CN101490880B - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池系统及其控制方法，在提高燃料电池的起动性的同时，考虑电解质、密封部件的温度耐久性，抑制其劣化。为了实现这一目的，在具有气体配管系统和气体供给控制装置的系统中，根据燃料电池的温度变更气体供给量，上述气体配管系统用于向燃料电池供给反应气体，上述气体供给控制装置根据发电要求变更反应气体的供给状态，优选根据形成反应气体通过的气体通路的通路部件的温度耐久性变更气体供给量，并且优选：考虑燃料电池的阳极侧和阴极侧的气体供给状态的差压，根据情况变更阴极侧的气体供给量，抑制两极之间的差压。

Description

燃料电池系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。更详细地说，涉及一种相对燃料电池供给或排出各种反应气体的的改进技术。
背景技术
一般情况下，燃料电池(例如固体高分子型燃料电池)通过层叠多个以隔板夹持电解质的电池而形成。并且，除了这种燃料电池外，由用于向该燃料电池供给或排出反应气体(燃料气体、氧化气体)的配管系统、进行充放电的电力系统、统一控制系统整体的控制系统等构成燃料电池系统。
作为含有这种燃料电池的燃料电池系统，下述装置等众所周知：例如在燃料气体(氢气)的供给系统中具有可变调节器，可调整控制该燃料气体的设定压力(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-139984号公报
发明内容
但是，在未考虑燃料电池及各种阀中的密封部件、电解质等的与温度相关的耐久性的前提下供给反应气体，或者提高压力，因此存在密封部件、电解质的劣化加剧的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统及其控制方法，能够在提高燃料电池的起动性的同时，考虑电解质、密封部件的温度耐久性，可抑制其劣化。
为了解决上述课题，本发明人进行了各种研究。一般情况下，在燃料电池起动时，提高燃料气体(例如氢气)配管系统的压力是为了迅速地将该燃料气体送入燃料极、且容易促进反应而提高起动性的重要技术。但另一方面，也存在燃料电池中使用的橡胶等密封部件、电解质等部件的强度不一定大的情况。因此，本发明人着眼于以下情况：虽然作为决定燃料电池耐压性能的因素，橡胶、树脂、膜状部件等对温度的灵敏度较高，在高温下强度明显变化，但在耐压方面并未考虑到温度。并且，重新考虑了高温下强度降低的密封部件及电解质相对于温度的强度，尤其是对要提高起动性的低温时和现有技术相比提高压力的情况进行了反复研究，结果获得了与解决上述课题有关的构思。
本发明是基于上述构思而产生的，提供了一种燃料电池系统，其具有：气体配管系统，用于向燃料电池供给反应气体；和气体供给控制装置，根据发电要求变更反应气体的供给状态，其特征在于，根据燃料电池的温度变更气体供给量。
并且，本发明提供一种燃料电池系统的控制方法，用于控制上述燃料电池系统中的反应气体的供给量或气体压力，该燃料电池系统具有：气体配管系统，用于向燃料电池供给反应气体；和气体供给控制装置，根据发电要求变更反应气体的供给状态，其特征在于，根据燃料电池的温度变更气体供给量。
一般情况下，橡胶部件(例如橡胶制的密封部件)及电解质这些部件具有随着温度上升而强度降低的倾向(参照图8)。考虑到这一性质，在本发明中，根据燃料电池的温度变更各种反应气体的供给量。即，以起动时的该燃料电池的温度作为参数，利用该参数求出在该温度下可提高燃料电池起动性的燃料气体压力值(压力范围)。这样一来，如果为了落在所求出的该压力范围内而提高燃料气体配管系统的压力，则可将该燃料气体迅速送入燃料极，促进反应而提高起动性。并且，由于以该燃料电池的温度作为参数，因此在该起动时的温度状态下，可有效抑制对橡胶部件、电解质的负担。
其中，优选根据形成反应气体通过的气体通路的通路部件的温度耐久性变更气体供给量。对于形成气体通路的部件，例如橡胶制及树脂制的密封部件、或电解质这样的在高温环境下强度降低的部件，通过根据温度耐久性调整气体供给量(及气体压力值)，可有效抑制负担，抑制劣化。
这种情况下，进一步优选通路部件是多个不同的部件，选择各部件的温度特性中的最小值。例如，作为形成气体通路的部件，存在密封部件、电解质这样多个不同的部件时，这些部件的温度特性(对温度的强度变化)显然会根据种类不同而不同。如本发明所示，如果在选择温度特性的最小值的基础上调整气体供给量，则可提高燃料电池的起动性，并且可抑制对橡胶部件、电解质这些部件的负担，使劣化最小。
并且还优选考虑燃料电池的阳极侧和阴极侧的气体供给状态的差压。燃料电池起动时，如只单方面地进行燃料气体侧(阳极侧)的气体供给，则阴极与阳极之间的差压变大，根据情况可能会产生电解质无法承受该差压或发生交叉泄漏的问题。此时，例如同时供给氧化气体以抑制差压，并且调整阳极侧的气体压力值，则可抑制该问题，并且可提高燃料电池的起动性。
并且，气体供给控制装置例如是设置在位于气体供给源和燃料电池之间的气体通路上的压力调整装置。通过各种阀、可变调压调节器、喷射器等，可根据发电要求变更反应气体的供给状态(进而变更反应气体的压力)。
并且，在燃料电池系统的控制方法中，优选根据形成反应气体通过的气体通路的通路部件的温度耐久性变更气体供给量。进一步，这种情况下优选：选择多个彼此不同的上述通路部件的温度特性中的最小值。
进一步优选：向燃料电池的阳极侧供给燃料气体时，同时向阴极侧供给氧化气体，使阳极侧的压力上限向上移动。
附图说明
图1是表示本实施方式中的燃料电池系统的构成的图。
图2是分解表示电池层叠体的单电池的分解立体图。
图3是概要表示燃料电池组的构造示例的立体图。
图4是概要表示作为密封部件等的温度特性之一的加压容许值(实线)及可提高燃料电池起动性的加压下限值(单点划线)的曲线图。
图5是表示电池层叠体中、层叠在隔板上的部分的构造的一例的剖面图。
图6是用于说明不仅供给燃料气体还同时供给氧化气体、抑制差压并调整阳极侧的气体压力值的曲线图，表示作为密封部件等的温度特性之一的加压容许值(实线、双点划线、虚线)与可提高燃料电池起动性的加压下限值(单点划线)的关系。
图7是用于说明不仅供给燃料气体还同时供给氧化气体、抑制差压并调整阳极侧的气体压力值的另一曲线图。
图8是表示橡胶部件及电解质膜的强度与温度的关系的曲线图，是概要表示横轴为温度、纵轴为拉伸强度时的两者的关系的图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的优选实施方式。
图1～图7表示本发明涉及的燃料电池系统1的实施方式。本发明涉及的燃料电池系统100具有用于向燃料电池1供给反应气体的气体配管系统300、400和根据发电要求变更反应气体的供给状态的气体供给控制装置114、116、126～129，通过根据燃料电池1的温度变更气体供给量，可提高燃料电池1的起动性，并抑制由橡胶或树脂等构成的部件(例如膜-电极组件、密封部件等)的劣化。
以下首先说明燃料电池系统100的整体构成及构成燃料电池1的单电池2的构成，之后说明用于提高燃料电池1的起动性并抑制由橡胶或树脂等构成的部件的劣化的构成。
图1表示本实施方式中的燃料电池系统100的概要构成。如图所示，燃料电池系统100具有：燃料电池1；氧化气体配管系统300，将作为氧化气体的空气(氧气)供给到燃料电池1；燃料气体配管系统400，将作为燃料气体的氢气供给到燃料电池1；制冷剂配管系统500，向燃料电池1供给制冷剂，以冷却燃料电池1；电力系统600，对系统进行充放电；和控制部700，统一控制系统整体。
燃料电池1例如由固体高分子电解质型构成，是层叠多个单电池2而成的叠层构造。各单电池2在由离子交换膜构成的电解质的一个面上具有空气极，在另一个面上具有燃料极，并且具有一对隔板20，上述一对隔板20从两侧夹住空气极及燃料极。燃料气体被供给到一个隔板20的燃料气体通路，氧化气体被供给到另一个隔板20的氧化气体通路，通过该气体供给，燃料电池1产生电力。
氧化气体配管系统300具有：供给到燃料电池1的氧化气体流动的氧化气体供给通路111和从燃料电池1排出的氧化废气流动的排出通路112。氧化气体供给通路111中设有：经由过滤器113导入氧化气体的压缩机114和对由压缩机114压送的氧化气体进行加湿的加湿器115。在排出通路112中流动的氧化废气经过背压调整阀116由加湿器115进行水分交换后，最终作为排气排放到系统外的大气中。压缩机114通过电机114a的驱动导入大气中的氧化气体。
燃料气体配管系统400具有：氢供给源121；从氢供给源121供给到燃料电池1的氢气流动的氢气供给通路122；使从燃料电池1排出的废氢气(燃料废气)返回到氢气供给通路122的合流点A的循环通路123；将循环通路123内的废氢气压送至氢气供给通路122的泵124；以及与循环通路123分支连接的排出通路125。
氢供给源121例如由高压罐、储氢合金等构成，例如可存储35MPa或70MPa的氢气。打开氢供给源121的主阀126时，氢气流出到氢气供给通路122。氢气通过调压阀127等减压阀最终例如减压为200kPa左右，并被供给到燃料电池1。
在氢气供给通路122的合流点A的上游侧设有截止阀128和喷射器129。氢气的循环系统通过依次连通以下通路而形成：氢气供给通路122的合流点A的下游侧通路、在燃料电池1的隔板上形成的燃料气体通路以及循环通路123。氢泵124在电机124a的驱动下将循环系统内的氢气循环供给到燃料电池1。
喷射器129是电磁驱动式的开关阀，其可以通过以电磁驱动力按照规定的驱动周期直接驱动阀体而使其与阀座分离，来调整气体流量、气体压力。例如，本实施方式的喷射器129具有：阀座，具有喷射氢气等的喷射孔；喷嘴主体，将氢气等供给并引导到喷射孔；以及阀体，以可相对该喷嘴主体在轴线方向(气体流动方向)上移动的方式被收纳保持，对喷射孔进行开关。喷射器129的阀体例如由螺线管驱动，通过向该螺线管供电的脉冲状励磁电流的通/断，可使喷射孔的开口面积以2级或多级进行切换。
排出通路125中设有作为截止阀的放气阀133。放气阀133在燃料电池系统100工作时适当打开，已将废氢气中的杂质与废氢气一起排出到省略了图示的氢稀释器。通过放气阀133的打开，循环通路123内的废氢气中的杂质浓度下降，所循环供给的废氢气中的氢浓度上升。
制冷剂配管系统500具有：制冷剂循环通路141，与燃料电池1内的冷却通路连通；冷却泵142，设置在制冷剂循环通路141上；散热器143，冷却从燃料电池1排出的制冷剂；旁通通路144，绕过散热器143；三通阀(切换阀)145，设定冷却水向散热器143及旁通通路144的流通。冷却泵142在电机142a的驱动下将制冷剂循环通路141内的制冷剂循环供给到燃料电池1。
电力系统600具有：高压DC/DC转换器161、蓄电池162、牵引逆变器163、牵引电机164及各种辅助逆变器165、166、167。高压DC/DC转换器161是直流的电压变换器，具有以下功能：调整从蓄电池162输入的直流电压并输出到牵引逆变器163一侧的功能；以及调整从燃料电池1或牵引电机164输入的直流电压并输出到蓄电池162的功能。通过高压DC/DC转换器161的这些功能，实现了蓄电池162的充放电。并且，通过高压DC/DC转换器161，控制燃料电池1的输出电压。
蓄电池162中，对蓄电池的单电池进行层叠，以一定高压作为端子电压，通过未图示的蓄电池计算机的控制可对剩余电力进行充电，或辅助性地供给电力。牵引逆变器163将直流电流变换为三相交流，并供给到牵引电机164。牵引电机164例如是三相交流电机，构成搭载有燃料电池系统100的、例如车辆的主动力源。
辅助逆变器165、166、167分别是控制对应的电机114a、124a、142a的驱动的电动机控制装置。辅助逆变器165、166、167将直流电流变换为三相交流并分别供给到电机114a、124a、142a。辅助逆变器165、166、167例如是脉宽调制方式的PWM逆变器，根据来自控制部700的控制指令，将自燃料电池1或蓄电池162输出的直流电压变换为三相交流电压，控制各电机114a、124a、142a产生的旋转转矩。
控制部700由内部具有CPU、ROM、RAM的个人计算机构成。CPU根据控制程序执行所需运算，进行下述泵124的解冻控制等各种处理。ROM存储由CPU处理的控制程序、控制数据。RAM主要作为进行控制处理的各种作业区域使用。控制部700输入气体系统(300、400)及制冷剂配管系统500中使用的各种压力传感器、温度传感器、外部气温传感器等的检测信号，并将控制信号输出到各构成要素。
接着，图2表示本实施方式中的燃料电池1的单电池2的概要构成。图中的标记W表示水(冷却水)。图示构成的单电池2被依次层叠而构成电池层叠体3(参照图3)。并且，这样形成的电池层叠体3例如两端由一对端板8夹住，并且在以连接上述端板8之间的方式配置张力板9的状态下，被施加层叠方向上的负荷而相互连接。
此外，由这种单电池2等构成的燃料电池1例如可以作为燃料电池车辆(FCHV：Fuel Cell Hybrid Vehicle：燃料电池混合动力车)的车载发电系统进行使用，但不限于此，也可用于搭载在各种移动体(例如船舶、飞机等)、机器人等可自行行走的装置上的发电系统，还可作为固定式发电系统进行使用。
单电池2由电解质构成，具体而言，例如由膜-电极组件(以下称为MEA：Membrane Electrode Assembly：膜电极组件)30、夹持该MEA30的一对隔板20(图2中分别用标记20a、20b表示)等构成(参照图2)。MEA30及各隔板20a、20b大致形成矩形的板状。并且，MEA30的外形形成得比各隔板20a、20b的外形小。
MEA30由以下部分构成：由高分子材料离子交换膜构成的高分子电解质膜(以下简称为电解质膜)31；以及从两面夹持电解质膜31的一对电极(阳极侧扩散电极及阴极侧扩散电极)32a、32b(参照图2)。电解质膜31形成得比各电极32a、32b大。该电解质膜31中，例如通过热压法在留出其周缘部33的状态下将各电极32a、32b接合。
构成MEA的电极32a、32b由载持附着在其表面上的铂等催化剂的、例如多孔质的碳材料(扩散层)构成。向其中一个电极(阳极)32a供给作为燃料气体(反应气体)的氢气，向另一个电极(阴极)32b供给空气、氧化剂等氧化气体(反应气体)，这两种反应气体在MEA30内产生电化学反应，可获得单电池2的电动势。
隔板20(20a，20b)由不透气的导电性材料构成。作为导电性材料，除了碳、具有导电性的硬质树脂外，还包括铝、不锈钢等金属。本实施方式的隔板20(20a，20b)的基材是由板状金属形成的所谓金属隔板。优选在该基材的位于电极32a、32b一侧的面上形成具有良好耐腐蚀性的膜(例如镀金属而形成的被膜)。
并且，隔板20a、20b的两面上形成由多个凹部构成的槽状通路。这些通路例如是基材由板状金属形成的本实施方式的隔板20a、20b时，可通过冲压成形而形成。这样形成的槽状通路构成氧化气体的气体通路34、氢气的气体通路35或冷却水通路36。具体而言，在隔板20a的处于电极32a一侧的内侧面上，形成多个氢气的气体通路35，在其背面(外侧面)上形成多个冷却水通路36(参照图2)。同样，在隔板20b的处于电极32b一侧的内侧面上，形成多个氧化气体的气体通路34，在其背面(外侧面)上形成多个冷却水通路36(参照图2)。进一步，在本实施方式中，对于相邻的二个单电池2、2，使其中一个单电池2的隔板20a的外表面及与该单电池2相邻的单电池2的隔板20b的外表面对接时，两者的冷却水通路36变为一体，例如形成截面为矩形或蜂窝形的构造(参照图2)。
进一步，如上所述，各隔板20a、20b中至少构成流体流路的凹凸形状在表面和背面反转。具体而言，在隔板20a中，形成氢气的气体通路35的凸形(凸肋)的背面是形成冷却水通路36的凹形(凹槽)，形成通路35的凹形(凹槽)的背面是形成冷却水通路36的凸形(凸肋)。进一步，在隔板20b中，形成氧化气体的气体通路34的凸形(凸肋)的背面是形成冷却水通路36的凹形(凹槽)，形成气体通路34的凹形(凹槽)的背面是形成冷却水通路36的凸形(凸肋)。
并且，在隔板20a、20b的长度方向的端部附近(本实施方式中，是朝向图2时左侧所示的一端部附近)形成：氧化气体的入口侧的歧管15a、氢气的出口侧的歧管16b及冷却水的出口侧的歧管17b。例如本实施方式中，这些歧管15a、16b、17b由设置在各隔板20a、20b上的大致矩形或梯形的通孔形成(参照图2)。进一步，隔板20a、20b中，在相反侧的端部形成：氧化气体的出口侧的歧管15b、氢气的入口侧的歧管16a及冷却水的入口侧的歧管17a。本实施方式中，这些歧管15b、16a、17a也由大致矩形或梯形的通孔形成(参照图2)。
上述各歧管中，隔板20a中的氢气用的入口侧歧管16a和出口侧歧管16b，经由隔板20a中的形成槽状的入口侧联络通路61及出口侧的联络通路62，分别与氢气的气体通路35连通。同样，隔板20b中的氧化气体用的入口侧歧管15a和出口侧歧管15b，经由隔板20b中的形成槽状的入口侧联络通路63及出口侧联络通路64，分别与氧化气体的气体通路34连通(参照图)。进一步，各隔板20a、20b中的冷却水的入口侧歧管17a和出口侧歧管17b，经由各隔板20a、20b中的形成槽状的入口侧联络通路65及出口侧联络通路66，分别与冷却水通路36连通。通过此前所说明的各隔板20a、20b的构成，向单电池2供给氧化气体、氢气及冷却水。在此列举具体示例，当层叠单电池2时，例如氢气从隔板20a的入口侧歧管16a穿过联络通路61流入到通路35，供MEA30发电后，穿过联络通路62流出到出口侧歧管16b。
第1密封部件13a、第2密封部件13b均由多个部件(例如小型的四个矩形框体和用于形成流体通路的较大框体)形成(参照图2)。其中，第1密封部件13a设置在MEA30和隔板20a之间，具体而言，其一部分设置得介于电解质膜31的周缘部33与隔板20a中的气体通路35的周围部分之间。并且，第2密封部件13b设置在MEA30和隔板20b之间，具体而言，其一部分设置得介于电解质膜31的周缘部33与隔板20b中的气体通路34的周围部分之间。
进一步，在相邻的单电池2、2的隔板20b和隔板20a之间，设有由多个部件(例如小型的四个矩形框体和用于形成流体通路的较大框体)形成的第3密封部件13c(参照图2)。该第3密封部件13c是设置得介于隔板20b中的冷却水通路36的周围部分与隔板20a中的冷却水通路36的周围部分之间并对它们进行密封的部件。
此外，作为第1～第3密封部件13a～13c，可使用通过与相邻部件的物理性贴合而封止流体的弹性体(密封垫)、通过与相邻部件的化学性结合而进行粘合的粘合剂等。例如，在本实施方式中，作为各密封部件13a～13c，采用利用弹性进行物理密封的部件，也可代之以上述粘合剂这样的通过化学结合进行密封的部件。
框状部件40是与MEA30一起被夹持在隔板20a、20b之间的、例如由树脂构成的部件(以下也称为树脂框架)。例如在本实施方式中，使较薄的框形的树脂框架40介于隔板20a、20b之间，通过该树脂框架40从表侧和背侧对MEA30的至少一部分、例如沿着周缘部33的部分进行夹持。这样设置的树脂框架40具有以下功能：作为支持连接力的隔板20(20a、20b)之间的衬垫的功能；作为绝缘部件的功能；以及作为加强隔板20(20a、20b)的刚性的加强部件的功能。
对燃料电池1的构成进行如下简单说明(参照图3等)。本实施方式中的燃料电池1具有层叠有多个单电池2的电池层叠体3，在位于电池层叠体3的两端的单电池2、2的外侧依次配置有：带有输出端子5的集电板6、绝缘板7及端板8(参照图3)。上述电池层叠体3被张力板9以层叠状态进行限制。张力板9架设在两个端板8、8之间，因此例如与电池层叠体3的两侧相对地配置有一对张力板9。此外，标记12是从单电池2的层叠方向夹持多个弹性体(省略图示)的一对压板。
接着，说明本实施方式的燃料电池系统100中用于提高燃料电池1(或该燃料电池系统100)的起动性并抑制由橡胶或树脂等构成的部件劣化的构成(参照图4等)。
燃料电池1(燃料电池系统100)起动时，从将氢气(燃料气体)迅速地送入到燃料极(阳极)、促进反应、提高起动性的角度出发，如上所述，优选提高燃料气体配管系统400中的气体压力。但是，燃料电池1中使用的密封部件(例如第1～第3密封部件13a～13c)、MEA30等部件的温度特性不一定优良。因此，在本实施方式中，希望在提高起动性的同时，抑制由橡胶或树脂等构成的部件的劣化(参照图4等)。
即，在本实施方式中，具有可根据发电要求变更反应气体的供给状态的气体供给控制装置，根据燃料电池1的温度变更气体供给量。即，将起动时的该燃料电池1的温度作为参数，利用该参数求出在该温度下可提高燃料电池1的起动性的燃料气体压力值(压力范围)。求出压力值(压力范围)后，提高燃料气体配管系统400的压力以达到所求出的该压力范围，将燃料气体(氢气)迅速地送入到燃料电池1的燃料极，促进反应，提高起动性。
对于以上内容，参照附图进行如下详细说明(参照图4等)。即，例如根据密封部件13a～13c(或MEA30)的温度特性(强度相对于温度的变化)，求出各温度下的压力上限(加压容许值)(参照图4中的实线)。进一步，求出可提高燃料电池1的起动性的压力下限(加压下限值)(参照图4中的单点划线)。其结果是，确定了各温度下的压力值的上限和下限，因此控制、变更气体供给量，以使压力值在该范围内。
这种情况下，优选将压力值控制为所求出的该压力范围内的较低值、即接近加压下限值(参照图4中的单点划线)的压力值。这样一来，可提高燃料电池1的起动性的同时，抵制对密封部件13a～13c、MEA30产生的影响，从抑制劣化的角度而言较为优良。
此外，燃料电池1的温度也不限定为某一特定部位的温度。举例来说，也可将以下温度作为燃料电池1的温度使用(参照图1等)：制冷剂配管系统500中，来自燃料电池1的出口部分的水温(出口水温)；制冷剂配管系统500中，将制冷剂送入到燃料电池1的入口部分的水温(入口水温)；废氢气的循环通路123中，来自燃料电池1的出口部分的温度(出口废氢气温度)；氧化废气流动的排出通路112中，来自燃料电池1的出口部分的温度(出口氧化废气温度)等。
并且，根据气体发电要求变更反应气体(燃料气体、氧化气体)的供给状态(包括各种反应气体的压力)的气体供给控制装置可由各种装置构成。例如，可由以下装置构成气体供给控制装置(参照图1等)：设置在氢供给源(气体供给源)121和燃料电池1之间的氢气供给通路(气体通路)122上的各种装置；如果是本实施方式的燃料电池系统100，则可由主阀126、调压阀127、截止阀128、喷射器129等构成。
此外，调整反应气体(氢气、氧化气体)的压力值时，优选根据形成反应气体通过的气体通路的通路部件的温度耐久性来变更这些反应气体的供给量。形成气体通路的部件、例如由橡胶或树脂等构成的密封部件、或MEA30这样的部件在高温环境下强度降低，因此通过根据温度耐久性调整气体供给量(及气体压力值)，可有效抑制负担。另外，这里的气体通路除了包括氢气供给通路(气体通路)122、氧化气体供给通路111等通路外，还包括使反应气体产生化学反应的区域、由用于防止该反应气体泄漏的密封材料形成的区域等。因此，上述各密封部件13a～13c、MEA30等也是分别形成通路的通路部件。
并且，如本实施方式所示，作为通路部件存在多个不同的部件时，优选选择各部件的温度特性中的最小值来变更氢气(反应气体)的供给量。如果通路部件有多个，则显然这些部件的温度特性(强度相对于温度的变化)会根据种类不同而不同，因此这种情况下，选择多个温度特性中的最小值，并调整气体供给量，从而可提高燃料电池1的起动性，并且例如可使施加给由橡胶或树脂等构成的通路部件的负担达到最小限度。列举具体示例来说明，例如作为通路部件包括MEA30和橡胶制的密封部件13a、13b及树脂框架40等时，选择这些部件的温度特性中的最小值，设定比该最小值略高的气体加压值(参照图5等)。
进一步，优选考虑燃料电池1的燃料极(阳极)一侧和氧极(阴极)一侧的气体供给状态的差压。燃料电池1起动时，如果仅单方面供给燃料气体，则阴极与阳极间的差压变大，根据情况会产生MEA30不能承受该差压、或发生交叉泄漏的情况。因此这种情况下，通过同时参照阳极侧的压力(例如表压)和阴极侧的压力(例如表压)，并考虑差压来变更燃料气体的供给量，可避免上述问题，从而提高燃料电池1的起动性。
并且优选，不仅供给燃料气体，还同时供给氧化气体，可抑制差压并调整阳极侧的气体压力值。例如，要将阳极侧加压为400kPa，但MEA30的耐压性能只有300kPa时，向阴极侧供给氧化气体，使计示压力为差压部分的量的100kPa。这样一来，可以在不超过MEA30的耐压性能的范围内，使阳极侧的压力值提高到400kPa。
对此参照曲线图进行如下说明(参照图6)。即，例如，如图6所示，在极低温的环境下(温度T1)起动燃料电池1时，如果即使加压到压力上限(加压容许值)P1也无法达到可提高燃料电池1的起动性的下限(加压下限值)P2，则同时供给氧化气体，抑制两极之间的差压并调整阳极侧的气体压力值。这种情况下，抑制差压，并且阳极侧的压力上限(加压容许值)向上移动，换言之，成为和表示压力上限(加压容许值)的线(图中的实线A)向上移动一样的结果(图中的双点划线)。因此，如调整氧化气体的供给量的同时变更燃料气体的供给量，则可避免MEA30的损伤、交叉泄漏的产生，同时可提高起动性(参照图6)。此外，图6中的虚线B是阴极侧的氧化气体的压力(加压值)变为最大时的虚拟线。
进一步使用另一曲线图进行如下说明(参照图7)。即，若通过使用压缩机(气体供给控制装置)114，在阴极侧可采用的压力范围是X，通过使用调压阀(气体供给控制装置)127等，在阳极侧可采用的压力范围是Y，并且MEA30的耐压性能(耐压力)为△P时，则阳极侧的加压值无法超过耐压力△P(图中A的情况)。但是，这种情况下，如果也向阴极侧供给气体，则可抑制差压，并使阳极侧的压力上限(加压容许值)向上移动。例如，如果对阴极侧进行加压以达到阴极压力范围最大值X，则如图中B所示，耐压力△P以X的大小向上方移动，从而使可施加到阳极侧的压力值如粗箭头所示地增大(参照图7)。
如上所述，一般情况下，对于燃料电池1中的橡胶部件(例如橡胶制的密封部件)、电解质这样的部件，随着温度变高有强度降低的倾向，但在本实施方式的燃料电池系统1中考虑了这一性质，根据起动时的该燃料电池1的温度来变更各种反应气体的供给量，因此可提高燃料电池1的起动性，并抑制这些部件的劣化。并且，以燃料电池1的温度作为参数，因此起动时无论在哪一温度状况下，均可有效抑制对橡胶部件等的负担。
并且，上述实施方式是本发明的优选实施方式的一例，但不限于此，可以在不脱离本发明主旨的范围内可进行各种变形实施。例如在本实施方式中，未说明起动时间，但在可提高起动性的范围内优选为较短时间。如果再起动时阳极侧填充了氮时，则优选足够将其置换为燃料气体(氢气)的时间(例如30秒左右)，以抑制对各部件的影响。
根据本发明，考虑密封部件、电解质这些部件的温度耐久性来调整供给气体压力，因此可提高燃料电池的起动性，并抑制这些部件的劣化。
因此，本发明可广泛应用于具有这种要求的燃料电池系统及其控制方法中。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，具有：气体配管系统，用于向燃料电池供给反应气体；和气体供给控制装置，根据发电要求变更上述反应气体的供给状态，其中，
在上述燃料电池起动时，根据上述燃料电池的温度和形成上述反应气体通过的气体通路的通路部件的温度耐久性变更气体供给量，从而变更气体压力。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，上述通路部件是多个不同的部件，选择各部件的温度特性中的最小值，根据该最小值变更气体供给量。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，还考虑上述燃料电池的阳极侧和阴极侧的气体供给状态的差压变更气体供给量。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，上述气体供给控制装置是设置在位于气体供给源和上述燃料电池之间的上述气体通路上的压力调整装置。
5.一种燃料电池系统的控制方法，用于控制所述燃料电池系统中的反应气体的供给量或气体压力，该燃料电池系统具有：气体配管系统，用于向燃料电池供给反应气体；和气体供给控制装置，根据发电要求变更上述反应气体的供给状态，其中，
根据上述燃料电池的温度和形成上述反应气体通过的气体通路的通路部件的温度耐久性变更气体供给量，从而变更气体压力。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统的控制方法，其中，选择多个彼此不同的上述通路部件的温度特性中的最小值，根据该最小值变更气体供给量。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池系统的控制方法，其中，向上述燃料电池的阳极侧供给燃料气体时，同时向阴极侧供给氧化气体，使上述阳极侧的压力上限向上移动。
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