CN101647146B - 燃料电池系统及电源控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池系统，其为了不使用多维映射而求出空气过剩系数，根据要求电力计算低效率发电时的燃料电池(20)的指令电流值及指令电压值，并根据指令电压值和水温推测以指令电流值为基准电流时的燃料电池(20)的基准电压，求出所得的基准电压和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值，根据空气浓度过电压目标值计算空气过剩系数，根据空气过剩系数计算低效率发电时的空气量，并按照计算出的空气量控制空气对燃料电池(20)的供给量。这时，根据指令电压值和水温推测出基准电压，求出基准电压和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值，并根据空气浓度过电压目标值算出空气过剩系数，从而不使用多维映射地求出空气过剩系数。

Description

燃料电池系统及电源控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，具备利用氢和氧的电化学反应产生电能的燃料电池，特别是涉及起动时的低效率运转时的空气量推定计算。 
背景技术
作为利用氢和氧的电化学反应进行发电的燃料电池，例如有固体高分子型燃料电池。该固体高分子型燃料电池具备层积多个单体电池而构成的组。构成组的单体电池具备阳极(燃料极)和阴极(空气极)，具有磺酸基作为离子交换基的固体高分子电解质膜介于这些阳极和阴极之间。 
向阳极供给燃料气体(氢气或对烃进行改性成为富氢的改性氢)，向阴极供给包含作为氧化剂的氧的气体(氧化剂气体)，作为一例供给空气。通过向阳极供给燃料气体，燃料气体中包含的氢与构成阳极的催化剂层的催化剂反应，由此产生氢离子。产生的氢离子通过固体高分子电解质膜，在阴极和氧产生电反应。成为通过该电化学反应进行发电的结构。 
然而，在燃料电池系统中，在低温起动时，如果前次系统停止时的水分残留于燃料电池内，则存在水分冻结而无法起动的状况。另外，即使起动，往往会因自身反应生成的生成水冻结而停止发电。 
因此，例如如日本特开2004-30979号公报所记载，进行下述控制：将起动时对燃料电池的空气供给量设定为比通常发电时的供给量少，因氧不足而使燃料电池的自身发热量增加。此时，如果使反应气 体的供给量减少，将燃料电池的电压控制在0伏特附近，则有时会在单体电池中产生逆电位。因不产生逆电位的电流值随燃料电池的温度而变化，因此例如日本特开2006-73501号公报所记载，进行的是，预先对在不产生逆电位的电位下使燃料电池动作所需的氧供给量和燃料电池的温度建立关系并映射化，根据燃料电池的温度决定氧供给量。 
发明内容
在使反应气体的供给量减少来进行低效率发电而使燃料电池升温时，以满足低效率发电时的要求电流/电压的方式决定空气过剩系数(将燃料电池发电所需最低限的空气量设为1时的比)，需要考虑燃料电池的温度、含水量等的影响。但是，考虑燃料电池的温度及含水量等影响来决定空气过剩系数需要多维映射，且用于该多维映射的电子控制单元(ECU)的存储容量变大。另外，使用了多维映射的计算通常具有数值适应性差、推定精度低的倾向，在电力误差及需要燃料气体量推定方面也可能产生误差。 
因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，不使用多维映射而高精度地决定低效率发电时的燃料电池的空气过剩系数。 
为了解决上述问题，本发明提供一种燃料电池系统，实施低效率发电，其特征在于，具备：指令值计算部，其计算该低效率发电时对该燃料电池的指令电流值及指令电压值；空气浓度过电压目标值计算部，其推测以该指令电流值为基准电流时的该燃料电池的基准电压，并计算该基准电压和该指令电压值之差作为空气浓度过电压目标值；空气过剩系数计算部，其根据该空气浓度过电压目标值来计算空气过剩系数；和空气量计算部，其根据该空气过剩系数来计算该低效率发电时的空气量。 
根据这样的结构，在决定满足低效率发电时的向燃料电池的指令电流值及指令电压值的空气过剩系数时，以指令电流值为基准电流， 推测燃料电池的基准电压，并求出推测出的基准电压和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值，根据该空气浓度过电压目标值计算空气过剩系数，根据由计算所得的空气过剩系数求出低效率发电时的空气量，因此能够不使用多维映射而求出空气过剩系数。因此，有助于降低存储容量，且不使用多维映射，故而可以提高所求得的空气过剩系数的精度。 
即，在求出用于满足指令电流值和指令电压值的空气过剩系数时，推测以指令电流值为基准电流时的燃料电池的基准电压，并求出由该推测获得的基准电压和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值，因此能够根据空气浓度过电压目标值求出空气过剩系数，能够不使用多维映射而决定空气过剩系数。此时，通过考虑燃料电池的温度及含水量来推测出基准电压，从而可考虑燃料电池的温度及含水量的影响而求出正确的空气过剩系数。 
在构成所述燃料电池系统时，可以附加下面的要素。 
优选的是，所述空气浓度过电压目标值计算部检测该燃料电池的温度，并由所检测出的该温度和该指令电流值来推测该基准电压。 
根据这样的结构，检测出燃料电池的温度，并根据所检测出的温度和指令电流值推测基准电压，由此可以求出考虑到燃料电池的温度的影响的、精度更高的空气过剩系数。 
优选的是，所述空气浓度过电压目标值计算部推测该燃料电池的阻抗，并由所推测的该阻抗和该指令电流值来推测该基准电压。 
根据这样的结构，推测燃料电池的阻抗，并根据所推测的阻抗和指令电流值推测基准电压，由此可以求出对应于含水量的基准电压，可以求出考虑到燃料电池的含水量的影响的、更高精度的空气过剩系 数。 
优选的是，所述空气浓度过电压目标值计算部推测上次结束时的该燃料电池的阻抗，并由所推测的该阻抗和该指令电流值来推测该基准电压。 
根据这样的结构，推测上次结束时的燃料电池的阻抗，并根据所推测的阻抗和指令电流值推测基准电压，从而可求出前次停止时的含水量中校正了温度的基准电压，可以求出考虑到前次停止时的燃料电池的含水量和温度的影响的、更高精度的空气过剩系数。 
优选的是，所述空气过剩系数计算部还测定该燃料电池的含水量，并参照所测定的含水量来计算该空气过剩系数。 
根据这样的结构，测定燃料电池的含水量，并参照所测定的含水量计算空气过剩系数，从而可以求出考虑到燃料电池的含水量的影响的、更高精度的空气过剩系数。 
优选的是，所述空气过剩系数计算部根据该空气浓度过电压目标值和该空气过剩系数的一维映射来计算该空气过剩系数。 
根据这样的结构，可以参照通过预先测定特性所做出的一维映射，根据该空气浓度过电压目标值简单地求出空气过剩系数。 
优选的是，所述空气过剩系数计算部根据该空气浓度过电压目标值、所测定的该燃料电池的含水量和该空气过剩系数的二维映射来计算该空气过剩系数。 
根据这样的结构，可以求出也包含含水量的影响的、更高精度的空气过剩系数。 
另外，本发明提供一种电源控制方法，用于实施低效率发电的燃料电池系统，其特征在于，包括： 
1)计算该低效率发电时对该燃料电池的指令电流值及指令电压值的步骤、 
2)推测以该指令电流值为基准电流时的该燃料电池的基准电压的步骤、 
3)计算该基准电压和该指令电压值之差作为空气浓度过电压目标值的步骤、 
4)根据该空气浓度过电压目标值计算空气过剩系数的步骤、 
5)根据该空气过剩系数计算该低效率发电时的空气量的步骤。 
附图说明
图1是本发明的燃料电池系统的系统结构图。 
图2是用于说明控制部的功能的功能框图。 
图3是作为指令电流值和指令电压值的关系的燃料电池的基准I-V特性图。 
图4是基准I-V特性和燃料电池温度t的关系图。 
图5是根据空气浓度目标电压值确定的空气过剩系数的关系图。 
图6是用于说明实施方式1的作用的流程图。 
图7是基准I-V特性和阻抗的关系图。 
图8是用于说明实施方式2的作用的流程图。 
具体实施方式
(整体结构) 
图1是适用了本发明的燃料电池系统的系统结构图。 
图1中，燃料电池系统10构成为具备：用于向燃料电池20供给燃料气体(氢气)的燃料气体供给系统4；用于向燃料电池20供给氧化气体(空气)的氧化气体供给系统7；用于对燃料电池20进行冷却 的冷却液供给系统3；充放电来自燃料电池20的发电电力的电力系统9。 
燃料电池20具备通过网板印刷等在高分子电解质膜21的两面上形成有阳极22和阴极23的膜/电极接合体24，所述高分子电解质膜21由通过氟类树脂等形成的质子传导性的离子交换膜等构成。膜/电极接合体24的两面由具有燃料气体、氧化气体、冷却水的流路的隔板(未图示)夹层。在该隔板和阳极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通过在多孔质支承层上设置燃料极用催化剂层而构成，阴极23通过在多孔质支承层上设置空气极用催化剂层而构成。这些电极的催化剂层例如附着白金粒子而构成。 
在阳极22上产生下面的(1)式的氧化反应，在阴极23上产生下面(2)式的还原反应。燃料电池20整体产生下面(3)式的起电反应。 
H2→2H++2e-          …(1) 
(1/2)O2+2H++2e-→H2O …(2) 
H2+(1/2)O2→H2O      …(3) 
另外，在图1中，为了便于说明，示意性图示了由膜/电极接合体24、阳极气体通道25及阴极气体通道26构成的单元单体电池的结构，但实际上具备经由上述的隔板将多个单元单体电池(电池组)串联连接的堆叠结构。 
在燃料电池系统10的冷却液供给系统3中设置有：使冷却液循环的冷却流路31；对由燃料电池20排出的冷却液的温度进行检测的温度传感器32；将冷却液的热量向外部散热的散热器(热交换器)33；调整向散热器33流入的冷却液的水量的阀34；对冷却液进行加压而使其循环的冷却液泵35；和对向燃料电池20供给的冷却液的温度进行检测的温度传感器36等。 
在燃料电池系统10的燃料气体供给系统4配设有：燃料气体流路40，用于将来自燃料气体供给装置42的燃料气体(阳极气体)例如氢气供给到阳极气体通道25；和循环流路(循环路径)51，用于使从阳极气体通道25排出的燃料废气向燃料气体流路40循环，通过这些气体流路构成燃料气体循环系统。 
在燃料气体流路40上设置有对来自燃料气体供给装置42的燃料气体流出进行控制的截止阀(主阀)43、检测燃料气体压力的压力传感器44、调整循环路径51的燃料气体压力的调整阀(喷射器)45、控制向燃料电池20的燃料气体供给的截止阀46。燃料气体供给装置42例如由高压氢罐、贮氢合金、改性器等构成。 
在循环流路51上设置有：截止阀52，控制从燃料电池20向循环流路51的燃料废气供给；气液分离器53及排出阀54，除去燃料废气内所含的水分；氢泵(循环泵)55，通过阳极气体通道25时，对受到压力损失的燃料废气进行压缩而使之升压至适度的气压而回流到燃料气体流路40；止逆阀56，防止燃料气体流路40的燃料气体向循环流路51侧逆流。利用马达驱动氢泵55，从而驱动氢泵55产生的燃料废气在燃料气体流路40内与从燃料气体供给装置42供给的燃料气体合流，之后，向燃料电池20供给而进行再利用。另外，在氢泵55上设置有对氢泵55的转速进行检测的转速传感器57。 
另外，循环流路51分支配设有用于将从燃料电池20排出的燃料废气经由稀释器62(例如氢浓度降低装置)向车外排出的排气流路61。在排气流路61上设置有清洁阀63，构成为进行燃料废气的排气控制。通过开关清洁阀63，能够反复燃料电池20内的循环，将不纯度增加的燃料废气向外部排出，导入新的燃料气体而防止单体电池电压的降低。 
另一方面，在燃料电池系统10的氧化气体供给系统7中配设有用于向阴极气体通道26供给氧化气体(阴极气体)的氧化气体流路71、 和用于将从阴极气体通道26排出的阴极废气排出的阴极废气流路72。在氧化气体流路71上设置有：空气过滤器74，其从大气取入空气；及空气压缩机75，其对取入的空气进行压缩，并将已压缩的空气作为氧化剂气体送入阴极气体通道26。在空气压缩机75上设置有检测空气压缩机75的转速的转速传感器73。在氧化气体流路71和阴极废气流路72之间设置有进行湿度交换的加湿器76。在阴极废气流路72上设置有：调压阀77，其调整阴极废气流路72的排气压力；气液分离器64，其作为用于除去阴极废气中的水分的选择的结构；及消声器65，其吸收阴极废气的排气声音。将从气液分离器64排出的阴极废气分流，一部分流入稀释器62，与滞留在稀释器62内的燃料废气混合而被稀释。另外，所分流的另一部分阴极废气通过消音器65被吸音，与利用稀释器62混合稀释的气体混合，向车外排出。 
另外，燃料电池系统10的电力系统9连接有：DC-DC转换器90，其一次侧连接有蓄电池91的输出端子，其二次侧连接有燃料电池20的输出端子；蓄电池91，其作为二次电池蓄电剩余电力；蓄电池计算机92，其监视蓄电池91的充电状况；变换器93，其向成为燃料电池20的负载或驱动对象的车辆行驶用马达94供给交流电力；变换器95，其向燃料电池系统10的各种高压辅机96供给交流电力；电压传感器97，其测定燃料电池20的输出电压；及电流传感器98，其测定输出电流。 
DC-DC转换器90对燃料电池20的剩余电力或通过向车辆行驶用马达94的制动动作而产生的再生电力进行电压变换而供给到蓄电池91使之充电。另外，为了填补燃料电池20的发电电力对于车辆行驶用马达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而向二次侧输出。 
变换器93及95将直流电流变换为三相交流电流，分别向车辆行驶用马达94及高压辅机96输出。在车辆行驶用马达94上设置有对马 达94的转速进行检测的转速传感器99。马达94经由差速器而机械地结合车轮100，可以将马达94的回转力变换成车辆的推进力。 
电压传感器97及电流传感器98用于根据电力系统9所重叠的交流信号相对于电压的电流的相位和振幅来测定交流阻抗。交流阻抗与燃料电池20的含水量相对应。 
进而，燃料电池系统10上设置有用于控制燃料电池12的发电的控制部80。控制部80例如由具备CPU(中央处理装置)、RAM、ROM、接口电路等的通用计算机构成。控制部80取入来自温度传感器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，根据电池运转的状态例如根据电力负载来驱动各马达，调整氢泵55及空气压缩机75的转速，进而进行各种阀(阀)的开闭控制或阀开度的调整等。 
图2表示通过控制部80执行规定的程序所实现的功能框图。 
如图2所示，控制部80具备如下构造而构成：指令值计算部80a，其在使反应气体对燃料电池20的供给量减少而进行低效率发电时，根据对燃料电池系统20的要求电力Preq来计算低效率发电时向燃料电池20的指令电流值及指令电压值；空气浓度过电压目标值计算部80b，其对以由指令值计算部80a的计算所获得的指令电流值为基准电流时的燃料电池20的基准电压进行推测，并计算所推测的基准电压和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值；空气过剩系数计算部80c，其根据由空气浓度过电压目标值计算部80b的计算获得的空气浓度过电压目标值来计算空气过剩系数(将燃料电池20的发电所需要的最低限的空气量设为1时的比)；和空气量计算部80d，其根据由空气过剩系数计算部80c的计算所获得的空气过剩系数来计算低效率发电时的空气量。 
(实施方式1) 
本实施方式1中，在空气浓度过电压目标值计算部80b中，在推测燃料电池20的基准电压时，将温度传感器32、36作为水温传感器使用，根据水温传感器的检测温度和指令电流值推测基准电压。 
但是，如后述，此外还可以根据电流传感器98的检测电流和电压传感器97的检测电压来推测燃料电池20的阻抗，并根据推测出的阻抗和指令电流值来推测作为燃料电池20的基准电压的对应于阻抗、即含水量的基准电压。 
另外，在空气浓度过电压目标值计算部80b中，在推测燃料电池20的基准电压时，也可以根据电流传感器98的检测电流和电压传感器97的检测电压来推测上次结束时的燃料电池20的阻抗，并能够根据推测出的阻抗和指令电流值来推测燃料电池的基准电压，求出在上次结束时的含水量上增加了温度校正的基准电压。 
图3表示作为指令电流值和指令电压值的关系的燃料电池的I-V特性。 
在图3中表示根据低效率运转时对于燃料电池的指令电流值I1和指令电压值V1确定的指令动作点P1。另一方面，根据氧化气体(空气)及燃料气体(氢气)充足的情况下的通常运转时的温度确定的基准I-V特性用曲线f1表示。考虑以指令电流值为基准时，指令动作点P1的电压V1和指令动作点P1的电流I1对应的曲线f1上的基准电压Vth的差为“空气浓度过电压目标值”。 
空气浓度过电压目标值计算部80b构成为，在对以指令电流值为基准电流时的燃料电池20的基准电压进行推测时，对根据指令电流值和指令电压值确定的指令动作点P1的指令电压值V1和基准I-V特性曲线f1上的基准电压值Vth的差进行计算，并将其作为空气浓度过电 压目标值输出。 
图4是表示基准I-V特性和燃料电池温度t之间的关系的图。 
如图4所示，表示电流指令值和基准电压值之间的关系的基准I-V特性曲线随燃料电池20的温度而变化。即，表示电流指令值和基准电压值之间的关系的基准I-V特性曲线f1～f6在燃料电池20的温度较低时表示沿基准I-V特性曲线f1的特性，随着燃料电池20的温度升高，表示基准电压值Vth的基准I-V特性曲线变化为f2、f3、f4、f5、f6。空气浓度过电压目标值计算部80b预先将如图4所示的燃料电池温度t和基准I-V特性曲线之间的关系作为一维映射保持。而且，在根据指令电流值和燃料电池20的温度来推测基准电压时，空气浓度过电压目标值计算部80b使用表示图4所示的关系的映射200，计算对应于指令电流值的基准电压值，并由此计算空气浓度过电压目标值。 
图5表示根据空气浓度目标电压值确定的空气过剩系数的关系图。 
空气过剩系数计算部80c预先将图5所示的关系图作为一维映射保存。而且，在根据空气浓度过电压目标值计算空气过剩系数时，空气过剩系数计算部80c使用表示图5所示的关系的基准电压值映射202，计算出对应于空气浓度过电压目标值的空气过剩系数。 
下面，根据图6的流程图，说明实施方式1的作用。 
首先，控制部80的指令值计算部80a根据对于实施低效率发电的燃料电池系统10的要求电力Preq，计算对燃料电池20的指令电流值和指令电压值(S1)。接着，控制部80的空气浓度过电压目标值计算部80b取入温度传感器32、36的检测温度(水温)(S2)，根据检测温度和指令电流值及指令电压值来检索表示图4所示的关系的基准电 压值映射200，推测出基准电压值Vth(S3)。之后，空气浓度过电压目标值计算部80b计算所推测出的基准电压值Vth和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值(S4)。 
接着，控制部80的化学计量比计算部80c根据所计算出的空气浓度过电压目标值来检索表示图5所示的关系的基准电压值映射202，并求出对应于空气浓度过电压目标值的空气过剩系数(S5)。而且，控制部80的空气量计算部80d根据已求出的空气过剩系数计算出空气量，例如根据由电流传感器98检测出的电流值×换算系数×空气过剩系数计来算出空气量(S6)，结束该过程的处理。 
对应于通过这些处理所求出的空气量，控制部80驱动空气压缩机75，将需要的量的空气供给到燃料电池20。 
以上，根据本实施方式1，在对以指令电流值为基准电流时的燃料电池20的基准电压进行推测时，根据指令电流值和燃料电池20的温度来推测基准电压，因此可以求出对应于燃料电池20的温度的基准电压，并且根据从基准电压和指令电压的差所获得的空气浓度过电压目标值，可以求出空气过剩系数，可以实现存储容量的降低。另外，由于不使用多维映射，故而能够高精度地求出空气过剩系数。 
(实施方式2) 
接着，对实施方式2进行说明。本实施方式2涉及根据燃料电池的阻抗推定空气过剩系数的例子。 
图7表示基准I-V特性和阻抗之间的关系的图。 
如图7所示，基准I-V特性与上述燃料电池的温度的情况同样，受燃料电池的阻抗的影响而变化。燃料电池的阻抗与残留在燃料电池的单体电池内的水分量即燃料电池的含水量相对应。 
在实施方式2中，控制部80的空气浓度过电压目标值计算部80b预先将图7所示的关系作为一维映射存储。而且，空气浓度过电压目标值计算部80b根据通过电压传感器97及电流传感器98所检测出的燃料电池的电压及电流，测定燃料电池20的交流阻抗，并根据所测定的阻抗直接计算空气浓度过电压目标值。 
即，空气浓度过电压目标值计算部80b构成为使用如图7所示的基准电压值映射204代替表示图4所示的关系的映射200。其他的结构与实施方式1相同。另外，映射204中的特性曲线f11～f16中，f11阻抗最低，随着阻抗变高，变为特性曲线f12～f16的特性。 
接着，根据图8的流程图，说明本实施方式2的作用。 
首先，控制部80的指令值计算部80a根据对于实施低效率发电的燃料电池系统10的要求电力Preq，计算对燃料电池20的指令电流值和指令电压值(S11)。接着，控制部80的空气浓度过电压目标值计算部80b根据电流传感器98的检测电流和电压传感器97的检测电压来算出燃料电池20的阻抗(S12)。然后，空气浓度过电压目标值计算部80b根据已计算出的阻抗和指令电流值及指令电压值，检索记录了如图7所示的关系的基准电压值映射204，推测对应的基准电压值Vth(S13)。而且，计算所推测出的基准电压值和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值(S14)。 
接着，控制部80的空气过剩系数计算部80c根据所计算出的空气浓度过电压目标值来检索图5所示的映射202，并求出对应于空气浓度过电压目标值的空气过剩系数(S15)。而且，控制部80的空气量计算部80d根据已求出的空气过剩系数计算出空气量，例如根据由电流传感器98的检测得到的电流值×换算系数×空气过剩系数计算出空气量(S16)，结束该过程的处理。 
对应于通过这些处理求出的空气量，控制部80驱动空气压缩机75，将需要量的空气向燃料电池20供给。 
以上，根据本实施方式2，在对以指令电流值为基准电流时的燃料电池20的基准电压进行推测时，根据指令电压值和燃料电池20的阻抗进行推测，因此可以求出对应于燃料电池20的阻抗的基准电压，并且可以根据从基准电压和指令电压的差所获得的空气浓度过电压目标值，求出空气过剩系数，可以实现存储容量的降低。另外，由于不使用多维映射，故而能够高精度地求出空气过剩系数。 
(变形例) 
本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变形而应用。 
例如，在上述实施方式2中，作为计算空气量的前提，为了算出空气浓度过电压目标值而测定阻抗，但是，除此以外，可以通过推测上次结束时的燃料电池20的阻抗(含水量)，并根据所推测出的阻抗和指令电压值来推测基准电压，从而可以求出在上次结束时的含水量上增加了温度的校正的基准电压。通过利用前次的阻抗，不需要只为了计算空气量而测定阻抗，可进行利用了阻抗的精度高的空气过剩系数计算、进而可进行正确的空气量供给。 
另外，在上述的实施方式中，代替使用表示空气浓度过电压目标值和空气过剩系数的关系的映射202，采用如下结构：利用阻抗的测定来设定燃料电池20的含水量，并根据含水量和空气浓度过电压目标值的二维映射求出空气过剩系数，由此，可以更准确地求出考虑到了燃料电池20的含水量的影响的空气过剩系数。 
(产业上的可利用性) 
根据本发明，以指令电流值为基准电流值，推测燃料电池的基准 电压，并求出已推测出的基准电压和指令电压值的差作为空气浓度过电压目标值，根据该空气浓度过电压目标值计算空气过剩系数，根据通过计算获得的空气过剩系数，求出低效率发电时的空气量，因此不需要使用多维映射，可以降低存储容量，并高精度地求出空气过剩系数。 

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，实施低效率发电，其特征在于，具备：
指令值计算部，其计算该低效率发电时对该燃料电池的指令电流值及指令电压值；
空气浓度过电压目标值计算部，由表示指令电流值和指令电压值之间的关系的基准I-V特性曲线求出以所述指令值计算部算出的指令电流值为基准电流值时的该燃料电池的基准电压值，并计算该基准电压值和所述指令值计算部算出的指令电压值之差作为空气浓度过电压目标值；
空气过剩系数计算部，根据该空气浓度过电压目标值和该空气过剩系数的一维映射来计算该空气过剩系数，或者根据该空气浓度过电压目标值、所测定的该燃料电池的含水量和该空气过剩系数的二维映射来计算该空气过剩系数；和
空气量计算部，其根据该空气过剩系数来计算该低效率发电时的空气量。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，
所述空气浓度过电压目标值计算部检测该燃料电池的温度，并由所检测出的该温度和该指令电流值来求出该基准电压值。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，
所述空气浓度过电压目标值计算部推测该燃料电池的阻抗，并由所推测的该阻抗和该指令电流值来求出该基准电压值。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，
所述空气浓度过电压目标值计算部推测上次结束时的该燃料电池的阻抗，并由所推测的该阻抗和该指令电流值来求出该基准电压值。
5.一种电源控制方法，用于实施低效率发电的燃料电池系统，其特征在于，包括：
计算该低效率发电时对该燃料电池的指令电流值及指令电压值的步骤；
由表示指令电流值和指令电压值之间的关系的基准I-V特性曲线求出以所述算出的指令电流值为基准电流值时的该燃料电池的基准电压的步骤；
计算该基准电压和该指令电压值之差作为空气浓度过电压目标值的步骤；
根据该空气浓度过电压目标值和空气过剩系数的一维映射来计算该空气过剩系数，或者根据该空气浓度过电压目标值、所测定的该燃料电池的含水量和空气过剩系数的二维映射来计算空气过剩系数的步骤；和
根据该空气过剩系数计算该低效率发电时的空气量的步骤。
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