CN101283474B - 燃料电池系统及其运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明在针对燃料电池的流体供给系统中设置泵等流体供给设备的结构中，考虑伴随该供给设备的驱动的流体供给量的变动，从而可以避免燃料电池中的流体供给不足这样的情形。在对燃料电池10供给氢气/空气时，与伴随泵或送风机的驱动的供给量变动对应地对氢气及空气的供给量进行增量校正(步骤S170～190)，以该增量校正后的供给量供给氢气和空气。因此，在燃料电池10中，虽然以得到与发电要求对应的要求发电电流Im的方式进行发电控制，但是，对于氢气和氧，以对与该要求发电电流Im对应的供给量(基本供给量：步骤S130)进行了增量校正后的供给量分别供给(步骤S190)。

Description

燃料电池系统及其运转方法

技术领域

本发明涉及具有燃料电池和为了供给该燃料电池发电所需要的流体而设置的供给设备的燃料电池系统及其运转方法。

背景技术

燃料电池一般采取单体电池的层叠结构，单体电池使MEA(薄膜电极组件)由燃料气体/氧化气体的气体流路形成部件夹持，其中MEA由表面上形成催化剂层的电解质层构成。在具有这种单体电池的层叠结构的燃料电池中，在将燃料气体和氧化气体双方气体供给各单体电池时，设有各气体的供给系统。在这种燃料气体、氧化气体(例如，空气)的供给中，压缩机或泵、送风机等气体压送设备被装入供给系统中。

由于燃料电池的发电状况和上述气体的供给量具有相关关系，所以利用该关系、由供给的气体量得到最适合的输出特性，对应气体量来确定输出(发电量)(例如，日本专利特开2004-12059号公报)。

为了得到确定的发电量，驱动上述气体压送设备、以将气体供给到燃料电池，但是，现状是，没有对伴随这种气体压送设备的驱动而产生的现象进行特别考虑。也就是说，虽然气体压送设备通过由其具有的构成驱动某些部件来实现气体压送，但是，期间，气体压送量(向燃料电池的供给量)不会照设定供给量的原样一成不变地推移，供给到燃料电池的供给量伴随设备驱动大致以设定供给量为中心变动。由于气体在这种供给量变动的状态下到达燃料电池，所以受到这种供给量变动的影响，燃料电池的发电也出现变动。而且，对于这样的供给量变动，由于作为其发生源的气体压送设备与燃料电池分离，所以具有时间差地体现在燃料电池中。

因此，在要得到一定的发电量、以与其相称的气体供给量进行气体供给的状况下，由于上述变动，在燃料电池中存在出现供给的气体不足的情况。这种气体不足很有可能招致燃料电池的劣化，所以希望避免。可是，对于将气体供给设备构造为不会引起供给量变动的结构这种情况，不仅其结构变得复杂，而且设备构成部件的过度精致化成为必要，所以，不是现实的解决办法。而且，虽然可能一边检测供给量变动、一边控制燃料电池的发电，但是，必须考虑上述变动的延迟，所以，控制变得复杂。

上述现象不仅在气体供给用的驱动设备的结构为马达等的设备驱动结构的情况下是固有的，而且处于由活塞的往复运动进行气体压送这样的结构中也会共同发生。而且，如果是燃料电池接受液体的供给而发电的类型，在其液体供给用的驱动设备中，由于出现伴随其驱动的供给量的变动，所以，在具有这种燃料电池的系统中，也在寻求解决方案。

发明内容

本发明是为了解决将燃料电池发电所需要的流体通过驱动该流体的供给设备而供给到燃料电池来发电时的上述问题点而作出的，其目的在于避免燃料电池在流体供给不足的状况下运转这样的情形。

为了实现该目的的至少一部分，在本发明中，当对具有燃料电池和为了供给该燃料电池发电所需要的流体而设置的供给设备的燃料电池系统进行运转控制时，根据供给到上述燃料电池的上述流体的供给量与发电量的关系，进行驱动上述供给设备的驱动控制，以便以与上述燃料电池所要求的发电要求对应的供给量供给上述流体；和发电控制，使上述燃料电池运转，以便得到适应上述发电要求的发电量。另一方面，在由供给设备的驱动引起的流体供给中，由于伴随设备驱动出现供给量的变动，所以，如下那样，改变供给设备的驱动控制和燃料电池的发电控制。

也就是，根据上述供给设备的驱动状况推测伴随上述供给设备的驱动而产生的上述流体的供给量的变动，与该推测出的供给量变动对应地改变上述供给设备的驱动控制和上述燃料电池的发电控制中的至少任意一种，实行相对地增加上述流体供给量相对上述发电量的比例的校正。这种校正为对应上述推测出的供给量变动增大上述流体供给量的增大校正和对应上述推测出的供给量变动减少发电量的减少校正中的至少任意一种。进行这种校正用的供给设备的驱动状况除了通过检测供给设备的驱动状况得到之外，还能从输出到供给设备的驱动信号得到。而且，如果进行上述流体供给量的增大校正，则与此相伴，将对上述供给设备的上述驱动控制改变为驱动上述供给设备以便以上述增大校正后的供给量供给上述流体的控制。而且，如果进行上述发电量的减小校正，则与此相伴，将对上述燃料电池的上述发电控制改变为使上述燃料电池发电以便得到上述减少校正后的发电量的控制。

因此，在具有上述结构的本发明中，在燃料电池中进行与发电要求对应的发电的情况下，对于向燃料电池的流体供给，由于相对地增加了流体供给量相对发电量的比例的状况，即，以超过与发电要求对应的供给量的供给量进行流体供给，所以，在燃料电池中难以出现流体不足的状况。而且，在一边以与发电要求对应的供给量进行流体供给、一边使燃料电池发电的情况下，由于只能以得到比发电要求低的发电量的方式运转燃料电池，所以在燃料电池中难以出现流体不足的状况。这样，根据本发明的燃料电池系统的运转方法，通过与供给量变动对应的流体的供给量增大校正或发电量减小校正这样简单的方法，能避免燃料电池在流体不足的状况下运转这样的情形。

用于实现该目的的至少一部分的本发明还能用作燃料电池系统，其具有燃料电池和为了供给该燃料电池发电所需要的流体而设置的供给设备，并通过驱动该供给设备来将流体供给到燃料电池以发电，其中，根据供给到燃料电池的流体的供给量和发电量的关系，计算与针对燃料电池的发电要求对应的供给量。而且，在由设备控制机构驱动控制供给设备、以进行该计算供给量下的流体供给时，根据供给设备的驱动状况推测伴随供给设备的驱动而产生的流体供给量的变动，并通过供给量的校正机构，与该供给量变动对应地增大校正上述计算供给量。

因此，在具有上述结构的本发明的燃料电池系统中，在燃料电池中进行与发电要求对应的发电的情况下，对于针对燃料电池的流体供给，以增大校正了与发电要求对应的供给量后的供给量进行流体供给。这样，根据本发明的燃料电池系统，通过与供给量变动对应的供给量校正(增大校正)这样的简单方法，能避免燃料电池在流体不足的状况下运转这样的情形。

为了实现该目的的至少一部分，在其它的本发明的燃料电池系统中，由供给量检测机构检测供给到燃料电池的流体的供给量，同时，根据供给到燃料电池的流体的供给量与发电量的关系，由发电量计算机构计算与检测出的流体供给量对应的发电量。而且，在为了将燃料电池的发电电力施加给外部的负载而控制燃料电池的发电的发电控制机构以上述计算发电量控制燃料电池的发电时，根据供给设备的驱动状况推测伴随供给设备的驱动而产生的流体的供给量变动，并通过发电量的校正机构与供给量变动对应地减小校正计算发电量。

因此，在具有上述结构的本发明的燃料电池系统中，对于在燃料电池中产生与供给到燃料电池的流体的供给量对应的发电量下的发电的情况，关于燃料电池的发电，以减小校正后的发电量使燃料电池发电。这样，根据本发明的燃料电池系统，通过伴随供给量变动的发电量校正(减小校正)这样简单的方法，能避免燃料电池在流体不足的状态下运转这样的情形。

在如此进行发电量的减小校正的本发明的燃料电池系统中，能采取如下的形式。也就是，在计算与供给到燃料电池的流体的供给量对应的发电量时，对应上述推测出的上述供给量变动增大校正上述检测供给量，并计算与增大校正后的供给量对应的发电量。而且，在发电量的校正时，对应上述增大校正后的上述供给量，与上述供给量变动对应地、减小校正上述发电量计算机构算出的上述计算发电量。在此基础上，在对燃料电池进行发电控制时，比较上述负载驱动所要求的要求发电量与上述减小校正后的上述计算发电量，以上述要求发电量和上述减小校正后的上述计算发电量中小的发电量控制上述燃料电池的发电。

在这种形式中，有如下优点。由于对应于供给量变动而增大校正供给到燃料电池的流体供给量，所以，如果以该校正后的供给量计算发电量，则该计算发电量成为能以供给到燃料电池的流体供给量发电的最大发电量。对于上述形式，对应于供给量变动减小校正该最大发电量(即，与增大校正后的供给量对应的计算发电量)，如果减小校正最大发电量后的发电量比要求发电量小，则以该减小校正后的发电量对燃料电池进行运转控制，如果要求发电量小，则以该要求发电量对燃料电池进行运转控制。这样，与仅仅进行要求发电量下的燃料电池运转的情况相比，不会使燃料电池在流体不足的状态下运转，而且，能尽可能增加发电量，同时，还能得到要求发电量的电力。

而且，上面描述的本发明通过循环系统使从燃料电池排出的燃料流体回流到针对燃料电池的燃料流体供给系统中，还能适用于在其循环系统路径上设置实现排出燃料流体的循环供给的循环泵的结构。在这种情况下，当进行已经描述过的校正时，还能推测伴随循环的驱动的排出燃料流体的回流量的变动，并对应该推测出的回流量变动和上述供给量变动进行供给量增大校正或发电量减小校正。

在经循环系统回流到燃料流体供给系统的流体中，除排出燃料流体之外，在作为燃料电池发电的结果而生成的气体，例如，作为燃料流体将含氢气体供给到燃料电池的阳极、将含氧空气供给阴极的流体中也含有氮气。这样，如果在循环系统和燃料流体供给系统的汇合点的下游侧进行流量(供给量)检测，则还会检测出无助于发电的氮气的流量，因此，燃料流体的供给量检测在循环系统和燃料流体供给系统的汇合点的上游侧进行。即便在设置在循环系统中的循环泵中，伴随其驱动、流量(回流量)变动，而且，与此相伴，排出流体回流量、进而向燃料电池的燃料流体的供给量也变动，但是，这种变动不体现在燃料流体的供给量检测中。这样，在仅基于造成燃料流体的供给量变动的供给设备的驱动状况的供给量增大校正/发电量减小校正中，由于循环泵引起的排出流体回流量的变动，存在产生燃料电池中的燃料不足的可能性。但是，优通过考虑循环泵引起的排出流体回流量的变动而进行供给量增大校正/发电量减小校正，可以避免起因于循环泵产生的排出流体回流量变动的燃料电池中的燃料不足，因此是优选的。

另外，在上面描述的本发明中，虽然流体的供给设备或循环泵的驱动方式为如叶片泵或齿轮泵那样与设备的旋转相伴的类型，或者为与气缸的往复运动相伴的类型，但是，任意类型都能适用。而且，供给到燃料电池的发电用的流体不限于气体，即使是液体，本发明也适用。这是因为无论是气体供给还是液体供给，当驱动其供给设备时就会伴随设备驱动在供给量中出现变动。

本发明除燃料电池及其运转方法之外，还可用作对供给到燃料电池的流体供给量进行增量校正的流体供给设备。而且，在对应上述推测出的供给量变动，改变上述供给设备的驱动控制和上述燃料电池的发电控制中的至少任意一种时，还能将供给到上述燃料电池的上述流体的供给量和发电量的关系校正到上述流体供给量相对上述发电量的比例相对增加的一侧。

附图说明

图1为示意地表示实施例的燃料电池系统100的结构的方框图。

图2为表示气体供给控制的处理内容的流程图。

图3为表示关于设置在阳极气体供给流路24上的氢气供给泵230的动作点HNMs与伴随泵驱动的脉动状况(变动幅度)之间关系、以及该变动幅度与校正量(增量校正量)之间关系的说明图。

图4为表示设置在气体循环流路28上的循环泵250的动作点HNJs与伴随泵驱动的脉动状况(变动幅度)之间关系、以及该变动幅度与校正量(增量校正量)之间关系的说明图。

图5为表示阴极气体供给流路34所设有的送风机30的动作点ONs与伴随送风机驱动的脉动状况(变动幅度)之间关系、以及该变动幅度与校正量(增量校正量)之间关系的说明图。

图6为说明气体供给量的增量校正与要求发电电流Im之间关系的说明图。

图7为表示其它实施例进行的气体供给控制的处理内容的流程图。

图8为表示其它实施例的发电控制的处理内容的流程图。

具体实施方式

下面，根据实施例对本发明的实施方式进行说明。图1为示意地表示实施例的燃料电池系统100的结构的方框图。该燃料电池系统100主要具有燃料电池10、氢供给源20、送风机30、控制部110、加湿器60、循环泵250和发电控制设备300。

燃料电池10为氢分离膜型的燃料电池，具有层叠多个作为构成单位的单体电池的堆叠结构。各单体电池以夹住电解质膜的方式设置氢极(下面，称作阳极)和氧极(下面，称作阴极)。将含有氢的燃料气体(下面，称作阳极气体)供给各单体电池的阳极侧，将含有氧的氧化气体供给阴极侧，由此进行电化学反应，燃料电池10发电。由燃料电池10产生的电力通过控制燃料电池10的发电的发电控制设备300供给作为外部负载的马达310。另外，作为燃料电池10，除了上述氢分离膜型燃料电池之外，还能使用固体高分子型燃料电池、碱水溶液电解质型、磷酸电解质型、或者熔融碳酸盐电解质型等各种类型的燃料电池。

送风机30为将作为氧化气体的空气供给到燃料电池10的阴极侧用的装置。送风机30通过阴极气体供给流路34与燃料电池10的阴极侧连接，其驱动状态由转速传感器32检测并被输出到控制部110的设备控制部130。在阴极气体供给流路34上设置加湿器60。由送风机30压缩的空气由加湿器60加湿后再供给到燃料电池10。在燃料电池10上设置阴极排气流路36，供电化学反应后的从阴极排出的气体(下面，称作阴极排气)通过阴极排气流路36排出到外部。

氢供给源20为用于将利用以醇、烃、醛等为原料的改性反应而生成的氢气或者储存的氢气供给到燃料电池10的装置，其通过阳极气体供给流路24与燃料电池10的阳极侧连接。在阳极气体供给流路24中，在氢供给源20的附近设置氢气供给泵230及调节器22。相对氢气的流动方向，氢气供给泵230设置在调节器22的上游侧。除了使具有叶片的转子转动的叶片泵之外，该氢气供给泵230还适用齿轮泵、活塞泵等各种类型的泵，将氢气朝向燃料电池10压送。其氢气量(供给量)由在调节器22的下游设置在阳极气体供给流路24上的气体流量计234检测。氢气供给泵230由后面描述的设备控制部130控制，其驱动状态由转速传感器232检测出来并被输出到设备控制部130。

从氢供给源20供给阳极气体供给流路24的高压氢气由调节器22调压。调压后的氢气作为阳极气体供给到燃料电池10的阳极侧。调压后的压力对应连接到燃料电池10的负载的大小等适当地设定即可。

另外，根据电解质膜的性质，除了可以构成为供给含有氢及其它气体的燃料气体的结构之外，还可以构成作为液体供给发电燃料的结构。在这种情况下，代替氢气供给泵230，使用流体泵。

燃料电池10在其阳极侧设有阳极排气流路26，供电化学反应后的从阳极排出的气体(下面，称作阳极排气)经阳极排气流路26和气体循环流路28返回到阳极气体供给流路24，回流到燃料电池10。循环泵250设置在气体循环流路28上，通过该泵实现如图中箭头HJ所示那样的阳极排气的循环供给。对于该循环泵250，除叶片泵之外，还能适用齿轮泵、活塞泵等各种类型的泵。

循环泵250例如能通过增减转子等驱动设备的转速来调整(设定)阳极排气量(循环量)。这样，能调节经过气体循环流路28流入燃料电池10的阳极排气与来自氢供给源20的阳极气体的比例，即，阳极气体循环比。这样，包含在阳极排气中的氢气循环，并作为阳极气体再次用在发电中。循环泵250由后面描述的设备控制部130控制，其驱动状态由转速传感器252检测出来并被输出到设备控制部130。

发电控制设备300为了将燃料电池10的发电电力提供给驱动轮W的驱动用马达310而控制燃料电池10的发电。除了燃料电池10的发电电力之外，二次电池320的电力也可以供给马达310。马达310接收经发电控制设备300的电力供给或经二次电池320的电力供给，驱动驱动轮W。二次电池320的充电量由图中未示出的充电量传感器检测出来并作为传感器输出被输出到控制部110。

控制部110构成为以微型计算机为中心的逻辑电路，详细地说，具有根据预先设定的控制程序实行规定的计算等的CPU(图中未示出)；预先存储由CPU实行各种计算处理所必需的控制程序、控制数据等的ROM(图中未示出)；暂时读写同样由CPU进行各种计算处理所必需的各种数据的RAM(图中未示出)；和输入/输出各种信号的输入/输出端口(图中未示出)等。该控制部110取得检测油门踏板的踏入量的油门传感器201等的与负荷要求相关的信息等，将驱动信号输出到构成燃料电池系统100的各部分，即送风机30、加湿器60、氢气供给泵230及循环泵250等，并考虑燃料电池系统100整体的运转状态来控制它们。

而且，控制部110与后面描述的程序协作来实现作为接受传感器输入并计算氢气供给量、要求发电量等的计算部120；进行氢气供给泵230、循环泵250及送风机30等的控制的设备控制部130；和计算泵驱动时或燃料电池发电时的各种校正量的校正部140的功能。

接着，对具有上述设备构成的燃料电池系统100进行的气体供给控制进行说明。图2为表示气体供给控制的处理内容的流程图。

图2的气体供给控制同时并行地控制向阳极的氢气供给和向阴极的空气供给，首先，控制部110读入车辆行驶所需要的油门传感器201等各种传感器的输出(步骤S100)，根据传感器输出计算车辆行驶所需要的驱动要求电力Pr(步骤S110)。控制部110预先存储使驱动要求电力Pr与油门踏板踏入量、车速等建立对应的映射，通过使传感器输出与映射对应来算出驱动要求电力Pr。

接着，控制部110根据算出的驱动要求电力Pr计算燃料电池所要求的发电电流Im(步骤S120)，计算用于得到该要求发电电流Im的氢气基本供给指令量HQb、氧基本供给指令量OQb(步骤S130)。在这些指令量的计算时，也使用将各个供给指令量与发电电流(要求发电电流)、燃料电池温度等建立对应的映射。另外，除了用于得到要求发电电流的理论的必需供给量之外，该基本供给指令量还被定为包含了用于促进发电时的电化学反应进行的若干剩余供给量的供给量的指令量。

控制部110读入已由图中未示出的其它程序算出的可驱动电力Pa(步骤S140)，进行该可驱动电力Pa与上述已算出的驱动要求电力Pr的大小比较(步骤S150)。可驱动电力Pa为在燃料电池10要求的发电电力中包含了二次电池320的蓄电电力的燃料电池系统100整体的电力。

如果在步骤S150中判断Pa＞Pr为肯定，则作为燃料电池系统100整体可以供给充分的电力，具体地说，二次电池320的正向电力足够，所以，即使燃料电池10的发电电力比要求发电量少，也可以供给车辆行驶所必需的电力。对于这种情况，后述的气体供给量校正不需要，在步骤S160中，一起将对于氢气的供给量的增量校正指令量HQc和对于空气的供给量的增量校正指令量OQc设定为值0，并前进到后述的步骤S190。

另一方面，如果在步骤S150中判断为否定，则扫描与气体供给相关的设备，具体地说，与氢气供给系统的氢气供给泵230及循环泵250、氧供给系统的送风机30相关的转速传感器(步骤S170)，将其扫描结果(转速)作为上述各设备的动作点。对于该动作点，在氢气供给系统中，求阳极气体供给流路24的氢气供给泵230的动作点HNMs和气体循环流路28中的循环泵250的动作点HNJs；在氧供给系统中，求送风机30的动作点ONs。

接着，在步骤S180中，对氢气、空气计算与求出的动作点对应的增量校正指令量。图3为表示关于设置在阳极气体供给流路24上的氢气供给泵230的动作点HNMs与伴随泵驱动的脉动状况(变动幅度)之间关系、以及该变动幅度与校正量(增量校正量)之间关系的说明图；图4为表示设置在气体循环流路28上的循环泵250的动作点HNJs与伴随泵驱动的脉动状况(变动幅度)之间的关系、以及该变动幅度与校正量(增量校正量)之间关系的说明图；图5为表示阴极气体供给流路34所设有的送风机30的动作点ONs与伴随送风机驱动的脉动状况(变动幅度)之间关系、以及该变动幅度与校正量(增量校正量)之间的关系的说明图。

泵、送风机这样的气体供给设备虽然在结构上不同，但是，具有为引起气体供给而驱动(旋转)的设备。这样，这些气体供给设备，伴随其驱动会在气体供给量中引起变动，该供给量变动与设备驱动状况(本实施例中为转速)对应。图3～图5为表示这种状态的图，一般地，当转速增加时，供给量变动处于减小的倾向下。这种情况下，供给量变动幅度的推移基本由泵结构、送风机结构或规格确定。而且，虽然变动周期也根据转速变化，但还是变动幅度对供给到燃料电池10的气体供给量的变动带来的影响较大，所以，在本实施例中，控制部110对于变动幅度，将按照每个泵、送风机所图示的关系预先表格化或映射化而存储，对于氢气供给，根据氢气供给泵230的动作点HNMs和气体循环流路28上的循环泵250的动作点HNJs计算氢气供给量的增量校正指令量HQc；对于氧供给，根据送风机30的动作点ONs计算氧供给量的增量校正指令量OQc。这样，能根据这些设备的驱动状况推测伴随泵或送风机的驱动而产生的气体供给量的变动。

关于氢气/空气，控制部110将步骤S130算出的指令量与步骤S180算出的校正指令量进行加和，求出增量校正后的供给指令量(氢气供给指令量HQr和氧供给指令量OQr)(步骤S190)，暂时结束本程序。控制部110将步骤S190求出的供给指令量输出到氢供给系统的氢气供给泵230或循环泵250、以及氧供给系的送风机30。这样，在氢供给系统中，将氢气以一定的供给量供给到燃料电池10的阳极，在此所述的供给量为伴随泵的驱动对与要求发电量对应地求出的氢气的基本供给量进行了增量校正后的供给量；将氧以一定的供给量供给到燃料电池10的阴极，在此所述的供给量为伴随泵的驱动对与要求发电量对应地求出的氧的基本供给量进行了增量校正后的供给量。

在以上说明的本实施例的燃料电池系统100中，通过实行步骤S170～S190的处理，与伴随泵或送风机的驱动的供给量变动对应地对氢气和空气各自的供给量进行增量校正，并以该增量校正后的供给量供给氢气和空气。因此，在燃料电池10中，虽然为了得到与发电要求对应的要求发电电流Im而用发电控制设备300控制，但是，对于氢气和氧，以对与该要求发电电流Im对应的供给量(基本供给量：步骤S130)进行增量校正后的供给量分别供给(步骤S190)。当以图说明这种关系时，如下所述。图6为说明气体供给量的增量校正与要求发电电流Im之间关系的说明图。

现在，燃料电池10处于要求发电电流Im下的运转状况，以与该要求发电电流Im对应的氢气供给量HQb供给氢气。在本实施例中，由于以对应氢气供给泵230和循环泵250的动作点而确定的HQc对该氢气供给量HQb进行增量校正，所以，对燃料电池10的氢气供给指令量HQr(即，氢气供给量)为给氢气基本供给量指令量HQb(即，基本供给量)增加HQc后的量。因此，根据本实施例的燃料电池系统100，不会使燃料电池10在氢气不足/氧不足(空气不足)的状况下运转。而且，通过氢气/氧的增量校正这样简单的方法能容易地避免在氢气不足/氧不足(空气不足)下运转的状况(气体不足运转状况)。

即使在这种增量校正后，由于发生泵驱动，所以实际的气体供给量变动，因此，如图6中虚线所示，将氢气以基本以与氢气供给指令量HQr对应的供给量为中心而上下变动的供给量供给到燃料电池10。这样，如果图中虚线所示的供给量始终比与要求发电电流Im对应的氢气基本供给指令量HQb大，则避免氢气不足的实效性提高。对于空气也是同样的。由此，在步骤S180的与泵/送风机的动作点对应地进行增量校正指令量计算时，能够进行对应动作点的变动量(变动幅度：参照图3～图5)的至少一半以上增量校正即可。在本实施例中，步骤S180中的增量校正为对应动作点的变动幅度的0.5～1.0倍。这样，由于能使用于避免气体不足的增量校正不会过大，所以，从抑制气体消耗、维持燃耗的方面看是优选的。

另外，即使存在图6虚线所示的供给量比与要求发电电流Im对应的氢气基本供给指令量HQb小的情况，与不进行与伴随泵等的驱动的变动对应的气体供给量的增量校正的情况相比，当然也能抑制燃料电池10出现气体不足的状况。

而且，对于为了使阳极排气循环以实现未反应的氢气的有效利用而设置的循环泵250，也将伴随其驱动出现的流量变动考虑到气体供给量的增量校正中。这样，由于可以进行更细致的增量校正以能回避由伴随循环泵250的驱动的流量变动(循环量变动)引起的气体不足，所以，在避免燃料电池的气体不足方面是有益的。

而且，还存在下述优点。当不进行如上所述那样的氢气/空气的供给量的增量校正时，在燃料电池10中，受到伴随氢气供给泵230、循环泵250、或者送风机30的驱动的供给量变动的影响，会引起在气体不足的状态下发电的情况。在这种情况下，虽然燃料电池10以得到要求发电电流Im的方式进行运转控制，但是，由于氢气/氧的供给量不足，发电量下降，因此，如果对照车辆的行驶状态，则出现动力变动，容易损害驾驶性能。但是，在本实施例中，一边进行气体供给量的增量校正，一边以得到要求发电量Im的方式对燃料电池10进行运转控制，所以，能抑制动力变动，从而能有效地避免驾驶性能的恶化。

接着，对其它实施例进行说明。上述实施例着眼于气体供给量的增量校正，与此相对，下面的实施例着眼于减小校正发电电流量，在这点上它们不同。图7为表示其它实施例进行的气体供给控制的处理内容的流程图，图8为表示发电控制的处理内容的流程图。另外，该实施例的硬件结构与图1所示的结构没有区别。

如图7所示，在气体供给控制时，实行和图2说明的步骤S100～S130相同内容的处理(S200～S230)，控制部110根据氢气基本供给指令量HQb，控制氢气供给泵230和循环泵250，根据氧基本供给指令量OQb控制送风机30(步骤S240)。这样，氢气供给泵230和循环泵250驱动，以便以与根据驱动要求电力Pr算出的要求发电电流Im对应的氢气基本供给量HQb将氢气供给到燃料电池10的阳极；送风机30驱动，以便以氧基本供给量OQb将氧供给到燃料电池10的阴极。

如果没有伴随这种泵驱动/送风机驱动产生供给量变动，则以得到要求发电电流Im的方式对燃料电池进行发电控制就足够了，但是，由于伴随泵驱动/送风机驱动出现供给量变动，所以由图8的发电控制对燃料电池10的发电状况进行控制。

在图8所示的发电控制中，首先，扫描与氢气的流量有关的传感器(步骤S300)。成为扫描对象的传感器为设置在阳极气体供给流路24上的气体流量计234、和规定经过气体循环流路28的氢气回流量的气体循环流路28中的循环泵250的转速传感器252。控制部110根据这些传感器扫描的结果，求出包含阳极排气的回流引起的氢气回流(回流量)的氢气流量(即，氢气的实际供给量)HQs。也就是说，根据循环泵250的转速求阳极排气的回流量，并考虑气体流量计234检测出的氢气流量与阳极排气相对该氢气流量的回流比、阳极排气中的氢气含有比等，求出氢气的实际供给量HQs。

接着，读入由图7的气体供给控制求出的驱动要求电力Pr与由图中未示出的其它程序算出的可驱动电力Pa(步骤S310)，进行该可驱动电力Pa与上述算出的驱动要求电力Pr的大小比较(步骤S320)。

如果在步骤S320中判断Pa＞Pr为肯定，则如前所述，作为燃料电池系统100整体可以供给充分的电力，因此不需要后述的发电电流的减小校正用的气体供给量变动计算，在步骤S330中，将对于氢气的供给变动量HQc设定为值0，并前进到后述的步骤S370。另外，在该图8的发电控制中，如后所述，用于实现发电电流的减小控制，所以，关于气体的处置(例如，步骤S300的气体供给量检测、步骤S330的气体供给量校正等)对阳极侧的氢气进行就足够了，但是，也可以对阴极侧的空气实行。

另一方面，如果在步骤S320中判断为否定，则扫描与氢气供给相关的氢气供给系统的氢气供给泵230及循环泵250的转速传感器(步骤S340)，将其扫描结果(转速)作为上述各设备的动作点。该动作点为阳极气体供给流路24的氢气供给泵230的动作点HNMs、和气体循环流路28中的循环泵250的动作点HNJs。

接着，在步骤S350中，为了备于如后所述估计出伴随泵驱动的供给量变动的基础上的可发电电流计算，对氢气计算与上述求出的动作点对应的供给变动量。在该计算方法中，与图2的步骤S180相同，使用反映了图3或图4示出的供给量变动特性的表或映射，根据氢气供给泵230的动作点HNMs、和气体循环流路28中的循环泵250的动作点HNJs计算氢气的供给变动量HQc。在这种情况下，阳极排气的循环量(即，未反应的氢气回流量)因气体循环流路28中的循环泵250的驱动状态而变化，所以，能将由氢气供给泵230和循环泵250两泵的动作点确定的阳极排气的循环比用作循环泵250的动作点HNJs作用于供给变动量HQc的值。例如，伴随着循环比变大，阳极排气中的氢气回流量增加，所以，能与回流量增大对应地确定供给变动量HQc。另外，由于该供给变动量HQc为伴随泵驱动的供给量变动引起的供给量的变动量，所以，与图2中的步骤S180求出的增量校正指令量相同。

当如此计算供给变动量HQc时，控制部110计算将由图7的气体流量控制确定的氢气基本供给量HQb的氢气供给到燃料电池10的阳极的情况下的可发电电流Ia(步骤S370)。该可发电电流Ia，在将由图7的气体流量控制确定的氢气基本供给量HQb的氢气供给到燃料电池10的阳极的情况下，在考虑了伴随泵驱动的氢气供给量的变动的气体供给量最小值上，即，在从步骤S300求出的实际供给量HQs减去步骤S350求出的供给变动量HQc之后的供给量上，乘以将气体供给量变换成电流量用的常数即校正系数Ki而算出。

而且，控制部110将如上那样算出的可发电电流Ia与根据驱动要求电力Pr算出的要求发电电流Im进行对比，将小的一方的电流求出作为对燃料电池10的发电电流指令Ir(步骤S380)，暂时结束本程序。控制部110将步骤S380求出的发电电流指令Ir输出到发电控制设备300。这样，在燃料电池10中，一边接受对应要求发电量求出的基本供给量下的氢气/空气的供给(图7，步骤S230～240)，一边由发电控制设备300进行发电控制，以便得到与发电电流指令Ir对应的发电电流。

这种情况下的发电电流虽然为可发电电流Ia与要求发电电流Im中小的一方的电流，但是，通过对应于泵的驱动情况对用在可发电电流Ia计算中的供给量变动量HQc进行各种设定，只要车辆的行驶状态为通常的状态，则能够使可发电电流Ia低于要求发电电流Im。这样的话，在氢气/氧的气体供给方面，能以与要求发电电流Im对应的氢气基本供给量HQb与氧基本供给指令量OQb将氢气和空气供给到燃料电池10，同时，对于燃料电池10的发电电流，能以得到比要求发电电流Im小的可发电电流Ia的方式对燃料电池10进行发电控制。这样，根据本实施例，也能使燃料电池10不在氢气不足/氧不足(空气不足)的状况下运转。而且，通过发电电流的减小校正(步骤S350～370)这样简单的方法能容易地避免在氢气不足/氧不足(空气不足)下运转的状况(气体不足运转状况)。而且，通过供给变动量HQc的设定，能将可发电电流Ia确定为比可发电电流Ia小且接近要求发电电流Im，所以，能避免燃料电池10中的气体不足，同时能得到尽可能多的发电电流。

而且，即使在步骤S380中出现要求发电电流Im比可发电电流Ia小的状况，与不进行与伴随泵等的驱动的变动对应的发电电流的减小校正的情况相比，当然也能抑制燃料电池变成气体不足的状况。而且，在要求发电电流Im的发电时，也能得到该要求发电电流Im。

而且，在发电电流的减小校正时，考虑伴随循环泵250的驱动产生的流量变动(供给量变动)(步骤S350～370)，所以，可以进行更细致的减小校正，从而，在避免燃料电池的气体不足方面是有益的。而且，在考虑这种供给量变动的时候，当计算可发电电流Ia时，使用从氢气的实际供给量HQs(步骤S300)减去供给变动量HQc(步骤S350)而求出的气体供给量最小值。由于该气体供给量最小值为在以实际供给量HQs供给氢气的状况下的氢气供给量的最小值，所以，算出的可发电电流Ia必然比以实际供给量HQs供给的氢气可发电的值小。这样，在将该可发电电流Ia用作发电电流指令Ir的情况下，能可靠地避免在气体不足的状态下进行发电的情形。

在发电电流的减小校正时，虽然为了计算可发电电流Ia需要检测氢气的实际供给量，但是，在本实施例中，在计算该氢气实际供给量HQs时，使用设置在阳极气体供给流路24上的气体流量计234和设置在气体循环流路28上的循环泵250的转速传感器252的传感器输出。这样，能使由阳极排气的循环产生的未反应氢气的供给量(循环量)反映在氢气实际供给量HQs中。由此，能将经过根据供给变动量HQc的气体供给量的减小校正算出的可发电电流Ia成为更适合于供给到燃料电池10的阳极的氢气量的值，所以，算出的可发电电流Ia的可靠性提高。

以上，虽然对本发明的实施例进行了说明，但是，本发明不限于上述实施形式，在不脱离本发明的要旨的范围内可以以各种形式实施。

例如，虽然将燃料电池10构造为在其阳极/阴极接受氢气和空气的供给的结构，但是，也能构造成将甲醇等液体燃料供给阳极的燃料电池。在这种情况下，可以在针对阳极的供给系统中设置流体泵，并与伴随其泵驱动的流体供给量的变动对应地进行液体燃料的供给量的增量校正、发电电流的减小校正。

而且，作为进行使用图2至图6说明的气体供给量的增量校正的氢气供给装置、空气供给装置，也可以适用。

在上述实施例中，虽然具有使阳极排气经过气体循环流路28循环到燃料电池10的结构，但是，也能适用在不具有这种循环系统的燃料电池系统100中。在这种情况下，在氢气供给量的增量校正或发电电流的减小校正时，考虑伴随氢气供给泵230的驱动的供给量变动即可。而且，在将用于供给氢气的氢供给源20设为高压氢罐等的情况下，由于能保证基本固定流量的氢气供给，在阳极气体供给流路24上不需要设置氢气供给泵230，所以只考虑伴随循环泵250的驱动的供给量变动即可。

而且，当进行图2说明的气体供给量的增大校正时，能并用图7和图8说明的发电电流的减小校正。在这种并用时，对应氢气供给泵230、循环泵250的驱动状况(即，气体供给量变动)，可以并用上述两校正，也可以选择一方的校正。

工业实用性

本发明可以用于具有燃料电池和为了供给该燃料电池的发电所需要的流体而设置的供给设备的燃料电池系统中。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统的运转方法，该燃料电池系统包括燃料电池和具有为了供给流体而驱动的驱动设备的供给设备，驱动上述供给设备所具有的上述驱动设备以将起动上述燃料电池的发电所必需的流体供给到上述燃料电池，

根据供给到上述燃料电池的上述流体的供给量与发电量的关系，进行如下所述控制：驱动控制，驱动上述供给设备的上述驱动设备，以便以与上述燃料电池所要求的发电要求对应的供给量供给上述流体；和发电控制，使上述燃料电池运转，以便将适应上述发电要求的发电量从上述燃料电池供给到外部负载，在此期间，

在上述供给设备供给上述流体时，根据上述供给设备的驱动状况推测伴随上述驱动设备的驱动而产生的上述流体的供给量的变动，

作为与该推测出的供给量变动对应地改变上述供给设备的驱动控制和上述燃料电池的发电控制中的至少任意一种、以相对地增加上述流体供给量相对上述发电量的比例的校正，实行与上述推测出的供给量变动对应地增大上述流体供给量的增大校正、和与上述推测出的供给量变动对应地减少发电量的减少校正中的至少任意一种，

在实行作为该校正的上述流体供应量的增大校正时，驱动上述供给设备的上述驱动设备，以便以上述增大校正后的校正后供给量供给上述流体，其中，上述增大校正以上述推测出的供给量变动越大、上述流体供给量的增大校正程度就越大的方式进行，

在实行作为上述校正的上述发电量的减少校正时，要将上述减少校正后的校正后发电量供给到上述外部负载。

2.一种燃料电池系统，包括燃料电池和具有为了供给流体而驱动的驱动设备的供给设备，驱动上述供给设备所具有的上述驱动设备以将起动上述燃料电池的发电所必需的流体供给到上述燃料电池来发电，所述燃料电池系统具有：

供给量计算单元，其根据供给到上述燃料电池的上述流体的供给量和发电量的关系，计算与上述燃料电池所要求的发电要求对应的上述流体的供给量；

设备控制单元，其为了将上述流体供给到上述燃料电池而对上述供给设备进行驱动控制；和

供给校正单元，其在上述设备控制单元对上述供给设备进行驱动控制，以便以上述算出的供给量供给上述流体时，根据上述供给设备的驱动状况推测伴随上述供给设备的驱动而产生的上述流体的供给量的变动，并与该推测出的供给量变动对应地增大校正上述算出的供给量，

该供给校正单元以上述推测出的供给量变动越大、上述算出的供给量的增大校正程度就越大的方式进行校正。

3.如权利要求2所述的燃料电池系统，

上述供给量计算单元根据作为发电用流体而供给到上述燃料电池的氢气和含氧气体各自的气体供给量与发电量的关系，计算与上述燃料电池所要求的发电要求对应的上述氢气与上述含氧气体的供给量。

4.如权利要求2所述的燃料电池系统，包括：

循环系统，其具有使上述燃料电池排出的燃料流体回流到针对上述燃料电池的燃料流体供给系统的路径；和

循环泵，其设置在上述循环系统的路径上并实现上述排出燃料流体的循环供给，

上述供给量校正单元还对于伴随该循环泵的驱动的排出燃料流体的回流量的变动进行推测，并与该推测出的回流量的变动和上述推测出的供给量的变动对应地进行上述校正。

5.一种燃料电池系统，包括燃料电池和具有为了供给流体而驱动的驱动设备的供给设备，驱动上述供给设备所具有的上述驱动设备以将起动上述燃料电池的发电所必需的流体供给到上述燃料电池来发电，所述燃料电池系统具有：

供给量检测单元，其检测供给到上述燃料电池的上述流体的供给量；

发电量计算单元，其根据供给到上述燃料电池的上述流体的供给量和发电量的关系，计算与上述检测出的供给量对应的发电量；

发电控制单元，其为了将上述燃料电池发出的电力供给到外部负载而控制上述燃料电池的运转；和

发电校正单元，其在上述发电控制单元控制上述燃料电池的运转以便得到上述算出的发电量时，根据上述供给设备的驱动状况推测伴随上述供给设备的驱动而产生的上述流体的供给量的变动，并与该推测出的供给量变动对应地减少校正上述算出的发电量，

该发电量计算单元在计算上述发电量时，以上述推测出的供给量变动越大、增大程度就越大的方式增大校正上述检测出的供给量，并计算出与增大校正后的供给量对应的发电量，

上述发电校正单元，减少校正上述发电量计算单元对应上述增大校正后的上述供给量而算出的上述计算发电量，

上述发电控制单元比较上述负载驱动所要求的要求发电量与上述减少校正后的上述计算发电量，以上述要求发电量和上述减少校正后的上述计算发电量中小的发电量控制上述燃料电池的运转。

6.如权利要求5所述的燃料电池系统，

上述发电量计算单元根据作为发电用流体而供给到上述燃料电池的氢气和含氧气体中至少氢气的供给量与发电量的关系，计算与上述检测出的供给量对应的发电量。

7.如权利要求5或6所述的燃料电池系统，

包括循环系统，该循环系统具有使上述燃料电池排出的燃料流体回流到针对上述燃料电池的燃料流体供给系统的路径，且在上述供给量检测单元的下游侧与上述燃料流体供给系统连接，并且，该燃料电池系统还具有循环泵，其设置在上述循环系统的路径上并实现上述排出燃料流体的循环供给，

上述发电校正单元还对于伴随该循环泵的驱动的排出燃料流体的回流量的变动进行推测，并与该推测出的回流量的变动和上述推测出的供给量变动对应地进行上述校正。

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