CN105027341A - 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

公开了供给阳极气体和阴极气体，同时通过与负载对应的两种气体的电化学反应来发电的燃料电池系统，包括：对燃料电池组供给阴极气体的压缩机；以及调整燃料电池组的阴极气体的压力的调压阀。在燃料电池系统中，根据对燃料电池组的发电要求设定目标阴极压力，并根据目标阴极压力控制压缩机操作量和调压阀开度。然后，通过根据压缩机入口温度和压缩机扭矩这两个参数，限制压缩机的操作量和/或调压阀开度，将压缩机排出的空气的温度限制为上限温度。

Description

燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
背景技术
J2012－003957A的燃料电池系统通过阴极气体提供给通路中设置的压缩机控制阴极气体的流量，并通过在阴极气体排出通路中设置的调压阀控制阴极气体的压力。
发明内容
在外部气温高的环境下上坡行驶的情形下，有外气温高，压缩机排出的空气的温度也变高的顾虑。因此，对于压缩机排出温度的高温变化，从压缩机下游部件的耐热保护的观点出发，将压缩机排出的空气的温度限制为上限温度是重要的。
鉴于这样的情况，考虑在压缩机的下游设置温度传感器，使用由它所检测的温度传感器的检测值调整压缩机的空气压力，使得压缩机的出口温度为上限温度。而且，还考虑在压缩机的下游不设置温度传感器，而设置用于检测压缩机的上游压力以及下游压力的传感器，运算压力比，由压力比运算温度上升量，通过将温度上升量与压缩机的入口温度相加，估计压缩机的出口温度。
但是，无论在压缩机下游设置温度传感器，或者，在压缩机的上游以及下游设置压力传感器，都招致不必要的成本上升。
本发明着眼于这样问题点而完成，其目的是，提供不使用压缩机下游的温度传感器或压缩机上下游的压力传感器，而是通过不同的方法将压缩机下游的温度限制为上限温度的对策。
本发明的燃料电池系统的一个方式是燃料电池系统，供给阳极气体和阴极气体，同时通过与负载对应的两种气体的电化学反应来发电。并且包括：对燃料电池组供给阴极气体的压缩机；以及调整所述燃料电池组的阴极气体的压力的调压阀。而且，在燃料电池系统中，根据对燃料电池组的发电要求设定目标阴极压力，根据目标阴极压力控制压缩机操作量和调压阀开度。并且特征是，根据压缩机入口温度和压缩机扭矩这两个参数，限制压缩机的操作量和/或调压阀开度。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式中的燃料电池系统的基本结构的图。
图2A是表示燃料电池组中的膜电极接合体的模式图。
图2B是说明燃料电池组中的电解质膜的反应的模式图。
图3是表示本实施方式的控制内容的控制方框图。
图4是说明WRD入口限制压力运算块的详细的内容的图。
图5是表示压缩机出口温度一定的情况下的大气压、压缩机扭矩、压缩机转速的相关的图。
图6是表示压缩机出口温度一定的情况下的吸气温度、压缩机扭矩、压缩机转速的相关的图。
图7是说明组限制流量运算块的详细的内容的图。
图8是表示执行本实施方式的控制时的作用效果的定时图。
图9是说明本发明的第2实施方式中的WRD入口限制压力运算块的详细的内容的图。
具体实施方式
以下，参照添附的附图说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式中的燃料电池系统的基本结构的图。
首先，参照图1，说明本实施方式中的燃料电池系统的基本结构。
燃料电池组10一边将电解质膜维持在适当的湿润状态，一边被供给反应气体(阴极气体、阳极气体)而发电。为了进行这样的处理，在燃料电池组10上连接阴极管路20和阳极管路30。
在阴极管路20中，流过对燃料电池组10供给的阴极气体。在阴极管路20中设置压缩机21、冷热气自动调节机22、WRD(Water Recovery Device，水回收装置)23、调压阀24。而且，在阴极管路20中，并列设置通气管路200。通气管路200从压缩机21的下游且冷热气自动调节机22的上游开始分支，在调压阀24下游合流。由于是这样的结构，所以通过压缩机21送风的一部分空气流过通气管路200，绕过燃料电池组10。在通气管路200上设置通气阀210。
在本实施方式中，压缩机21例如是离心式的涡轮压缩机。压缩机21被配置在冷热气自动调节机22上游的阴极管路20上。压缩机21通过电机进行驱动。压缩机21调整流过阴极管路20的阴极气体的流量。阴极气体的流量通过压缩机21的旋转速度以及扭矩来调整。
冷热气自动调节机22设置在压缩机21的下游且WRD23的上游。冷热气自动调节机冷却从压缩机21排出后要导入到燃料电池组10的空气。
WRD23对要导入燃料电池组10的空气进行加湿。WRD23包括：作为加湿对象的气体流过的被加湿单元和作为加湿源的含水气体流过的加湿单元。在被加湿单元中流过由压缩机21导入的空气。在加湿单元中流过流通燃料电池组10的含有水的气体。
调压阀24被设置在燃料电池组10下游的阴极管路20上。调压阀24调整流过阴极管路20的阴极气体的压力。阴极气体的压力通过调压阀24的开度进行调整。
通过阴极温度传感器201检测被吸入到压缩机21的阴极气体的温度。该阴极温度传感器201被设置在压缩机21的上游。
通过阴极流量传感器202检测被吸入到压缩机21的阴极气体的流量。该阴极流量传感器202被设置在压缩机21的上游。通过阴极流量传感器202检测出的值被输入到燃料电池系统的控制器，例如控制器控制压缩机21，使得阴极流量传感器202的检测值成为从压缩机21排出的流量的目标值。
通过阴极温度传感器203检测WRD23的入口的阴极气体的温度。该阴极温度传感器203被设置在冷热气自动调节机22的下游且WRD23的上游。通过阴极压力传感器204检测WRD23的入口的阴极气体的压力(WRD入口压力)。该阴极压力传感器204被设置在冷热气自动调节机22的下游且WRD23的上游。
而且，在本实施方式中，由于存在WRD23，所以传感器203、204的检测值严格来说与紧接燃料电池组的之前的值不同。但是，因为WRD23的压力损失等是已知的，所以由这些检测信号，可知对燃料电池组供给的阴极气体的压力等。即，权利要求的阴极压力、阴极流量也可以认为与WRD入口压力、WRD入口流量具有相同意义。
通过组流量传感器205检测WRD23的入口的阴极气体的流量(WRD入口流量)。该组流量传感器205被设置在冷热气自动调节机22的下游且WRD23的上游。而且，流过燃料电池组10的阴极气体的流量与通过该组流量传感器205检测的流量相同。通过组流量传感器205检测到的值被输入到控制器。例如，在按照氢稀释要求而对压缩机21要求的供给流量大于燃料电池组10的发电所需要的组要求流量的情况下，控制器控制通气阀210的开度，使得组流量传感器205的检测值成为组要求流量。
通气阀210设置在通气管路200上。通气阀210通过调整逸出到通气管路200的阴极气体的流量，调整流过燃料电池组10的阴极气体的流量。
在阳极管路30中流过对燃料电池组10供给的阳极气体。在阳极管路30中设置高压储气瓶31、阳极调压阀32、以及清洗阀33。在清洗阀33下游的阳极管路30与调压阀24下游的阴极管路20合流。
在高压储气瓶31中，以高压状态储藏有阳极气体(氢H2)。高压储气瓶31被设置在阳极管路30的最上游。
阳极调压阀32被设置在高压储气瓶31的下游。阳极调压阀32调整从高压储气瓶31对阳极管路30新供给的阳极气体的压力。阳极气体的压力通过阳极调压阀32的开度进行调整。
清洗阀33被设置在燃料电池组10的下游。在清洗阀33打开时，清洗阳极气体。
图2A以及图2B是说明燃料电池组中的电解质膜的反应的模式图。
燃料电池组10被供给反应气体(氢H2以及空气中的氧O2)而发电。燃料电池组10通过层积数百张在电解质膜的两面形成了阴极电极催化剂层以及阳极电极催化剂层的膜电极接合体(Membrane Electrode Assembly；MEA)而构成。图2A中示出其中1张MEA。这里，示出以下例子，即一边对MEA供给阴极气体(阴极入)，从对角侧排出(阴极出)，一边供给阳极气体(阳极入)，从对角侧排出(阳极出)。
各个膜电极接合体(MEA)在阳极电极催化剂层以及阴极电极催化剂层中根据负载进行以下反应而发电。
[化学式1]
阳极电极催化剂层：2H2→4H++4e-…(1-1)
阴极电极催化剂层：4H++4e-+O2→2H2O…(1-2)
如图2B所示，随着反应气体(空气中的氧O2)流过阴极流路，进行上式(1-2)的反应，生成水蒸气。这样，在阴极流路的下游侧相对湿度高。其结果，阴极侧和阳极侧的相对湿度差变大。以该相对湿度差作为驱动力，水逆扩散，阳极上游侧被加湿。该水分进一步从MEA蒸发到阳极流路，加湿流过阳极流路的反应气体(氢H2)。然后，运行至阳极下游侧，加湿阳极下游的MEA。
但是，如果从压缩机21排出的阴极气体的温度过高，则有时超过压缩机下游部件的耐热温度。在这样的情况下，希望降低压缩机排出的阴极气体的温度。为了降低温度，只要降低压缩机排出的阴极气体的压力即可。如果在压缩机的出口设置温度传感器，或者设置检测压缩机的入口压力以及出口压力的传感器，则可以检测压缩机的排出温度。
但是，过度地增加传感器，将招致成本上升。
因此，在本实施方式中提供不使用压缩机下游的温度传感器或者压缩机上下游的压力传感器，而是用不同的方法限制压缩机的排出压力的对策。
以下说明具体的方法。
图3是表示本实施方式的控制内容的控制方框图。在图3中，通过控制块表示燃料电池系统的控制器所具有的功能。
目标WRD入口压力运算块B110运算为了确保氧分压而被最低限度要求的空气压力。燃料电池组供给空气作为阴极气体。空气中的氧O2如上式(1-2)那样反应，产生发电反应。相对燃料电池组10的目标发电电流(目标组电流)越大，需要越大的发电反应，需要越多的反应气体(氢H2以及空气中的氧O2)。在空气中含有氮N2等，所以在该块B110中，运算为了确保氧分压而被最低限度要求的空气压力，以便可以确保发电反应所需要的氧O2。具体地说，块B110根据大气压以及目标组电流，运算目标WRD入口压力。
WRD入口限制压力运算块B120运算为了压缩机排出的空气的温度不成为超过温度状态所需要的WRD23的入口的压力限制值。如上所述，在压缩机排出的空气的温度较高时，燃料电池的电解质膜容易干燥。因此，希望降低压缩机排出的空气的温度。为了降低排出空气的温度，只要降低压缩机排出的空气的压力即可。因此，在该块B120中，运算压力限制值。具体地说，块B120根据压缩机21的转速、空气温度、扭矩、大气压，运算压力限制值。进一步详细的内容在后叙述。
最小量选择块B130比较从目标WRD入口压力运算块B110输出的目标WRD入口压力和从WRD入口限制压力运算块B120输出的压力限制值，输出较小的一方作为目标WRD入口压力。即，只要块B110的目标WRD入口压力大于压力限制值，就通过压力限制值进行限制。
目标组流量运算块B210运算为确保氧分压而被要求最低限度的空气流量。具体地说，块B210根据目标组电流和燃料电池组10的入口以及出口的冷却水温度，运算目标组流量。
组限制流量运算块B220按照从WRD入口限制压力运算块B120输出的限制压力，运算所要求的组提供给空气流量的限制值。具体地说，块B220根据限制压力、大气压和燃料电池组的入口以及出口的冷却水温度，运算限制流量。进一步详细的内容在后叙述。
最小量选择块B230比较从目标组流量运算块B210输出的目标组流量和从组限制流量运算块B220输出的流量限制值，输出较小的一方作为目标组提供给空气流量。即，如果块B210的目标组流量大于流量限制值，就通过流量限制值进行限制。
控制块B300包括：压缩机扭矩运算块B310和调压阀开度运算块B320。
压缩机扭矩运算块B310根据目标WRD入口压力、WRD入口压力传感器值、组流量传感器值和目标组流量，运算对压缩机21指令的扭矩。根据该指令值进行压缩机21。
调压阀开度运算块B320根据目标WRD入口压力、WRD入口压力传感器值、组流量传感器值和目标组流量，运算对调压阀24指令的开度。调压阀24根据该指令值进行控制。
图4是说明WRD入口限制压力运算块B120的详细的内容的图。
校正值运算块B121将ROM常数除以大气压力，求用于校正压缩机21的限制转速的校正值。在本实施方式中，为了将压缩机21的排出温度限制为一定的温度，例如200℃，根据压缩机21中产生的扭矩，限制压缩机21的转速。即使压缩机21的扭矩一定，该限制转速也因使用燃料电池系统的环境，例如大气压的不同而改变。
图5是用于说明压缩机21中吸入的阴极气体的吸气温度(入口温度)为一定的情况下的大气压和压缩机21的扭矩以及转速的相关的图。在图5中例示了在互不相同的大气压中，将压缩机21的排出温度限制为同一温度时的压缩机21的扭矩和转速的相关关系。
如图5所示，如果大气压一定，则压缩机21的扭矩越大，压缩机21的转速越大。该压缩机21的扭矩和转速的相关关系向大气压越高，压缩机21的扭矩越大的方向(图中向右方向)偏移。这样，在压缩机21的扭矩整体变大时，压缩机21的排出温度上升，所以需要将压缩机21的转速限制得低。
因此，假设以一定的扭矩驱动压缩机21的情况下，如果不是大气压越高，将压缩机21的转速限制得越低，则压缩机21的排出温度会超过上限温度。作为其要因，估计原因是大气压越高，压缩机21中吸入的阴极气体的密度越高。
作为其对策，校正值运算块B121将ROM常数除以大气压力，求校正值。ROM常数是校正压缩机21的实际扭矩时的成为基准的大气压的值，在本实施方式中被设定为101.3kPa(千帕)。而且，大气压力由燃料电池系统或者车厢内设置的大气压传感器检测。
大气压越高，校正值运算块121越缩小校正值，大气压越低，校正值运算块121越增大校正值。然后校正值运算块121将校正值输出到校正扭矩运算块B122。
校正扭矩运算块B122对压缩机21的实际扭矩乘以校正值，求校正扭矩。而且，压缩机21的实际扭矩例如由压缩机21中设置的扭矩传感器检测。
校正扭矩运算块B122减小校正扭矩，使得大气压越高，压缩机21的限制转速越小，并且增大校正扭矩，使得大气压越低，压缩机21的限制转速越大。
限制转速运算块B123根据吸气温度以及校正扭矩求压缩机21的限制转速。压缩机21的限制转速不仅因大气压的不同而变化，而且因压缩机21中吸入的空气的吸气温度的不同而变化。
在吸气温度、校正扭矩和压缩机的转速之间，存在例如图6的关系。对此进行说明。希望压缩机的排出温度例如设为200℃。在大气压(101.3kPa)的环境下，如果对于每个吸气温度取压缩机的扭矩和转速的相关，则成为图6那样。
如图6所示，如果吸气温度一定，则扭矩越大转速越大。而且，如果扭矩一定，则吸气温度越低转速越大。利用这样的特性，限制转速运算块B123求出压缩机21的限制转速。
具体地说，对于每个校正扭矩，在限制转速运算块B123中预先存储用于表示压缩机21的吸气温度和限制转速的关系的限制转速表。然后，限制转速运算块B123在取得吸气温度和校正扭矩时，参照以校正扭矩确定的限制转速表，计算与吸气温度相对应的限制转速。
偏差运算块B124运算压缩机21的实际转速和限制转速之间的偏差。
反馈控制块B125设定WRD入口限制压力，使得偏差运算块B124中输出的偏差为零。
这样，WRD入口限制压力运算块B120为了求出WRD入口限制压力，根据压缩机21的扭矩、压缩机21中吸入的阴极气体的状态即吸气温度以及大气压，计算限制转速。
具体地说，WRD入口限制压力运算块B120在取得吸气温度以及实际扭矩时，校正实际扭矩，使得大气压越大，压缩机21的限制转速越小。然后，WRD入口限制压力运算块B120参照根据压缩机21的排出温度的上限值作成的限制转速表，根据校正扭矩和吸气温度，计算压缩机21的限制转速。
由此，可以根据压缩机21中吸入的阴极气体的状态，适当地设定WRD入口限制压力，使得压缩机21的排出温度不超过上限值。
图7是说明组限制流量运算块B220的详细的内容的图。
表压(guage)运算块B221根据WRD入口限制压力(绝对压)和大气压，运算WRD入口限制压力(表压)。
限制流量运算块B222根据WRD入口限制压力的绝对压以及表压求出压缩机21的限制流量(基本值)。
最大限选择块B223输出燃料电池组的入口以及出口的冷却水温度中较大的一方。
流量校正值运算块B224根据WRD入口限制压力(绝对压)和从最大限选择块B223输出的冷却水温度，求出流量校正值。
限制流量运算块B225对从限制流量运算块B222输出的限制流量(基本值)乘以从流量校正值运算块B224输出的流量校正值，求出组限制流量。
图8是表示执行了本控制时的作用效果的定时图。
在图8中，是压缩机的出口温度在缓慢地上升的状况。如果不进行某些控制，则如虚线那样，出口温度过升温。
相对于此，在本实施方式中，在压缩机的出口温度达到了上限温度(例如200℃)的时刻t1，以限制转速运算块B123中运算出的限制转速限制压缩机的转速。由此，防止WRD入口压力过度地上升，压缩机出口温度被维持在上限温度。
进而，在本实施方式中还进行以下的控制。即，为了进行限制使得WRD入口压力不上升，加大调压阀的开度(图8(E))，但是，如果在时刻t2调压阀的开度为全部打开后，限制对燃料电池组供给的空气的流量(图8(D))，同时对应于空气限制而限制组电流(图8(F))。由于这样处理，防止压缩机出口超过温度，即使限制压力以及流量，也能够持续发电。
如以上说明的那样，按照本实施方式，不使用压缩机下游的温度传感器或者不使用压缩机上下游的压力传感器，而通过根据两个参数(压缩机入口温度以及压缩机扭矩)，限制压缩机21的操作量和/或调压阀24的开度，可以不过度地增加传感器而限制压缩机的排出温度(排出压力)。
而且，在本实施方式中，使用目标WRD入口压力(目标阴极压力)以及WRD入口压力传感器值(实际阴极压力)，控制压缩机21操作量和调压阀开度。
仅通过直接限制压缩机的操作量(转速)，仍然会在基于对燃料电池组的发电要求的目标阴极压力和实际阴极压力之间产生不匹配。例如，如果在反馈控制(PI控制)中控制压缩机，积分项可成为最大值。在这样的状况下，如果解除限制，则基于发电要求的压缩机的操作量和调压阀的开度成为不希望的值，存在产生波动的可能性。相对于此，在本实施方式中，通过根据上述两个参数限制目标阴极压力，限制压缩机的操作量或者调压阀开度的至少一方，因此即使在限制解除后也可以抑制上述不合适的情况。
而且，在本实施方式中，特别根据上述两个参数设定压缩机21的限制转速，同时根据压缩机21的限制转速和实际转速计算限制压力(WRD入口限制压力)。
一般的，压缩机21为了控制转速，大多使用转速传感器。并且，转速传感器与温度传感器和压力传感器等相比，检测精度高。在本实施方式中，通过转用这样的转速传感器，不过度地增加压缩机下游的温度传感器和压缩机上下游的压力传感器这样的传感器，而高精度地维护压缩机21的排出温度(排出压力)。
而且，在本实施方式中，根据基于对燃料电池组的发电要求而设定的目标组流量(第1目标流量)、与基于限制压力运算的阴极气体的限制流量(第2目标流量)中较小的一方，通过压缩机的操作量和/或调压阀开度控制阴极流量。
在为了维护压缩机21下游的耐热温度而进行压力限制的情况下，在伴随燃料电池组10的输出增加阴极流量不断增加时，即使全部打开调压阀24，也存在压力不能降低此范围以上的可能性。即使调压阀24全部打开，在阴极流量增加时压力上升，存在不能将压缩机下游的温度维持在耐热温度的顾虑。
相对于此，在本实施方式中，计算基于阴极气体的限制压力的限制流量，控制阴极气体的流量，所以在伴随燃料电池组10的输出增加，调压阀24全部打开，进而伴随输出增加，要使流量增加的情况下，压缩机21的流量受到限制，可以抑制上述不合适的情况。
而且，在本实施方式中，根据大气压的变化校正为计算压缩机21的限制转速而使用的压缩机21的扭矩值。在燃料电池系统中，大气压越高，压缩机21的扭矩整体上越大，压缩机21的排出温度越容易上升。作为其对策，校正压缩机21的扭矩值，使得大气压越高，压缩机21的限制转速越小。因此，因为在大气压高的情况下将压缩机21的转速限制得低，所以可以可靠地防止压缩机21的排出温度超过上限值。
进而，在高海拔地区使用燃料电池系统的状况下，因为大气压低，所以进行校正，使得压缩机21的扭矩值变大。由此，压缩机21的限制转速变大，因此可以抑制过度地限制压缩机21的转速。
而且，在本实施方式中，根据组流量传感器值(阴极气体流量)和WRD入口压力传感器值(实际阴极压力)，限制组电流(燃料电池的输出)。
在由于某些原因，压缩机下游的温度超过耐热温度的情况下，为了维护该耐热温度而限制压力，进而限制流量时，在对燃料电池的要求输出较大的情况下，存在不能维护最低氧分压的可能性。
对此，在本实施方式中，通过将燃料电池控制为与限制的压力以及流量相应的最佳的输出，可以抑制在用于耐热保护的压力、流量限制时，低于最低氧分压。即，即使为了防止压缩机出口超过温度而限制压力以及流量，也能够持续发电。
而且，在本实施方式中，说明了为了运算WRD入口限制压力，根据压缩机21的吸气温度和实际扭矩计算压缩机21的限制转速的例子，如以下所示，也可以取代实际扭矩而使用扭矩估计值。
(第2实施方式)
图9是表示本发明的第2实施方式中的WRD入口限制压力运算块B120的图。WRD入口限制压力运算块B120除了图4所示的WRD入口限制压力运算块的结构，还具有估计扭矩算出块B126。关于其它的结构，因为与图4所示相同，所以赋予同一标号，省略此处的说明。
在估计扭矩算出块B126中，输入在压缩机21中设置的转速传感器所检测的实际转速、以及阴极流量传感器202所检测的实际吸气流量。估计扭矩算出块B126根据压缩机21的实际转速和实际吸气流量，估计压缩机21的扭矩。
例如，在估计扭矩算出块B126中，对于每个压缩机21的转速和吸气流量的运转点，存储将压缩机21的扭矩估计值相对应的扭矩估计映射图。然后，估计扭矩算出块B126在取得压缩机21的实际转速和实际吸气流量时，参照扭矩估计映射图，计算与通过实际转速和实际吸气流量所确定的运转点相对应的扭矩估计值。估计扭矩算出块B126将该扭矩估计值作为压缩机21的扭矩输出到校正扭矩运算块B122。而且，扭矩估计映射图通过实验数据等决定。
按照以上说明的第2实施方式，转用压缩机21中设置的转速传感器以及在压缩机21的上游设置的阴极流量传感器202，估计压缩机21的扭矩。因此，可以不在压缩机21中新设置扭矩传感器而取得压缩机21的扭矩，所以可以不增加传感器而计算WRD入口限制压力。
而且，在本实施方式中，说明了根据压缩机21的实际转速以及实际吸气流量估计压缩机21的扭矩的例子，但是也可以取代实际转速而使用压缩机21的下游压力来估计扭矩。
以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过是本发明的适用例的一部分，没有将本发明的技术的范围限定于上述实施方式的具体的结构的含义。
例如，在本实施方式中，说明了作为目标组流量(第1目标流量)，设定用于确保氧分压而被最低限度要求的空气流量的例子，但是不限于此。例如，除了为确保氧分压而被最低限度要求的空气流量之外，也可以通过为了维持电解质膜的湿润度而需要的空气流量等的要求空气流量来设定目标组流量。
本申请要求2013年3月22日向日本专利局提出申请的特愿2013－59817号的优先权，该申请的全部内容通过参照引入本说明书。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统，供给阳极气体和阴极气体，同时通过与负载对应的两种气体的电化学反应来发电，包括：
压缩机，对燃料电池组供给阴极气体；
调压阀，调整所述燃料电池组的阴极气体的压力；
目标阴极压力设定单元，根据对所述燃料电池组的发电要求，设定目标阴极压力；
控制单元，根据所述目标阴极压力，控制所述压缩机的操作量和调压阀开度；以及
限制单元，根据压缩机入口温度和压缩机扭矩这两个参数，限制所述压缩机的操作量和/或调压阀开度。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，
还包括：检测单元，检测所述燃料电池组的实际阴极压力，
所述控制单元还是根据所述实际阴极压力控制所述压缩机的操作量和调压阀开度的单元，
所述限制单元根据所述两个参数限制目标阴极压力。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统,
还包括：检测所述压缩机的实际转速的单元，
所述限制单元根据所述两个参数设定所述压缩机的限制转速，同时根据所述限制转速和实际转速计算限制压力，根据该限制压力限制所述压缩机的操作量和/或调压阀开度。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统,
第1目标流量设定单元，根据对所述燃料电池组的发电要求设定第1目标流量；
第2目标流量运算单元，根据所述限制压力，运算阴极气体的第2目标流量；以及
阴极流量控制单元，根据所述第1目标流量以及所述第2目标流量中较小的一方，通过压缩机的操作量和/或调压阀开度控制阴极流量。
5.如权利要求4所述的燃料电池系统，
所述第2目标流量是，在所述调压阀全部打开时，小于根据对所述燃料电池组的发电要求计算的第1目标流量的值。
6.如权利要求1至4的任意一项所述的燃料电池系统，
所述限制单元校正所述压缩机扭矩，使得大气压越大，所述压缩机的限制转速越小。
7.如权利要求2所述的燃料电池系统，
还包括：阴极气体流量检测单元，检测阴极气体流量，
根据所述阴极气体流量和所述实际阴极压力，限制燃料电池的输出。
8.一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括：对燃料电池组供给阴极气体的压缩机；以及调整所述燃料电池组的阴极气体的压力的调压阀，该燃料电池系统供给阳极气体和阴极气体，同时通过与负载对应的两种气体的电化学反应来发电，
所述控制方法包括：
根据对所述燃料电池组的发电要求，设定目标阴极压力的压力设定步骤；
根据所述目标阴极压力，控制所述压缩机的操作量和调压阀开度的控制步骤；以及
根据压缩机入口温度和压缩机扭矩这两个参数，限制所述压缩机的操作量和/或调压阀开度的限制步骤。
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