CN101911357A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使因急速预热等降低单体电池电压时也可实施适当的电流限制的燃料电池系统。当开始急速预热时，单体电池电压允许值设定部(80c)设定和燃料电池的运转状态对应的最低单体电池电压允许值。另一方面，单体电池电压目标值设定部(80d)设定最低单体电池电压目标值的初始值。之后，单体电池电压目标设定部(80d)比较由单体电池监视器检测出的最低单体电池电压、和设定的最低单体电池电压目标值，判断最低单体电池电压是否连续一定时间趋于最低单体电池电压目标值附近。单体电池电压目标值设定部(80d)获得肯定的判断时，将最低单体电池电压目标值Vth更新为降低了更新幅度ΔV的值。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种具有燃料电池的燃料电池系统，该燃料电池具有多个单体电池。
背景技术
作为利用氢和氧的电化学反应来发电的燃料电池，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有层叠多个单体电池而构成的电池组。构成电池组的单体电池具有阳极(燃料极)和阴极(空气极)，这些阳极和阴极之间，作为离子交换基存在具有磺酸基的固体高分子电解质膜。
向阳极供给含有燃料气体(对氢气或烃进行改性而成为富氢的改性氢)的燃料气体，向阴极供给作为氧化剂含有氧的气体(氧化剂气体)，例如供给空气。通过向阳极供给燃料气体，燃料气体中含有的氢与构成阳极的催化剂层的催化剂反应，从而产生氢离子。产生的氢离子通过固体高分子电解质膜，在阴极与氧发生电化学反应。通过该电化学反应进行发电。
其中，下述专利文献1公开了以下进行急速预热的技术：起动燃料电池时使供给到阳极的燃料气体及供给到阴极的氧化气体中的至少一个为不足状态，增加电极的一部分的过电压而进一步产生热，从而使燃料电池的温度上升。
专利文献1：日本特表2003-503807号
发明内容
然而，进行急速预热时，需要使燃料电池的单体电池电压下降到预先设定的阈值(允许值)，但现有技术中，单体电池电压下降到允许值为止未进行电流限制。然而，存在如下问题：当单体电池电压低于允许值后进行电流限制时，因急速预热时的单体电池电压的下降速度较快，因此产生电流限制无法跟上，单体电池电压大幅低于允许值。
本发明鉴于以上情况而做出，其目的在于提供一种即使在因急速预热等使单体电池电压降低时也可实施适当的电流限制的燃料电池系统。
为解决上述课题，本发明的燃料电池系统的特征在于，具有：燃料电池，具有多个单体电池；检测单元，检测单体电池电压；设定单元，设定上述单体电池电压的最低目标电压；及控制单元，当检测出的单体电池电压达到上述最低目标电压时，进行上述燃料电池的电流限制，上述设定单元在检测出的单体电池电压和上述最低目标电压之间的关系满足规定条件时，阶段性地更新上述最低目标电压。
根据上述构成，当检测出的单体电池电压和最低目标电压之间的关系满足规定条件时(例如单体电池电压连续一定时间趋于最低目标电压附近时、单体电池电压连续一定时间从最低目标电压附近偏离而变高时等)，阶段性地更新最低目标电压。电流限制时，利用该更新的最低单体电池电压目标值，因此能够事先防止单体电池电压和最低目标电压大幅偏离而无法彻底控制单体电池电压、单体电池电压大幅低于最低目标电压的问题。
在上述构成中优选，上述设定单元设定比该单体电池电压的最低允许值高的值作为上述单体电池电压的最低目标电压。
进一步，在上述构成中优选，上述设定单元在检测出的单体电池电压进入到上述最低目标电压的阈值范围内且该状态持续规定时间以上时，降低在当前时刻设定的最低目标电压。
在上述构成中优选，上述设定单元在检测出的单体电池电压进入到上述最低目标电压的阈值范围内达规定次数以上时，降低上述最低目标电压。
在上述构成中优选，上述设定单元在检测出的单体电池电压超过在上述最低目标电压上加上更新余量后的值且该状态持续规定时间以上时，提高在当前时刻设定的最低目标电压。
在上述构成中优选，上述设定单元在检测出的单体电池电压超过在上述最低目标电压上加上更新余量后的值达规定次数以上时，提高上述最低目标电压。
在上述构成中优选，还具有允许值设定单元，根据上述燃料电池的运转状态来设定上述单体电池电压的最低允许值。
在上述构成中优选，上述燃料电池的运转状态是上述燃料电池的相关温度、上述燃料电池的输出电流、或反应气体向上述燃料电池的供给状态中的任意一种。
并且，本发明涉及的其他燃料电池系统的特征在于，具有：燃料电池，具有多个单体电池；检测单元，检测单体电池电压；设定单元，设定上述单体电池电压的最低目标电压；及控制单元，当检测出的单体电池电压达到上述最低目标电压时，进行上述燃料电池的电流限制，在由上述控制单元进行电流限制的期间、对上述燃料电池的输出电流的指令值被设定为上述输出电流的下限值达规定时间以上时，上述设定单元将在当前时刻设定的最低目标电压更新为通过上述检测单元检测出的实测单体电池电压。
根据本发明，即使在产生急速的单体电池电压下降等情况下，也可实施适当的电流限制。
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控制部的块构成图。
图3是用于说明以往的电流限制处理的动作的时序图。
图4是用于说明本实施方式的电流限制处理的动作的时序图。
图5是用于说明本实施方式的电流限制处理的流程图。
标号说明
10燃料电池系统
20燃料电池
32、36温度传感器
101单体电池监视器
80a急速预热判断部
80b要求电力计算部
80c单体电池电压允许值设定部
80d单体电池电压目标值设定部
80e电流/电压指令值计算部
具体实施方式
A.本实施方式
图1是搭载了本实施方式涉及的燃料电池系统10的车辆的概要构成。此外，在以下说明中，作为车辆的一例假设是燃料电池汽车(FCHV：Fuel Cell Hybrid Vehicle)，但也可适用于电动汽车、混合动力汽车。并且，不仅适用于车辆，也可适用于各种移动体(例如船舶、飞机、机器人等)、定置型电源、进而携带型燃料电池系统等。
在图1中，燃料电池系统10具有：燃料气体供给系统4，用于向燃料电池20供给含有氢的燃料气体；氧化气体供给系统7，用于向燃料电池20供给含有氧的氧化气体；冷却液供给系统3，用于冷却燃料电池20；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/电极接合体(MEA)24，所述膜/电极接合体在由氟系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的两个面上通过网板印刷等形成阳极22和阴极23而形成。膜/电极接合体24的两面通过具有燃料气体、氧化气体、冷却水的流路的隔板(未图示)而被夹持，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铂粒子而构成。
阳极22中，产生下述(1)式的氧化反应，在阴极23中，产生下述(2)式的还原反应。作为燃料电池20整体，产生下述通式(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，示意地图示了由膜/电极接合体24、阳极气体通道25及阴极气体通道26构成的单元电池的构造，但实际上具有经由上述隔板使多个单元电池(电池组)串联地连接的堆叠构造。
燃料电池系统10的冷却液供给系统3中设有：冷却通路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，使冷却液的热散热到外部；阀34，调整向散热器33流入的冷却液的水量；冷却液泵35，加压冷却液而使之循环；及温度传感器36，检测供给到燃料电池20的冷却液的温度。
燃料电池系统10的燃料气体供给系统4中配置有：燃料气体供给装置42，存储燃料气体(阳极气体)例如氢气；燃料气体流路40，将来自该燃料气体供给装置42的燃料气体供给到阳极气体通道25；及循环流路(循环路径)51，使从阳极气体通道25排出的燃料废气循环到燃料气体流路40，通过这些气体流路而构成燃料气体循环系统。
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。燃料气体流路40上设有：截止阀(总阀)43，控制从燃料气体供给装置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(喷射器)45，调整循环路径51的燃料气体压力；及截止阀46，控制燃料气体向燃料电池20的供给。
循环流路51上设有：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，除去燃料废气中含有的水分；氢泵(循环泵)55，使通过阳极气体通道25时压缩受到压力损失的燃料废气压缩而升压到适度的气体压力，从而回流到燃料气体流路40；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。通过电机驱动氢泵55，从而由氢泵55的驱动产生的燃料废气在燃料气体流路40中与从燃料气体供给装置42供给的燃料气体汇合后，供给到燃料电池20而被再利用。此外，在氢泵55上设有检测氢泵55的转速的转速传感器57、及检测氢泵55前后的循环路径压力的压力传感器58、59。
并且，在循环流路51上分支配置有排气流路61，用于将从燃料电池20排出的燃料废气经由稀释器(例如氢浓度降低装置)62排出到车外。在排气流路61上设有清洁阀63，构成为可进行燃料废气的排气控制。能够通过开关清洁阀63，重复燃料电池20内的循环，将杂质浓度增加的燃料废气排出到外部，导入新的燃料气体而防止单体电池电压的下降。并且，也可以在循环流路51的内压中产生脉动，除去气体流路中蓄积的水分。
另一方面，在燃料电池系统10的氧化气体供给系统7中配管有：氧化气体流路71，用于向阴极气体通道26供给氧化气体(阴极气体)；及阴极废气流路72，用于将从阴极气体通道26排出的阴极废气排出。在氧化气体流路71上设有：空气过滤器74，从大气取入空气；及空气压缩机75，压缩取入的空气并将压缩后的空气作为氧化剂气体输送到阴极气体通道26，在空气压缩机75上设置有检测空气压缩机75的空气供给压力的压力传感器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上设有：调压阀77，调整阴极废气流路72的排气压力；气液分离器64，除去阴极废气中的水分；及消音器65，吸收阴极废气的排气声音。从气液分离器64排出的阴极废气被分流，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，被分流的其他部分的阴极废气通过消音器65被吸收声音，与通过稀释器62混合稀释的气体混合，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，在一次侧连接蓄电池91的输出端子，在二次侧连接燃料电池20的输出端子；蓄电池91，作为二次电池存储剩余电力；蓄电池计算机92，监视蓄电池91的充电情况；变换器93，向作为燃料电池20的载荷或驱动对象的车辆行驶用电机94供给交流电力；变换器95，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，测定燃料电池20的输出电压；及电流传感器98，测定输出电流。
进一步，燃料电池20中，检测燃料电池20的各单体电池的电压的单体电池监视器101被连接到燃料电池20上。单体电池监视器(检测单元)101检测各单体电池的单体电池电压，进一步也检测作为单体电池电压的最低值的最低单体电池电压。
DC-DC转换器90将通过对燃料电池20的剩余电力或车辆行驶用电机94的制动动作而产生的再生电力电压变换而供给到蓄电池91来进行充电。并且，为了填补燃料电池20的发电电力相对于车辆行驶用电机94的要求电力的不足量，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输出到二次侧。
变换器93及95将直流电流变换为三相交流电流，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。电机94通过减速器与车轮100机械性结合，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用于根据相对于在电力系统9中重叠的交流信号的电压的电流的相位和振幅来测定交流阻抗。根据交流阻抗的测定结果，掌握燃料电池20的状态(含水量、发电状态等)。
进一步，燃料电池系统10中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，取入来自温度传感器32、36、压力传感器44、58、59、转速传感器57、99的传感器信号、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，例如电力载荷来驱动各电机，调整氢泵55及空气压缩机75的转速，进一步进行各种阀的开关控制或阀开度的调整等。在本实施方式中，示例了作为测定燃料电池20的冷却水的温度的传感器的温度传感器32、36，但也可检测燃料电池周边的外部气温、部件温度等和燃料电池20相关的温度(以下统称为电池组相关温度)。
控制部80在控制燃料电池系统10的输出电力时，例如在急速预热中，根据车辆用辅机损失功率、蓄电池充电量、高压辅机96的功率限制率，计算车辆系统要求功率(系统所要求的系统要求电力)Preq，用DC-DC转换器90输出的二次侧电压去除系统要求功率Preq，计算车辆系统要求电流Ireq。此时，进行基于单体电池监视器101检测出的最低单体电池电压的电流限制处理。
在本实施方式中，在停止该车辆的运转的状态(即车辆行驶前的起动准备阶段，以下称为起动准备状态)下，当检测出电池组相关温度小于规定温度(例如0℃)时，开始低效率运转(即从起动准备状态转换到低效率运转状态)，进行燃料电池20的急速预热。
其中，低效率运转是指，和通常运转相比缩小气体的供给量(例如将空气过剩系数设定为1.0左右)，从而提高发电损失，以较低的发电效率运转。将空气过剩系数设定得较低来实施低效率运转时，和通常运转时相比，浓度过电压变大，因此通过氢和氧的反应可取出的能量中，热损失(发电损失)增大。
这种低效率运转下的急速预热不仅在车辆行驶前(起动准备状态→低效率运转状态)进行，而且在车辆行驶中、车辆停止时(通常运转状态→低效率运转状态)等也进行。并且，低效率运转时的空气过剩系数(即氧剩余率)不限定为1.0左右，只要是比通常运转小的值就可任意设定、变更。
图2是通过控制部80执行规定的计算机程序来实现的功能框图。
如图2所示，控制部80构成为具有：急速预热判断部80a；要求电力计算部80b；单体电池电压允许值设定部80c；单体电池电压目标值设定部80d；及电流/电压指令值计算部80e。
急速预热判断部80a根据由温度传感器32、35检测出的电池组相关温度，判断急速预热的执行开始/停止等。具体而言，急速预热判断部80a在起动准备状态下检测到电池组相关温度小于第1阈值温度(例如0℃)时，判断应该开始执行急速预热，将急速预热的执行开始指示输出到单体电池电压允许值设定部80c、单体电池电压目标值设定部80d、电流/电压指令值计算部80e。另一方面，急速预热判断部80a检测到电池组相关温度大于第2阈值温度(例如0℃～80℃)时、或检测到从急速预热开始后经过了规定时间以上时，将急速预热的执行停止指示输出到电流/电压指令值计算部80e。
要求电力计算部80b根据车辆用辅机损失功率、蓄电池充电量、高压辅机96的功率限制率等，计算出系统要求电力(在此为对燃料电池12的要求电力)，将计算出的要求电力输出到电流/电压指令值计算部80e。
单体电池电压允许值设定部(允许值设定单元)80c具有根据燃料电池20的运转状态来设定最低单体电池电压允许值的功能。最低单体电池电压允许值是指，为了进行燃料电池的保护，在低温时作为单体电池电压可允许的电压(单体电池电压的最低允许值)，例如基于燃料气体缺乏时的逆电位和电阻值的阴极电位减少量等计算出。该最低单体电池电压允许值预先通过试验等求出，根据试验结果做成用于决定最低单体电池电压允许值的允许值映射。该允许值映射中登录各种和燃料电池20的运转状态，具体而言和电池组相关温度、燃料电池20的输出电流、进而燃料气体向燃料电池20的供给状态(燃料气体的供给状态是正常还是异常)等对应的最低单体电池电压允许值。
单体电池电压允许值设定部80c从由温度传感器32、35检测出的电池组相关温度、由电流传感器98检测出的燃料电池20的输出电流、由压力传感器44、流量计(省略图示)等检测出的单位时间内的燃料气体流量等来掌握燃料电池20的运转状态时，参照允许值映射，设定和该运转状态对应的最低单体电池电压允许值。并且，单体电池电压允许值设定部80c将设定的最低单体电池电压允许值通知给单体电池电压目标值设定部80d。
单体电池电压目标值设定部(设定单元)80d具有以下功能：设定最低单体电池电压的目标值(最低目标电压)的功能；在检测出的单体电池电压与最低单体电池电压的目标值(以下称为最低单体电池电压目标值)的关系中满足规定条件时，阶段性地更新该最低单体电池电压目标值的功能；进而将更新后的最低单体电池电压目标值输出到电流/电压指令值设定部80e的功能。更新的最低单体电池电压目标值总是被设定为最低单体电池电压允许值以上的值，但对与最低单体电池电压目标值的设定、更新相关动作在后面详述，因此在此不进行更多的说明。
电流/电压指令值设定部80e根据从要求电力计算部80b输出的要求电力、从单体电池电压允许值设定部80c、单体电池电压目标值设定部80d输出的最低单体电池电压目标值，向DC-DC转换器90输出电流指令值及电压指令值。该电流指令值及电压指令值成为规定燃料电池20中的实际的输出电流/输出电压的控制信号。并且，电流/电压指令值设定部(控制单元)80c在检测出的单体电池电压(最低单体电池电压)达到最低单体电池电压目标值时，通过PI控制对最低单体电池电压目标值进行电流限制。
图3是用于说明以往的电流限制处理的动作的时序图，图4是用于说明本实施方式的电流限制处理的动作的时序图。在图3及图4中，纵轴表示燃料电池20的单体电池电压、输出电流(车辆系统要求电流10)、输出电压，横轴表示经过时间。
如图3所示，在以往的电流限制处理中，仅设定最低单体电池电压允许值Vph，未设定最低单体电池电压目标值。因此，开始基于低效率运转的急速预热后，直到最低单体电池电压达到最低单体电池电压允许值为止不进行电流限制，但到达最低单体电池电压允许值后进行电流限制时，低效率运转时的单体电池电压的下降速度较快，因此产生单体电池电压大幅低于最低单体电池电压允许值的问题(参照图3所示的α)。
因此在本实施方式中，如图4所示，设定最低单体电池电压允许值Vph以上的最低单体电池电压目标值Vth，阶段性地更新该最低单体电池电压目标值Vth，并且利用更新的最低单体电池电压目标值Vth而进行电流限制。具体而言，对阶段性地更新的最低单体电池电压目标值Vth通过PI控制进行电流限制，从而可抑制单体电池电压大幅低于最低单体电池电压允许值的问题。
以下参照图4详细说明本实施方式的电流限制处理。
根据急速预热判断部80a，在起动准备状态下检测到电池组相关温度小于第1阈值温度(例如0℃)且输出应开始低效率运转下的急速预热的指示时，单体电池电压允许值设定部80c掌握了该时间下的燃料电池20的运转状态后，参照允许值映射来设定和该运转状态相对应的最低单体电池电压允许值Vph(参照图4)。另一方面，单体电池电压目标值设定部80d设定最低单体电池电压目标值Vth的初始值(例如-0.05V)(参照图4)。此外，最低单体电池电压目标值的初始值可以是固定值，但也可根据FC相关温度等适当变更。
另一方面，电流/电压指令值计算部80e向DC-DC转换器90输出电流指令值及电压指令值，以使燃料电池20的单体电池电压向最低单体电池电压目标值Vth的初始值下降。进行上述控制时，燃料电池20的单体电池电压向最低单体电池电压目标值Vth下降。
(降低最低单体电池电压目标值时的动作)
单体电池电压目标值设定部80d对由单体电池监视器101检测出的最低单体电池电压、和设定的最低单体电池电压目标值Vth进行比较。并且，单体电池电压目标值设定部80d利用条件式(1)来判断最低单体电池电压是否一定时间(规定时间)连续趋于最低单体电池电压目标值Vth附近。此外，阈值电压Vr(≥0)、规定时间Tr(≥0)可任意设定、变更。
|Vth-Vd|≤Vr持续规定时间Tr以上…(1)
Vth表示最低单体电池电压目标值，Vd表示最低单体电池电压，Vr表示阈值电压(阈值范围)。
单体电池电压目标值设定部80d在判断为条件式(1)成立时(参照图4所示的β1)，如下述式(2)所示，将最低单体电池电压目标值Vth更新为下降了更新幅度ΔV(例如0.05V)的值。
Vth＝Vth-ΔV…(2)
进一步，单体电池电压目标值设定部80d将更新了的最低单体电池目标电压值输出到电流/电压指令值设定部80e。电流/电压指令值设定部80e根据从要求电力计算部80a输出的要求电力、从单体电池电压允许值设定部80c输出的单体电池电压允许值、从单体电池电压目标值设定部80d输出的最低单体电池电压目标值，向DC-DC转换器90输出电流指令值及电压指令值。进行上述控制时，燃料电池20的单体电池电压向更新后的最低单体电池电压目标值Vth下降。通过反复进行这种控制，最低单体电池电压目标值Vth阶段性下降。
(提高最低单体电池电压目标值时的动作)
单体电池电压目标值设定部80d利用条件式(3)来判断最低单体电池电压是否从最低单体电池电压目标值Vth附近脱离并连续一定时间(规定时间)变高。此外，和条件式(1)一样，目标值更新余量Vr’(≥0)、规定时间Tr’(≥0)可任意设定、变更。
Vd＞Vth+Vr’持续规定时间Tr’以上…(3)
Vth表示最低单体电池电压目标值，Vd表示最低单体电池电压，Vr’表示目标值更新余量(更新余量)。
单体电池电压目标值设定部80d判断为条件式(3)成立时(参照图4所示的β2)，如下述式(4)所示，将最低单体电池电压目标值Vth更新为上升了更新幅度ΔV’(例如0.05V)的值。
Vth＝Vth+ΔV’…(4)
因此，再次提高阶段性降低的最低单体电池电压目标值的原因是，最低单体电池电压和最低单体电池电压目标值之间的差变大时，因该落差较大，最低单体电池电压向最低单体电池电压目标值下降的速度变快，无法完全控制单体电池电压(即，单体电池电压大幅低于最低单体电池电压目标值)。
因此，如上所述，最低单体电池电压离开最低单体电池电压目标值Vth附近连续一定时间变高时，使最低单体电池电压目标值Vth更新为上升了更新幅度ΔV’(例如0.05V)的值，并且将更新后的最低单体电池电压目标电压值输出到电流/电压指令值设定部80e。
电流/电压指令值设定部80e根据从要求电力计算部80a输出的要求电力、从单体电池电压允许值设定部80c、单体电池电压目标值设定部80d输出的最低单体电池电压目标值，向DC-DC转换器90输出电流指令值及电压指令值。通过进行上述控制，可以事先抑制最低单体电池电压大幅脱离最低单体电池电压目标值而无法完全控制单体电池电压、单体电池电压大幅低于最低单体电池电压目标值的问题。
图5表示说明上述电流限制处理的流程图。以下使用图5的流程图来说明控制部80的处理动作的流程。
急速预热判断部80a首先在起动准备状态下检测电池组相关温度是否小于第1阈值温度(例如0℃)。急速预热判断部80a通过温度传感器32、36检测到电池组相关温度小于第1阈值温度时，判断应开始低效率运转下的急速预热，将急速预热的开始指示输出到单体电池电压允许值设定部80c、单体电池电压目标值设定部80d、电流/电压指令值计算部80e(步骤S10→步骤S20)。
单体电池电压允许值设定部80c接收到急速预热的开始指示时，掌握了该时间下的燃料电池20的运转状态后，通过参照允许值映射来设定和该运转状态对应的最低单体电池电压允许值Vph(步骤S20)。另一方面，单体电池电压目标值设定部80d设定最低单体电池电压目标值Vth的初始值(例如-0.05V)(步骤S30)。
(步骤S30；参照图4)
电流/电压指令值计算部80e向DC-DC转换器90输出电流指令值及电压指令值(步骤S40)，使燃料电池20的单体电池电压向设定的最低单体电池电压目标值Vth(在此为初始值)下降。通过进行上述控制，燃料电池20的单体电池电压向最低单体电池电压目标值Vth下降。
之后，单体电池电压目标值设定部80d比较由单体电池监视器101检测出的最低单体电池电压、及设定的最低单体电池电压目标值Vth，从而判断最低单体电池电压目标值的更新时刻是否到来(步骤S50)。具体而言，单体电池电压目标值设定部80利用上述条件式(1)判断最低单体电池电压是否连续一定时间趋于最低单体电池电压目标值Vth附近(是否降低最低单体电池电压目标值)，或者利用上述条件式(3)判断最低单体电池电压是否连续一定时间离开最低单体电池电压目标值Vth附近而变高(是否提高最低单体电池电压目标值)。
单体电池电压目标值设定部80d判断为上述条件式(1)、(3)均不成立、最低单体电池电压目标值的更新时刻没有到来时(步骤S50；否)，返回到步骤S40。另一方面，单体电池电压目标值设定部80d判断为上述条件式(1)、(3)中任意一个成立时，根据成立的条件式进行降低最低单体电池电压目标值Vth、或提高最低单体电池电压目标值Vth的处理。
具体而言，单体电池电压目标值设定部80d在上述条件式(1)成立时(参照图4所示的β1)，为了降低最低单体电池电压目标值，将最低单体电池电压目标值Vth更新为降低了更新幅度ΔV(参照式(2))的值(步骤S50→步骤S60→步骤S80)。
另一方面，单体电池电压目标值设定部80d在上述条件式(3)成立时(参照图4所示的β2)，为了提高最低单体电池电压目标值，将最低单体电池电压目标值Vth更新为上升了更新幅度ΔV’(参照式(4))的值(步骤S50→步骤S60→步骤S70)。
单体电池电压目标值设定部80d这样更新单体电池电压目标值后，将更新后的单体电池电压目标值输出到电流/电压指令值设定部80e。电流/电压指令值设定部80e根据从要求电力计算部80a输出的要求电力、从单体电池电压目标值设定部80d输出的更新的最低单体电池电压目标值等，向DC-DC转换器90输出电流指令值及电压指令值(步骤S40)。通过进行上述控制，可事先抑制最低单体电池电压和最低单体电池电压目标值大幅偏离而无法完全控制单体电池电压、单体电池电压大幅低于最低单体电池电压目标值的问题。
B.变形例
本发明不限于上述实施方式，可进行各种变更并适用。
(变形例1)
在上述实施方式中，当条件式(1)、(3)中任意一个成立时，更新最低单体电池电压目标值，除此之外(或取代之)，也可以在下述条件式(5)成立时更新最低单体电池电压目标值。
电流限制实施中，Ic＝I1持续重置时间Ts以上…(5)
Ic是电流指令值，I1是电流下限值。
单体电池电压目标值设定部80d判断为条件式(5)成立时，如下述式(6)所示，将最低单体电池电压目标值Vth更新为当前时刻下的最低单体电池电压Vr。
Vth＝Vr…(6)
Vr表示当前时刻下的最低单体电池电压Vr。
因此，单体电池电压目标值设定部(设定单元)80d在实施电流限制的期间内，燃料电池20的电流指令值为重置时间(例如500ms)以上与电流下限值(例如10A)一致时，将最低单体电池电压目标值Vth更新为当前时刻下的最低单体电池电压(实测单体电池电压)Vr。进行上述控制的原因在于，即使以一定时间实施电流限制，当最低单体电池电压未上升到最低单体电池电压目标值以上时，燃料电池20的电流指令值滞留于电流下限值I1。为解决这一问题，当燃料电池20的电流指令值以一定时间(重置时间)以上与电流下限值一致时，将最低单体电池电压目标值Vth更新为当前时刻下的最低单体电池电压Vr。此外，电流下限值I1、重置时间Ts可任意设定变更。
(变形例2)
并且，也可以替代上述条件式(1)、(3)(或同时)，当下述条件式(1)’、(3)’成立时更新最低单体电池电压目标值。此外，规定次数Nr(≥1)、Nr’(≥1)可任意设定变更。
检测到|Vth-Vd|≤Vr达规定次数Nr以上…(1)’
检测到Vd＞Vth+Vr’达规定次数Nr’以上…(3)’
具体而言，单体电池电压目标值设定部(设定单元)80d在判断为条件式(1)’成立时，如式(2)所示，将最低单体电池电压目标值Vth更新为下降了更新幅度/ΔV的值，而当条件式(3)’成立时，如式(4)所示，将最低单体电池电压目标值Vth更新为上升了更新幅度ΔV的值。因此，并不根据最低单体电池电压趋于最低单体电池电压目标值Vth附近的时间、最低单体电池电压离开最低单体电池电压目标值Vth附近的时间，而根据最低单体电池电压趋于最低单体电池电压目标值Vth附近的次数、最低单体电池电压离开最低单体电池电压目标值Vth附近的次数，来判断是否更新最低单体电池电压目标值。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池，具有多个单体电池；
检测单元，检测单体电池电压；
设定单元，设定上述单体电池电压的最低目标电压；及
控制单元，当检测出的单体电池电压达到上述最低目标电压时，进行上述燃料电池的电流限制，
上述设定单元在检测出的单体电池电压和上述最低目标电压之间的关系满足规定条件时，阶段性地更新上述最低目标电压。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述设定单元设定比该单体电池电压的最低允许值高的值作为上述单体电池电压的最低目标电压。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述设定单元在检测出的单体电池电压进入到上述最低目标电压的阈值范围内且该状态持续规定时间以上时，降低在当前时刻设定的最低目标电压。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述设定单元在检测出的单体电池电压进入到上述最低目标电压的阈值范围内达规定次数以上时，降低上述最低目标电压。
5.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述设定单元在检测出的单体电池电压超过在上述最低目标电压上加上更新余量后的值且该状态持续规定时间以上时，提高在当前时刻设定的最低目标电压。
6.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述设定单元在检测出的单体电池电压超过在上述最低目标电压上加上更新余量后的值达规定次数以上时，提高上述最低目标电压。
7.根据权利要求2～6中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
还具有允许值设定单元，根据上述燃料电池的运转状态来设定上述单体电池电压的最低允许值。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述燃料电池的运转状态是上述燃料电池的相关温度、上述燃料电池的输出电流、或反应气体向上述燃料电池的供给状态中的任意一种。
9.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池，具有多个单体电池；
检测单元，检测单体电池电压；
设定单元，设定上述单体电池电压的最低目标电压；及
控制单元，当检测出的单体电池电压达到上述最低目标电压时，进行上述燃料电池的电流限制，
在由上述控制单元进行电流限制的期间、对上述燃料电池的输出电流的指令值被设定为上述输出电流的下限值达规定时间以上时，上述设定单元将在当前时刻设定的最低目标电压更新为通过上述检测单元检测出的实测单体电池电压。
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