CN105591138B - 燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置 - Google Patents

燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105591138B
CN105591138B CN201510759812.9A CN201510759812A CN105591138B CN 105591138 B CN105591138 B CN 105591138B CN 201510759812 A CN201510759812 A CN 201510759812A CN 105591138 B CN105591138 B CN 105591138B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
target action
temperature
starting
action point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510759812.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105591138A (zh
Inventor
长沼良明
户井田政史
小川朋宏
丸尾刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN105591138A publication Critical patent/CN105591138A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105591138B publication Critical patent/CN105591138B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/31—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for starting of fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/34—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04253—Means for solving freezing problems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04365—Temperature; Ambient temperature of other components of a fuel cell or fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04895—Current
    • H01M8/0491—Current of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明涉及燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置，抑制低温环境下的燃料电池起动时的气体扩散性的下降。燃料电池的运转控制方法包括：取得燃料电池的起动时温度的工序；取得燃料电池的当前温度的工序；基于起动时温度或者基于起动时温度及当前温度来设定根据燃料电池的输出电压值及输出电流值而确定的燃料电池的当前的目标动作点的工序；及以使燃料电池的动作点成为目标动作点的方式控制反应气体的流量和燃料电池的输出电压中的至少一个的工序，设定目标动作点的工序包括如下的工序：在当前温度相同的情况下，在起动时温度低时，与起动时温度高时相比，将低的输出电压值的动作点设定作为目标动作点。

Description

燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置
本申请主张基于在2014年11月10日提出申请的申请编号2014-227684号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
本发明涉及燃料电池的运转控制。
背景技术
为了提高冰点下等低温环境下的燃料电池的起动时稳定性，提出了以比通常运转时低的效率使燃料电池运转由此使废热增加而在短时间内使燃料电池升温的技术。在JP2010-186599A记载的燃料电池系统中，基于在起动时测定的燃料电池的阻抗或上次运转结束时的扫气空气量来求出燃料电池内的剩余水量，在上述的剩余水量多且起动时的燃料电池的温度低的情况下，停止燃料电池内的冷却介质的循环并执行低效率运转。
发明内容
然而，本申请发明者发现了如下新的课题：若低效率运转时的燃料电池的目标动作点的电压值高，则升温而突破冰点为止的期间生成的水量变多，而且，废热减少，因此生成水冻结而燃料电池内的反应气体的扩散性下降，燃料电池的输出稳定性显著下降。而且，即使燃料电池的当前温度相同，在起动时温度为冰点下的更低的温度的情况下，也存在再冻结这样的课题。
本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池的运转控制方法。该方法包括：取得所述燃料电池的起动时温度的工序；取得所述燃料电池的当前温度的工序；基于所述起动时温度或者基于所述起动时温度及所述当前温度来设定根据所述燃料电池的输出电压值及输出电流值而确定的所述燃料电池的当前的目标动作点的工序；及以使所述燃料电池的动作点成为所述目标动作点的方式控制向所述燃料电池供给的反应气体的流量和所述燃料电池的输出电压中的至少一个的工序，设定所述目标动作点的工序包括如下的工序：在所述当前温度相同的情况下，在所述起动时温度低时，与所述起动时温度高时相比，将低的输出电压值的动作点设定作为所述目标动作点。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，若当前温度相同，则在起动时温度低时，与起动时温度高时相比，设定低的输出电压值的目标动作点，因此相比于在当前温度相同的情况下无论起动时温度如何都设定恒定的输出电压值的目标动作点的结构、及在当前温度相同的情况下起动时温度低时与起动时温度高时相比设定高输出电压值的目标动作点的结构相比，能够减少燃料电池中的生成水的量。或者，能够使废热量更多而抑制生成水的冻结。因此，能够抑制低温环境下的燃料电池起动时的反应气体的扩散性的下降。
(2)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，设定所述目标动作点的工序包括如下的工序：在所述起动时温度相同的情况下，在所述当前温度高时，与所述当前温度低时相比，将高的输出电压值的动作点设定作为所述目标动作点。当前温度越高，为了使燃料电池升温至规定温度所需的热量越小。因此，根据上述方式的燃料电池的运转控制方法，在起动时温度相同的情况下，当前温度高时与当前温度低时相比设定高输出电压值的动作点作为目标动作点，因此与无论当前温度的值如何都使目标动作点的输出电压值恒定的结构相比，能够使燃料电池进行高效率运转。因此，能够抑制燃料电池的燃油经济性的下降。
(3)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，设定所述目标动作点的工序在所述起动时温度为0℃以下的情况下执行。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，在起动时温度为0℃以下且生成水冻结而气体扩散性容易下降的情况下，执行设定目标动作点的工序，因此能够以更高的可靠性抑制与生成水的冻结相伴的气体扩散性的下降。
(4)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，设定所述目标动作点的工序包括如下的工序：以使所述目标动作点的输出电压值低于通常动作点的输出电压值的方式设定所述目标动作点，该通常动作点是通过该目标动作点的等输出曲线与所述燃料电池的电流对电压特性曲线的交点。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，作为目标动作点，设定比电流对电压特性曲线上的动作点低的输出电压值的动作点作为目标动作点，因此在控制工序中，与燃料电池的动作点为通常动作点的情况相比能够得到更多的废热量。因此，能够进一步抑制生成水的冻结。
(5)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，所述控制工序包括如下的工序：相比较于所述燃料电池的当前的动作点与作为所述电流对电压特性曲线上的动作点的通常动作点一致的情况，减少向所述燃料电池供给的所述反应气体的流量，而执行与所述通常动作点的动作时相比电力损失大的低效率运转。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，减少反应气体量而执行低效率运转，因此能够增加燃料电池的废热量。
(6)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，所述燃料电池的运转控制方法还包括将与所述起动时温度及所述当前温度对应的所述目标动作点的输出电压值的上限值预先存储于存储装置的工序，所述存储工序包括如下的工序：在所述当前温度相同的情况下，在所述起动时温度低时，与所述起动时温度高时相比，将低的值作为所述上限值而存储于所述存储装置，设定所述目标动作点的工序包括如下的工序：以使所述目标动作点的输出电压值成为根据所述起动时温度及所述当前温度而确定的输出电压值的上限值以下的方式设定所述目标动作点。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，作为目标动作点的输出电压值的上限值，在起动时温度低时与起动时温度高时相比设定低值，因此若当前温度相同，则能够提高起动时温度低时与起动时温度高时相比设定低的输出电压值的目标动作点的可能性。
本发明也能够以各种方式实现。例如，能够以燃料电池的目标动作点的设定方法、燃料电池系统、搭载有燃料电池系统的燃料电池汽车等方式实现。
附图说明
图1是表示应用作为本发明的一实施方式的燃料电池的运转控制方法的燃料电池系统的概略结构的框图。
图2是示意性地表示I-P映射的说明图。
图3是示意性地表示电压上限值映射的说明图。
图4是表示本实施方式中的运转控制处理的顺序的流程图。
图5是示意性地表示求出以通常动作点进行动作的情况下的燃料电池的废热量的方法的说明图。
图6是示意性地表示步骤S140的处理结果的一例的说明图。
图7是表示在步骤S170中设定的目标动作点的一例的说明图。
图8A是示意性地表示变形例中的目标动作点的设定的第一方式的说明图。
图8B是示意性地表示变形例中的目标动作点的设定的第二方式的说明图。
具体实施方式
A.实施方式：
A1.系统结构：
图1是表示应用作为本发明的一实施方式的燃料电池的运转控制方法的燃料电池系统的概略结构的框图。在本实施方式中，燃料电池系统100作为用于供给驱动用电力的系统而搭载于燃料电池汽车使用。燃料电池系统100具备燃料电池10、燃料气体供给排出系统120、氧化剂气体供给排出系统130、冷却介质循环系统140、电力供给系统150、运转控制装置60。
燃料电池10是所谓固体高分子型燃料电池，具备：沿规定的方向层叠的多个单电池、作为综合电极起作用的一对集电板；为了维持由多个单电池及一对集电板构成的层叠体的层叠状态而在层叠体的两端的外侧配置的一对端板。各单电池通过向夹着固体高分子电解质膜设置的阳极侧催化剂电极层供给的燃料气体即氢与向阴极侧催化剂电极层供给的氧化剂气体即空气包含的氧的电化学反应而产生电力。催化剂电极层包括载持有催化剂例如铂(Pt)的碳粒子和电解质而构成。在单电池中的两电极侧的催化剂电极层的外侧配置于通过多孔体形成的气体扩散层。作为多孔体，可使用例如碳纸及碳布等碳多孔体、或金属网及发泡金属等金属多孔体。在燃料电池10的内部，用于使燃料气体、氧化剂气体及冷却介质流通的未图示的歧管沿着单电池的层叠方向形成。
燃料气体供给排出系统120进行向燃料电池10的燃料气体的供给和从燃料电池10的阳极侧废气的排出。燃料气体供给排出系统120具备氢罐20、截止阀21、喷射器22、气液分离器23、循环用泵24、清洗阀25、燃料气体供给路26、第一燃料气体排出路27、燃料气体循环路28、第二燃料气体排出路29。
氢罐20贮藏高压氢，将作为燃料气体的氢气经由燃料气体供给路26向燃料电池10供给。截止阀21配置在氢罐20中的燃料气体的排出口附近，切换从氢罐20的氢气的供给的执行与停止。喷射器22配置于燃料气体供给路26，调整向燃料电池10的氢气的供给量及压力。气液分离器23配置于第一燃料气体排出路27，将从燃料电池10排出的废气包含的水分离而向第二燃料气体排出路29排出，并将分离了水之后的气体、即燃料气体向燃料气体循环路28排出。循环用泵24配置于燃料气体循环路28，将从气液分离器23排出的燃料气体向燃料气体供给路26供给。清洗阀25配置于第二燃料气体排出路29，通过开阀，允许通过气液分离器23分离出的水向大气中的排出。
氧化剂气体供给排出系统130进行向燃料电池10的氧化剂气体的供给和从燃料电池10的阴极侧废气的排出。氧化剂气体供给排出系统130具备空气压缩器30、背压阀31、氧化剂气体供给路32、氧化剂气体排出路33。空气压缩器30对从大气吸入的空气进行压缩而向氧化剂气体供给路32供给。背压阀31配置于氧化剂气体排出路33，调整燃料电池10中的阴极排出侧的压力即所谓背压。
冷却介质循环系统140通过经由燃料电池10使冷却介质循环来调整燃料电池10的温度。冷却介质循环系统140具备散热器40、冷却介质排出路43、冷却介质供给路44、循环用泵42、温度传感器45。散热器40与冷却介质排出路43和冷却介质供给路44连接，通过来自电动风扇的送风等对从冷却介质排出路43流入的冷却介质进行冷却之后向冷却介质供给路44排出。冷却介质排出路43与燃料电池10内的冷却介质排出歧管连接。冷却介质供给路44与燃料电池10内的冷却介质供给歧管连接。因此，通过冷却介质排出路43、散热器40、冷却介质供给路44及燃料电池10内的歧管，形成冷却介质的循环路。温度传感器45配置在冷却介质排出路43中的燃料电池10的附近。温度传感器45测定从燃料电池10排出的冷却介质的温度，输出表示温度值的信号。在本实施方式中，在冷却介质排出路43中测定的温度作为燃料电池10的温度来处理。
电力供给系统150将从燃料电池10输出的电力向作为负载的电动机200供给。电力供给系统150具备DC-DC转换器210和电流计51。DC-DC转换器210与燃料电池10的未图示的集电板电连接，控制燃料电池10的输出电压。电流计51测定燃料电池10的电流值。
运转控制装置60与空气压缩器30、两个循环用泵24、42、散热器40、DC-DC转换器210、喷射器22及3个阀21、25、31电连接，对它们进行控制。而且，运转控制装置60与温度传感器45及电流计51电连接，接收从温度传感器45输出的表示温度值的信号、及从电流计51输出的表示电流值的信号。运转控制装置60具备Central Processing Unit(CPU)61、ReadOnly Memory(ROM)62、Random Access Memory(RAM)63。在ROM62中存储有用于控制燃料电池系统100的未图示的控制程序。CPU61利用RAM63并执行该控制程序，由此作为起动时温度取得部61a、目标动作点设定部61b、通常运转控制部61c、急速预热控制部61d及当前温度取得部61e起作用。
起动时温度取得部61a基于在燃料电池10的刚起动之后从温度传感器45接收到的信号，将上述信号表示的温度值作为燃料电池10的起动时的温度(以下，称为“起动时温度”)存储于ROM62。
目标动作点设定部61b设定作为控制燃料电池10时的目标的动作点(以下，称为“目标动作点”)。在本实施方式中，燃料电池10的动作点通过燃料电池10的输出电压及输出电流来确定。
通常运转控制部61c基于油门开度及车速，算出空气压缩器30等辅机或电动机200的要求能量。而且，通常运转控制部61c在后述的运转控制处理中执行通常运转控制。在通常运转控制中，通过控制向燃料电池10供给的反应气体即空气及氢气的量、燃料电池10中的冷却介质的循环流量、及燃料电池10的电压，来控制燃料电池10的发电量。具体而言，通常运转控制部61c以使燃料电池10的动作点成为燃料电池10的I-V特性曲线(电流对电压特性曲线)上的目标动作点的方式控制空气压缩器30、喷射器22、循环用泵42及DC-DC转换器210。此时，通过控制空气压缩器30的转速来调整向燃料电池10的空气的供给量。而且，通过控制喷射器22来调整向燃料电池10的氢气的供给量。而且，通过控制循环用泵42来调整燃料电池10中的冷却介质的循环流量。而且，通过控制DC-DC转换器210来调整燃料电池10的输出电压值。
急速预热控制部61d在后述的运转控制处理中执行急速预热控制。急速预热控制表示通过使燃料电池10的动作点以与I-V特性曲线不同的动作点动作而增大发电损失即热损失来进行低效率运转的控制。通过进行这样的控制，能够增大燃料电池10的废热量，因此能够使燃料电池10的温度迅速地升温至适合于燃料电池10的运转的温度例如70℃～100℃。关于急速预热控制及通常运转控制的具体的处理内容，在后文叙述。当前温度取得部61e在后述的运转控制处理中，基于从温度传感器45接收到的信号，取得上述信号表示的温度值作为燃料电池10的当前的温度(以下，称为“当前温度”)。
ROM62具备I-P映射存储部62a、电压上限值映射存储部62b及起动时温度值存储部62c。在I-P映射存储部62a中预先存储有I-P映射。在电压上限值映射存储部62b中预先存储有电压上限值映射。而且，在ROM62中预先存储有表示燃料电池10的I-V特性的数据。ROM62相当于权利要求中的存储装置。
图2是示意性地表示I-P映射的说明图。在图2中，横轴表示电流值，纵轴表示输出值、即电力量。在I-P映射中，将向燃料电池10的要求输出Vref与为了得到上述输出所需的燃料电池10的电流值Iref相互建立对应。这样的映射例如可以如以下那样设定。即，预先确定燃料电池10的I-V特性曲线，然后，变更要求输出，并求出上述的要求输出的等输出曲线与I-V特性曲线的交点的电流值，由此能够设定I-P映射。
图3是示意性地表示电压上限值映射的说明图。在图3中，横轴表示当前温度，纵轴表示电压上限值。电压上限值表示急速预热控制执行时的目标动作点的上限值。目标动作点在后述的运转控制处理中设定。在电压上限值映射中，预先设定与当前温度对应的上限电压值。而且，与上述当前温度对应的上限电压值根据起动时温度来设定。具体而言，在本实施方式中，起动时温度分别根据-30℃、-25℃、-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃及+20℃这总计8种温度，设定与当前温度对应的上限电压值。在图3中，线L1表示与起动时温度为-30℃的情况的当前温度对应的上限电压值。线L2表示与起动时温度为-25℃的情况的当前温度对应的上限电压值。线L3表示与起动时温度为-20℃的情况的当前温度对应的上限电压值。线L4表示与起动时温度为-15℃的情况的当前温度对应的上限电压值。线L5表示与起动时温度为-10℃的情况的当前温度对应的上限电压值。线L6表示与起动时温度为-5℃的情况的当前温度对应的上限电压值。线L7表示与起动时温度为0℃的情况的当前温度对应的上限电压值。线L8表示与起动时温度为+20℃的情况的当前温度对应的上限电压值。
各线L1～L8设定在当前温度为-30℃以上且+60℃以下的范围。如图3所示，在当前温度为-30℃以上且大约+50℃以下的范围内，若当前温度相同，则起动时温度越低，则设定越低的上限电压值。而且，在当前温度比大约+50℃高且+60℃以下的范围内，若当前温度相同，则在2条线L1、L2中，起动时温度越低，则设定越低的上限电压值。而且，在当前温度为-30℃以上且大约+50℃以下的范围内，在除了线L8之外的其他的7条线L1～L7中，当前温度越高，则设定越高的上限电压值。而且，在当前温度比大约+50℃高且+60℃以下的范围内，在2条线L1、L2中，当前温度越高，则设定越高的上限电压值。
如上所述，关于在各线L1～L8间若当前温度相同，则起动时温度越而设定越低的上限电压值的理由，及在各线L1～L8中，当前温度越高而设定越高的上限电压值的理由，以下进行说明。在冰点下的低温环境下使燃料电池10起动，在以相同的发电效率运转的情况下，起动时温度越低，则当前温度超过冰点为止的期间越长，因此在上述期间内通过发电而产生的生成水的量越多。因此，通过本申请发明者新发现了如下情况：起动时温度越低，在从起动开始到当前温度超过冰点的期间中，在各单电池内，例如在阴极侧催化剂层附近生成水冻结而气体扩散性越容易下降。因此，在本实施方式中，若当前温度相同，则起动时温度越低而目标动作点的输出电压值设定得越低，由此以更低的效率使燃料电池10运转。由此，若当前温度相同，则起动时温度越低，越能抑制伴有水的生成的阴极侧的电化学反应而减少生成水量，并且越能增多废热量而抑制生成水的冻结，从而抑制气体的扩散性的下降。为了实现这样的控制，在上限电压值映射中，起动时温度越低，则设定越低的上限电压值。而且，当前温度越高，为了使燃料电池10升温所需的热量越减小，因此在上限电压值映射中，当前温度越高，则设定越高的上限电压值。由此，能够尽量以高效率使燃料电池10运转，因此能够抑制燃油经济性的下降。在本实施方式中，这样的上限电压值改变起动时温度而使燃料电池10运转，通过实验等求出能够防止生成的水的冻结的动作点，并设定作为上述的动作点的输出电压值。而且，在上述的实验中，求出能够防止生成的水的冻结的动作点中的发热量更低、换言之发电效率更高的动作点，设定上述的动作点的输出电压值作为上限电压值。由此，能够抑制起动时的气体扩散性的下降，并能够抑制燃料电池10的燃油经济性的下降。
A2.运转控制处理：
图4是表示本实施方式中的运转控制处理的顺序的流程图。使燃料电池系统100起动，若燃料电池10、空气压缩器30、散热器40、运转控制装置60等构成燃料电池系统100的各构成要素的电源接通，则执行运转控制处理。
起动时温度取得部61a取得燃料电池10的起动时温度，并存储于起动时温度值存储部62c(步骤S100)。目标动作点设定部61b决定向燃料电池10的要求发热量Qr(步骤S105)。向燃料电池10的要求发热量例如在这种燃料电池汽车具有空调，通过使用者进行了制热执行的操作的情况下，可以通过将为了使制热用加热器升温所需的发热量与使燃料电池10的温度上升至上述的适当的温度并维持所需的发热量相加来求出。为了使制热用加热器升温所需的发热量可以基于使用者指定的车室内温度、外气温度、换气率即室内气和室外气的利用率、日照量、从窗户的散热量等，通过公知的方法来求出。而且，为了使燃料电池10的温度升温至适当的温度并维持所需的热量可以基于燃料电池10的当前温度及外气温度，通过公知的方法来求出。
目标动作点设定部61b取得向燃料电池10的要求输出值Pr(步骤S110)。如上所述，通常运转控制部61c算出空气压缩器30等辅机或电动机200的要求能量，因此目标动作点设定部61b从通常运转控制部61c取得上述要求能量作为向燃料电池10的要求输出值。
目标动作点设定部61b基于在步骤S110中取得的要求输出值Pr，参照I-P映射，决定满足要求输出值的I-V特性曲线上的动作点(以下，称为“通常动作点”)p0(步骤S115)。具体而言，目标动作点设定部61b参照I-P映射，决定与在步骤S110中得到的要求输出值Pr对应的电流值Iref，将要求输出值Pr除以决定的电流值Iref，由此决定电压值Vref。
目标动作点设定部61b求出在步骤S115中决定的通常动作点p0处燃料电池10动作的情况的燃料电池10的废热量Q0(步骤S120)。
图5是示意性地表示求出以通常动作点p0进行动作的情况下的燃料电池10的废热量的方法的说明图。在图5中，横轴表示燃料电池10的电流值，纵轴表示燃料电池10的输出电压值。而且，在图5中，示出燃料电池10的I-V特性曲线Lc和要求输出值Pr的等输出曲线Lp。而且，在图5中，燃料电池10的理论电动势(theoretical starting voltage)V0由虚线表示。燃料电池10的理论电动势V0是每一个单电池的最大电动势(例如，1.23V)乘以构成燃料电池10的单电池数所得到的电压。
如图5所示，当I-V特性曲线Lc上的通常动作点p0决定时，以上述的通常动作点p0进行动作的情况下的燃料电池10的废热量Q0在图5中相当于由单点划线表示的区域的面积，通过下式1求出。
Q0＝Iref×(V0-Vref)…(1)
如图4所示，目标动作点设定部61b判定在步骤S120中求出的废热量Q0是否为通过步骤S105决定的要求发热量Qr以上(步骤S125)。
当判定为废热量Q0为要求发热量Qr以上时(步骤S125：是)，目标动作点设定部61b将燃料电池10的目标动作点设定为通常动作点p0(输出电压值：Vref，输出电流值：Iref)(步骤S130)。通常运转控制部61c以使动作点成为目标动作点的通常动作点p0的方式，控制反应气体量、冷却介质流量及燃料电池10的电压(步骤S135)。上述的步骤S130及S135相当于通常控制。通常控制是指以使燃料电池10的动作点存在于I-V特性曲线上的方式使燃料电池10运转，由此将发电损失即热损失抑制得较低，从而进行高效率运转的控制。在步骤S135完成后，返回上述的步骤S105。
在上述的步骤S125中，当判定为废热量Q0不是要求发热量Qr以上，即，比要求发热量Qr小时(步骤S125：否)，目标动作点设定部61b求出满足要求发热量Qr的要求输出值Pr的等输出曲线上的电压值(以下，称为“对应电压值”)Va(步骤S140)。
图6是示意性地表示步骤S140的处理结果的一例的说明图。图6的横轴及纵轴与图5的横轴及纵轴相同，因此省略详细的说明。而且，在图6中，曲线Lc、曲线Lp及动作点p0与图5所示的曲线Lc、曲线Lp及动作点p0相同，因此省略详细的说明。
在图6的例子中，在动作点为通常动作点p0的情况的废热量Q0比要求发热量Qr小的情况下，求出等输出曲线Lp上的动作点p1(输出电压值：Va，输出电流值：Ia)作为目标动作点。以该动作点p1进行动作的情况下的燃料电池10的废热量Q1比上述的Q0大且与要求发热量Qr相等。因此，在步骤S140中，求出动作点p1的输出电压值作为对应电压值Va。
目标动作点设定部61b取得存储于起动时温度值存储部62c的起动时温度(步骤S145)。当前温度取得部61e取得当前温度(步骤S150)。目标动作点设定部61b参照存储于电压上限值映射62b的电压上限值映射，基于起动时温度及当前温度来决定上限电压值Vth(步骤S155)。
如上所述，上限电压值映射是将起动时温度、当前温度、上限电压建立对应的映射，因此基于在步骤S145中得到的起动时温度及在步骤S150中得到的当前温度，能决定上限电压值。例如图3所示，在起动时温度为-15℃(线L4)且当前温度为+10℃的情况下，决定大约0.4V作为上限电压值。
目标动作点设定部61b将在步骤S140中求出的对应电压值Va与在步骤S155中决定的上限电压值Vth进行比较，判定对应电压值Va是否为上限电压值Vth以上(步骤S160)。
在对应电压值Va不是上限电压值Vth以上的情况下(步骤S160：否)，目标动作点设定部61b将输出电压值为对应电压值Va的等输出曲线Lp上的动作点设定为目标动作点(步骤S165)。在对应电压值Va不是上限电压值Vth以上的情况下，通过将目标动作点的输出电压值设定为对应电压值Va，由此与将目标动作点的输出电压值设定为上限电压值Vth的情况相比，能够减少生成水量并进一步增多废热量，从而进一步抑制生成水的冻结。因此，在本实施方式中，将目标动作点设定成输出电压值为对应电压值Va的等输出曲线Lp上的动作点，即图6所示的动作点p1。
相对于此，在上述的步骤S160中，在对应电压值Va为上限电压值Vth以上的情况下(步骤S160：是)，目标动作点设定部61b将输出电压值为上限电压值Vth的等输出曲线Lp上动作点设定成目标动作点(步骤S170)。
图7是表示在步骤S170中设定的目标动作点的一例的说明图。图7的横轴及纵轴与图6的横轴及纵轴相同，因此省略详细的说明。而且，图7中的曲线Lp、曲线Lc、通常动作点p0及动作点p1也与图6的曲线Lp、曲线Lc、通常动作点p0及动作点p1相同，因此省略详细的说明。
在输出电压值为上限电压值Vth的动作点p2(输出电流值：Ib)处燃料电池10动作的情况下，燃料电池10的废热量Q2大于在图6所示的动作点p1处燃料电池10动作的情况下的废热量Q1。如上所述，上限电压值Vth设定作为能够防止与燃料电池10的运转相伴的生成水的冻结的输出电压值。因此，将目标动作点设定成动作点p2，通过在上述动作点p2处使燃料电池10运转能够抑制生成水的冻结。
在上述的步骤S165或S170中，当设定目标动作点时，急速预热控制部61d以使动作点成为目标动作点即动作点p1或动作点p2的方式控制反应气体量、冷却介质流量及燃料电池10的电压(步骤S175)。例如，通过减少作为氧化剂气体的空气的供给量而使发电效率下降，能够使燃料电池10在从I-V特性曲线Lc偏离的动作点处动作。在步骤S175完成后，返回上述的步骤S105。上述的步骤S140～S175相当于急速预热控制。
在以上说明的本实施方式的燃料电池系统100中，在急速预热控制时，若当前温度相同，则起动时温度越低而设定越低的输出电压值的动作点作为目标动作点，因此在当前温度超过冰点为止的期间，能够进一步抑制各单电池中的阴极侧的电化学反应而减少生成水量，并且能够进一步增多废热量而抑制生成水的冻结。因此，能够抑制燃料电池10的起动时的气体的扩散性的下降。而且，在起动时温度相同的情况下，当前温度越高而设定越高的输出电压值的动作点作为目标动作点，因此与无论当前温度的值如何都使目标动作点的输出电压值恒定的结构相比，能够使燃料电池10进行高效率运转。因此，能够抑制燃油经济性的下降。而且，由于设定要求输出值Pr的等输出曲线上的动作点作为目标动作点，因此能够以满足要求输出的方式使燃料电池10运转。
而且，在废热量Q0比要求发热量Qr低的情况下，执行急速预热控制而使废热量增大，因此能够使燃料电池10的当前温度迅速地升温。
B.变形例：
B1.变形例1：
上述实施方式中的电压上限值映射的设定内容只不过是一例，可以适当变更。例如，在图3所示的电压上限值映射中，若当前温度相同，则起动时温度越低而设定越低的上限电压值的情况是当前温度的范围为-30℃以上且大约+50℃以下的范围，但并不局限于此，可以在任意的温度范围内，若当前温度相同，则起动时温度越低而设定越低的上限电压值。而且，如图3所示，除了线L8之外的其他的7条线L1～L7都是在大约+50℃以下的范围内，当前温度越高而设定越高的上限电压值，但并不局限于此，也可以与线L8同样地设为无论当前温度如何都表示规定的固定值的线。
B2.变形例2：
在上述实施方式的运转控制处理中，在步骤S125中，在判定为废热量Q0不是要求发热量Qr以上，即，比要求发热量Qr小的情况下，执行了步骤S140～S175，但是本发明没有限定于此。在步骤S125中，在判定为废热量Q0不是要求发热量Qr以上的情况下(步骤S125：否)，取得燃料电池10的当前温度，在上述当前温度为0℃以下的情况下，执行上述的步骤S140～S175，在当前温度比0℃高的情况下，可以不执行这些步骤。在该结构中，在当前温度比0℃高的情况下，例如，可以求出满足要求发热量Qr的要求输出值Pr的等输出曲线上的动作点，将上述的动作点作为目标动作点，控制反应气体量、冷却介质流量及燃料电池10的电压。在当前温度比0℃高的情况下，各单电池中的生成水的冻结可能性低，因此即便不执行急速预热控制也能够抑制气体扩散性的下降。因此，通过采用上述的变形例的结构，能够减少进行低效率运转的机会，能够抑制燃油经济性的下降。而且，在当前温度为0℃以下且各单电池中的生成水的冻结可能性高的情况下，执行上述的急速预热控制，因此能够以更高的可靠性抑制与生成水的冻结相伴的气体扩散性的下降。
B3.变形例3：
在上述实施方式中，将要求输出值Pr的等输出曲线上的动作点设定作为目标动作点，但是本发明没有限定于此。图8A是示意性地表示变形例中的目标动作点的设定的第一方式的说明图。图8B是示意性地表示变形例中的目标动作点的设定的第二方式的说明图。图8A及图8B的横轴及纵轴与图5的横轴及纵轴相同，因此省略详细的说明。而且，图8A及图8B中的曲线Lc及通常动作点p0与图5的曲线Lc及通常动作点p0相同，因此省略详细的说明。
在图8A的方式中，在判定为废热量Q0不是要求发热量Qr以上的情况下(步骤S125：否)，设定动作点p11作为目标动作点，并以成为上述的动作点p11的方式控制反应气体量、冷却介质流量及燃料电池10的电压。动作点p11是输出电流值设定为与通常动作点p0的输出电流值Iref相同的电流值的动作点。在以动作点p11动作的情况下的燃料电池10的废热量Q11与要求发热量Qr一致。因此，动作点p11的输出电压值能够根据输出电流值Iref和要求发热量Qr来求出。动作点p11的输出电压值Vc比通常动作点p0的输出电压值Vref低。
在图8B的方式中，示出了动作点p11的输出电压值Vc为上限电压值Vth以上的情况下的目标动作点的设定方式。在该方式中，输出电流值与通常动作点p0及动作点p11的输出电流值Iref相同且输出电压值为电压值Vth的动作点p12设定作为目标动作点。以动作点p12动作的情况下的燃料电池10的废热量Q12大于图8A所示的废热量Q11。该图8B的方式和上述的图8A的方式可以在1个处理流程中实现。即，与上述实施方式同样，首先，设定与通常动作点p0的输出电流值相同的输出电流值，求出得到与要求发热量Qr一致的发热量的动作点，判定上述的动作点处的输出电压值是否为上限电压值Vth以上。并且，在求出的动作点的输出电压值为上限电压值Vth以上的情况下，可以如图8B的方式那样设定动作点p12作为目标动作点。相对于此，在比上限电压值Vth以上低的情况下，如图8A的方式那样，可以将动作点p11设为目标动作点。
在上述的变形例的结构中，可以将上限电压值Vth确定作为例如相对于通常动作点p0的输出电压值Vref的比例。此时，若是相同的当前温度，则起动时温度越低而设定越低的比例。
B4.变形例4：
在上述实施方式中，使用上限电压值映射求出了上限电压值Vth，但也可以取代映射，通过以起动时温度及当前温度为变量的运算式，导出上限电压值Vth。而且，作为该结构的变形例，可以不求出对应电压值Va或上限电压值Vth，通过运算式而直接地求出目标动作点的输出电压值。在该结构中，若是相同的当前温度，则使用起动时温度越低而能够导出越低的电压值导出作为目标动作点的输出电压值的运算式。
B5.变形例5：
在上述实施方式中，在步骤S135及步骤S175中，以使动作点成为目标动作点的方式控制了反应气体量、冷却介质流量及燃料电池10的电压，但是可以省略额它们中的1个或2个的控制。即，以使动作点成为目标动作点的方式控制反应气体量、冷却介质流量及燃料电池10的电压中的至少1个。
B6.变形例6：
在上述实施方式中，燃料电池系统100作为用于供给驱动用电力的系统，搭载于燃料电池汽车使用，但本发明没有限定于此。例如，可以取代燃料电池汽车，搭载于电动汽车等需要驱动用电力的其他的任意的移动体而使用。而且，可以作为固定型电源，例如，在办公室或家庭中设置于屋内或屋外使用。而且，燃料电池10包含的各单电池是固体高分子型燃料电池用的单电池，但也可以构成作为磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池等各种燃料电池用的单电池。
本发明并不局限于上述的实施方式及变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，在发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、变形例中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。而且，该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的结构进行说明，就可以适当删除。
标号说明
10…燃料电池
20…氢罐
21…截止阀
22…喷射器
23…气液分离器
24…循环用泵
25…清洗阀
26…燃料气体供给路
27…第一燃料气体排出路
28…燃料气体循环路
29…第二燃料气体排出路
30…空气压缩器
31…背压阀
32…氧化剂气体供给路
33…氧化剂气体排出路
40…散热器
42…循环用泵
43…冷却介质排出路
44…冷却介质供给路
45…温度传感器
51…电流计
60…运转控制装置
61…CPU
61a…起动时温度取得部
61b…目标动作点设定部
61c…通常运转控制部
61d…急速预热控制部
62e…当前温度取得部
62a…I-P映射存储部
62b…电压上限值映射存储部
62c…起动时温度值存储部
100…燃料电池系统
120…燃料气体供给排出系统
130…氧化剂气体供给排出系统
140…冷却介质循环系统
150…电力供给系统
200…电动机
p0…通常动作点
p1、p2、p11、p12…动作点
L1～L8…线
Lc…I-V特性曲线
Lp…等输出曲线
Q0、Q1、Q2、Q11、Q12…废热量
V0…理论电动势
Vth…上限电压值

Claims (12)

1.一种燃料电池的运转控制方法，包括：
取得所述燃料电池的起动时温度的工序；
取得所述燃料电池的当前温度的工序；
基于所述起动时温度或者基于所述起动时温度及所述当前温度来设定根据所述燃料电池的输出电压值及输出电流值而确定的所述燃料电池的当前的目标动作点的工序；及
以使所述燃料电池的动作点成为所述目标动作点的方式控制向所述燃料电池供给的反应气体的流量和所述燃料电池的输出电压中的至少一个的工序，
设定所述目标动作点的工序包括如下的工序：在所述当前温度相同的情况下，在所述起动时温度低时，与所述起动时温度高时相比，将低的输出电压值的动作点设定作为所述目标动作点。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的运转控制方法，其中，
设定所述目标动作点的工序包括如下的工序：在所述起动时温度相同的情况下，在所述当前温度高时，与所述当前温度低时相比，将高的输出电压值的动作点设定作为所述目标动作点。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的燃料电池的运转控制方法，其中，
设定所述目标动作点的工序在所述起动时温度为0℃以下的情况下执行。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的燃料电池的运转控制方法，其中，
设定所述目标动作点的工序包括如下的工序：以使所述目标动作点的输出电压值低于通常动作点的输出电压值的方式设定所述目标动作点，该通常动作点是通过该目标动作点的等输出曲线与所述燃料电池的电流对电压特性曲线的交点。
5.根据权利要求4所述的燃料电池的运转控制方法，其中，
所述控制工序包括如下的工序：相比较于所述燃料电池的当前的动作点与作为所述电流对电压特性曲线上的动作点的通常动作点一致的情况，减少向所述燃料电池供给的所述反应气体的流量，而执行与所述通常动作点的动作时相比电力损失大的低效率运转。
6.根据权利要求4所述的燃料电池的运转控制方法，其中，
所述燃料电池的运转控制方法还包括将与所述起动时温度及所述当前温度对应的所述目标动作点的输出电压值的上限值预先存储于存储装置的工序，
所述存储工序包括如下的工序：在所述当前温度相同的情况下，在所述起动时温度低时，与所述起动时温度高时相比，将低的值作为所述上限值而存储于所述存储装置，
设定所述目标动作点的工序包括如下的工序：以使所述目标动作点的输出电压值成为根据所述起动时温度及所述当前温度而确定的输出电压值的上限值以下的方式设定所述目标动作点。
7.一种燃料电池的运转控制装置，具备：
起动时温度取得部，取得所述燃料电池的起动时温度；
当前温度取得部，取得所述燃料电池的当前温度；
目标动作点设定部，基于所述起动时温度或者基于所述起动时温度及所述当前温度来设定根据所述燃料电池的输出电压值及输出电流值而确定的所述燃料电池的当前的目标动作点；及
通常运转控制部，以使所述燃料电池的动作点成为所述目标动作点的方式控制向所述燃料电池供给的反应气体的流量和所述燃料电池的输出电压中的至少一个，
在所述当前温度相同的情况下，在所述起动时温度低时，与所述起动时温度高时相比，所述目标动作点设定部将低的输出电压值的动作点设定作为所述目标动作点。
8.根据权利要求7所述的燃料电池的运转控制装置，其中，
在所述起动时温度相同的情况下，在所述当前温度高时，与所述当前温度低时相比，所述目标动作点设定部将高的输出电压值的动作点设定作为所述目标动作点。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的燃料电池的运转控制装置，其中，
所述目标动作点设定部在所述起动时温度为0℃以下的情况下设定所述目标动作点。
10.根据权利要求7或权利要求8所述的燃料电池的运转控制装置，其中，
所述目标动作点设定部以使所述目标动作点的输出电压值低于通常动作点的输出电压值的方式设定所述目标动作点，该通常动作点是通过该目标动作点的等输出曲线与所述燃料电池的电流对电压特性曲线的交点。
11.根据权利要求10所述的燃料电池的运转控制装置，其中，
所述燃料电池的运转控制装置还具备急速预热控制部，相比较于所述燃料电池的当前的动作点与作为所述电流对电压特性曲线上的动作点的通常动作点一致的情况，所述急速预热控制部减少向所述燃料电池供给的所述反应气体的流量，而执行与所述通常动作点的动作时相比电力损失大的低效率运转。
12.根据权利要求10所述的燃料电池的运转控制装置，其中，
所述燃料电池的运转控制装置还具备存储装置，所述存储装置预先存储有与所述起动时温度及所述当前温度对应的所述目标动作点的输出电压值的上限值，
在所述当前温度相同的情况下，在所述起动时温度低时，与所述起动时温度高时相比，所述存储装置存储低的值作为所述上限值，
所述目标动作点设定部以使所述目标动作点的输出电压值成为根据所述起动时温度及所述当前温度而确定的输出电压值的上限值以下的方式设定所述目标动作点。
CN201510759812.9A 2014-11-10 2015-11-09 燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置 Active CN105591138B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014227684A JP6222047B2 (ja) 2014-11-10 2014-11-10 燃料電池の運転制御方法
JP2014-227684 2014-11-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105591138A CN105591138A (zh) 2016-05-18
CN105591138B true CN105591138B (zh) 2019-04-23

Family

ID=55803404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510759812.9A Active CN105591138B (zh) 2014-11-10 2015-11-09 燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10381668B2 (zh)
JP (1) JP6222047B2 (zh)
KR (2) KR102032897B1 (zh)
CN (1) CN105591138B (zh)
CA (1) CA2909836C (zh)
DE (1) DE102015117180A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6787970B2 (ja) * 2018-10-22 2020-11-18 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
JP7238848B2 (ja) * 2020-04-20 2023-03-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7310710B2 (ja) * 2020-05-22 2023-07-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
CN113629269B (zh) * 2021-07-28 2022-09-16 同济大学 一种燃料电池系统及其低温启动控制方法
CN114695921B (zh) * 2022-04-18 2024-03-15 中国第一汽车股份有限公司 用于燃料电池系统低温启动的控制方法和控制装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6387556B1 (en) 1997-11-20 2002-05-14 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power systems and methods of controlling a fuel cell power system
JP3928154B2 (ja) * 2001-05-29 2007-06-13 本田技研工業株式会社 燃料電池電源装置
JP4803996B2 (ja) * 2004-11-30 2011-10-26 本田技研工業株式会社 燃料電池の低温起動方法及び燃料電池システム
JP5103851B2 (ja) * 2006-09-29 2012-12-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4936126B2 (ja) * 2007-04-16 2012-05-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4656539B2 (ja) * 2007-11-21 2011-03-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5262183B2 (ja) * 2008-02-28 2013-08-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US8053122B2 (en) * 2008-04-11 2011-11-08 Bdf Ip Holdings Ltd. System and method of starting a fuel cell system
JP5286990B2 (ja) * 2008-07-08 2013-09-11 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5434054B2 (ja) * 2008-11-21 2014-03-05 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4962919B2 (ja) 2009-02-10 2012-06-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび該システムにおける始動時制御方法
KR101298692B1 (ko) * 2010-05-27 2013-08-21 도요타 지도샤（주） 연료전지 시스템
US20120094200A1 (en) * 2010-10-15 2012-04-19 Ford Motor Company Freeze Start Method for Fuel Cells
JP6372976B2 (ja) 2013-05-20 2018-08-15 アロン化成株式会社 排水管配管構造及び排水管配管施工方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10381668B2 (en) 2019-08-13
KR20160055698A (ko) 2016-05-18
CA2909836A1 (en) 2016-05-10
CA2909836C (en) 2018-03-06
US20160133967A1 (en) 2016-05-12
KR102032897B1 (ko) 2019-10-16
JP2016091910A (ja) 2016-05-23
DE102015117180A1 (de) 2016-05-12
KR20180048492A (ko) 2018-05-10
JP6222047B2 (ja) 2017-11-01
CN105591138A (zh) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105591138B (zh) 燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置
CN102859771B (zh) 燃料电池系统
CN105591126B (zh) 燃料电池系统的冷却介质的流量控制方法及燃料电池系统
CN101868879B (zh) 燃料电池系统
CN100461515C (zh) 燃料电池系统
EP2915209B1 (en) Fuel cell humidification management method&system
US20070231643A1 (en) Fuel cell system
CN101640279A (zh) 燃料电池系统关闭期间的湿度控制
JP2002313388A (ja) 燃料電池の制御方法と燃料電池電気車両
CN102244282A (zh) 燃料电池系统
CN102714323B (zh) 燃料电池的控制
CN106299405B (zh) 燃料电池系统和燃料电池的控制方法
KR101610392B1 (ko) 연료전지 시스템의 제어 방법
JP2003086211A (ja) 燃料電池電源装置
KR101394677B1 (ko) 연료전지 시스템 운전 방법
JP2003151597A (ja) 燃料電池システム
CN101730955B (zh) 燃料电池的控制装置及燃料电池系统
CN111092249A (zh) 燃料电池系统及其控制方法
KR100893431B1 (ko) 저온시동 개선용 연료전지장치 및 그 제어방법
JP2014127452A (ja) 燃料電池システム
JP2007042375A (ja) 燃料電池システム
JP6774011B2 (ja) 燃料電池システム
JP5086740B2 (ja) 燃料電池システム
JP2021190291A (ja) 燃料電池システム、目標動作点を決定する方法、コンピュータプログラム
EP3350859B1 (en) Shutdown and storage method for fuel cell system at below freezing temperatures

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant