CN101496210B - 燃料电池系统、其控制方法及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池系统、其控制方法及移动体，其中，燃料电池系统(10)具有：生成水量检测单元(101)，检测出在燃料电池系统(10)低效率运行时燃料电池(20)中生成的水分量gt；和气体供给限制单元(102)，根据所检测出的水分量gt限制提供到燃料电池(20)的气体供给量qt+1。由于具有生成水量检测单元(101)，因此可准确掌握燃料电池低效率运行时的生成水量，以进行适当的预热，并可抑制因生成水过多而妨碍预热运行的情况的发生。由此，可准确掌握燃料电池低效率运行时的生成水量，以进行适当的预热。

Description

燃料电池系统、其控制方法及移动体
技术领域
本发明涉及一种起动时为了预热而实施低效率运行的燃料电池系统的改善。
背景技术
燃料电池在冰点以下的低温环境中开始运行时，残留在阴极、阳极、扩散层的水冻结，会妨碍气体流通，或者残留在高分子电解质膜内部的水冻结，降低质子传导性。因此，在低温起动时，进行完燃料电池的预热运行后再切换至高效率运行。
在燃料电池的预热运行中，降低发电效率并增大自身发热量，从而促进预热。例如在日本特开2005-174645号公报中记载了以下技术：在降低或切断提供到燃料电池一部分的氧化剂气体流量的状态下，实施燃料电池的预热运行。根据该技术，在氧化剂气体不足的部分产生还原反应，生成氢并发热，从而进行积极的升温(第0013、0037～0048段)。
并且，在日本特表2003-504807号公报中同样记载了以下技术：使燃料电池的一部分产生反应物不足，增大该部分中的过电压而使之发热(第0009段)。
发明内容
但是，在现有的实施低效率运行的燃料电池系统中，监控燃料电池的温度，升温完成后则停止低效率运行(例如日本特开2005-174645号公报第0040段)，但在低效率运行时，如果氧化剂气体的供给量过多，则不会产生发热反应，产生过剩的水分，可能妨碍预热运行。
因此，本发明的目的在于，准确掌握燃料电池低效率运行时的生成水量并进行适当的预热。
为了实现上述目的，本发明的燃料电池系统限制提供到燃料电池的气体供给量，实施低效率运行，其特征在于，检测出在该低效率运行时该燃料电池中生成的水分量，根据所检测出的该水分量限制提供到该燃料电池的气体供给量。
例如，上述燃料电池系统具有：生成水量检测单元，检测出在上述低效率运行时上述燃料电池中生成的水分量；和气体供给限制单元，根据检测出的上述水分量，限制提供到上述燃料电池的气体供给量。
根据上述的构成，由于掌握低效率运行时的生成水的生成量，并据此限制提供到燃料电池的气体供给量，因此可抑制因气体供给量过多生成过剩的水分而妨碍预热运行的可能性。
其中，例如上述生成水量检测单元具有：输出电流检测单元，检测出上述燃料电池的输出电流；输出电流积算单元，对所检测出的上述输出电流按照各检测时序进行积算；和生成水量计算单元，根据积算得出的上述输出电流推测生成水量。
根据上述的构成，检测出输出电流，根据该输出电流的积分值，可检测出通过电化学反应在起动后不久产生的水分的总量。
其中，例如上述气体供给限制单元具有：输出电压检测单元，检测出上述燃料电池的输出电压；温度检测单元，检测出上述燃料电池的温度；下次电流推测单元，根据推测出的上述生成水量、检测出的该输出电压及检测出的上述温度，推测出预定时间后的输出电流；气体流量推测单元，根据推测出的该预定时间后的输出电流，推测出应提供到上述燃料电池的气体流量；和气体供给控制单元，将推测出的该气体流量提供到上述燃料电池。
根据上述的构成，根据按预定的控制时序检测出的电压值、温度及由生成水量检测单元检测出的生成水量，可准确预测下一次控制时序下的电流量，掌握产生该电流量所需的适当气体供给量，以该供给量将气体提供到燃料电池，因此不会产生过剩的水分，可进行适当的预热运行。
在本发明中优选的是，根据上述燃料电池中条件相对变差的部分的状况检测出上述水分量。
根据上述的构成，条件易于相对变差的部分是易于妨碍适当的预热运行的部分，因此通过检测出该部分的水分量，可更为适当地进行预热运行。
在本发明中，例如气体供给限制单元限制阴极气体的供给。这是因为，通过适当限制氧化剂气体，可进行低效率运行。
并且，本发明的燃料电池系统的控制方法，限制提供到燃料电池的气体供给量，实施低效率运行，其特征在于，具有：检测出在该低效率运行时该燃料电池中生成的水分量的步骤；和根据检测出的该水分量限制提供到该燃料电池的气体供给量的步骤。
即，检测上述水分量的步骤具有：检测出上述燃料电池的输出电流的步骤；对检测出的上述输出电流按照各检测时序进行积算的步骤；和根据积算得出的上述输出电流推测生成水量的步骤。
并且，限制上述气体供给量的步骤具有：检测出上述燃料电池的输出电压的步骤；检测出上述燃料电池的温度的步骤；根据推测出的上述生成水量、检测出的该输出电压及检测出的上述温度，推测出预定时间后的输出电流的步骤；根据推测出的该预定时间后的输出电流推测出应提供到上述燃料电池的气体流量的步骤；和将推测出的该气体流量提供到上述燃料电池的步骤。
本发明的燃料电池系统优选搭载于移动体。这是因为，本发明适用于移动体在预热运行时进行的起动时的低效率运行。
附图说明
图1是本实施方式涉及的燃料电池系统的系统构成图。
图2是本实施方式涉及的起动时的低效率运行的功能框图。
图3是输出电流I及生成水量g相对于起动时的经过时间的关系图(电压恒定)。
图4是生成水量g和输出电流I的关系图(温度恒定)。
图5是生成水量和输出电流的关系图中的适当控制曲线的说明图。
图6是本实施方式涉及的低效率运行的处理流程图。
图7是变形例中作为气体限制对象的单电池的位置的说明图。
具体实施方式
接着，说明本发明的优选实施方式。
图1是应用了本发明的燃料电池系统的系统构成图。
在图1中，燃料电池系统10由以下部分构成：燃料气体供给系统4，用于向燃料电池20提供燃料气体(氢气)；氧化气体供给系统7，用于向燃料电池20提供氧气(空气)；冷却系统3，用于冷却燃料电池20；以及电力系统9，对来自燃料电池20的发电电力进行充电、放电。
燃料电池20具有膜-电极结合体24，其如下形成：通过丝网印刷等在由氟类树脂等形成的质子传导性的离子交换膜等构成的高分子电解质膜21的两个面上形成阳极22和阴极23。膜-电极结合体24的两个面被具有燃料气体、氧化气体、冷却水的流路的隔板(未图示)夹持，在该隔板与阳极22及阴极23之间分别形成槽状的阳极气体通道25及阴极气体通道26。阳极22通过将燃料极用催化剂层设置在多孔质支撑层上而构成，阴极23通过将空气极用催化剂层设置在多孔质支撑层上而构成。这些电极的催化剂层例如附着铂粒子而构成。
阳极22中，产生下述式子(1)的氧化反应；在阴极23中，产生下述式子(2)的还原反应。作为燃料电池20的整体，产生下述式子(3)的起电反应。
H2→2H++2e-…(1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O…(2)
H2+(1/2)O2→H2O…(3)
此外，在图1中，为了便于说明，示意性地图示了由膜-电极结合体24、阳极气体通道25及阴极气体通道26构成的单位电池的构造，实际上具有通过上述隔板使多个单位电池串联的层叠构造。
燃料电池系统10的冷却液供给系统3中设有：冷却路径31，使冷却液循环；温度传感器32，检测从燃料电池20排出的冷却液的温度；散热器(热交换器)33，将冷却液的热量散放到外部；阀34，调整流入到散热器33的冷却液的水量；冷却液泵35，对冷却液进行加压并使冷却液进行循环；检测提供到燃料电池20的冷却液的温度的温度传感器36等。
燃料电池系统10的燃料气体供给系统4中配置有：燃料气体流路40，用于把来自燃料气体供给装置42的燃料气体(阳极气体)例如氢气提供到阳极气体通道25；循环流路(循环路径)51，使从阳极气体通道25排出的燃料废气在燃料气体流路40中循环。通过这些气体流路构成燃料气体循环系统。
燃料气体流路40中设有：截止阀43(总阀)，控制来自燃料气体供给装置42的燃料气体流出；压力传感器44，检测燃料气体的压力；调整阀45，调整循环流路51的燃料气体压力；以及截止阀46，控制提供到燃料电池20的燃料气体供给。燃料气体供给装置42例如由高压氢罐、储氢合金、重整器等构成。
循环流路51中设有：截止阀52，控制从燃料电池20到循环流路51的燃料废气供给；气液分离器53及排出阀54，去除燃料废气中含有的水分；氢泵(循环泵)55，对在通过阳极气体通道25时受到压力损失的燃料废气进行压缩而使其升压为适度的气体压力，并使其回流到燃料气体流路40；以及逆流阻止阀56，防止燃料气体流路40的燃料气体逆流到循环流路51一侧。由电机驱动氢泵55，氢泵55的驱动产生的燃料废气在燃料气体流路40中与由燃料气体供给装置42提供的燃料气体合流后，被提供到燃料电池20而进行再利用。此外，氢泵55中设有用于检测氢泵55的转速的转速传感器57(未图示)。
并且，循环流路51中分支地配置有排气路径61，用于将从燃料电池20排出的燃料废气通过稀释器(例如氢浓度降低装置)64排出到车外。排气路径61中设有排气阀63，可进行燃料废气的排气控制。通过开关排气阀63，在燃料电池20内反复进行循环，将杂质浓度增加的燃料废气排出到外部，导入新的燃料气体，以防止电池电压的下降。并且，还可以在循环流路51的内压中产生脉动，以去除蓄积在气体流路中的水分。
另一方面，燃料电池系统10的氧化气体供给系统7中配置有：氧化气体流路71，用于向阴极气体通道26提供氧化气体(阴极气体)；和阴极废气流路72，用于排出从阴极气体通道26排出的阴极废气。氧化气体流路71中设有：空气滤清器74，从大气中导入空气；空气压缩器75，对所导入的空气进行压缩，并将压缩后的空气作为氧化剂气体输送给阴极气体通道26。空气压缩器75中设有转速传感器73(未图示)，用于检测空气压缩器75的转速。在氧化气体流路71和阴极废气流路72之间设有进行湿度交换的加湿器76。阴极废气流路72中设有：调压阀77，调整阴极废气流路72的排气压力；气液分离器78，去除阴极废气中的水分；以及消音器79，吸收阴极废气的排气噪声。从气液分离器78排出的阴极废气被分流，一部分流入到稀释器62，与滞留在稀释器62内的燃料废气混合稀释，并且分流的其他阴极废气被消音器79吸声，与通过稀释器62混合稀释的气体混合，并排出到车外。
并且，燃料电池系统10的电力系统9中连接有：DC-DC转换器90，蓄电池91的输出端子连接到其一次侧，燃料电池20的输出端子连接到其二次侧；蓄电池91，作为二次电池，对剩余电力、再生电力进行蓄电；蓄电池计算机92，监控蓄电池91的充电状况；逆变器93，向作为燃料电池20的负载或驱动对象的车辆行驶用电机94提供交流电；逆变器95，向燃料电池系统10的各种高压辅机96提供交流电；电压传感器97，测定燃料电池20的输出电压；以及电流传感器98，测定输出电流。
DC-DC转换器90将对燃料电池20的剩余电力或通过对车辆行驶用电机94的制动动作所产生的再生电力进行电压变换，并提供给蓄电池91而进行充电。并且，为了填充燃料电池20的发电电力相对于车辆行驶用电机94的要求电力的不足部分，DC-DC转换器90对来自蓄电池91的放电电力进行电压变换并输出到二次侧。
逆变器93及95将直流电流变换为三相交流电流，并分别输出到车辆行驶用电机94及高压辅机96。车辆行驶用电机94上设有检测电机94的转速的转速传感器99(未图示)。电机94通过差速器与车轮100机械结合，从而可将电机94的旋转力变换为车辆的推进力。
电压传感器97及电流传感器98，根据与电力系统中的重叠交流信号的电压对应的电流的相位和振幅来测定交流阻抗。交流阻抗对应于燃料电池20的含水量。
进一步，燃料电池系统10中还设有用于控制燃料电池12的发电的控制部80。
控制部80例如由具有CPU(中央处理装置)、RAM、ROM、接口电路等的通用计算机构成，读入来自温度传感器32、36、压力传感器44、转速传感器57、73、99的传感器信号以及来自电压传感器97、电流传感器98、点火开关82的信号，根据电池运行的状态、例如电力负载来驱动各电机，调整氢泵55及空气压缩器5的转速，进一步进行各种阀的开关控制或阀开度的调整等。
并且，在燃料电池20停止运行时进行扫气处理之际，控制部80选择氢泵55和/或空气压缩器75，作为对燃料电池20提供扫气气体例如氢气、氢气的扫气气体供给单元(辅机类)，并控制氢泵55和/或空气压缩器75的转速或转速×驱动时间。
因此，控制部80具有以下功能：在起动时实施低效率运行，实施燃料电池20的预热运行。具体而言，限制来自氧化气体供给系统7的氧化气体的供给量，对燃料电池20的单电池造成氧化气体不足的状态，通过抑制发电的电流量及生成的水分量而发热，以促进预热。
尤其是在本实施方式中，控制部80检测出在燃料电池20中生成的水分量，根据检测出的水分量决定应提供的氧化气体量，进行氧化气体供给控制。
(动作原理的说明)
以下说明本发明涉及的动作。
首先，说明本实施方式中的燃料电池的生成水量的检测及用于扫气的氧化气体量的决定方法。
该燃料电池系统10中，在燃料电池起动时，抑制氧化气体的供给量，进行增大发热量的预热运行。此时，当在低效率运行中氧化气体的供给量过多时，不产生发热反应，产生过剩的水分，可能会妨碍预热运行。因此，在本实施方式中，如下所述，准确检测出生成水的量，并提供适当的氧化气体。
图3表示在冰点以下的环境中起动时的输出电流I及生成水量g相对于经过时间的关系图。该图是假设燃料电池20的输出电压恒定为Vc、燃料电池20的温度恒定时的特性。
如图3的低温输出电流特性f1所示，当起动燃料电池时，在阴极23中产生上述式子(2)的反应，生成了水。但是当刚刚起动后的温度为冰点以下的温度时，生成水经过较短的时间后(时刻tf)，开始冻结。当生成水冻结后，妨碍气体流通，高分子电解质膜21中的质子传导性下降。因此，虽然生成水量的总量以冻结开始时刻tf为界而增加，但大部分冻结，输出电压特性f1逐渐下降。
此时，如生成水量特性f2所示，生成水量g随着时间的经过而增加。由于根据上述式子(2)生成水分，所以处于相对二个电子生成一个水分子(分子量18)的关系。因此，设∫I为开始发电后的总电流量(电荷量)、F为法拉第常数、M(H2O)为水分子量，则生成水量g可通过公式(4)进行计算：
生成水量g＝(∫I×M(H2O))/2F…(4)
因此，监控如图3的低温输出电流特性f1一样变化的每单位时间的电流量I，计算积分值∫I，并代入到公式(4)，从而可检测出生成水量特定f2所示的生成水量g。
在本实施方式中，可根据燃料电池20的电流传感器98的检测信号计测出电流量I。因此，控制部80如下动作：每隔单位时间计测电流量I，计算积分值∫I并进行更新，同时检测出根据公式(4)每单位时间的生成水量g。
图4是表示低温起动时的生成水量g和输出电流I的关系图。该图是燃料电池20的温度恒定为Tc时的特性。
如图4的低温生成水-电流特性f3所示，虽然低温起动初期，随着电流量I的增加，水分的生成量也增加，但是当经过一定时间后，生成水冻结，妨碍气体流通，因此电流量I下降，在基本不进行电化学反应的阶段时，电流变为零。
其中，可根据燃料电池的输出电压V、燃料电池的温度T及生成水量g推测出电流量。即，设某一时刻t的燃料电池的输出电压为Vt、燃料电池的温度为Tt、此时的生成水量为gt时，可根据公式(5)推导出将来的某一时刻t+1的电流量It+1。
It+1＝I(Vt、Tt、gt)…(5)
在本实施方式中，燃料电池20的输出电压V可根据电压传感器97的检测信号检测出，燃料电池20的温度T可根据温度传感器32的检测信号检测出。并且，可根据上述公式(4)检测出生成水量g。因此，控制部80如下动作：每隔单位时间计测燃料电池20的输出电压V及温度T，将该输出电压V、温度T及根据公式(4)检测出的生成水量g代入到公式(5)中，预测将来的下一单位时间后的电流量It+1。
此外，可通过测定等掌握以输出电压V、温度T及生成水量g作为参数时的电流量I。控制部80将这四个参数的相互关系作为存储表进行存储。
图5表示在生成水量g和发热量Q的关系中，生成水-发热量特性如何对应综合发热量进行变化。该图表示燃料电池20的温度为冰点以下时的特性。
由于燃料电池中的发热量Q与电流量I对应，因此图5的生成水-发热量特性曲线表示与图4所示的生成水-电流量特性曲线近似的特性。具有所提供的气体流量越小，发热量越多的倾向。曲线f5的生成水-发热量特性表示出：燃料电池在温度T时，可无障碍地产生的最大热量为Qmax(例如空气理想配比＝1)。当在该最大热量Qmax以上时，对燃料电池产生影响，因而不理想；相反，与Qmax相比发热量越小，则变为不符合预热运行目的的运行状态。
例如，图5中的曲线f7是气体流量过多导致发热量比最大发热量Qmax大幅度减小、不适于预热运行的条件下的运行特性。曲线f4表示气体过少导致发热量超过容许发热量Qmax、有可能因高温导致燃料电池的电解质膜等部件老化的区域，这也是不适于预热运行的条件。
与之相对，由于距产生最大发热量Qmax的曲线f5规定距离的、以曲线f6为中心的一定范围(由两条虚线夹住的箭头所示的范围)被控制在最大发热量Qmax的附近，因此不会产生发热量过多而对燃料电池造成不良影响的情况，或者发热量过少导致预热不充分的情况，可以说是最佳的发热量范围。在本实施方式中，控制部80控制系统整体、具体而言控制氧化气体(空气)的供给量，以将生成水-发热量特性维持在以该曲线f6为中心的最佳范围内。
即，为了进行适当的预热运行，必须进行控制，使相对于生成水量g的电流量I为最佳范围，为此需要控制气体流量，具体而言，需要进行控制，从而将提供到燃料电池的阴极的氧化气体流量控制在适当的范围内来供给。因此，在本实施方式中，控制部80调整提供到燃料电池20的阴极23的氧化气体流量q，以使通过公式(5)计算出的将来的电流量相对于生成水量g维持在适当的范围。具体而言，根据用于驱动压缩器75的控制信号所指示的压缩器的转速来调整氧化气体流量。
此外，为了相对生成水量g进行适当的预热运行，最佳范围的电流量I由控制部80作为存储表进行存储。并且，所提供的氧化气体流量和由燃料电池20发电产生的电流量I的关系也由控制部80作为存储表进行存储。
(功能块的说明)
基于上述原理的动作由以下功能块实现。
图2表示以控制部80为中心实现的起动时的低效率运行之际的功能框图。如图2所示，在起动时的低效率运行之际，该燃料电池系统10具有生成水量检测单元101及气体供给限制单元102。
生成水量检测单元101检测出在低效率运行时燃料电池20中生成的生成水量g。气体供给限制单元102根据所检测出的生成水量g，限制提供到燃料电池20的氧化气体供给量q。气体供给控制按照预定的控制时序进行。例如，在时刻t进行的气体供给控制根据时刻t的系统的状态值，决定作为下一次控制时序的时刻t+1的氧化气体供给量q。
具体而言，生成水量检测单元101具有：输出电流检测单元1011、输出电流积算单元1012及生成水量计算单元1013。
输出电流检测单元1011用于检测时刻t的燃料电池20的输出电流It，相当于电流传感器98及根据电流传感器98的检测信号掌握电流量的控制部80。输出电流积算单元1012将所检测出的输出电流It从开始低效率运行时按照各检测时序进行积算，并输出积分值∫I，控制部80的内部存储器和控制部80对应。生成水量计算单元1013根据积算得出的输出电流∫I，推测出时刻t下的生成水量gt，相当于控制部80。
并且，气体供给限制单元102具有：输出电压检测单元1021、温度检测单元1022、下次电流推测单元1023、气体流量推测单元1024及气体供给控制单元1025。
输出电压检测单元1021用于检测时刻t的燃料电池20的输出电压Vt，相当于电压传感器97及根据电压传感器97的检测信号掌握电压量的控制部80。温度检测单元1022用于检测时刻t的燃料电池20的温度Tt，相当于温度传感器32及根据温度传感器32的检测信号掌握温度的控制部80。下次电流推测单元1023根据所推测出的生成水量gt、检测出的输出电压Vt及检测出的温度Tt来推测预定时刻t+1的输出电流It+1，相当于控制部80。气体流量推测单元1024根据所推测出的预定时间t+1的输出电流It+1来推测应提供到燃料电池20的气体流量Qt+1，相当于控制部80。气体供给控制单元1025用于将所推测出的气体流量Qt+1提供到燃料电池20，相当于控制部80和以由控制部80控制下的转速提供氧化气体的压缩器75。
(动作步骤的说明)
接着，根据图6的流程图说明本实施方式的低效率运行的动作。该流程图按预定的控制时序执行。以下是在时刻t的控制时序中通过计测系统各部分的状态来推测作为下次控制时序的时刻t+1的氧化气体供给量的前馈控制处理的示例。
在步骤S10中，控制部80在时刻t参照温度传感器32等的检测信号，计测燃料电池20的内部温度Tt。由温度传感器32所示的温度是在燃料电池20内部流通的冷却液的温度，成为燃料电池20的平均温度。
在步骤S11中，控制部80检查所检测出的燃料电池20的温度Tt是否为冰点以下。当检查的结果是燃料电池20的温度Tt大于冰点时(NO)，判断是无需对燃料电池20进行预热的温度，结束该预热运行的处理。而当燃料电池20的温度Tt在冰点以下时(YES)，控制部80判断需要对燃料电池20进行预热，即需要低效率运行，前进到步骤S12。
在步骤S12中，由控制部80实现的生成水量检测单元101的输出电流检测单元1011参照电流传感器98的检测信号，检测出时刻t的燃料电池20的输出电流量It并存储。前进到步骤S13，电流积算单元1012将此次测定的电流量It进一步积算到上一次控制时序以前积算得出的总电流量，计算从开始预热运行到时刻t为止的总电流量∫I、即电荷量。计算出的总电流量存储起来，用于下次积算。
前进到步骤S14，生成水量计算单元1013将更新后的总电流量∫I代入到上述公式(4)，计算时刻t的生成水量gt。所检测出的生成水量gt被传送到气体供给限制单元102，以用于推测氧化气体供给量qt+1。
前进到步骤S15，气体供给限制单元102的输出电压检测单元1021参照电压传感器97的检测信号，检测出时刻t的燃料电池20的输出电压量Vt。并且，温度检测单元1022参照温度传感器32的检测信号，检测出燃料电池20在时刻t的温度Tt。
此外，虽然在此根据温度传感器32的检测信号检测出燃料电池20的温度，但由于在步骤S10中已经检测出燃料电池20的温度Tt，因此也可使用该值。但在为了推测电流而检测特定单电池的温度的结构中，在该步骤S15中将该特定单电池的温度作为Tt检测出来。
在步骤S16中，下次电流推测单元1023根据时刻t的输出电压Vt、温度Tt及由生成水量检测单元101提供的生成水量gt，并根据上述公式(5)检测作为下一控制时序的时刻t+1的电流量It+1。即，下次电流推测单元1023将这三个参数作为参照值，参照内部的存储表，将由这些参数确定的一个电流值确定为下次的电流量It+1。
接着，在步骤S17中，气体流量推测单元1024进行计算，以推测出用于使燃料电池20以输出电流量It+1进行发电的适当氧化气体流量qt+1。即，参照内部的存储表，决定以下一次控制时序下的电流值It+1发电所需的氧化气体流量qt+1。
前进到步骤S18，气体供给控制单元1025计算用于提供氧化气体流量qt+1的压缩器75的转速，将以该转速驱动的控制信号提供到压缩器75。此外，该转速是到时刻t+1为止要提供氧化气体流量qt+1的转速。
通过以上动作，在时刻t，推测出作为下一次控制时序的时刻t+1的适当的氧化气体流量qt+1，实际上压缩器75被驱动，因此在时刻t+1，变为适当的氧化气体流量qt+1被提供的状态。因此，燃料电池20的输出电流I通过该前馈控制维持在最佳范围。
根据本实施方式，在时刻t，掌握低效率运行时的生成水量gt，并据此限制下一次控制时序(时刻t+1)下对燃料电池20提供的气体供给量qt+1，因此可抑制因气体供给量过多而产生过剩水分，以致妨碍预热运行的情况。
并且，根据本实施方式，根据在时刻t的控制时序下检测出的电压值Vt、温度Tt及生成水量gt，可准确预测下次控制时序(时刻t+1)下的电流量It+1，掌握产生该电流量的适当的气体供给量qt+1，以该供给量向燃料电池20提供氧化气体，因此可进行适当的预热运行而不会产生过剩水分。
(变形例)
本发明不限于上述实施方式，可进行各种变形并加以应用。
在上述实施方式中，作为燃料电池20的温度，通过温度传感器32检测出冷却液的燃料电池出口温度，但不限于此。例如，如上述实施方式所示，当将用于检测生成水量的温度作为冷却液的温度时，根据燃料电池的平均温度检测出生成水量，但也可检测出燃料电池的特定部位的温度。在层叠多个单电池而成的燃料电池中，根据单电池的位置，相对地热量易散发或生成水量易变多。因此，如果在推测气体流量的基础上，确定相对存在不利倾向的单电池、例如热量易散发而变为低温的单电池或生成水量的排出效率低的单电池，检测出该单电池中的温度、水分量，进行氧化气体流量控制，则可进行与相对较差的条件对应的控制。
图7中，在燃料电池20中用斜线表示条件相对易于变差的单电池的位置。如图7所示，在位于端部的单电池中，热量易散发。这种情况下，将位于端部的一个或多个单电池确定为系统状态的检测对象单电池(组)，测定这些单电池(组)的温度T、电流A、电压V，可进行生成水量的检测、氧化气体流量的推测。
当选择两端的单电池(组)作为系统状态的检测对象时，从氧化气体流量控制的角度出发，优选根据任意一个较差(例如温度较低)的单电池(组)的检测值来推测氧化气体流量。
这样处理时，可防止根据平均温度和生成水量推测出的氧化气体流量不适当的、条件较差的单电池中产生问题。
根据本发明，由于具有生成水量检测单元，可准确掌握燃料电池在低效率运行时的生成水量，因此可抑制生成水过多妨碍预热运行的情况，同时可在最短时间内进行适当的预热运行。
此外，本发明的燃料电池系统除了可适用于固定型的燃料电池外，也可作为移动体的动力源进行搭载。在移动体中，一般情况下是在起动时等温度相对较低的状态下进行预热运行，这是因为，当动力源为燃料电池时实施低效率运行，在该低效率运行时可适用本发明。作为移动体，包括汽车、摩托车等陆地移动装置，飞机、直升机、宇宙飞船等航空移动装置，船舶、潜水艇等海上移动装置。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，限制提供到燃料电池的气体供给量，实施低效率运行，其特征在于，具有：
生成水量检测单元，检测出在上述低效率运行时上述燃料电池中生成的水分量；和
气体供给限制单元，根据所检测出的上述水分量限制提供到上述燃料电池的气体供给量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，上述生成水量检测单元具有：
输出电流检测单元，检测出上述燃料电池的输出电流；
输出电流积算单元，对所检测出的上述输出电流按照各检测时序进行积算；
生成水量计算单元，根据积算得出的上述输出电流推测生成水量。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，上述气体供给限制单元具有：
输出电压检测单元，检测出上述燃料电池的输出电压；
温度检测单元，检测出上述燃料电池的温度；
下次电流推测单元，根据所检测出的上述水分量、所检测出的该输出电压及所检测出的上述温度，推测预定时间后的输出电流；
气体流量推测单元，根据所推测出的该预定时间后的输出电流，推测应提供到上述燃料电池的气体流量；和
气体供给控制单元，将所推测出的该气体流量提供到上述燃料电池。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，检测出位于端部的单电池、热量相对容易散发的单电池或者生成水量的排出效率相对较低的单电池的上述水分量。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，上述气体供给限制单元限制阴极气体的供给。
6.一种燃料电池系统的控制方法，限制提供到燃料电池的气体供给量，实施低效率运行，其特征在于，其具有：
检测出在该低效率运行时该燃料电池中生成的水分量的步骤；和
根据所检测出的该水分量限制提供到该燃料电池的气体供给量的步骤。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统的控制方法，检测出上述水分量的步骤具有：
检测出上述燃料电池的输出电流的步骤；
对所检测出的上述输出电流按照各检测时序进行积算的步骤；和
根据积算得出的上述输出电流推测生成水量的步骤。
8.根据权利要求6所述的燃料电池系统的控制方法，限制上述气体供给量的步骤具有：
检测出上述燃料电池的输出电压的步骤；
检测出上述燃料电池的温度的步骤；
根据所检测出的上述水分量、所检测出的该输出电压及所检测出的上述温度，推测出预定时间后的输出电流的步骤；
根据所推测出的该预定时间后的输出电流推测应提供到上述燃料电池的气体流量的步骤；和
将所推测出的该气体流量提供到上述燃料电池的步骤。
9.一种移动体，搭载有权利要求1所述的燃料电池系统。
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