CN101578732A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

燃料电池系统，在以发电效率低于正常运转时的低效率运转对燃料电池进行暖机的过程中减少对于燃料电池的发电指令值(Pref)时，在不能够控制对燃料电池的反应气体供给而使得跟随于发电指令值(Pref)的减少时，减少对燃料电池的反应气体供给，并且通过使燃料电池的输出电压上升，将相当于燃料电池的发电量(Pmes)和发电指令值Pref之间的差分的多余电力(Ws)充电到燃料电池的电容成分中，使提供给燃料电池的外部负荷的电力(Pmes－Ws)和发电指令值(Pref)一致。由此，在低效率运转的过程中急剧降低对燃料电池的要求电力时能够控制以防止向外部负荷提供多余电力。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及通过低效率运转对燃料电池进行暖机的燃料电池系统，特别是，涉及在车辆行驶过程中的低效率运转中的燃料电池的输出控制方法。
背景技术
燃料电池是经过电化学处理使燃料氧化而将伴随氧化反应放出的能量直接转换成电能量的发电系统，并具有以下的堆结构，由重叠多个膜-电极部件而构成，该多个膜-电极部件由多孔质材料所构成的一对电极夹持着用于选择性地输送氢离子的电解质膜的两侧表面而构成。尤其是，固体高分子膜用作电解质的固体高分子电解质型燃料电池，由于成本低且容易实现紧凑化，并且具有高的输出密度，所以期待作为车载电力源的用途。
对这种燃料电池而言，一般70～80℃是发电最合适的温度范围，但是在寒冷地区等环境下，有时从启动到达到最合适的温度需要比较长的时间，因此考虑了各种暖机系统。例如，日本特开2002-313388号公报中公开了以下方法，通过进行发电效率低于正常运转的低效率运转而控制燃料电池的自发热量，车辆边行驶边对燃料电池进行暖机。这种方法，将燃料电池的输出电压设定为比基于其I-V特性(电流对电压特性)的电压值低的电压值，增大燃料电池的热损失而通过自发热进行暖机运转，因此不需要搭载暖机用的装置，具有优良的便利性。
专利文献1：日本特开2002-313388号公报
发明内容
另外，在车辆边行驶边低效率运转中，优选将燃料电池的输出电压固定在比基于其I-V特性的电压值低的恒定电压值，同时对应于要求电力可变地控制提供给燃料电池的氧化气体流量。此时燃料电池的输出电压被设定为能够实现迅速的暖机运转并且能够得到车辆行驶所需要的最低限度的电动机输出的恒定电压值。其中，将燃料电池的输出电压固定在恒定电压值的理由是，因为基于暖机运转时降低发电效率的观点，当以比基于其I-V特性的电压低的燃料电池的输出电压而进行运转控制时，如果燃料电池的输出电压发生变动(上升或下降)，则产生来自寄生地形成在燃料电池内部的电容成分的充放电，从燃料电池提供给外部负荷(牵引电动机或车载辅助设备等)的电力发生过剩或不足。
而根据日本特开2002-313388号公报中公开的方法，在暖机运转时降低了燃料电池的发电效率，但同时也降低了燃料电池的输出，因此不能够进行与要求电力相配的输出控制。为了解决这种问题，在车辆边行驶边低效率运转中，只要将燃料电池的输出电压固定在比基于其I-V特性的电压值低的恒定电压值，并且对应于要求电力可变地控制提供给燃料电池的氧化气体流量即可。
但是，在将燃料电池系统作为车载电源的燃料电池车辆中，有的从空气压缩机向燃料电池提供氧化气体。安装在空气压缩机的驱动电动机采用了响应性良好的电动机，在急剧增大加速器开度的情况下空气压缩机的响应性良好。但是，目前的状况是大部分的空气压缩机并没有安装如制动器等减速装置，因此在急剧减少加速器开度的情况下响应性不良，只能等着转数由于惯性而减少。
因此，在车辆边行驶边低效率运转的过程中，即使急剧减少加速器开度也不能够急剧减少提供给燃料电池的氧化气体流量，因此会发出比发电指令值多的多余电力。这种多余电力虽然充电在蓄电池中，但是，由于低温环境下蓄电池的充电能力低时，有可能导致蓄电池的过充电。
于是，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，在低效率运转过程中当急剧降低对于燃料电池的要求电力时能够控制防止向外部负荷提供多余电力。
为了实现所述目的，本发明涉及的燃料电池系统，包括：燃料电池，接收反应气体的供给而发电；反应气体供给装置，用于向所述燃料电池提供反应气体；暖机装置，以发电效率低于正常运转时的低效率运转对燃料电池进行暖机，以及控制器，在所述低效率运转正在进行的过程中、对所述燃料电池的发电指令值减少时，在能够控制对所述燃料电池的反应气体供给而使得跟随于所述发电指令值的减少的情况下，使所述燃料电池的输出电压保持恒定，并且减少对所述燃料电池的反应气体供给；在不能够控制对所述燃料电池的反应气体供给而使得跟随于所述发电指令值的减少的情况下，减少对所述燃料电池的反应气体供给，并且通过使所述燃料电池的输出电压上升从而将超过所述发电指令值的多余电力充电到所述燃料电池的电容成分。
根据所述结构，在低效率运转过程中急剧减少发电指令值时，在不能够控制对燃料电池的反应气体供给而使得跟随于发电指令值的减少的情况下，能够将超过发电指令值的多余电力充电到燃料电池的电容成分中，因此可以抑制从燃料电池对外部负荷提供多余电力。
反应气体供给装置，可以包括再生制动器。根据如此结构，在低效率运转正在进行的过程中、对于燃料电池的发电指令值减少时，通过再生制动器的再生制动，能够跟随于发电指令值的减少而减少对燃料电池的反应气体供给。
反应气体供给装置，可以包括机械式制动器。根据如此结构，在低效率运转正在进行的过程中、对于燃料电池的发电指令值减少时，通过机械式制动器的制动，能够跟随于发电指令值的减少而减少对燃料电池的反应气体供给。
控制器，在低效率运转正在进行的过程中、对于燃料电池的发电指令值减少时，也可以缓和发电指令值的减少，使得跟随于发电指令值的减少而减少对燃料电池的反应气体供给。
燃料电池系统，还可以包括旁通装置，用于使从反应气体供给装置所提供的反应气体的一部分绕过燃料电池而排气。根据如此结构，旁通装置，在低效率运转正在进行的过程中、对于燃料电池的发电指令值减少时，通过控制经过旁通装置的反应气体的旁通流量，能够跟随于发电指令值的减少而减少对燃料电池的反应气体供给。
燃料电池系统，还可以包括蓄电装置，具有足以充电多余电力的容量。
其中，燃料电池的电容成分是指寄生地形成在燃料电池的催化剂层和电解质膜的界面上的双电层的电容成分。其电容值伴随催化剂层的氧化还原反应而变动。另外，低效率运转是指以具有比由燃料电池的电流-电压特性曲线所确定的电压值低的电压值的运转点进行电池运转。
附图说明
图1是本实施方式的燃料电池系统的系统结构图。
图2是电池的分解透视图。
图3是燃料电池堆的C-V特性图。
图4是燃料电池堆的等效电路图。
图5是燃料电池堆的运转点的说明图。
图6是表示ΔV控制的控制过程的时序图。
图7是表示ΔV控制的控制过程的时序图。
具体实施方式
下面，参照各附图说明本发明的实施方式。
图1表示本实施方式的燃料电池系统10的系统结构。
燃料电池系统10作为搭载在燃料电池车辆上的车载电源系统发挥功能，包括：燃料电池堆20，接收反应气体(燃料气体、氧化气体)的供给而发电；氧化气体供给系统30，用于向燃料电池堆20提供作为氧化气体的空气；燃料气体供给系统40，用于向燃料电池堆20提供作为燃料气体的氢气体；电力系统50，用于控制电力的充放电；冷却系统60，用于冷却燃料电池堆20，以及控制器(ECU)70，控制整个系统。
燃料电池堆20是将多个电池串联层叠而构成的固体高分子电解质型电池堆。燃料电池堆20中阳极发生公式(1)的氧化反应，阴极发生公式(2)的还原反应。作为燃料电池堆20整个则发生公式(3)的发电反应。
H2→2H++2e-…(1)
(1/2)O2+2H++2e-→H2O…(2)
H2+(1/2)O2→H2O…(3)
燃料电池堆20安装有电压传感器71，用于检测燃料电池堆20的输出电压，以及电流传感器72，用于检测发电电流。
氧化气体供给系统30，包括氧化气体通路34，流过向燃料电池堆20的阴极提供的氧化气体，以及氧化废气通路36，流过从燃料电池堆20排出的氧化废气。氧化气体通路34设有空气压缩机32，经由过滤器31从大气中带进氧化气体；加湿器33，用于加湿向燃料电池堆20的阴极提供的氧化气体，以及节流阀35，用于调整氧化气体供给量。氧化废气通路36设有背压调整阀37，用于调整氧化气体供给压力，以及加湿器33，用于对氧化气体(干气)和氧化废气(湿气)之间进行水分交换。
在氧化气体通路34和氧化废气通路36之间设置有旁通通路38，绕过燃料电池堆20而连接两者之间，以及旁通阀39，调整流过旁通通路38的氧化气体流量。旁通阀39通常时闭阀。旁通通路38和旁通阀39作为用于调整旁通空气流量的旁通装置发挥功能。
燃料气体供给系统40，包括燃料气体供给源41；燃料气体通路45，流过从燃料气体供给源41向燃料电池堆20的阳极提供的燃料气体；循环通路46，用于使从燃料电池堆20排出的的燃料废气返回到燃料气体通路45；循环泵47，向燃料气体通路43压送循环通路46内的燃料废气，以及排气排水通路48，与循环通路47分支连接。
燃料气体供给源41，例如，由高压氢罐或储氢合金等构成，储存高压(例如，35MPa～70MPa)的氢气体。如果打开截止阀42，从燃料气体供给源41向燃料气体通路45流出燃料气体。燃料气体通过调节器43或喷射器44例如减压到200kPa左右提供给燃料电池堆20。
另外，燃料气体供给源41也可以包括改质器，从碳化氢类燃料生成富含氢的改质气体，以及高压气体罐，使由该改质器生成的改质气体成为高压状态而蓄压。
调节器43是将其上游侧压力(一次压)调节为预先设定的二次压的装置，例如，由减压一次压的机械式的减压阀等构成。机械式的减压阀包括形成有被隔膜隔开的背压室和调压室的框体，在调压室内通过背压室内的背压将一次压减压为预定的压力而作为二次压。
喷射器44是电磁驱动式的开闭阀，能够通过以预定的驱动周期利用电磁驱动力直接驱动阀体而使之离开阀座从而调整气体流量或气体压力。喷射器44包括阀座，具有喷射燃料气体等气体燃料的喷射孔，并且包括喷嘴主体，向喷射孔提供并引导气体燃料，以及阀体，以相对于该喷嘴主体沿着轴线方向(气体流过方向)可移动方式被收容保持、并开闭喷射孔。
排气排水通路48设有排气排水阀49。排气排水阀49通过按照来自控制器70的指令动作，而向外部排出含有循环通路46内的杂质的燃料废气和水分。通过排气排水阀49的开阀，可以降低循环通路46内的燃料废气中的杂质浓度，提高循环在循环系统内的燃料废气中的氢浓度。
经由排气排水阀49排出的燃料废气与流过氧化废气通路34的氧化废气混合，被稀释器(未图示)稀释。循环泵47通过电动机驱动向燃料电池堆20循环提供循环系统内的燃料废气。
电力系统50包括DC/DC转换器51、蓄电池52、牵引逆变器53、牵引电动机54以及辅助设备55。DC/DC转换器51具有以下功能，使从蓄电池52提供的直流电压升压并输出给牵引逆变器53，以及使燃料电池堆20所发电的直流电力或者通过再生制动由牵引电动机54回收的再生电力降压并充电到蓄电池52。通过DC/DC转换器51的这些功能控制蓄电池52的充放电。另外，通过DC/DC转换器51的电压转换控制而控制燃料电池堆20的运转点(输出电压、输出电流)。
蓄电池52作为多余电力的储存源、再生制动时的再生能量的储存源以及伴随燃料电池车辆的加速或减速的负荷变动时的能量缓冲而发挥功能。作为蓄电池52，例如，优选有镍-镉蓄电池、镍-氢蓄电池以及锂二次电池等二次电池。
牵引逆变器53例如是以脉冲幅度调制方式驱动的PWM逆变器，根据来自控制器70的控制指令，将从燃料电池堆20或蓄电池52输出的直流电压转换成三相交流电压，而控制牵引电动机54的转矩。牵引电动机54例如是三相交流电动机，构成燃料电池车辆的动力源。
辅助设备55是以下设备的总称，配置在燃料电池系统10内各部分的各电动机(例如，泵类等动力源)，或者用于驱动这些电动机的逆变器类，进一步各种车载辅助设备(例如，空气压缩机、喷射器、冷却水循环泵、散热器等)。
冷却系统60包括冷媒通路61、62、63、64，用于流通循环在燃料电池系统20内部的冷媒；循环泵65，用于压送冷媒；散热器66，用于对冷媒和外部气体之间进行热交换；三通阀67，用于切换冷媒的循环通路，以及温度传感器74，用于检测冷媒温度(堆温度)。在结束暖机运转后的正常运转时，对三通阀67进行开闭控制，使得从燃料电池堆20流出的冷媒流过冷媒通路61、64并被散热器66冷却，然后流过冷媒通路63再流进燃料电池堆20。而在启动系统后立即进行暖机运转时，对三通阀67进行开闭控制，使得在从燃料电池堆20流出的冷媒流过冷媒通路61、62、63再流进燃料电池堆20。
控制器70是包括CPU、ROM、RAM以及输入输出接口等的计算机系统，作为用于控制燃料电池系统10的各部分(氧化气体供给系统30、燃料气体供给系统40、电力系统50以及冷却系统60)的控制装置发挥功能。例如，当控制器70接收到从点火开关输出的启动信号IG时开始燃料电池系统10的运转，根据从加速传感器输出的加速器开度信号ACC、或者从车速传感器输出的车速信号VC等求得整个系统的要求电力。
整个系统的要求电力是车辆行驶电力和辅助设备电力的合计值。辅助设备电力包括由车载辅助设备(加湿器、空气压缩机、氢泵以及冷却水循环泵等)所消耗的电力、由车辆行驶所需要的装置(变速器、车轮控制装置、操纵装置以及悬架装置等)所消耗的电力，以及由设在乘员空间内的装置(空调装置、照明装置以及音响等)所消耗的电力等。
并且，控制器70确定燃料电池堆20和蓄电池52的各输出电力的分配，计算发电指令值，控制氧化气体供给系统30和燃料气体供给系统40，从而使得燃料电池堆20的发电量与目标电力一致。进一步，控制器70通过控制DC/DC转换器51调整燃料电池堆20的输出电压，从而控制燃料电池堆20的运转点(输出电压、输出电流)。为了能够得到与加速器开度对应的目标车速，控制器70例如将U相、V相以及W相的各交流电压指令值作为开关指令输出给牵引逆变器53，而控制牵引电动机54的输出转矩和转数。
图2是构成燃料电池堆20的电池21的分解透视图。
电池21包括电解质膜22、阳极23、阴极24以及隔板26、27。阳极23和阴极24是从两侧夹持电解质膜22而构成三明治结构的扩散电极。由不透气的导电性部件构成的隔板26、27进而从两侧夹持该三明治结构，并且在阳极23和阴极24之间分别形成燃料气体和氧化气体的流路。隔板26形成有剖面凹状的肋部26a。通过阳极23抵接肋部26a，使肋部26a的开口部闭塞，形成燃料气体流路。隔板27形成有剖面凹状的肋部27a。通过阴极24抵接肋部27a，使肋部27a的开口部闭塞，形成氧化气体流路。
阳极23包括接触电解质膜22的催化剂层23a、和形成在催化剂层23a的表面上且兼有通气性和电子导电性的气体扩散层23b，催化剂层以载持有铂类的金属催化剂(Pt、Pt-Fe、Pt-Cr、Pt-Ni以及Pt-Ru等)的碳粉末为主要成分。同样，阴极24具有催化剂层24a和气体扩散层24b。更详细说，催化剂层23a、24a是如下形成，将载持有铂或者铂和其他金属构成的合金的碳粉分散在合适的有机溶剂中，适量添加电解质溶液而成为糊状，然后在电解质膜22上进行丝网印刷。气体扩散层23b、24b是由碳纤维构成的丝线所织成的碳布、碳纸或者碳毡构成。电解质膜22是固体高分子材料，例如，由氟类树脂形成的质子传导性的离子交换膜，在湿润状态下发挥良好的导电性。由电解质膜22、阳极23以及阴极24形成膜-电极部件25。
图3表示燃料电池堆20的C-V特性(循环伏安曲线)。
该C-V特性表示燃料电池堆20的动态的电气特性，如果以恒定的速度使燃料电池堆20的电压上升，则电流沿着从外部向燃料电池堆20流进的方向(-方向)流动，如果以恒定的速度使燃料电池堆的电压下降，则电流沿着从燃料电池堆20向外部流出的方向(+方向)流动。已知这种动态的电气特性是由于燃料电池堆20寄生性所具有的电容成分导致的。
再参照图2，在电解质膜22和催化剂层23a的界面上、在电解质膜22和催化剂层24a的界面上，集合上述公式(1)～(2)所示的电化学反应相关的电子和氢离子，从而形成双电层。由集合在双电层的电子和氢离子所产生的电压，作为用于使处于基础状态的氢气体和氧气体分别活性化的能量源而消耗，因此一般称为活化过电位。已知的是形成在上述界面上的双电层作为电能量储存源发挥功能，其动态的电气特性与电容器等效。如果急剧增减发电电流，电解质膜22的欧姆电阻所引起的欧姆电压降低以良好的响应性跟随于发电电流的变化，但是在双电层上产生的活化过电位不能够以良好的响应性跟随于发电电流的变化，需要花费一定的时间缓慢地稳定在平衡状态。产生这种差异的原因是因为电解质膜22的电气特性能够模型化为电阻元件，而双电层的电气特性能够模型化为电容器。
图4是使燃料电池堆20的动态的电气特性模型化的等效电路图。
燃料电池堆20具有理想燃料电池28和电容器29并列连接的电路结构。理想燃料电池28是将不具有上述C-V特性的假想性的燃料电池模型化的单元，在电气特性上与可变电源等效。电容器29是将形成在上述界面上的双电层的电气特性模型化为电容元件。外部负荷56是将电力系统50模型化的等效电路。假设从理想燃料电池28流出的电流为Ifc、理想燃料电池28的输出电压(燃料电池堆20的输出电压)为Vfc、流入电容器29的电流为Ic、从燃料电池堆20向外部负荷56流出的电流为Is、电容器29的电容为C、时间为t，则以下公式(4)～(5)成立。
Ifc＝Ic+Is…(4)
Ic＝C·ΔVfc/Δt…(5)
如公式(4)～(5)所示，如果输出电压Vfc上升，对应于每单位时间的变化量ΔVfc/Δt，流入电容器29的电流Ic增加，因此从燃料电池堆20向外部负荷56流出的电流Is下降。而如果输出电压Vfc下降，对应于每单位时间的变化量ΔVfc/Δt，流入电容器29的电流Ic下降，因此从燃料电池堆20向外部负荷56流出的电流Is增加。这样，通过控制输出电压Vfc的每单位时间的升降压量，能够升降从燃料电池堆20向外部负荷56流出的电流Is(下面，为了便于说明，称为ΔV控制)。
本实施方式中，在启动燃料电池系统10时的堆温度小于预定温度(例如0℃)时进行车辆边行驶边低效率运转，对燃料电池堆20进行暖机。低效率运转是指通过将空燃比设定在1.0附近并控制对于燃料电池堆20的反应气体供给量而提高发电损失，以低的发电效率运转。空燃比是指氧剩余率，表示相对于恰好与氢反应所需要的氧而剩余多少供给氧。如果将空燃比设定较低而进行低效率运转，则浓度过电压比正常运转时大，因此在通过氢和氧的反应能够取出的能量中热损失(发电损失)增大。
在车辆边行驶边低效率运转中，将燃料电池堆20的输出电压固定在比基于其I-V特性的电压值低的恒定电压值，同时根据要求电力可变地控制提供给燃料电池堆20的氧化气体流量。其中，将燃料电池堆20的输出电压固定在恒定电压值的原因是如果使燃料电池堆20的输出电压发生变动，如公式(4)～(5)所示，由于燃料电池堆20的电容特性，会产生来自电容器29的电力的充放电，从燃料电池堆20提供给外部负荷56的电力发生过剩或者不足。
低效率运转时的燃料电池堆20的输出电压被设定为能够实现迅速的暖机运转、并且能够得到车辆行驶所需要的最低限度的电动机输出的电压值。从尽快暖机的观点来看，优选将燃料电池堆20的输出电压设定尽量低，不过，如果过于低，则有时得不到车辆行驶所必需的电动机输出，因此，优选设定为能够满足暖机性能并且能够得到车辆行驶时的合适电动机输出的电压。如果FC输出端具备有升压转换器时则不限于此。
这样，在低效率运转时燃料电池堆20的输出电压固定为恒定电压，因此控制器70通过可变地控制对燃料电池堆20的氧化气体供给量，进行对应于要求电力(加速器开度等)的发电控制。例如，在高负荷时增大对燃料电池堆20的氧化气体流量，而在低负荷时减少对燃料电池堆20的氧化气体供给量。但是对燃料电池堆20的燃料气体供给应该保持恒定的流量。
另外，低效率运转进行到堆温度升温到预定温度(例如0℃)，堆温度当达到预定温度时则切换成正常运转。
接着，说明在进行低效率运转时当急剧减少对燃料电池堆20的发电要求时抑制对外部负荷56提供多余电力的方法。
图5表示燃料电池堆20的I-V特性。
在正常运转时为了提高发电效率而进行运转控制，使得运转点(输出电流Ifc、输出电压Vfc)位于I-V特性曲线200上。而在低效率运转时，有意地降低发电效率而提高热损失，因此运转点设定在低于I-V特性曲线200的电压点，例如设定为输出电压Vfc＝V1。在V低效率运转中输出电压Vfc固定为V1，因此通过控制从空气压缩机32提供给燃料电池堆20的氧化气体流量而调整输出电流Ifc，进行与运转负荷(例如，加速器开度)对应的发电控制。
另外，符号300、400表示低效率运转时的I-V特性曲线。
假设通过低效率运转在车辆边行驶边暖机时的运转点为A(I3、V1)，考察通过驾驶员松开加速器而W1被指定为发电指令值Pref的情况。其中，等功率线500为发电电力为W1的运转点的集合体(例如，运转点B的发电电力I2×V1以及运转点B’的发电电力I1×V2都等于W1)。松开加速器后的运转点设定为会存在于等功率线500上的多个运转点中的任一个运转点。
例如，如图6所示，如果以空气压缩机32的转数能够跟随于加速器开度(发电要求)的速度从时刻t10至时刻t11逐渐减小加速器开度，发电指令值Pref和发电量Pmes之间几乎没有差异，几乎不产生多余电力Ws。在这种情况下，只要对应于加速器开度减少对燃料电池堆20的氧化气体流量，就可以将发电电力设定为W1，因此，如图5所示，只要使输出电压Vfc维持V1，并且减少氧化气体流量，使得输出电流Ifc从I3降低到I2，从而将运转点从A移动到B即可。
而如图7所示，如果以空气压缩机32的转数不能够跟随于加速器开度(发电要求)的速度在时刻t20时急剧减小加速器开度，空气压缩机32不能够急剧降低其转数，而以比与发电指令值Pref相配的转数大的转数惯性地持续转动。因此，产生相当于发电指令值Pref和发电量Pmes的差分的多余电力Ws。在这种情况下，通过ΔV控制仅使输出电压Vfc上升ΔVfc＝V2-V1，如图5所示将运转点从A移动到B’，将多余电力Ws充电到电容器29中，从而使从燃料电池堆20提供给外部负荷56的电力值(Pmes-Ws)和发电指令值Pref一致即可。
另外，在运转点A进行电池运转时储存在电容器29的电能量与在运转点B’进行电池运转时储存在电容器29的电能量的差分相当于多余电力Ws。
根据本实施方式，在低效率运转过程中发电指令值Pref急剧减少的情况下，如果不能够控制对燃料电池堆20的氧化气体供给跟随于发电指令值Pref的减少，则能够通过使输出电压Vfc上升而将多余电力Ws充电到电容器29中，从而能够抑制从燃料电池堆20对外部负荷56提供多余电力。
另外，作为应对不能够对应于发电指令值Pref的剧减而剧减空气压缩机32的转动的情况的对策，也可以采用以下措施(1)～(5)。
(1)预先将再生制动器安装在空气压缩机32，在松开加速器时进行利用空气压缩机32的电力再生，从而提高空气压缩机32的减速响应性。
(2)预先将机械式制动器安装在空气压缩机32，从而提高在松开加速器时的空气压缩机32的减速响应性。
(3)松开加速器时在空气压缩机32能够跟随的程度下缓慢减少发电指令值Pref。也就是说，缓慢减少发电指令值Pref使得相当于发电量Pmes和发电指令值Pref的差分的多余电力Ws减少。缓慢减少发电指令值Pref等于是对发电指令值设定与运转负荷相配的电力以上的电力。松开加速器时在不影响驾驶性能的范围内缓慢减少发电指令值Pref的方法是所谓称为退火加速的方法。通过进行退火加速，缓慢减少牵引电动机54的转矩，因此相当于发电指令值Pref和发电量Pmes的差分的多余电力Ws变少，从而通过ΔV控制容易吸收多余电力Ws。
(4)通过在松开加速器时将从空气压缩器32对燃料电池堆20的氧化气体供给降低到稳定极限流量，还调整旁通阀39的阀开度，从而将对燃料电池堆20的氧化气体供给减小到稳定极限流量以下。稳定极限流量是指在能够确保低转动区域中的流量稳定性或者响应性的范围内能够提供空气的最低极限流量。如果空气压缩机32的容量大时难以将提供给燃料电池堆20的氧化气体流量减少到稳定极限流量以下，使得防止在松开加速器时从燃料电池堆20提供给外部负荷56的电力产生过剩或不足，但是根据上述的结构，通过调整流过旁通通路38的旁通空气流量，能够将提供给燃料电池堆20的氧化气体流量减少到稳定极限流量以下，使得防止在松开加速器时从燃料电池堆20提供给外部负荷56的电力产生过剩或者不足。
(5)通过搭载足够容量的蓄电池52，将松开加速器时所发生的多余电力Ws充电到蓄电池52中。
根据上述实施方式，例示了燃料电池系统10用作车载电源系统的方式，但是燃料电池系统10的利用方式不限于此例。例如，可以作为燃料电池车辆之外的移动体(机器人、船舶、飞机等)的电力源而搭载燃料电池系统10。另外，也可以作为住宅或大厦等发电设备(固定用的发电系统)而利用本实施方式的燃料电池系统10。
产业上利用的可能性
根据本发明，在低效率运转过程中当急剧减少发电指令值时，如果不能够控制对燃料电池的反应气体供给而使得跟随发电指令值的减少时，将超过发电指令值的多余电力充电到燃料电池的电容成分，因此可以抑制从燃料电池对外部负荷提供多余的电力。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池，接收反应气体的供给而发电；
反应气体供给装置，用于向所述燃料电池提供反应气体；
暖机装置，以发电效率低于正常运转时的低效率运转对燃料电池进行暖机，以及
控制器，在所述低效率运转正在进行的过程中、对所述燃料电池的发电指令值减少时，在能够控制对所述燃料电池的反应气体供给而使得跟随于所述发电指令值的减少的情况下，使所述燃料电池的输出电压保持恒定，并且减少对所述燃料电池的反应气体供给；在不能够控制对所述燃料电池的反应气体供给而使得跟随于所述发电指令值的减少的情况下，减少对所述燃料电池的反应气体供给，并且通过使所述燃料电池的输出电压上升从而将超过所述发电指令值的多余电力充电到所述燃料电池的电容成分。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述低效率运转是以具有比由所述燃料电池的电流-电压特性曲线所确定的电压值低的电压值的运转点进行电池运转。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述反应气体供给装置包括再生制动器，在所述低效率运转正在进行的过程中、对所述燃料电池的发电指令值减少时，通过所述再生制动器的再生制动，跟随于所述发电指令值的减少而减少对所述燃料电池的反应气体供给。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述反应气体供给装置包括机械式制动器，在所述低效率运转正在进行的过程中、对所述燃料电池的发电指令值减少时，通过所述机械式制动器的制动，跟随于所述发电指令值的减少而减少对所述燃料电池的反应气体供给。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述控制器，在所述低效率运转的正在进行过程中、对所述燃料电池的发电指令值减少时，缓和所述发电指令值的减少，使得跟随于所述发电指令值的减少而减少对所述燃料电池的反应气体供给。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
还包括旁通装置，用于使从所述反应气体供给装置提供的反应气体的一部分绕过所述燃料电池而排气，
所述旁通装置，在所述低效率运转正在进行的过程中、对所述燃料电池的发电指令值减少时，通过控制经过所述旁通装置的反应气体的旁通流量，跟随于所述发电指令值的减少而减少对所述燃料电池的反应气体供给。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
还包括蓄电装置，用于充电所述多余电力。
8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述电容成分是在所述燃料电池的催化剂层和电解质膜的界面上寄生性地形成的双电层的电容成分。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中，
所述电容成分的电容值随着所述催化剂层的氧化还原反应而变动。
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