BR112018012976B1

BR112018012976B1 - Sistema de célula de combustível e método de controle para sistema de célula de combustível

Info

Publication number: BR112018012976B1
Application number: BR112018012976-3A
Authority: BR
Inventors: Takeshi Shiomi
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2021-07-27
Also published as: EP3396761A1; JPWO2017110374A1; US20190006683A1; CN108432015B; EP3396761A4; JP6627887B2; US10804554B2; CA3009462C; EP3396761B1; BR112018012976A2; CA3009462A1; CN108432015A; WO2017110374A1

Abstract

trata-se de um método de controle para um sistema de célula de combustível com um dispositivo de suprimento de gás configurado para suprir gás combustível e gás oxidante para uma célula de combustível, que inclui uma etapa de operação de geração de potência para realizar uma operação de geração de potência para fazer com que a célula de combustível gere potência por meio do controle do gás combustível e do gás oxidante a serem supridos para a célula de combustível com base em uma carga necessária da célula de combustível. adicionalmente, o método de controle inclui uma etapa de operação autônoma para realizar uma operação autônoma da célula de combustível quando a carga diminui para ou abaixo de um valor predeterminado. na operação autônoma, o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível para a carga é interrompido e o gás combustível é passado para um ânodo da célula de combustível.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de célula de combustível para a realização de uma operação autônoma quando o suprimento de potência para uma carga conectada a uma célula de combustível é interrompido, e um método de controle para um sistema de célula de combustível.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] O relatório descritivo do documento sob o no US 2014/0113162A revela um sistema de célula de combustível para suprir uma tensão predeterminada para uma pilha de célula de combustível para suprimir a oxidação de um ânodo de uma célula de combustível em uma interrupção de emergência.

SUMÁRIO DA INVENÇÂO

[003] No sistema de célula de combustível, conforme descrito acima, uma operação autônoma da célula de combustível é realizada para manter a célula de combustível em um estado adequado para a geração de potência quando o sistema de célula de combustível entra em um estado em que o suprimento de potência para uma carga, como uma bateria ou motor elétrico, é interrompido, isto é, um chamado estado de parada inativo. Por exemplo, na operação autônoma, o suprimento de combustível para o ânodo é interrompido para suprimir o consumo de combustível desnecessário.

[004] No entanto, uma vez que o oxigênio permeia a partir de um cátodo para o ânodo na célula de combustível durante a operação autônoma em tal configuração, uma parte de ânodo pode ser oxidada. Dessa maneira, o desempenho de geração de potência da célula de combustível pode ser reduzido em um estado em que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível para a carga é interrompido.

[005] A presente invenção foi desenvolvida com foco em tal problema. A presente invenção tem como objetivo fornecer um sistema de célula de combustível para suprimir uma redução em desempenho de geração de potência de uma célula de combustível quando o suprimento de potência da célula de combustível para uma carga é interrompido e um método de controle para o sistema de célula de combustível.

[006] De acordo com um aspecto da presente invenção, um método de controle para um sistema de célula de combustível com um dispositivo de suprimento de gás configurado para suprir gás combustível e gás oxidante para uma célula de combustível, inclui uma etapa de operação de geração de potência para realizar uma operação de geração de potência para fazer com que a célula de combustível gere potência por meio do controle do gás combustível e do gás oxidante a serem supridos para a célula de combustível com base em uma carga necessária da célula de combustível. Adicionalmente, o método de controle inclui uma etapa de operação autônoma para realizar uma operação autônoma da célula de combustível quando a carga diminui para ou abaixo de um valor predeterminado. Na operação autônoma, o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível para a carga é interrompido e o gás combustível é passado para um ânodo da célula de combustível.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A Figura 1 é um diagrama de configuração que mostra uma configuração principal de um sistema de célula de combustível em uma primeira modalidade da presente invenção,

[008] A Figura 2A é um diagrama conceitual que mostra um estado em que um motor de uma dispositivo de carga está em um estado parado e a potência é suprida para uma bateria por uma célula de combustível,

[009] A Figura 2B é um diagrama conceitual que mostra um estado em que o motor está em um estado de funcionamento de potência e a potência é suprida para o motor pela célula de combustível e pela bateria,

[010] A Figura 2C é um diagrama conceitual que mostra um estado em que o motor está no estado de funcionamento de potência ou estado regenerativo e suprimento de potência a partir da célula de combustível para o motor e a bateria à medida que o dispositivo de carga é interrompido,

[011] A Figura 2D é um diagrama conceitual que mostra um estado em que o motor está no estado parado e a bateria está completamente carregada,

[012] A Figura 3 é um fluxograma que mostra um exemplo de um método de controle para o sistema de célula de combustível na primeira modalidade,

[013] A Figura 4 é um fluxograma que mostra um exemplo de um método de controle para um sistema de célula de combustível em uma segunda modalidade da presente invenção,

[014] A Figura 5 é um fluxograma que mostra um exemplo de um método de controle para um sistema de célula de combustível em uma terceira modalidade da presente invenção,

[015] A Figura 6 é um fluxograma que ilustra conteúdos de um processo de garantia de capacidade de resposta para garantir a capacidade de resposta da célula de combustível durante uma operação IS realizada pelo método de controle para o sistema de célula de combustível,

[016] As Figuras 7 são diagramas de tempo que mostram um exemplo de uma técnica de controle em relação à operação IS do sistema de célula de combustível na terceira modalidade,

[017] A Figura 8A é um gráfico que mostra um exemplo de uma configuração funcional para manter uma temperatura da célula de combustível durante a operação IS,

[018] A Figura 8B é um diagrama conceitual que mostra um exemplo de uma tabela de taxa de fluxo que mostra taxas de fluxo de ar e combustível a ser suprido para um combustor no caso do aumento da temperatura da célula de combustível,

[019] A Figura 9 é um fluxograma que ilustra um processo de garantia de capacidade de resposta de uma célula de combustível em uma quarta modalidade da presente invenção,

[020] A Figura 10 é um diagrama de configuração que mostra uma configuração principal de um sistema de célula de combustível em uma quinta modalidade da presente invenção,

[021] A Figura 11 é um fluxograma que mostra um exemplo de um método de operação de inicialização para o sistema de célula de combustível na quinta modalidade, e

[022] A Figura 12 é um diagrama de configuração que mostra um exemplo da configuração de um sistema de célula de combustível em uma sexta modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[023] Doravante, as modalidades da presente invenção são descritas com referência aos desenhos anexos.(Primeira modalidade)

[024] A Figura 1 é um diagrama de configuração que mostra uma configuração principal de um sistema de célula de combustível 10 em uma primeira modalidade da presente invenção.

[025] O sistema de célula de combustível 10 da presente modalidade é um sistema de célula de combustível de óxido sólido e, por exemplo, um sistema de suprimento de potência para suprir potência para um dispositivo de carga 90 instalado em um veículo.

[026] O sistema de célula de combustível 10 inclui uma pilha de célula de combustível 1 configurado para gerar potência de acordo com uma carga, um sistema de suprimento de combustível 2 configurado para suprir gás anódico (gás combustível) para a pilha de célula de combustível 1 e um sistema de suprimento de oxidante 3 configurado para suprir gás catódico (gás oxidante) para a pilha de célula de combustível 1. Adicionalmente, o sistema de célula de combustível 10 inclui um sistema de exaustão 4 configurado para descarregar gás efluente anódico (gás efluente combustível) e gás efluente catódico (gás efluente oxidante) descarregado a partir da pilha de célula de combustível 1 para o lado externo. Adicionalmente, o sistema de célula de combustível 10 inclui um sistema de suprimento de potência 5 configurado para suprir potência a partir da pilha de célula de combustível 1 para um dispositivo de carga externo 90 e uma unidade de controle 6 configurada para controlar uma operação inteira no sistema de célula de combustível 10.

[027] A pilha de célula de combustível 1 é uma célula de combustível de óxido sólido (SOFC). A pilha de célula de combustível 1 é formada por meio da laminação de uma pluralidade de células cada uma configurada de modo que uma camada de eletrólito formada de óxido sólido, como cerâmica, é disposta entre um eletrodo anódico (eletrodo de combustível) e um eletrodo catódico (eletrodo anódico de ar). Deve-se observar que quando é usado um material que reage com oxigênio a uma alta temperatura para um eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1, as características do eletrodo anódico são deterioradas por essa reação de oxidação e o desempenho de geração de potência de toda a pilha de célula de combustível é reduzido.

[028] O gás anódico reformado por um reformador 26 é suprido para o eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 e o ar que contém oxigênio é suprido como gás catódico para um eletrodo catódico da pilha de célula de combustível 1. Na pilha de célula de combustível 1, o hidrogênio no gás anódico e o oxigênio contido no gás catódico são reagidos para gerar potência e o gás efluente anódico e o gás efluente catódico gerados após a reação são descarregados para o lado externo.

[029] Dessa forma, uma passagem de suprimento de gás anódico 22 e uma passagem de descarga de gás anódico 29 que constituem uma passagem em que os passes de gás anódico são conectados a um coletor de lado de ânodo formado na pilha de célula de combustível 1, e uma passagem de suprimento de gás catódico 33 e uma passagem de descarga de gás catódico 39 que constituem uma passagem em que os passes de gás catódico são conectados a um coletor de lado de catodo.

[030] A passagem de suprimento de gás anódico 22 é uma passagem de combustível para suprir o gás anódico para a pilha de célula de combustível 1, e a passagem de descarga de gás anódico 29 é uma passagem para introduzir o gás efluente anódico descarregado a partir da pilha de célula de combustível 1 em um combustor de exaustão 40. Adicionalmente, a passagem de suprimento de gás catódico 33 é uma passagem de oxidante para suprir o gás catódico para a pilha de célula de combustível 1 e a passagem de descarga de gás catódico 39 é uma passagem para introduzir o gás efluente catódico descarregado a partir da pilha de célula de combustível 1 no combustor de exaustão 40.

[031] O sistema de suprimento de combustível 2 é um dispositivo de suprimento de gás configurado para suprir o gás anódico para a pilha de célula de combustível 1. O sistema de suprimento de combustível 2 inclui um tanque de combustível 20, uma bomba 21, a passagem de suprimento de gás anódico 22, uma válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23, um evaporador 24, um trocador de calor 25 e o reformador 26.

[032] O tanque de combustível 20 armazena combustível que contém líquido. Por exemplo, o combustível de reformação formado a partir do líquido obtido por meio da mistura de etanol e água é armazenado no tanque de combustível 20.

[033] A bomba 21 aspira o combustível de reformação e supre o combustível de reformação em uma pressão fixa para o sistema de suprimento de combustível 2. A bomba 21 e a pilha de célula de combustível 1 são conectadas pela passagem de suprimento de gás anódico 22. A válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23, o evaporador 24, o trocador de calor 25 e o reformador 26 são dispostos na passagem de suprimento de gás anódico 22.

[034] A válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 faz com que o evaporador 24 injete o combustível de reformação a partir de um bocal de injeção não ilustrado por meio do suprimento do combustível de reformação suprido a partir da bomba 21 para o bocal de injeção.

[035] O evaporador 24 vaporiza o combustível de reformação, utilizando calor do gás descarregado a partir do combustor de exaustão 40.

[036] O trocador de calor 25 tem calor suprido para o mesmo a partir do combustor de exaustão 40 e aquece adicionalmente o combustível de reformação vaporizado para a reformação no reformador 26.

[037] O reformador 26 reforma o combustível de reformação eletrodo anódico em gás anódico que contém hidrogênio por meio de uma reação catalítica e supre o gás anódico para o eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1. No reformador 26 da presente modalidade, a reformação a vapor é realizada para reformar o combustível com o uso de vapor. Para realizar a reformação a vapor, pelo menos 2 moles de vapor (S) são necessários para 1 mol de carbono (C) contido no combustível de reformação. Em tal situação em que o vapor necessário para a reformação a vapor está ausente, a reformação por oxidação parcial é realizada enquanto o combustível é queimado com o uso de ar em vez de vapor no reformador 26.

[038] Um sensor de temperatura 61 é fornecido na passagem de suprimento de gás anódico 22 situada entre o reformador 26 e a pilha de célula de combustível 1.

[039] O sensor de temperatura 61 detecta uma temperatura do gás anódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1. Uma válvula de detecção do sensor de temperatura 61 é mencionado como um “temperatura de entrada de ânodo” abaixo. A temperatura de entrada de ânodo detectada pelo sensor de temperatura 61 é emitida para a unidade de controle 6.

[040] O sistema de suprimento de oxidante 3 é um dispositivo de suprimento de gás configurado para suprir o gás catódico para a pilha de célula de combustível 1.

[041] O sistema de suprimento de oxidante 3 inclui um filtro 30, uma passagem de admissão de ar 31, um compressor 32, a passagem de suprimento de gás catódico 33, uma válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34, um dispositivo de aquecimento 35, uma passagem de ar de controle de temperatura de reformação 311 e uma válvula de controle de ar de combustor 312. Adicionalmente, o sistema de suprimento de oxidante 3 inclui uma passagem de reformação por oxidação 331 e uma válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341.

[042] O filtro 30 remove matéria estranha no ar externo e introduz o ar externo resultante no sistema de célula de combustível 10.

[043] A passagem de admissão de ar 31 é uma passagem para passar o ar que tem a matéria estranha removida do mesmo pelo filtro 30 até o compressor 32. Uma extremidade da passagem de admissão de ar 31 é conectada ao filtro 30 e a outra extremidade é conectada a uma porta de sucção do compressor 32.

[044] O compressor 32 é um atuador para suprir o gás catódico para a pilha de célula de combustível 1. Na presente modalidade, o compressor 32 toma o ar externo através do filtro 30 e supre o ar para a pilha de célula de combustível 1 e similares. Deve-se observar que, embora o compressor para alimentar o ar sob pressão seja usado na presente modalidade como o atuador para suprir o gás catódico para a pilha de célula de combustível 1, o atuador tem que ser apenas um dispositivo com capacidade para suprir o gás catódico para a pilha de célula de combustível 1 e pode ser um soprador de ar, uma bomba ou um outro atuador.

[045] A válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34 é uma válvula de controle para controlar uma taxa de fluxo do gás catódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1. Por exemplo, a válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34 é constituída por uma válvula eletromagnética. Um grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34 pode ser alterado de uma maneira gradual e é controlada pela unidade de controle 6.

[046] O dispositivo de aquecimento 35 é um dispositivo para aquecer o gás catódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1 de modo que uma temperatura do gás catódico seja adequada para a geração de potência da pilha de célula de combustível 1. Por exemplo, o dispositivo de aquecimento 35 é realizado por um trocador de calor para trocar calor entre o gás suprido para o catodo da pilha de célula de combustível 1 e o gás descarregado a partir da pilha de célula de combustível 1, um combustor para aquecer o gás suprido por meio da queima do gás combustível, um combustor para aquecer o gás suprido com o uso do calor de uma reação catalítica ou similares.

[047] Uma passagem de suprimento de ar de combustor 332 é uma passagem para suprir ar para o combustor de exaustão 40 enquanto que desvia da pilha de célula de combustível 1. A passagem de suprimento de ar de combustor 332 é uma passagem de desvio ramificada a partir da passagem de suprimento de gás catódico 33 e conectada ao combustor de exaustão 40. Deve-se observar que, embora a passagem de suprimento de ar de combustor 332 seja conectada ao combustor de exaustão 40 na presente modalidade, essa passagem pode unir a passagem de descarga de gás catódico 39.

[048] Uma válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 é uma válvula de controle para controlar uma taxa de fluxo de ar a ser suprido para o combustor de exaustão 40. Um grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 é controlado pela unidade de controle 6. O combustor de exaustão 40 aquece por meio da queima do gás combustível e, assim, exige oxigênio. O oxigênio no gás efluente catódico pode estar ausente durante uma operação de inicialização e uma operação de geração de potência do sistema de célula de combustível 10. Uma vez que é difícil queimar de modo suficiente o gás efluente anódico em tal caso, o gás de promoção de combustão (oxigênio) é suprido para o combustor de exaustão 40 por meio da abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342. Dessa maneira, o gás não queimado no gás efluente anódico pode ser confiavelmente queimado no combustor de exaustão 40 durante a operação de inicialização e a operação de geração de potência do sistema de célula de combustível 10.

[049] A passagem de reformação por oxidação 331 é uma passagem de ar fornecida para suplementar ar como uma alternativa para o vapor para o reformador 26, como quando o vapor necessário para uma reação de reformação por vapor no reformador 26 está ausente. A passagem de reformação por oxidação 331 é uma passagem de ramificação ramificada a partir da passagem de suprimento de gás catódico 33 e que une uma parte da passagem de suprimento de gás anódico 22 a montante do reformador 26. Na presente modalidade, uma extremidade da passagem de reformação por oxidação 331 é conectada entre o compressor 32 e a válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34 e a outra extremidade é conectada à passagem de suprimento de gás anódico 22 situada entre o evaporador 24 e o trocador de calor 25.

[050] A válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341 é uma válvula de controle para suprir, para a passagem de suprimento de gás anódico 22, todo ou parte do ar descarregado a partir do compressor 32 para a passagem de suprimento de gás catódico 33. Na presente modalidade, a válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341 supre o ar como uma alternativa para o vapor necessário para a reformação no reformador 26 para a passagem de suprimento de gás anódico 22. A válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341 é, por exemplo, constituída por uma válvula eletromagnética. Um grau de abertura da válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341 pode ser alterado de uma maneira gradual e é controlado pela unidade de controle 6.

[051] O sistema de exaustão 4 inclui a passagem de descarga de gás anódico 29, a passagem de descarga de gás catódico 39, o combustor de exaustão 40 e uma passagem de exaustão 41.

[052] Um sensor de temperatura 62 é fornecido na passagem de descarga de gás anódico 29 situada entre a pilha de célula de combustível 1 e o combustor de exaustão 40. O sensor de temperatura 62 detecta uma temperatura do gás efluente anódico descarregado a partir da pilha de célula de combustível 1. Uma válvula de detecção do sensor de temperatura 62 é mencionado como um “temperatura de saída de ânodo” abaixo. A temperatura de saída de ânodo detectada pelo sensor de temperatura 62 é emitida para a unidade de controle 6.

[053] O combustor de exaustão 40 gera gás descarregado que contém principalmente dióxido de carbono e água por meio da mistura do gás efluente anódico e do gás efluente catódico e queima de maneira catalítica esse gás de mistura, e transfere calor através da combustão catalítica para o trocador de calor 25. O combustor de exaustão 40 descarrega gás pós-combustão gerado após a combustão para a passagem de exaustão 41.

[054] A passagem de exaustão 41 é uma passagem para descarregar o gás pós-combustão a partir do combustor de exaustão 40 para o ar externo. A passagem de exaustão 41 passa através do evaporador 24 e é conectada a um silencioso não ilustrado. Dessa maneira, o evaporador 24 é aquecido pelo gás pós-combustão a partir do combustor de exaustão 40.

[055] Um sensor de temperatura 63 é fornecido na passagem de exaustão 41 situada entre o combustor de exaustão 40 e o evaporador 24. O sensor de temperatura 63 detecta uma temperatura do gás descarregado (gás pós-combustão) a partir do combustor de exaustão 40. Uma válvula de detecção do sensor de temperatura 63 é mencionada como uma “temperatura de saída de combustor” abaixo. A temperatura de saída de combustor detectada pelo sensor de temperatura 63 é emitida para a unidade de controle 6.

[056] O sistema de suprimento de potência 5 é um dispositivo de suprimento de potência conectado entre a pilha de célula de combustível 1 e o dispositivo de carga 90 e configurado para possibilitar que a potência seja suprida a partir da pilha de célula de combustível 1 para o dispositivo de carga 90 por meio do aumento de uma tensão da pilha de célula de combustível 1 em relação a uma tensão do dispositivo de carga 90, de modo que a pilha de célula de combustível 1 possa suprir uma corrente. O sistema de suprimento de potência 5 inclui um sensor de tensão 50 e um conversor de CC/CC 51.

[057] O sensor de tensão 50 é conectado entre um terminal de eletrodo positivo e um terminal de eletrodo negativo da pilha de célula de combustível 1. O sensor de tensão 50 detecta uma tensão gerada na pilha de célula de combustível 1. Uma válvula de detecção do sensor de tensão 50 é mencionada como “tensão de pilha” abaixo. A tensão de pilha detectada pelo sensor de tensão 50 é emitida para a unidade de controle 6.

[058] O conversor de CC/CC 51 é um controlador de potência para extrair a potência gerada a partir da pilha de célula de combustível 1. O conversor de CC/CC 51 é conectado em paralelo com a pilha de célula de combustível 1, e supre a potência gerada para o dispositivo de carga 90 em um lado secundário mediante o aumento de uma tensão de saída da pilha de célula de combustível 1 em lado primário. Por exemplo, o conversor de CC/CC 51 aumenta uma tensão de várias dezenas de saída V a partir da pilha de célula de combustível 1 a um nível de tensão de várias centenas de V, de modo que a potência seja suprida para o dispositivo de carga 90.

[059] O dispositivo de carga 90 é uma carga elétrica a ser conectada ao sistema de célula de combustível 10 e é, por exemplo, um componente elétrico instalado no veículo. O dispositivo de carga 90 inclui um motor de acionamento 91 e uma bateria 92.

[060] O motor de acionamento 91 é conectado a cada um dentre a bateria 92 e o conversor de CC/CC 51 através de um inversor não instalado. O motor de acionamento 91 é uma fonte de alimentação para acionar o veículo. Adicionalmente, o motor de acionamento 91 pode gerar potência regenerativa com o uso de uma força de frenagem necessária no caso de frenagem do veículo e carregamento dessa potência regenerativa na bateria 92.

[061] A bateria 92 é uma fonte de suprimento de potência para suprir potência armazenada para o motor de acionamento 91. Na presente modalidade, a bateria 92 é uma fonte de suprimento de potência principal e a pilha de célula de combustível 1 é principalmente usada para carregar a bateria 92 quando uma quantidade de carga da bateria 92 se torna baixa. Adicionalmente, a potência da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprida para o motor de acionamento 91.

[062] A unidade de controle 6 é constituída por um circuito eletrônico de propósito geral, que inclui um microcomputador, um microprocessador e uma CPU, e dispositivos periféricos e realiza um processo para controlar o sistema de célula de combustível 10 por meio da execução de um programa específico.

[063] A unidade de controle 6 recebe sinais emitidos a partir de diversos sensores, como o sensor de tensão 50 e o sensor de temperaturas 61 a 63 e controla um estado operacional de cada um dentre o sistema de suprimento de combustível 2, o sistema de suprimento de oxidante 3, o sistema de exaustão 4 e o sistema de suprimento de potência 5 de acordo com esses sinais.

[064] Adicionalmente, uma unidade de operação 101 configurada para emitir um sinal de comando de inicialização ou um sinal de comando de parada para o sistema de célula de combustível 10 é conectada à unidade de controle 6. A unidade de operação 101 inclui uma chave EV, emite um sinal de comando de inicialização para a unidade de controle 6 quando a chave EV é ligada por um ocupante e emite um sinal de comando de parada para a unidade de controle 6 quando a chave EV é desligada.

[065] A unidade de controle 6 realiza uma operação de inicialização para iniciar o sistema de célula de combustível 10 mediante o recebimento do sinal de comando de inicialização a partir da unidade de operação 101 e realiza uma operação de geração de potência para controlar a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 de acordo com um estado operacional do dispositivo de carga 90. Deve-se observar que o sistema de célula de combustível 10 pode realizar a operação de inicialização quando a quantidade de carga da bateria 92 diminui para ou abaixo de um valor predeterminado no qual a bateria 92 precisa ser carregada.

[066] Na operação de geração de potência, a unidade de controle 6 obtém a potência necessária da pilha de célula de combustível 1 de acordo com o estado operacional do dispositivo de carga 90 e supre o gás catódico e o gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 em taxas de fluxo necessárias para a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 com base na potência necessária. Então, a unidade de controle 6 realiza o controle de comutação no conversor de CC/CC 51 para suprir potência emitida a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90.

[067] Especificamente, a unidade de controle 6 controla uma quantidade de geração de potência da pilha de célula de combustível 1 por meio do controle das taxas de fluxo do gás catódico e do gás anódico a serem supridos para a pilha de célula de combustível 1 com base na potência necessária da pilha de célula de combustível 1. Por exemplo, a potência necessária da pilha de célula de combustível 1 aumenta à medida que um pedal de acelerador é mais pressionado. Dessa forma, as taxas de fluxo do gás catódico e do gás anódico a serem supridos para a pilha de célula de combustível 1 aumentam à medida que o pedal de acelerador é mais pressionado.

[068] Adicionalmente, em um estado de sistema em que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido com a chave EV definida como ligada, a unidade de controle 6 realiza uma operação autônoma para suprimir a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 e manter as células de combustível em um estado adequado para a geração de potência. O estado de sistema em que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido é mencionado como um “estado parado inativo (IS)” e a operação autônoma é mencionada como uma “operação IS” abaixo.

[069] Quando a potência necessária da pilha de célula de combustível 1 alcança um valor predeterminado, por exemplo, se torna zero, o estado operacional do sistema de célula de combustível 10 transita a partir da operação de geração de potência para a operação IS e a unidade de controle 6 interrompe o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 por meio do controle do conversor de CC/CC 51.

[070] Deve-se observar que a potência gerada pela pilha de célula de combustível 1 pode ser suprida para uma máquina auxiliar como uma máquina complementar para fazer com que a pilha de célula de combustível 1 gere potência ou o suprimento de potência a partir da pilha de célula de combustível 1 para a máquina auxiliar possa ser interrompido durante a operação IS. O compressor 32 é um exemplo da máquina auxiliar do sistema de célula de combustível 10.

[071] Em tal sistema para suprir potência a partir da pilha de célula de combustível 1 para a máquina auxiliar durante a operação IS, o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido, por exemplo, quando a potência necessária da pilha de célula de combustível 1 cai para ou fica abaixo de um valor de potência necessária para acionar a máquina auxiliar ou um valor realmente medido.

[072] Adicionalmente, mediante o recebimento de um sinal de comando de parada a partir da unidade de operação 101, a unidade de controle 6 realiza uma operação de parada para parar a operação do sistema de célula de combustível 10.

[073] As Figuras 2 são diagramas que mostram padrões de suprimento de potência para o dispositivo de carga 90 no sistema de célula de combustível 10 quando a chave EV está ligada.

[074] A Figura 2A é um diagrama conceitual que mostra um estado em que o motor de acionamento 91 está em um estado parado e a potência é suprida a partir do sistema de célula de combustível 10 para a bateria 92. O estado mostrado na Figura 2A possivelmente ocorre quando o veículo está em um estado parado e a quantidade de carga da bateria 92 é pequena.

[075] A Figura 2B é um diagrama conceitual que mostra um estado em que o motor de acionamento 91 está em um estado de funcionamento de potência e a potência é suprida tanto a partir do sistema de célula de combustível 10 como da bateria 92 para o motor de acionamento 91. O estado mostrado na Figura 2B possivelmente ocorre quando o veículo está em um estado de aceleração e acionado em um estado em que uma carga (saída) do motor de acionamento 91 é alta.

[076] A Figura 2C é um diagrama conceitual que mostra um estado em que o motor de acionamento 91 está no estado de funcionamento de potência ou um estado regenerativo e o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 tanto para o motor de acionamento 91 como para a bateria 92 é interrompido. O estado mostrado na Figura 2C possivelmente ocorre quando o motor de acionamento 91 está em um estado de ser acionado em uma carga baixa ou média durante o deslocamento do veículo e quando a bateria 92 é completamente carregada. Adicionalmente, esse estado possivelmente também ocorre quando o veículo está em um estado de desaceleração e a bateria 92 tem uma capacidade marginal para ser carregada com a potência regenerativa do motor de acionamento 91.

[077] A Figura 2D é um diagrama conceitual que mostra um estado em que o motor de acionamento 91 está no estado parado e a bateria 92 está completamente carregada. O estado mostrado na Figura 2D possivelmente ocorre quando o veículo está no estado parado e a bateria 92 está completamente carregada.

[078] Conforme já descrito, dentre os estados mostrados nas Figuras 2A a 2D, os estados mostrados nas Figuras 2C e 2D, isto é, os estados de sistema em que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 tanto para o motor de acionamento 91 como para a bateria 92 é interrompido, são abrangidos pelo estado IS.

[079] Consequentemente, o sistema de célula de combustível 10 possivelmente entre no estado IS como quando a bateria 92 está completamente carregada por meio de uma operação de regeneração do motor de acionamento 91 durante o deslocamento do veículo ou quando a bateria 92 está completamente carregada e o veículo está andando ou parado. Em tais casos, a potência necessária da pilha de célula de combustível 1 a partir do dispositivo de carga 90 se torna zero e a operação IS é realizada.

[080] Durante a operação IS, o suprimento do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 é desejavelmente interrompido para suprimir o consumo de combustível desnecessário. No entanto, se o suprimento do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 for interrompido, o ar permeia a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico na pilha de célula de combustível 1 com a passagem do tempo. Em tal situação, ocorre uma reação de oxidação no eletrodo anódico devido ao oxigênio no ar de permeação e o desempenho de geração de potência do sistema de célula de combustível 10 é reduzido.

[081] Como uma medida contra isso, a unidade de controle 6 da presente modalidade interrompe o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 e continua o suprimento do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 quando é feita uma comutação a partir da operação de geração de potência para a operação IS. Uma vez que um influxo de ar a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 é suprimido durante a operação IS dessa maneira, a reação de oxidação que ocorre no eletrodo anódico pode ser suprimida.

[082] Em seguida, a operação do sistema de célula de combustível 10 na presente modalidade é especificamente descrita.

[083] A Figura 3 é um fluxograma que mostra um exemplo de procedimento de processamento em relação a um método de controle para o sistema de célula de combustível 10 na presente modalidade.

[084] Na etapa S910, a unidade de controle 6 controla a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 e realiza a operação de geração de potência para suprir a potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 com base na potência necessária da pilha de célula de combustível 1.

[085] Por exemplo, a unidade de controle 6 calcula um valor alvo de cada uma dentre a taxa de fluxo de gás catódico e a taxa de fluxo de gás anódico necessárias para a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 com base na potência exigida pelo dispositivo de carga 90, com o uso de uma fórmula de cálculo ou mapa determinado previamente.

[086] Então, a unidade de controle 6 aciona o compressor 32 e abre a válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34 com base no valor alvo da taxa de fluxo de gás catódico. Dessa maneira, o ar que serve como o gás catódico é aquecido pelo dispositivo de aquecimento 35 e suprido para o eletrodo catódico da pilha de célula de combustível 1 aquecida. Juntamente com isso, a unidade de controle 6 aciona a bomba 21 e abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 com base no valor alvo da taxa de fluxo de gás anódico. Dessa maneira, o combustível de reformação suprido a partir do tanque de combustível 20 é vaporizado pelo evaporador 24 e o combustível de reformação vaporizado é aquecido pelo trocador de calor 25. O combustível de reformação aquecido é reformado no gás anódico no reformador 26 e esse gás anódico é suprido para a pilha de célula de combustível 1.

[087] Na pilha de célula de combustível 1 que tem o gás anódico e o gás catódico supridos para a mesma, a potência é gerada por uma reação eletroquímica e suprida para o conversor de CC/CC 51, e o gás efluente anódico e o gás efluente catódico usados na reação eletroquímica são introduzidos no combustor de exaustão 40.

[088] Adicionalmente, a unidade de controle 6 controla os graus de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 e da válvula de controle de taxa de fluxo de combustível 231 com base na temperatura da pilha de célula de combustível 1 de modo que a pilha de célula de combustível 1 seja mantida em uma temperatura adequada para a geração de potência. Uma vez que isso faz com que a temperatura do gás anódico aumente devido ao calor de combustão gerado no combustor de exaustão 40, a pilha de célula de combustível 1 é aquecida. Adicionalmente, a unidade de controle 6 abre a válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341 em tal situação em que o vapor no gás combustível suprido para o reformador 26 está ausente. Uma vez que o ar é suprido a partir da válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341 para o reformador 26 dessa maneira, o combustível de reformação é reformado no gás anódico por meio de uma reação de oxidação parcial.

[089] Na etapa S920, a unidade de controle 6 decide se uma solicitação de operação IS foi recebida ou não a partir do dispositivo de carga 90. A solicitação de operação IS é emitida, por exemplo, quando a bateria 92 está completamente carregada. Especificamente, a solicitação de operação IS é emitida quando a potência exigida pelo dispositivo de carga 90 se torna zero. Se nenhuma solicitação de operação IS foi recebida, a unidade de controle 6 termina o procedimento de processamento do método de controle para o sistema de célula de combustível 10.

[090] Na etapa S921, mediante o recebimento da solicitação de operação IS, a unidade de controle 6 inicia a operação IS do sistema de célula de combustível 10 e interrompe o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 por meio do controle da operação do conversor de CC/CC 51.

[091] Na etapa S930, a unidade de controle 6 supre uma quantidade predeterminada do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 depois que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido.

[092] A quantidade predeterminada aqui mencionada é determinada para suprimir um influxo de oxigênio a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico na pilha de célula de combustível 1. Por exemplo, uma duração é determinada previamente em consideração de uma duração presumida da operação IS, e a quantidade predeterminada é definida para suprimir um influxo de oxigênio para o eletrodo anódico durante a duração determinada. Nesse caso, a unidade de controle 6 pode aumentar temporariamente uma taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 mais de uma quantidade predeterminada toda vez que a duração predeterminada decorre. Alternativamente, a unidade de controle 6 pode calcular uma quantidade de influxo de oxigênio para o eletrodo anódico com base em cada um dentre os valores alvo da taxa de fluxo de gás catódico e da taxa de fluxo de gás anódico e alterar a quantidade predeterminada com base na quantidade de influxo de oxigênio.

[093] Na etapa S929, a unidade de controle 6 decide se uma solicitação de retorno foi recebida ou não a partir do dispositivo de carga 90. A solicitação de retorno é emitida, por exemplo, quando a bateria 92 precisa ser carregada ou quando existe uma possibilidade de suprimento de potência insuficiente para o motor de acionamento 91. Especificamente, a solicitação de retorno é emitida quando a potência exigida pelo dispositivo de carga 90 se torna maior do que zero.

[094] A menos que a solicitação de retorno tenha sido recebida, a unidade de controle 6 retorna para a etapa S930 e realiza repetidamente o processamento da etapa S930 até que a solicitação de retorno seja recebida a partir do dispositivo de carga 90. Por outro lado, se a solicitação de retorno foi recebida, a unidade de controle 6 termina a operação IS e termina o procedimento de processamento do método de controle. Dessa forma, o estado operacional do sistema de célula de combustível 10 transita a partir da operação IS para a operação de geração de potência e a operação de geração de potência é realizada na etapa S910 no próximo ciclo de controle.

[095] Conforme já descrito, a unidade de controle 6 continua a suprir o gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 após a interrupção do suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 mediante a realização da operação IS do sistema de célula de combustível 10.

[096] Deve-se observar que, embora o processamento da etapa S930 seja realizado depois que o processamento da etapa S921 é realizado na presente modalidade, esses processamentos podem ser realizados simultaneamente ou o processamento da etapa S921 pode ser realizado depois que o processamento da etapa S930 é realizado.

[097] Adicionalmente, na presente modalidade, a unidade de controle 6 pode transitar para a operação de geração de potência após a queima do gás não queimado que permanece dentro do reformador 26 e no lado de ânodo da pilha de célula de combustível 1 no combustor de exaustão 40 após o processamento da etapa S929.

[098] Adicionalmente, o suprimento do gás catódico para a pilha de célula de combustível 1 pode ser continuado ou interrompido quando a operação IS do sistema de célula de combustível 10 é realizada. Especificamente, na presente modalidade, o gás anódico é passado através da pilha de célula de combustível 1 independentemente de um estado de suprimento do gás catódico para a pilha de célula de combustível 1. Deve-se observar que o ar é, de preferência, suprido através da passagem de suprimento de ar de combustor 332 de modo que o gás anódico que passa através da pilha de célula de combustível 1 possa ser adequadamente queimado no combustor de exaustão 40 no caso de interrupção do suprimento de o gás catódico.

[099] De acordo com a primeira modalidade, o sistema de célula de combustível 10 inclui o sistema de suprimento de combustível 2 e o sistema de suprimento de oxidante 3 configurados para suprir o gás anódico e o gás catódico para a pilha de célula de combustível 1. O método de controle para esse sistema de célula de combustível 10 inclui uma etapa de operação de geração de potência para realizar a operação de geração de potência para fazer com que a pilha de célula de combustível 1 gere potência com base em uma carga necessária da pilha de célula de combustível 1 e uma etapa de operação autônoma para realizar a operação IS (operação autônoma) para manter o estado da pilha de célula de combustível 1 mediante a supressão da geração de potência da pilha de célula de combustível 1 quando a carga diminui para ou abaixo de um valor predeterminado.

[0100] Quando a operação de geração de potência é realizada, o sistema de célula de combustível 10 controla a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 mediante o suprimento do gás anódico e do gás catódico para a pilha de célula de combustível 1 e supre potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90. Quando é feita uma comutação a partir da operação de geração de potência para a operação IS, o sistema de célula de combustível 10 interrompe o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 e supre o gás anódico para o eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1.

[0101] Mediante o suprimento do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 durante a operação IS dessa maneira, um influxo de oxigênio a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 e um refluxo de oxigênio a partir do combustor de exaustão 40 para o eletrodo anódico pode ser simultaneamente suprimido. Dessa forma, a reação de oxidação no eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 durante a operação IS é suprimida, pelo que uma redução em desempenho de geração de potência da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida.

[0102] Além disso, de acordo com a presente modalidade, o gás efluente anódico descarregado a partir da pilha de célula de combustível 1 pode ser queimado no combustor de exaustão 40 e a temperatura do combustor de exaustão 40 para aquecer a pilha de célula de combustível 1 pode ser mantida. Dessa forma, é possível reduzir um tempo necessário para aumentar a temperatura da pilha de célula de combustível 1 para uma temperatura de operação adequada para a geração de potência, quando é feito retorno a partir da operação IS para a operação de geração de potência. Especificamente, uma redução da capacidade de resposta na próxima geração de potência da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida.

[0103] Uma vez que a deterioração da pilha de célula de combustível 1 e uma redução da capacidade de resposta podem ser simultaneamente solucionadas por meio da passagem do gás anódico através do eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 durante a operação IS, conforme já descrito, uma redução em desempenho de geração de potência da pilha de célula de combustível 1 durante a operação IS pode ser suprimida.

[0104] Adicionalmente, de acordo com a presente modalidade, a unidade de controle 6 faz com que o gás não queimado descarregado a partir do eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 para o combustor de exaustão 40 seja queimado, por exemplo, quando é feito retorno para a operação de geração de potência, a operação de interrupção ou similares em um estado em que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido. Dessa maneira, é possível reduzir uma quantidade de descarga do gás não queimado descarregado a partir do sistema de célula de combustível 10 para atmosfera, quando é feito retorno a partir da operação IS.

(Segunda Modalidade)

[0105] A Figura 4 é um fluxograma que mostra um exemplo de procedimento de processamento em relação a um método de controle para um sistema de célula de combustível 10 em uma segunda modalidade da presente invenção.

[0106] O sistema de célula de combustível 10 da presente modalidade tem a mesma configuração que o sistema de célula de combustível 10 mostrado na Figura 1. Os mesmos componentes que aqueles do sistema de célula de combustível 10 mostrado na Figura 1 são denominados pelo mesmos símbolos de referência e não são descritos em detalhes abaixo.

[0107] O método de controle da presente modalidade inclui as etapas S931 a S933 em vez da etapa S930 mostrada na Figura 3. Aqui, apenas um processamento de cada uma dentre as etapas S931, S932 e S933 é descrito em detalhe.

[0108] Quando suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para um dispositivo de carga 90 é interrompido na etapa S921, é feito avanço para o processamento da etapa S931.

[0109] Na etapa S931, uma unidade de controle 6 interrompe o suprimento de gás anódico para uma pilha de célula de combustível 1 para suprimir o consumo de combustível. Na presente modalidade, a unidade de controle fecha uma válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 para interromper o suprimento do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1.

[0110] Na etapa S932, a unidade de controle 6 decide, de acordo com um estado da pilha de célula de combustível 1, se o desempenho de geração de potência da pilha de célula de combustível 1 será reduzido ou não. Os exemplos de um parâmetro que indica o estado da pilha de célula de combustível 1 incluem uma temperatura da pilha de célula de combustível 1 e uma quantidade de influxo de oxigênio para um eletrodo anódico.

[0111] Na presente modalidade, a unidade de controle 6 obtém uma tensão de pilha a partir de um sensor de tensão 50 e decide se a tensão de pilha diminui abaixo de um valor de limiar de supressão de oxidação Vth ou não. À medida que a quantidade de vazamento de oxigênio a partir de um eletrodo catódico para o eletrodo anódico na pilha de célula de combustível 1 aumenta, uma concentração de hidrogênio no gás anódico diminui e uma tensão de saída da pilha de célula de combustível 1 diminui. Mediante o uso de tal propriedade, uma quantidade de influxo de oxigênio a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico pode ser aproveitada.

[0112] Conforme já descrito, o valor de limiar de supressão de oxidação Vth é um valor de tensão que indica que a concentração de hidrogênio diminui e o eletrodo anódico é deteriorado devido a um aumento de concentração de oxigênio no eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1. Especificamente, o valor de limiar de supressão de oxidação Vth é um valor de tensão predeterminado que indica uma redução em concentração de gás combustível do eletrodo anódico na pilha de célula de combustível 1. O valor de limiar de supressão de oxidação Vth é definido em uma válvula de tensão dentro de uma faixa em que o desempenho de geração de potência da pilha de célula de combustível 1 não é reduzido, por exemplo, através de dados experimentais, simulação ou similares.

[0113] A unidade de controle 6 determina que uma reação de oxidação do eletrodo anódico não foi avançada e prossegue para o processamento da etapa S929, se a tensão de pilha for igual a ou maior do que o valor de limiar de supressão de oxidação Vth.

[0114] Na etapa S933, a unidade de controle 6 aumenta uma quantidade de suprimento de gás anódico mediante o suprimento do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 se a tensão de pilha foi menor do que o valor de limiar de supressão de oxidação Vth.

[0115] Na presente modalidade, a unidade de controle 6 abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 de modo que o gás anódico flua para a pilha de célula de combustível 1. Uma vez que o oxigênio que vaza para o eletrodo anódico pode ser empurrado para fora dessa maneira, a tensão de pilha pode ser aumentada.

[0116] Se a tensão de pilha aumenta para um valor alvo predeterminado maior do que o valor de limiar de supressão de oxidação Vth, a unidade de controle 6 fecha a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23. Dessa maneira, o consumo de combustível no sistema de célula de combustível 10 pode ser suprimido. Deve-se observar que, embora a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 seja fechada quando a tensão de pilha aumenta para o valor alvo na presente modalidade, a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 pode ser fechada quando um tempo decorrido a partir do início do suprimento de gás anódico se torna um período predeterminado.

[0117] Se uma solicitação de retorno não tiver sido ainda recebida a partir do dispositivo de carga 90 na etapa S929, é feito retorno para o processamento da etapa S932 e o gás anódico é suprido para a pilha de célula de combustível 1 se a tensão de pilha for menor do que o valor de limiar de supressão de oxidação Vth. Especificamente, a unidade de controle 6 supre de modo intermitente o gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 durante a operação IS.

[0118] Se a solicitação de retorno tiver sido recebida na etapa S929, o suprimento intermitente do gás anódico é interrompido e a operação IS é terminada.

[0119] De acordo com a segunda modalidade, a unidade de controle 6 aumenta a quantidade do gás anódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1 quando o período predeterminado é decorrido depois que o suprimento do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 é interrompido. Dessa maneira, a oxidação do eletrodo anódico na pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida enquanto o consumo de combustível é suprimido.

[0120] Na presente modalidade, a unidade de controle 6 controla uma taxa de fluxo do gás anódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1 com base na tensão de pilha (tensão da pilha de célula de combustível 1) quando o suprimento de potência para o dispositivo de carga 90 é interrompido. Dessa maneira, o gás anódico é precisamente suprido para a pilha de célula de combustível 1 em comparação com uma configuração para aumentar uma taxa de fluxo de suprimento de gás anódico de acordo com uma duração. Dessa forma, a oxidação do eletrodo anódico pode ser adequadamente suprimida enquanto que o consumo de combustível é suprimido.

[0121] Adicionalmente, de acordo com a presente modalidade, a unidade de controle 6 aumenta a taxa de fluxo de gás combustível a ser suprido para o eletrodo anódico quando a tensão de pilha diminui abaixo do valor de tensão predeterminado (valor de limiar de supressão de oxidação) Vth que indica uma redução da concentração de gás combustível no eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1. O valor de tensão predeterminado Vth aqui mencionado é um valor de tensão que indica que a concentração de hidrogênio diminui e o ânodo é deteriorado devido a um aumento em concentração de oxigênio do eletrodo anódico na pilha de célula de combustível 1.

[0122] Através do suprimento ou aumento do gás combustível para o eletrodo anódico de acordo com a tensão de pilha dessa maneira, o gás combustível é suprido para o eletrodo anódico a partir da válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 por meio de um reformador 26 quando a concentração de gás combustível no eletrodo anódico diminui. Portanto, a oxidação do eletrodo anódico pode ser suprimida enquanto a injeção de combustível desnecessária é suprimida.

(Terceira Modalidade)

[0123] A Figura 5 é um fluxograma que mostra um exemplo de procedimento de processamento em relação a um método de controle para um sistema de célula de combustível 10 em uma terceira modalidade da presente invenção.

[0124] O método de controle da presente modalidade inclui etapas S922, S923 e S940 adicionalmente a cada processamento do método de controle mostrado na Figura 4 e inclui a etapa S930a em vez da etapa S931. Aqui, apenas um processamento de cada uma dentre as etapas S922, S923, S930a e S940 é descrito em detalhe.

[0125] Na etapa S922, uma unidade de controle 6 interrompe o suprimento de gás catódico para uma pilha de célula de combustível 1 em um estado em que o suprimento de potência a partir de um sistema de célula de combustível 10 para um dispositivo de carga 90 é interrompido. Na presente modalidade, a unidade de controle 6 fecha uma válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34 quando o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido. Uma vez que a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 é interrompida dessa maneira, o consumo de gás anódico desnecessário pode ser reduzido por meio da supressão da geração de potência desnecessária.

[0126] Adicionalmente, uma vez que uma pressão em um eletrodo catódico na pilha de célula de combustível 1 diminui por meio da interrupção do suprimento de ar para o eletrodo catódico, um influxo de oxigênio a partir do eletrodo catódico para um eletrodo anódico pode ser suprimido. Adicionalmente a isso, uma vez que o calor no interior da pilha de célula de combustível 1 não é descarregado para fora pelo ar, uma redução de temperatura da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida.

[0127] Na etapa S923, a unidade de controle 6 supre ar para um combustor de exaustão 40 dentro de uma faixa de modo que uma temperatura do combustor de exaustão 40 não diminua excessivamente abaixo de uma temperatura de operação adequada para queimar depois que o suprimento do gás catódico para a pilha de célula de combustível 1 é interrompido. Na presente modalidade, a unidade de controle 6 continua a acionar um compressor 32 e abre uma válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 em uma passagem de suprimento de ar de combustor 332. Um grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 é definido de modo que uma taxa de fluxo de ar para o combustor de exaustão 40 se torne uma taxa de fluxo necessária para queimar gás efluente anódico a partir da pilha de célula de combustível 1.

[0128] Por meio do suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 dessa maneira, o gás não queimado descarregado a partir do eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 pode ser queimado no combustor de exaustão 40 e a descarga do gás não queimado a partir do sistema de célula de combustível 10 para atmosfera pode ser suprimida. Adicionalmente, a temperatura de combustível de reformação aumenta por meio da combustão do gás não queimado no combustor de exaustão 40 e, consequentemente, a temperatura de o gás anódico aumenta à medida que o combustível de reformação é reformado no gás anódico. Dessa forma, uma redução de temperatura da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida.

[0129] Na etapa S930a, a unidade de controle 6 supre uma pequena quantidade do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1. Na presente modalidade, a unidade de controle 6 abre uma válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 de modo que uma taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 se torne menor do que uma taxa de fluxo durante uma operação de geração de potência.

[0130] Ao fazer com que uma pequena quantidade do gás anódico flua para o eletrodo anódico dessa maneira, um influxo de oxigênio para o eletrodo anódico é suprimido e um tempo necessário para uma tensão de pilha diminuir para um valor de limiar de supressão de oxidação Vth se torna mais longo. Dessa forma, uma chance de aumentar a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico pode ser reduzida. Portanto, a economia de combustível pode ser aperfeiçoada enquanto que a oxidação do eletrodo anódico é suprimida.

[0131] Na etapa S940, a unidade de controle 6 realiza um processo de garantia de capacidade de resposta de pilha para garantir a capacidade de resposta na próxima geração de potência na pilha de célula de combustível 1 se a tensão de pilha for igual a ou maior do que o valor de limiar de supressão de oxidação Vth. Deve-se observar que o processo de garantia de capacidade de resposta de pilha é descrito em detalhes com referência à Figura 6.

[0132] Quando o processo de garantia de capacidade de resposta de pilha é terminado na etapa S940, a presença ou ausência de uma solicitação de retorno é confirmada, é feito retorno para o processamento da etapa S923 e uma operação IS é continuada, se a solicitação de retorno não tiver sido emitida ainda, e a operação IS é terminada quando a solicitação de retorno é emitida.

[0133] A Figura 6 é um fluxograma que mostra um exemplo de procedimento de processamento em relação ao processo de garantia de capacidade de resposta de pilha realizado na etapa S940.

[0134] Na etapa S941, a unidade de controle 6 decide se uma temperatura da pilha de célula de combustível 1 é menor do que um valor de limiar de temperatura Tth ou não. Uma temperatura de entrada de ânodo detectada por um sensor de temperatura 61, uma temperatura de saída de ânodo detectada por um sensor de temperatura 62 e similares pode ser, por exemplo, usada como a temperatura da pilha de célula de combustível 1. Alternativamente, a pilha de célula de combustível 1 pode ser dotada de um sensor de temperatura e uma válvula de detecção desse sensor de temperatura pode ser usada. A temperatura da pilha de célula de combustível 1 é meramente mencionada como uma “temperatura de pilha” abaixo.

[0135] Na presente modalidade, a unidade de controle 6 obtém a temperatura de entrada de ânodo como a temperatura de pilha a partir do sensor de temperatura 61 e decide se a temperatura de pilha é menor do que o valor de limiar de temperatura Tth ou não. Com o uso da temperatura de entrada de ânodo como a temperatura de pilha, a quantidade de geração de calor do combustor de exaustão 40 pode ser especificada com exatidão. Adicionalmente, o valor de limiar de temperatura Tth é definido com base em uma característica de temperatura do desempenho de geração de potência da pilha de célula de combustível 1. Por exemplo, o valor de limiar de temperatura Tth é definido em cerca de 600°C.

[0136] Uma série de procedimentos de processamento para o processo de garantia de capacidade de resposta de pilha é terminada se a temperatura de pilha for igual a ou maior do que o valor de limiar de temperatura Tth.

[0137] Na etapa S942, a unidade de controle 6 aumenta uma taxa de fluxo de suprimento de ar e uma taxa de fluxo de suprimento de combustível para o combustor de exaustão 40 para aumentar uma quantidade de combustão do combustor de exaustão 40 se a temperatura de pilha diminuir abaixo do valor de limiar de temperatura Tth. Uma vez que a temperatura do combustor de exaustão 40 aumenta para aumentar a temperatura do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 dessa maneira, a temperatura de pilha se torna maior do que o valor de limiar de temperatura Tth e aumenta para uma temperatura de operação adequada para a geração de potência da pilha de célula de combustível 1.

[0138] Quando o processamento da etapa S942 é terminado, a unidade de controle 6 termina o processo de garantia de capacidade de resposta de pilha, retorna para o procedimento de processamento do método de controle mostrado na Figura 5 e prossegue para o processamento da etapa S929.

[0139] As Figuras 7 são diagramas de tempo que mostram uma técnica de controle para a operação IS na presente modalidade.

[0140] A Figura 7(a) é um gráfico que mostra uma alteração da temperatura de pilha. A Figura 7(b) é um gráfico que mostra uma alteração da tensão de pilha correlacionada com uma concentração de hidrogênio do eletrodo anódico. A Figura 7(c) é um gráfico que mostra uma alteração da taxa de fluxo de ar a ser suprido para o combustor de exaustão 40 pela válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342. A Figura 7(d) é um gráfico que mostra uma alteração da taxa de fluxo do gás anódico a ser suprido para o combustor de exaustão 40 através da pilha de célula de combustível 1 pela válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23. Um eixo geométrico horizontal de cada uma das Figuras 7(a) a 7(d) é um eixo geométrico de tempo comum.

[0141] No tempo t0, a unidade de controle 6 inicia a operação IS e interrompe o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 por meio do controle de um conversor de CC/CC 51, por exemplo, devido ao fato de que uma bateria 92 é completamente carregada e uma solicitação de operação IS foi emitida a partir do dispositivo de carga 90. Uma vez que nenhuma corrente flui a partir da pilha de célula de combustível 1 para o dispositivo de carga 90 dessa maneira, a tensão de pilha aumenta conforme mostrado na Figura 7(b).

[0142] Em um estado em que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido, a unidade de controle 6 abre ligeiramente a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 sem fechar totalmente essa válvula. Dessa maneira, conforme mostrado na Figura 7(d), uma quantidade do gás anódico menor do que a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico durante a operação de geração de potência flui para o eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1. Ao fazer com que o gás anódico flua para o eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1, um influxo de oxigênio a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico é suprimido, pelo qual a oxidação do eletrodo anódico pode ser suprimida.

[0143] Adicionalmente, a unidade de controle 6 fecha a válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34 quando o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido. Uma vez que o suprimento de o gás catódico para a pilha de célula de combustível 1 é interrompido dessa maneira, a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 é interrompida. Dessa forma, o consumo de combustível associado à geração de potência pode ser suprimido. Adicionalmente, uma vez que uma pressão no eletrodo catódico na pilha de célula de combustível 1 diminui, o influxo de oxigênio a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico pode ser adicionalmente suprimido.

[0144] Adicionalmente, a unidade de controle 6 abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 para suprir ar para o combustor de exaustão 40 enquanto que desvia a pilha de célula de combustível 1 mediante o fechamento da válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34. Dessa maneira, conforme mostrado na Figura 7(c), o ar é suprido para o combustor de exaustão 40. Dessa forma, o gás anódico descarregado para o combustor de exaustão 40 através da pilha de célula de combustível 1 pode ser adequadamente queimado. Por meio da queima do gás anódico, a temperatura do combustor de exaustão 40 aumenta e a temperatura da pequena quantidade do gás anódico aumenta, pelo qual uma redução de temperatura da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida.

[0145] Na Figura 7(c), a taxa de fluxo de suprimento de ar a partir da válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 para o combustor de exaustão 40 é maior do que uma taxa de fluxo necessária para queimar o gás efluente anódico. A razão para isso é que é necessário um certo tempo para o ar alcançar o combustor de exaustão 40 a partir da válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342, depois que a válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 é aberta, uma vez que a válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 foi fechada antes do tempo t0.

[0146] Dessa forma, a unidade de controle 6 abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 apenas durante um período específico, de modo que o ar flua em uma taxa de fluxo maior do que uma taxa de fluxo de ar Qai_c suficiente para queimar o gás anódico que passa através da pilha de célula de combustível 1 quando a operação IS é iniciada. Dessa maneira, a escassez de ar devido a um atraso no suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 imediatamente após o início da operação IS pode ser evitada.

[0147] Depois que a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 é reduzida para a taxa de fluxo necessária para a combustão, a concentração de hidrogênio diminui e a tensão de pilha diminui bastante devido a um aumento da concentração de oxigênio no eletrodo anódico, conforme mostrado na Figura 7(b). Isso é causado por um aumento na quantidade de ar que flui a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico.

[0148] No tempo t1, a unidade de controle 6 aumenta o grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 durante um período predeterminado para aumentar a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para a pilha de célula de combustível 1, uma vez que a tensão de pilha tem diminuído para o valor de limiar de supressão de oxidação Vth. Uma vez que o oxigênio presente no eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 é descarregado para o lado externo dessa maneira, a concentração de hidrogênio aumenta e a tensão de pilha aumenta conforme mostrado na Figura 7(b).

[0149] No tempo t2, a unidade de controle 6 aumenta o grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 para aumentar a quantidade de geração de calor do combustor de exaustão 40, uma vez que a temperatura de pilha tem diminuído para o valor de limiar de temperatura Tth, conforme mostrado na Figura 7(a). Dessa maneira, a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 é aumentada conforme mostrado na Figura 7(c).

[0150] No tempo t3, a unidade de controle 6 aumenta o grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 para aumentar a quantidade de geração de calor do combustor de exaustão 40. Dessa maneira, conforme mostrado na Figura 7(d), a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para o combustor de exaustão 40 aumenta adicionalmente mais do que a taxa de fluxo de suprimento aumentada no tempo t1.

[0151] Dessa forma, a temperatura do combustor de exaustão 40 aumenta, pela qual a temperatura do ânodo gás descarregado a partir do reformador 26 aumenta. Uma vez que o gás anódico aquecido flui na pilha de célula de combustível 1 juntamente com isso, a temperatura de pilha aumentar gradualmente conforme mostrado na Figura 7(a).

[0152] Uma vez que a temperatura de pilha aumenta para uma temperatura alvo Ts_t no tempo t4 conforme mostrado na Figura 7(a), a unidade de controle 6 retorna o grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 para um valor inicial após retornar o grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 para um valor inicial. Uma vez que uma temperatura adequada para a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 é garantida dessa maneira, a potência pode ser rapidamente suprida a partir da pilha de célula de combustível 1 para o dispositivo de carga 90 quando é feita uma comutação a partir da operação IS para a operação de geração de potência.

[0153] De modo similar, a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 é aumentada quando a tensão de pilha diminui para o valor de limiar de supressão de oxidação Vth no tempo t5. Depois que a tensão de pilha aumenta, a taxa de fluxo de suprimento de ar e a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para o combustor de exaustão 40 são aumentadas até o tempo t7 quando a temperatura de pilha diminui para o valor de limiar de temperatura Tth no tempo t6.

[0154] Deve-se observar que, embora seja ilustrado aqui um exemplo do aumento da taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 durante um período de aumento de temperatura de pilha a partir do tempo t3 ao tempo t4, a taxa de fluxo de suprimento de combustível a partir da válvula de controle de taxa de fluxo de combustível 231 para o combustor de exaustão 40 pode ser aumentada durante o período de aumento de temperatura de pilha.

[0155] Adicionalmente, embora seja ilustrado aqui um exemplo de definição da taxa de fluxo de suprimento de ar e da taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para o combustor de exaustão 40 para valores fixos durante o período de aumento de temperatura de pilha, não há limitação a esse exemplo. Uma outra técnica de controle para a taxa de fluxo de suprimento de ar e a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para o combustor de exaustão 40 durante o período de aumento de temperatura de pilha é descrita a seguir.

[0156] A Figura 8A é um diagrama de blocos que mostra um outro exemplo em relação à técnica de controle para aumentar a temperatura de pilha a partir do valor de limiar de temperatura Tth para a temperatura alvo Ts_t durante a operação IS.

[0157] A unidade de controle 6 inclui uma unidade de subtração 601, uma unidade de cálculo de temperatura de saída de combustor 602 e uma unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603.

[0158] A unidade de subtração 601 calcula uma diferença de temperatura ΔT mediante a subtração da temperatura de pilha detectada pelo sensor de temperatura 61 da temperatura de pilha alvo Ts_t se a temperatura de pilha estiver abaixo do valor de limiar de temperatura Tth na etapa S941 da Figura 6. A unidade de subtração 601 emite a diferença de temperatura calculada ΔT para a unidade de cálculo de temperatura de saída de combustor 602.

[0159] Um mapa de temperatura determinado previamente é registrado na unidade de cálculo de temperatura de saída de combustor 602. A unidade de cálculo de temperatura de saída de combustor 602 se refere ao mapa de temperatura e calcula um valor alvo da temperatura de saída de combustor associada à diferença de temperatura ΔT quando se obtém a diferença de temperatura ΔT a partir da unidade de subtração 601. A unidade de cálculo de temperatura de saída de combustor 602 emite o valor alvo como uma temperatura de saída alvo Tc para a unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603.

[0160] O mapa de temperatura anteriormente mencionado é de modo que o valor alvo da temperatura de saída de combustor aumente à medida que a diferença de temperatura ΔT aumenta, conforme mostrado no interior da unidade de cálculo de temperatura de saída de combustor 602. Adicionalmente, uma taxa de aumento do valor alvo se torna menor à medida que a diferença de temperatura ΔT aumenta. Dessa maneira, a temperatura da pilha de célula de combustível 1 pode ser rapidamente aumentada quando a diferença de temperatura ΔT é grande, e um aumento de temperatura em excesso da pilha de célula de combustível 1 pode ser evitado quando a diferença de temperatura ΔT é pequena.

[0161] A unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603 obtém a temperatura de saída alvo Tc a partir da unidade de cálculo de temperatura de saída de combustor 602 e define cada uma dentre uma taxa de fluxo de combustível alvo do combustível e uma taxa de fluxo de ar alvo do ar a ser suprido para o combustor de exaustão 40 com base na temperatura de saída alvo Tc, com o uso de uma tabela de taxa de fluxo determinada previamente. Na presente modalidade, a unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603 abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 de modo que a taxa de fluxo de suprimento de combustível para o combustor de exaustão 40 se torne a taxa de fluxo de combustível alvo e abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 de modo que a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 se torne a taxa de fluxo de ar alvo.

[0162] A Figura 8B é um diagrama conceitual que mostra um exemplo da tabela de taxa de fluxo registrada na unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603.

[0163] Conforme mostrado na Figura 8B, a taxa de fluxo de ar alvo e a taxa de fluxo de combustível alvo para o combustor de exaustão 40 são definidas para cada temperatura de saída alvo de combustor.

[0164] Uma taxa de fluxo de combustível alvo de combustor é definida em um valor necessário para alcançar a temperatura de saída alvo de combustor, e uma taxa de fluxo de ar alvo de combustor é definida de modo que uma razão (C/O2) entre uma quantidade molar de carbono (C) e uma quantidade molar de oxigênio (O2) se torne maior do que 1. Especificamente, a taxa de fluxo de ar alvo de combustor é definida de acordo com a taxa de fluxo de combustível alvo de combustor e definida em um valor em que o gás efluente anódico, que é o combustível a ser suprido para o combustor de exaustão 40, pode ser suficientemente queimado.

[0165] Em relação à temperatura de saída alvo de combustor, os valores de uma primeira temperatura de saída alvo Tc1, uma segunda temperatura de saída alvo Tc2 e uma terceira temperatura de saída alvo Tc3 se tornam maiores nessa ordem. Dessa forma, os valores de uma primeira taxa de fluxo de ar alvo Qai1, uma segunda taxa de fluxo de ar alvo Qai2 e uma terceira taxa de fluxo de ar alvo Qai3 se tornam maiores nessa ordem, em relação à taxa de fluxo de ar alvo de combustor, e os valores de uma primeira taxa de fluxo de combustível alvo Qfu1, uma segunda taxa de fluxo de combustível alvo Qfu2 e uma terceira taxa de fluxo de combustível alvo Qfu3 se tornam maiores nessa ordem, em relação à taxa de fluxo de combustível alvo de combustor.

[0166] Por exemplo, a primeira temperatura de saída alvo Tc1 é um valor alto da temperatura de saída do combustor de exaustão 40 definida pela unidade de cálculo de temperatura de saída de combustor 602 quando a temperatura de pilha diminui abaixo do valor de limiar de temperatura Tth. A taxa de fluxo de combustível alvo Qfu1 é uma taxa de fluxo de suprimento de combustível para o combustor de exaustão 40 necessária para alcançar a temperatura de saída alvo Tc1, e a taxa de fluxo de ar alvo Qai1 é uma taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 para possibilitar a combustão completa no combustor de exaustão 40 para a taxa de fluxo de combustível alvo Qfu1.

[0167] Consequentemente, a unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603 obtém a primeira temperatura de saída alvo Tc1 e calcula a primeira taxa de fluxo de combustível alvo Qfu1 e a primeira taxa de fluxo de ar alvo Qai1 associada à primeira temperatura de saída alvo Tc1 quando a temperatura de pilha diminui abaixo do valor de limiar de temperatura Tth. Então, a unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603 abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 de modo que a taxa de fluxo de suprimento de combustível para o combustor de exaustão 40 alcance a primeira taxa de fluxo de combustível alvo Qf1 e abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 de modo que a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 alcance a primeira taxa de fluxo de ar alvo Qai1.

[0168] Depois disso, a unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603 obtém a temperatura de saída de combustor a partir do sensor de temperatura 63, e calcula a segunda taxa de fluxo de combustível alvo Qfu2 e a segunda taxa de fluxo de ar alvo Qai2 associada à segunda temperatura de saída alvo Tc2, quando a temperatura de saída de combustor aumenta para a segunda temperatura de saída alvo Tc2. Então, a unidade de controle de taxa de fluxo de suprimento de combustor 603 abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 e a válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 com base na segunda taxa de fluxo de combustível alvo Qfu2 e segunda taxa de fluxo de ar alvo Qai2 calculadas.

[0169] Mediante o aumento da temperatura de saída do combustor de exaustão 40 para a temperatura de saída alvo Tc3 de uma maneira gradual dessa forma, a temperatura de pilha pode ser aumentada para a temperatura Ts_t adequada para a geração de potência.

[0170] De acordo com a terceira modalidade, a unidade de controle 6 interrompe o suprimento do gás catódico para a pilha de célula de combustível 1 quando o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para o dispositivo de carga 90 é interrompido na operação IS. Uma vez que a geração de potência da pilha de célula de combustível 1 é interrompida durante a operação IS dessa maneira, a economia de combustível pode ser aperfeiçoada. Adicionalmente, uma vez que o lado interno da pilha de célula de combustível 1 não é mais resfriado pelo ar para o gás catódico, uma redução de temperatura da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida. Adicionalmente, uma vez que uma pressão no lado de catodo da pilha de célula de combustível 1 diminui mediante a interrupção do suprimento do gás catódico para a pilha de célula de combustível 1 e, juntamente com isso, um influxo de oxigênio a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico é suprimido, a oxidação do eletrodo anódico pode ser suprimida.

[0171] Adicionalmente, de acordo com a presente modalidade, o sistema de célula de combustível 10 inclui adicionalmente o combustor de exaustão 40 para aquecer o gás anódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1 por meio da queima do gás descarregado a partir do eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1. A unidade de controle supre uma quantidade predeterminada do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 e supre ar para o combustor de exaustão 40 na operação IS.

[0172] Dessa maneira, o gás efluente anódico descarregado a partir da pilha de célula de combustível 1 pode ser queimado no combustor de exaustão 40 e a temperatura do combustor de exaustão 40 para aquecer a pilha de célula de combustível 1 pode ser mantida. Dessa forma, uma redução de temperatura da pilha de célula de combustível 1 durante a operação IS é suprimida, pelo qual um tempo necessária para aumentar a temperatura da pilha de célula de combustível 1 para a temperatura de operação adequada para a geração de potência, quando é feito retorno a partir da operação IS para a operação de geração de potência, pode ser reduzido. Especificamente, uma redução da capacidade de resposta na próxima geração de potência da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida.

[0173] Adicionalmente, de acordo com a presente modalidade, a unidade de controle 6 supre uma pequena quantidade do gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 na operação IS e aumenta a quantidade do gás anódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1 quando um período predeterminado é decorrido. Por meio do aumento de modo intermitente da taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 dessa maneira, a oxidação do eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida e uma redução de capacidade de resposta na próxima geração de potência pode ser suprimida.

[0174] Particularmente, de acordo com a presente modalidade, a unidade de controle 6 controla a taxa de fluxo do gás anódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1 de acordo com o estado da pilha de célula de combustível 1 quando o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 10 para a dispositivo de carga 90 é interrompido. Especificamente, conforme mostrado nas Figuras 7, a unidade de controle 6 aumenta a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico para o combustor de exaustão 40 quando a temperatura da pilha de célula de combustível 1 diminui abaixo do valor limiar predeterminado Tth para garantir a temperatura necessária para a geração de potência da pilha de célula de combustível 1. Dessa maneira, a temperatura da pilha de célula de combustível 1 pode ser adequadamente mantida.

[0175] Adicionalmente, de acordo com a presente modalidade, a unidade de controle 6 produz uma taxa de aumento da taxa de fluxo de suprimento de gás anódico maior e aumenta a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 quando a temperatura de pilha diminui durante a operação IS. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 7(d), a unidade de controle 6 produz a taxa de aumento da taxa de fluxo de suprimento de gás anódico no tempo t3 maior do que aquela quando a tensão de pilha diminui no tempo t1, e aumenta a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40.

[0176] Uma vez que a quantidade de geração de calor do combustor de exaustão 40 aumenta dessa maneira, a temperatura de pilha pode ser rapidamente aumentada. Adicionalmente, uma vez que a taxa de fluxo de suprimento de gás anódico aumenta, um influxo de oxigênio a partir do eletrodo catódico para o eletrodo anódico pode ser adicionalmente suprimido.

(Quarta Modalidade)

[0177] A Figura 9 é um fluxograma que mostra um exemplo de procedimento de processamento em relação a um processo de garantia de capacidade de resposta de pilha em uma quarta modalidade da presente invenção.

[0178] O processo de garantia de capacidade de resposta de pilha da presente modalidade inclui as etapas S951 a S955 adicionalmente às etapas S941 e S942 mostradas na Figura 6. Aqui, apenas um processamento de cada uma das etapas S951 a S955 é descrito.

[0179] Na etapa S951, uma unidade de controle 6 reduz uma taxa de fluxo de suprimento de ar para um combustor de exaustão 40 em uma quantidade predeterminada quando uma temperatura de pilha diminui abaixo de um valor de limiar de temperatura Tth. Na presente modalidade, a unidade de controle 6 reduz a taxa de fluxo de ar a ser suprido para o combustor de exaustão 40 mediante a redução de um grau de abertura de uma válvula de controle de taxa de fluxo de ar 342 por uma largura de passo determinada previamente.

[0180] Uma vez que o calor dentro do combustor de exaustão 40 é menos propenso a ser descarregado devido a uma taxa de fluxo reduzida de ar que flui no combustor de exaustão 40, a temperatura do combustor de exaustão 40 aumenta e a temperatura de gás anódico a ser suprido para a pilha de célula de combustível 1 aumenta. Especificamente, a temperatura de uma pilha de célula de combustível 1 pode ser aumentada.

[0181] Na etapa S952, a unidade de controle 6 decide se a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 alcançou ou não um valor de limite inferior Qth. O valor de limite inferior Qth mencionado aqui é uma taxa de fluxo de ar minimamente necessária para queimar gás efluente anódico suprido para o combustor de exaustão 40 ou a soma dessa taxa de fluxo de ar e uma margem levando-se em conta um erro e similares. Especificamente, o valor de limite inferior Qth é um valor para a limitação de modo que o gás não queimado não seja descarregado a partir do combustor de exaustão 40.

[0182] Então, a unidade de controle 6 decide se a temperatura de pilha alcançou ou não uma temperatura alvo Ts_t se a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 for maior do que o valor de limite inferior Qth. Quando a temperatura de pilha alcança a temperatura alvo Ts_t, o processo de garantia de capacidade de resposta de pilha é terminado. Por outro lado, se a temperatura de pilha foi menor do que a temperatura alvo Ts_t, a unidade de controle 6 retorna para o processamento da etapa S951 e reduz ainda mais a quantidade de ar a ser suprido para o combustor de exaustão 40 em uma quantidade predeterminada.

[0183] Na etapa S954, a unidade de controle 6 supre ar para um reformador 26 mediante a abertura de uma válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341, se a taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 for julgada como tendo alcançado o valor de limite inferior Qth na etapa S952. Dessa maneira, o ar é queimado no reformador 26 para realizar a reformação por oxidação parcial para reformar o gás anódico, de modo que a temperatura do gás anódico reformado aumenta. Dessa forma, a temperatura de pilha aumenta.

[0184] Na etapa S955, a unidade de controle 6 decide se a temperatura de pilha alcançou ou não a temperatura alvo Ts_t depois que o ar é suprido para o reformador 26. Quando a temperatura de pilha alcança a temperatura alvo Ts_t, o processo de garantia de capacidade de resposta de pilha é terminado. Por outro lado, se a temperatura de pilha for menor do que a temperatura alvo Ts_t, a unidade de controle 6 prossegue para o processamento da etapa S942 para aumentar uma taxa de fluxo de suprimento de ar e uma taxa de fluxo de suprimento de combustível para o combustor de exaustão 40 para aumentar a quantidade de geração de calor do combustor de exaustão 40.

[0185] Conforme já descrito acima, a temperatura de pilha é aumentada mediante a redução da taxa de fluxo de suprimento de ar para o combustor de exaustão 40 na etapa S952. Se a temperatura de pilha ainda não alcançar a temperatura alvo Ts_t, a reformação por oxidação parcial é realizada para aumentar a temperatura de pilha mediante o suprimento de ar para o reformador 26 na etapa S954.

[0186] Deve-se observar que, embora os processamentos das etapas S954 e S955 sejam realizados depois que os processamentos das etapas S951 a S953 são realizados na presente modalidade, não há limitação para isso. Os processamentos das etapas S951 a S953 e aqueles das etapas S954 e S955 podem ser simultaneamente realizados ou os processamentos das etapas S951 a S953 podem ser realizados depois que os processamentos das etapas S954 e S955 são realizados. Adicionalmente, os processamentos das etapas S951 a S953 e aqueles das etapas S954 e S955 podem ser realizados depois que o processamento da etapa S942 é realizado.

[0187] De acordo com a quarta modalidade, a taxa de fluxo de ar a ser suprido para o combustor de exaustão 40 é reduzida dentro de tal faixa em que o ar não está ausente no combustor de exaustão 40 se a temperatura de pilha diminuir durante a operação IS. Uma vez que o lado interno do combustor de exaustão 40 é menos propenso a ser resfriado pelo influxo de ar dessa maneira, a temperatura de pilha pode ser aumentada.

[0188] Adicionalmente, de acordo com a presente modalidade, um sistema de suprimento de oxidante 3 inclui o reformador 26 para gerar gás anódico mediante a reformação de gás combustível aquecido pelo combustor de exaustão 40 e a válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo (válvula de controle) 341 para suprir ar para o gás catódico para o reformador 26. Então, a unidade de controle 6 supre ar a partir da válvula de suprimento de ar de sistema de ânodo 341 para o reformador 26 quando a temperatura de pilha diminui durante a operação IS. Uma vez que a temperatura do gás anódico reformado por uma reação de reformação por oxidação parcial no reformador 26 aumenta e o gás anódico que tem uma alta temperatura é suprido na pilha de célula de combustível 1 dessa maneira, a temperatura de pilha pode ser aumentada.

(Quinta Modalidade)

[0189] A Figura 10 é um diagrama que mostra um exemplo da configuração de um sistema de célula de combustível 11 na quinta modalidade da presente invenção.

[0190] O sistema de célula de combustível 11 inclui um trocador de calor 351, um combustor de difusão 352 e um combustor catalítico 353 em vez do dispositivo de aquecimento 35 do sistema de célula de combustível 10 mostrado na Figura 1. Adicionalmente, o sistema de célula de combustível 11 inclui uma passagem de ramificação 333 para passar o ar a partir de um compressor 32 para o combustor catalítico 353 e passagens de ramificação 211, 212 e 213 para passar o gás combustível a partir de uma bomba 21 para cada um dentre um combustor de exaustão 40, o combustor de difusão 352 e o combustor catalítico 353. As válvulas de controle 343, 231, 232 e 233 são respectivamente fornecidas nas passagens de ramificação 333, 211, 212 e 213.

[0191] Adicionalmente, uma válvula de fechamento 28 é montada em uma passagem de descarga de gás anódico 29. A válvula de fechamento 28 é fechada depois que um controle de interrupção do sistema de célula de combustível 11 é terminada. Dessa maneira, um refluxo de gás efluente catódico e similares na passagem de descarga de gás anódico 29 é impedido para suprimir a deterioração de ânodo.

[0192] Uma válvula de alívio 36 é montada em uma passagem de suprimento de gás catódico 33. Se uma pressão em uma passagem de suprimento de gás catódico 33 exceder um certo valor, a passagem de suprimento de gás catódico 33 é aberta de modo que uma carga específica ou maior não seja aplicada ao compressor 32.

[0193] A válvula de controle 343 supre uma quantidade fixa de ar para o combustor catalítico 353 quando uma pilha de célula de combustível 1 é iniciada e fecha a passagem de ramificação 333 após o final da inicialização.

[0194] O trocador de calor 351 aquece o ar para gás combustível ou ar para gás catódico, com o uso de calor do gás descarregado a partir de um combustor de exaustão 40.

[0195] O combustor de difusão 352 mistura tanto o ar aquecido pelo trocador de calor 351 na inicialização do sistema de célula de combustível 10 e suprido para o mesmo como o combustível de aquecimento suprido para o mesmo a partir da passagem de ramificação 212 e aquecido por um aquecedor elétrico 242. Uma mistura do ar e do combustível de aquecimento é incinerada por um dispositivo de ignição que pertence ao combustor de difusão 352 para formar um queimador de pré-aquecimento para o combustor catalítico 353. Após o final da inicialização, o ar suprido a partir do trocador de calor 351 é suprido para o combustor catalítico 353.

[0196] O combustor catalítico 353 gera gás de combustão de alta temperatura com o uso de um catalisador e do queimador de pré-aquecimento durante a inicialização. No combustor catalítico 353, o ar para o gás de combustão é suprido através da passagem de ramificação 333 e o combustível de aquecimento é suprido a partir da passagem de ramificação 213, e ambos são misturados em um estado em contato com o catalisador. Mediante a ignição da mistura do ar e do combustível de aquecimento pelo aquecedor de pré-aquecimento, uma grande quantidade de gás de combustão é gerada. Esse gás de combustão não contém oxigênio e contém principalmente gás inerte. Então, o gás de combustão é suprido para um eletrodo catódico da pilha de célula de combustível 1 para aquecer a pilha de célula de combustível 1. Deve-se observar que, após o final da inicialização, a geração do gás de combustão é terminada e o ar que tem passado através do trocador de calor 351 e do combustor de difusão 352 é suprido como gás catódico para a pilha de célula de combustível 1.

[0197] As válvulas de controle 231, 232 e 233 abrem, respectivamente, as passagens de ramificação 211, 212 e 213 na inicialização do sistema de célula de combustível 11 para fazer com que o combustível de aquecimento flua, e fecham respectivamente as passagens de ramificação 211, 212 e 213 no final da inicialização. Adicionalmente, uma válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 fecha uma passagem de suprimento de gás anódico 22 durante a inicialização, mas abre a passagem de suprimento de gás anódico 22 para fazer com que o combustível de reformação flua no final da inicialização.

[0198] Na inicialização do sistema de célula de combustível 11, o combustível de aquecimento suprido a partir da passagem de ramificação 211 e aquecido pelo aquecedor elétrico 241 é suprido para o combustor de exaustão 40, e o gás de combustão passou através da pilha de célula de combustível 1 e o ar introduzido a partir de uma passagem de suprimento de ar de combustor 332 são misturados para aquecer o combustor de exaustão 40 por meio de uma reação catalítica.

[0199] Em seguida, a operação do sistema de célula de combustível 11 na presente modalidade é descrita brevemente.

[0200] A Figura 11 é um fluxograma que mostra um exemplo de procedimento de processamento em relação a uma operação de inicialização para iniciar o sistema de célula de combustível 11.

[0201] Quando a operação de inicialização do sistema de célula de combustível 11 é iniciada, uma unidade de controle 6 inicia o compressor 32 e abre cada uma dentre uma válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34 e válvulas de controle 341, 342 para um grau de abertura fixo na etapa S101. Dessa maneira, o ar (gás de combustão) é suprido para o combustor de difusão 352 e o combustor catalítico 353. Na etapa S102, a unidade de controle 6 inicia a bomba 21 e o combustor de difusão 352 (dispositivo de ignição) e abre as válvulas de controle 231 a 233. Dessa maneira, o combustível de aquecimento é suprido para cada um dentre o combustor de difusão 352, o combustor catalítico 353 e o combustor de exaustão 40. Então, o queimador de pré-aquecimento é formado no combustor de difusão 352, o gás de combustão é gerado no combustor catalítico 353 com o uso desse queimador de pré-aquecimento, e o gás de combustão passa através da pilha de célula de combustível 1 para aquecer a pilha de célula de combustível 1. Adicionalmente, o gás de combustão passado através da pilha de célula de combustível 1 alcança o combustor de exaustão 40 e o combustor de exaustão 40 é aquecido e um trocador de calor 25 é aquecido pela combustão catalítica com o combustível de aquecimento. Adicionalmente, um evaporador 24 e o trocador de calor 351 são aquecidos pelo gás pós-combustão a partir do combustor de exaustão 40.

[0202] Na etapa S103, a unidade de controle 6 determina se uma temperatura da pilha de célula de combustível 1 alcançou ou não uma temperatura de operação para a geração de potência. Aqui, como um método para determinação da temperatura da pilha de célula de combustível 1, a pilha de célula de combustível 1 pode ser determinada como tendo alcançado a temperatura de operação, por exemplo, se uma temperatura de saída de combustor detectada por um sensor de temperatura 63 excede um certo valor.

[0203] Deve-se observar que é originalmente necessário decidir se uma temperatura adequada para a reformação do combustível de reformação também foi alcançada ou não para o evaporador 24, o trocador de calor 25 e um reformador 26, mas isso não é necessário se os tempos necessários para os mesmos alcançarem as temperaturas adequadas forem mais curtos do que um tempo necessário para a temperatura da pilha de célula de combustível 1 alcançar a temperatura de operação.

[0204] Se a unidade de controle 6 decide na etapa S103 que a temperatura da pilha de célula de combustível 1 alcançou a temperatura de operação, a unidade de controle 6 para o combustor de difusão 352, fecha cada uma das válvulas de controle 342, 343, 231, 232 e 233 e abre a válvula de controle de taxa de fluxo de ânodo 23 na etapa S104. Dessa maneira, o combustível de reformação a partir de um tanque de combustível 20 se torna gás anódico (gás combustível) através do evaporador 24, do trocador de calor 25 e do reformador 26 e esse gás anódico é suprido para um eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1. Por outro lado, o ar continua a ser suprido a partir da válvula de controle de taxa de fluxo de catodo 34, é aquecido no trocador de calor 351 e suprido como gás catódico (gás oxidante) para a pilha de célula de combustível 1. Então, uma reação eletroquímica por meio do gás anódico e do gás catódico se inicia na pilha de célula de combustível 1, de modo que uma operação de geração de potência é realizada e a operação de inicialização é terminada.

[0205] Em seguida, é descrita uma operação na operação de geração de potência do sistema de célula de combustível 11.

[0206] Na operação de geração de potência do sistema de célula de combustível 11, o combustível de reformação suprido a partir do tanque de combustível 20 é primeiramente vaporizado pelo evaporador 24, o combustível de reformação vaporizado é aquecido pelo trocador de calor 25, o combustível de reformação aquecido é reformado em gás anódico no reformador 26, e esse gás anódico é suprido para o eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1. Por outro lado, o ar que serve como o gás catódico é aquecido pelo trocador de calor 351 e suprido para o eletrodo catódico da pilha de célula de combustível 1 através do combustor de difusão 352 e do combustor catalítico 353. Na pilha de célula de combustível 1 que tem o gás anódico e o gás catódico supridos para a mesma, a potência é gerada por uma reação eletroquímica e suprida para um conversor de CC/CC 51, e o gás efluente anódico e o gás efluente catódico usados na reação eletroquímica são introduzidos no combustor de exaustão 40. Então, o gás efluente anódico e o gás efluente catódico são queimados para se tornarem gás descarregado enquanto em um estado misturado, e esse gás descarregado aquece o evaporador 24 e o trocador de calor 351.

[0207] De acordo com a quinta modalidade, conforme em cada uma das modalidades acima, a unidade de controle 6 interrompe o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível 11 para o dispositivo de carga 90 e supre o gás anódico para a pilha de célula de combustível 1 quando o estado operacional do sistema de célula de combustível 11 é comutado a partir da operação de geração de potência para a operação IS. Dessa maneira, as funções e efeitos similares àqueles das modalidades acima podem ser obtidos.

[0208] Deve-se observar que, embora a presente invenção seja aplicada ao sistema de célula de combustível com as células de combustível de óxido sólido nas modalidades acima, não há limitação para isso. A presente invenção também pode ser aplicada a tal sistema de célula de combustível com células de combustível de eletrólito polimérico, conforme mostrado na Figura 12.

(Sexta Modalidade)

[0209] A Figura 12 é um diagrama de configuração que mostra um exemplo da configuração de um sistema de célula de combustível 12 com células de combustível de eletrólito polimérico.

[0210] O sistema de célula de combustível 12 supre potência para um motor de acionamento 91 fornecido em um dispositivo de carga 90a. O sistema de célula de combustível 12 inclui uma pilha de célula de combustível 1a formada por meio da laminação de uma pluralidade de células de combustível de eletrólito polimérico, um sistema de suprimento de gás anódico 2a, um sistema de suprimento de gás catódico 3a, um sistema de suprimento de potência 5a e uma unidade de controle 6a configurada para controlar taxas de fluxo de gás anódico e gás catódico a serem supridos para a pilha de célula de combustível 1a com base na potência necessária do motor de acionamento 91.

[0211] O sistema de suprimento de gás anódico 2a inclui um tanque de alta pressão 20a para armazenar o gás anódico em um estado de alta pressão, uma passagem de suprimento de gás anódico 22a, uma válvula de controle de pressão de ânodo 23a para ajustar uma pressão do gás anódico, uma válvula de purga 24a para descarregar gás efluente anódico e uma passagem de descarga de gás anódico 29a.

[0212] O sistema de suprimento de gás catódico 3a inclui um filtro 30a, um compressor 32a, uma passagem de suprimento de gás catódico 33a, uma válvula de controle de pressão de catodo 34a para ajustar uma pressão do gás catódico e uma passagem de descarga de gás catódico 39a.

[0213] O sistema de suprimento de potência 5a inclui um conversor de CC/CC 51 para suprir potência a partir do sistema de célula de combustível 12 para o dispositivo de carga 90a e uma bateria auxiliar 52 para auxiliar a potência da pilha de célula de combustível 1.

[0214] Além disso, em tal sistema de célula de combustível 12, a unidade de controle 6a realiza uma operação IS, por exemplo, quando a potência necessária do motor de acionamento 91 se torna zero. Nesse caso, a unidade de controle 6a pode interromper o suprimento de potência para o motor de acionamento 91 por meio do controle do conversor de CC/CC 51 e fazer com que o gás anódico seja descarregado para o lado externo através de um eletrodo anódico da pilha de célula de combustível 1. Uma vez que o ar que permanece no eletrodo anódico é descarregado durante a operação IS dessa maneira, uma redução em desempenho de geração de potência da pilha de célula de combustível 1 pode ser suprimida.

[0215] Adicionalmente, a presente invenção pode ser aplicada a tal sistema de célula de combustível como para acionar uma turbina pelo gás de combustão por meio da queima, em um combustor, de gás efluente combustível e gás efluente oxidante descarregado a partir de células de combustível de eletrólito polimérico.

[0216] Embora as modalidades da presente invenção tenham sido descritas acima, as modalidades acima são meramente uma ilustração de alguns exemplos de aplicação da presente invenção e não se destinam a limitar o escopo da técnica da presente invenção às configurações específicas das modalidades acima.

[0217] Por exemplo, embora a operação IS seja realizada quando a potência necessária do dispositivo de carga 90 se torna zero, a operação IS apenas tem que ser realizada sob a condição que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível para o dispositivo de carga 90 é interrompido. A operação IS pode ser realizada mesmo se a potência necessária da pilha de célula de combustível é um valor predeterminado maior do que zero.

[0218] Adicionalmente, embora um exemplo de emitir a solicitação de operação IS quando a bateria 92 está completamente carregada tenha sido descrito nas modalidades acima, a solicitação de operação IS pode ser emitida quando um SOC da bateria 92 alcança um valor predeterminado (por exemplo, 90%) ou maior.

[0219] Deve-se observar que as modalidades acima podem ser combinadas conforme for adequado.

[0220] O presente pedido reivindica uma prioridade com base no pedido de patente japonês n° 2015-253852 depositado em 25 de dezembro de 2015, do qual todos os conteúdos estão aqui incorporados a título de referência.

Claims

1. Método de controle para um sistema de célula de combustível (10, 11) com um dispositivo de suprimento de gás (2, 3) configurado para suprir gás combustível e gás oxidante para uma célula de combustível (1) que é uma célula de combustível de óxido sólido e um combustor (40) configurado para queimar o gás combustível a ser suprido para a célula de combustível (1) através da queima do gás combustível descarregado a partir de um ânodo da célula de combustível (1), compreendendo:uma etapa de operação de geração de potência (S910) para realizar uma operação de geração de potência para fazer com que a célula de combustível (1) gere potência por meio do controle do gás combustível e do gás oxidante a serem supridos para a célula de combustível (1) com base em uma carga (90) necessária da célula de combustível (1); eCARACTERIZADO pelo fato de queuma etapa de operação autônoma (S920-S923, S930-S933) para realizar uma operação autônoma da célula de combustível (1) quando a carga (90) diminui para ou abaixo de um valor predeterminado;em que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível (10, 11) para a carga (90) é interrompido e o gás combustível é passado para o ânodo da célula de combustível (1) na operação autônoma, ena etapa de operação autônoma (S922), o suprimento do gás oxidante para a célula de combustível (1) é interrompido quando o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível (10, 11) para a carga (90) é interrompido.

2. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que:uma quantidade predeterminada do gás combustível é suprida para o ânodo e o gás oxidante é suprido para o combustor (40) na etapa de operação autônoma (S930, S930a, S923).

3. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que:na etapa de operação autônoma (S923, S942), uma quantidade do gás oxidante a ser suprido para o combustor (40) é aumentada por um período específico depois que o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível (10, 11) para a carga (90) é interrompido.

4. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que:na etapa de operação autônoma (S930a), uma pequena quantidade do gás combustível é suprida para o ânodo ou o suprimento do gás combustível para o ânodo é interrompido, e uma quantidade do gás combustível a ser suprido para o ânodo é aumentada quando um período predeterminado é decorrido.

5. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que:na etapa de operação autônoma (S940), uma taxa de fluxo do gás combustível a ser suprido para o ânodo é controlada de acordo com um estado da célula de combustível (1) quando o suprimento de potência para a carga (90) é interrompido.

6. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que:na etapa de operação autônoma (S932, S933), a taxa de fluxo do gás combustível a ser suprido para o ânodo é aumentada quando uma tensão da célula de combustível (1) diminui abaixo de uma tensão predeterminada que indica uma redução em concentração de gás combustível do ânodo.

7. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que:a tensão predeterminada é uma tensão que indica que a concentração de gás combustível diminui e o ânodo é deteriorado devido a um aumento em concentração de oxigênio do ânodo.

8. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com a reivindicação 6 ou 7, CARACTERIZADO pelo fato de que:na etapa de operação autônoma (S940), a taxa de fluxo do gás combustível a ser suprido para o combustor (40) é aumentada quando uma temperatura da célula de combustível (1) diminui abaixo de um valor limiar predeterminado (Tth) para garantir uma temperatura necessária para a geração de potência.

9. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que:na etapa de operação autônoma (S951), uma taxa de fluxo do gás oxidante a ser suprido para o combustor (40) é reduzida quando a temperatura da célula de combustível (1) diminui durante a operação autônoma.

10. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que:na etapa de operação autônoma (S940), uma quantidade de aumento da taxa de fluxo do gás combustível é aumentada e uma taxa de fluxo do gás oxidante a ser suprido para o combustor (40) é aumentada quando uma temperatura da célula de combustível (1) diminui durante a operação autônoma.

11. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com a reivindicação 9 ou 10, CARACTERIZADO pelo fato de que:o sistema de suprimento de gás (3) inclui:um reformador (26) configurado para reformar o gás combustível aquecido pelo combustor (40); e uma válvula de controle (341) configurada para suprir, para o reformador, o gás oxidante a ser suprido para a célula de combustível (1); ena etapa de operação autônoma (S941, S954), o gás oxidante é suprido para o reformador (26) pela válvula de controle (341) quando a temperatura da célula de combustível (1) diminui durante a operação autônoma.

12. Método de controle para o sistema de célula de combustível (10, 11), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que:na etapa de operação autônoma (S930, S931), o gás descarregado não queimado a partir do ânodo da célula de combustível (1) para o combustor (40) é queimado quando o suprimento de potência para a carga (90) é interrompido.

13. Sistema de célula de combustível (10, 11) compreendendo:uma célula de combustível (1) configurada para gerar potência utilizando gás combustível e gás oxidante;um dispositivo de suprimento de gás (2, 3) configurado para suprir o gás combustível e o gás oxidante para a célula de combustível (1) que é uma célula de combustível de óxido sólido;um combustor (40) configurado para queimar o gás combustível a ser suprido para a célula de combustível (1) através da queima do gás combustível descarregado a partir de um ânodo da célula de combustível (1);um controlador de potência (51) configurado para extrair potência a partir da célula de combustível (1) e suprir a potência extraída para uma bateria (92) ou um motor (91); euma unidade de controle (6) configurada para realizar uma operação de geração de potência da célula de combustível (1) com base em uma carga (90) necessária da célula de combustível (1),CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de controle (6) é configurada parainterromper o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível (10, 11) para a carga (90) e passar o gás combustível para o ânodo da célula de combustível (1) quando a carga (90) diminui para ou abaixo de um valor predeterminado, einterromper o suprimento de gás oxidante para a célula de combustível (1) quando o suprimento de potência a partir do sistema de célula de combustível (10, 11) para a carga (90) é interrompido.