单电池的发电部分。然而，如果部分单电池的气体流道被冻结的水分等堵塞，则供应到该部分单电池的反应气体的供应量将变得不足，因此，该部分单电池可能产生负电压。以此种方式，当燃料电池在部分单电池产生负电压的状态下继续操作时，不仅燃料电池的发电性能整体恶化，而且这些单电池的电极也将可能降级。例如，为了针对以上问题采取措施，迄今为止已经提出，如在日本专利申请公报No. 2005-093111 (JP-A-2005-093111)、日本专 利申请公报 No. 2004-031232 (JP-A-2004-031232)和日本专利申请公报 No. 2007-265929(JP-A-2007-265929)中所描述的技术、用于抑制因这种负电压所造成的燃料电池的发电性能恶化或燃料电池降级的多种技术。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于抑制因负电压而造成的燃料电池性能恶化和降级的技术。本专利技术的第一方面涉及一种燃料电池系统，所述燃料电池系统响应外部负载的请求输出电力。所述燃料电池系统包括燃料电池，所述燃料电池具有至少一个发电元件；控制单元，所述控制单元控制从所述燃料电池输出的电力；以及累计电流值测量单元，所述累计电流值测量单元测量通过从所述燃料电池输出的电流的时间积分获得的累计电流值，其中所述累计电流值测量单元测量氧气生成期间的累计电流值，在所述氧气生成期间，可能在所述至少一个发电元件中产生负电压，并且可能在所述至少一个发电元件的阳极中通过水分解反应产生氧气，所述控制单元预存储有氧气消耗速度和基于所述氧气生成期间的累计电流值的预定值之间的第一对应关系，在产生负电压的所述至少一个发电元件的阳极中，氧气以所述氧气消耗速度与氢气重新结合以被消耗；以及，氧气生成速度和所述氧气生成期间的所述燃料电池的电流密度之间的第二对应关系，其中，在所述氧气生成期间，在产生负电压的所述至少一个发电元件的阳极中，氧气以所述氧气生成速度生成，并且当确定可能会在所述至少一个发电元件中产生负电压时，所述控制单元使用所述第一对应关系来获得氧气消耗速度，并且使用所述第二对应关系来获得对应于与通过所述第一对应关系获得的所述氧气消耗速度相等的氧气生成速度的电流密度，并且所述控制单元执行输出限制处理，以使所述燃料电池以比所获得的对应于所述氧气生成速度的电流密度低的电流密度输出电力。根据以上方面，使用第一对应关系和第二对应关系，能够减小电流密度，以便减少产生负电压的至少一个发电元件的阳极中的氧气，所述氧气阻止从负电压恢复。因此，能够抑制因负电压所造成的燃料电池的性能恶化和降级。另外，根据以上方面的燃料电池系统还可以包括负电压检测单元，所述负电压检测单元测量所述至少一个发电元件的电压，以检测所述至少一个发电元件中的负电压，其中所述累计电流值测量单元测量氧气生成期间的累计电流值，在氧气生成期间，在所述至少一个发电元件内产生负电压，并且在所述至少一个发电元件的阳极中通过水分解反应生成氧气，所述第一对应关系可以是所述氧气消耗速度和所述氧气生成期间的累计电流值之间的对应关系，其中，在产生负电压的所述至少一个发电元件的阳极中，氧气以所述氧气消耗速度与氢气重新结合以被消耗，并且当已经在所述至少一个发电元件中检测到负电压时，所述控制单元可以使用所述第一对应关系来获得对应于所述氧气生成期间的累计电流值的氧气消耗速度，并且可以使用所述第二对应关系来获得对应于与通过所述第一对应关系获得的所述氧气消耗速度相等的氧气生成速度的电流密度，并且所述控制单元可以执行输出限制处理，以使所述燃料电池以比所获得的对应于所述氧气生成速度的电流密度低的电流密度输出电力。 另外，根据以上方面的燃料电池系统还可以包括反应气体供应单元，所述反应气体供应单元向所述燃料电池供应反应气体，其中当已经在所述至少一个发电元件中检测到负电压时，所述控制单元可以在预定范围内减小所述燃料电池的电流密度，并且可以在所述电流密度减小之前和之后检测产生负电压的所述至少一个发电元件的电压变化，当所述电压变化落入预定的许可范围内时，所述控制单元可以执行所述输出限制处理，并且执行增加供应到所述燃料电池的反应气体的量的气体量增加处理；而当所述电压变化落在所述预定的许可范围之外时，所述控制单元可以执行所述气体量增加处理，而不执行所述输出限制处理。根据以上方面，当在电流密度减小时产生负电压的至少一个发电元件的电压变化落入一范围(该范围等于在需要执行输出限制处理的预定状态下的电压变化)时，执行输出限制处理。因此，能够适当地选择并且执行用于从负电压恢复的处理。另外，根据以上方面的燃料电池系统还可以包括控制开关，所述控制开关用于控制所述燃料电池和所述外部负载之间的电连接，其中在所述输出限制处理中，当对应于所述氧气生成速度的所述电流密度低于预设值时，所述控制单元可以中断所述外部负载和所述燃料电池之间的电连接，然后可以执行将所述燃料电池再次电连接到所述外部负载的重新连接处理，并且在所述重新连接处理中，所述控制单元可以根据所述氧气生成期间的累计电流值，设定从中断所述燃料电池和所述外部负载之间的电连接时到将所述燃料电池再次连接到所述外部负载时的间隔时间。根据以上方面，即使当难以通过输出限制处理从负电压恢复时，也能够通过中断燃料电池和外部负载之间的电连接而从负电压恢复。然后，通过在经过适当地确定的间隔时间之后将燃料电池重新连接到外部负载，能够抑制在重新连接之后再次产生负电压。另外，根据以上方面的燃料电池系统还可以包括负电压检测单元，所述负电压检测单元测量所述至少一个发电元件的电压，以检测所述至少一个发电元件中的负电压；和操作状态检测单元，所述操作状态检测单元包括湿度系数检测单元和操作温度测量单元中的至少一个，所述湿度系数检测单元检测所述燃料电池内部的润湿状态，所述操作温度测量单元检测所述燃料电池的操作温度，其中所述累计电流值测量单元可以测量氧气生成期间的累计电流值，在所述氧气生成期间，在所述至少一个发电元件中产生负电压，并且在所述至少一个发电元件的阳极中通过水分解反应产生氧气，所述第一对应关系可以是为所述氧气生成期间的每个累计电流值所准备的对应关系，并且可以是由所述湿度系数检测单元检测到的润湿状态和由所述操作温度测量单元检测到的操作温度中的至少一个和氧气消耗速度之间的对应关系，其中在产生负电压的所述至少一个发电元件的阳极中，氧气以所述氧气消耗速度与氢气重新结合以被消耗，并且当已经在所述至少一个发电元件中检测到负电压时，所述控制单元可以使用对应于所述氧气生成期间的累计电流值的所述第一对应关系来获得对应于由所述湿度系数检测单元检测到的润湿状态和由所述操作温度测量单元检测到的操作温度中的所述至少一个的氧气消耗速度，并且所述控制单元可以使用所述第二对应关系来获得对应于与通过所述第一对应关系获得的所述氧气消耗速度相等的氧气生成速度的电流密度，并且所述控制单元可以执行输出限制处理，以使所述燃料电池以比所获得的对应于所述氧气生成速度的电流密度低的电流密度输出电力。根据以上方面，能够根据燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：川原周也，加藤学，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：
国别省市：