CN105594040A - 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

燃料电池系统具备：压缩机，其用于向燃料电池供给正极气体；负极气体排出系统，其将从燃料电池排出的负极排气排出到正极气体流路中；脉动运转控制部，其基于燃料电池的运转状态来使负极气体的压力脉动；放气控制部，其基于燃料电池的负极的杂质浓度和负极的压力来将负极排气放出到正极气体流路中；以及压缩机控制部，其基于由放气控制部控制的放气流量来控制压缩机，其中，放气控制部将根据负极气体的脉动状态而决定的规定值作为负极的压力。

Description

燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
背景技术
在日本JP2012-156144A中，作为以往的燃料电池系统，公开了如下的燃料电池系统：利用正极气体将向燃料电池系统之外排出的排出气体的氢浓度稀释为规定浓度以下。
发明内容
在当前正在开发的燃料电池系统中，通过放气阀使负极排气与正极气体排出通路合流。然后，基于向正极气体排出通路排出的负极排气的流量(放气流量)，来控制压缩机的正极气体供给流量，由此最终将从正极气体排出通路排出到燃料电池系统之外的排出气体的氢浓度稀释为规定浓度以下。
放气流量取决于放气阀的开度和放气阀的前后压力差(＝负极气体的压力与大气压的压力差)。因此，在实施使负极气体的压力脉动的脉动运转的情况下，随着负极气体的压力发生脉动，而放气阀的前后压力差脉动，放气流量脉动(增减)。
其结果，基于放气流量来控制的压缩机的正极气体供给流量发生脉动，从而存在从压缩机产生蜂鸣声(日语：うねり音)等异响的担忧。
本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于抑制从压缩机产生异响。
根据本发明的某个方式，提供一种将负极气体和正极气体供给到燃料电池来使该燃料电池发电的燃料电池系统。燃料电池系统具备：压缩机，其用于向燃料电池供给正极气体；负极气体排出系统，其将从燃料电池排出的负极排气排出到正极气体流路中；脉动运转控制部，其基于燃料电池的运转状态来使负极气体的压力脉动；放气控制部，其基于燃料电池的负极的杂质浓度和负极的压力来将负极排气放出到正极气体流路中；以及压缩机控制部，其基于由放气控制部控制的放气流量来控制压缩机。放气控制部将根据负极气体的脉动状态而决定的规定值作为负极的压力。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统的概要图。
图2是说明本发明的一个实施方式的负极气体供给控制的流程图。
图3是基于目标输出电流来计算脉动时上限目标压力和脉动时下限目标压力的表。
图4是说明本发明的一个实施方式的第一放气阀和第二放气阀的开闭控制的图。
图5是说明本发明的一个实施方式的正极气体供给控制的图。
图6是说明稀释要求压缩机供给流量输出部的详情的图。
图7是基于稀释控制用负极压力和大气压来计算基本放气流量的图表。
图8是基于放气阀温度来计算温度校正系数的表。
图9是基于放气流量来计算稀释要求压缩机供给流量的表。
图10是说明本发明的一个实施方式的负极气体供给控制和正极气体供给控制的动作的时序图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的一个实施方式。
燃料电池通过用负极(anode)电极(燃料极)和正极(cathode)电极(氧化剂极)将电解质膜夹在中间并向负极电极供给含氢的负极气体(燃料气体)、向正极电极供给含氧的正极气体(氧化剂气体)来进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的电极反应如下。
负极电极：2H2→4H++4e-…(1)
正极电极：4H++4e-+O2→2H2O…(2)
通过该(1)、(2)的电极反应，燃料电池产生1伏特左右的电动势。
在将燃料电池用作汽车用动力源的情况下，由于要求的电力大，因此作为将数百块的燃料电池层叠所得的燃料电池堆来进行使用。然后，构成向燃料电池堆供给负极气体和正极气体的燃料电池系统，取出用于驱动车辆的电力。
图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统100的概要图。
燃料电池系统100具备燃料电池堆1、正极气体供排装置2、负极气体供排装置3以及控制器4。省略了用于对燃料电池堆1进行冷却的冷却系统的图示以防止复杂。
燃料电池堆1是层叠数百块燃料电池而得到的，接受负极气体和正极气体的供给，来发出驱动车辆所需的电力。
正极气体供排装置2向燃料电池堆1供给正极气体(空气)，并且将从燃料电池堆1排出的正极排气排出到外部大气。正极气体供排装置2具备正极气体供给通路21、正极气体排出通路22、过滤器23、正极压缩机24、正极压力调节阀25、旁路通路26、旁路阀27、第一气流传感器41、第二气流传感器42以及正极压力传感器43。
正极气体供给通路21是流通向燃料电池堆1供给的正极气体的通路。正极气体供给通路21一端连接于过滤器23，另一端连接于燃料电池堆1的正极气体入口孔11。
正极气体排出通路22是流通从燃料电池堆1排出的正极排气的通路。正极气体排出通路22一端连接于燃料电池堆1的正极气体出口孔12，另一端为开口端。正极排气是电极反应中未被使用的氧、正极气体中所含的氮、还有通过电极反应而产生的水蒸气等的混合气体。
过滤器23将取入到正极气体供给通路21的正极气体中的异物去除。
正极压缩机24设置于正极气体供给通路21。正极压缩机24经由过滤器23将作为正极气体的空气取入到正极气体供给通路21，供给到燃料电池堆1。
正极压力调节阀25设置于正极气体排出通路22。正极压力调节阀25由控制器4来控制开闭，将向燃料电池堆1供给的正极气体的压力调节为期望的压力。此外，也可以不设置正极压力调节阀25，而设置孔(Orifice)等节流件。
旁路通路26是为了能够根据需要将从正极压缩机24喷出的正极气体的一部分不经由燃料电池堆1地直接排出到正极气体排出通路22而设置的通路。旁路通路26一端连接于比正极压缩机24更靠下游的正极气体供给通路21，另一端连接于比正极压力调节阀25更靠下游的正极气体排出通路22。
旁路阀27设置于旁路通路26。旁路阀27由控制器4来控制开闭，调节在旁路通路26中流动的正极气体的流量(以下称为“旁路流量”。)。
第一气流传感器41设置于比正极压缩机24更靠上游的正极气体供给通路21。第一气流传感器41对向正极压缩机24供给的正极气体的流量(以下称为“压缩机供给流量”。)进行检测。
第二气流传感器42设置于比与旁路通路26连接的连接部更靠下游的正极气体供给通路21。第二气流传感器42对从正极压缩机24喷出的正极气体中的向燃料电池堆1供给的正极气体的流量(以下称为“堆供给流量”。)进行检测。堆供给流量是从压缩机供给流量减去旁路流量后得到的流量。
正极压力传感器43设置于正极气体入口孔11附近的正极气体供给通路21。正极压力传感器43对向燃料电池堆1供给的正极气体的压力(以下称为“正极压力”。)进行检测。
负极气体供排装置3向燃料电池堆1供给负极气体，并且将从燃料电池堆1排出的负极排气排出到正极气体排出通路22。负极气体供排装置3具备高压罐31、负极气体供给通路32、负极压力调节阀33、第一负极气体排出通路34、第二负极气体排出通路35、第一放气通路36、第二放气通路37、第一放气阀38、第二放气阀39、缓冲罐40以及负极压力传感器45。
高压罐31将要向燃料电池堆1供给的负极气体(氢)保持为高压状态来贮存。
负极气体供给通路32是用于将从高压罐31排出的负极气体供给到燃料电池堆1的通路。负极气体供给通路32一端连接于高压罐31，另一端连接于燃料电池堆1的负极气体入口孔13。
负极压力调节阀33设置于负极气体供给通路32。负极压力调节阀3334由控制器4来控制开闭，将向燃料电池堆1供给的负极气体的压力调节为期望的压力。
负极压力传感器45设置于比负极压力调节阀33更靠下游的负极气体供给通路32，对向燃料电池堆1供给的负极气体的压力(以下称为“负极压力”。)进行检测。
第一负极气体排出通路34一个端部连接于燃料电池堆1的第一负极气体出口孔14，另一个端部连接于缓冲罐40。电极反应中未被使用的剩余的负极气体与从正极电极侧向负极电极侧透过来的包括氮、水分(生成水、水蒸气)等的惰性气体的混合气体(以下称为“负极排气”。)被排出到第一负极气体排出通路34。
第二负极气体排出通路35一个端部连接于燃料电池堆1的第二负极气体出口孔15，另一个端部连接于缓冲罐40。负极排气被排出到第二负极气体排出通路35。
缓冲罐40暂时蓄积通过第一负极气体排出通路34和第二负极气体排出通路35流过来的负极排气。积存在缓冲罐40中的负极排气在第一放气阀38和第二放气阀39打开时通过第一放气通路36和第二放气通路37排出到正极气体排出通路22。
第一放气通路36一个端部连接于第一负极气体排出通路34，另一个端部连接于正极气体排出通路22。
第二放气通路37一个端部连接于第二负极气体排出通路35，另一个端部连接于正极气体排出通路22。此外，也可以将第一放气通路36和第二放气通路37的另一个端部连接于正极气体供给通路21。即，第一放气通路36和第二放气通路37的另一个端部只要连接在正极气体流路(正极气体供给通路21和正极气体排出通路22)上即可。
第一放气阀38设置于第一放气通路36，是能够将开度调节成完全打开或完全闭合的电磁阀，由控制器4来进行控制。第一放气阀38对从第一负极气体排出通路34排出到正极气体排出通路22的负极排气的流量进行调节。第一放气阀38的内部形成有水套(waterjacket)(未图示)，使对燃料电池堆1进行冷却的冷却水循环，以防止由于冻结而固着。在本实施方式中，对被导入到该第一放气阀38的水套的冷却水的温度进行检测，将其代用作第一放气阀38的温度(以下称为“第一放气阀温度”。)。
第二放气阀39设置于第二放气通路37，是能够将开度调节成完全打开或完全闭合的电磁阀，由控制器4来进行控制。第二放气阀39对从第二负极气体排出通路35排出到正极气体排出通路22的负极排气的流量进行调节。第二放气阀39的内部也形成有水套(未图示)，使对燃料电池堆1进行冷却的冷却水循环。在本实施方式中，对被导入到该第二放气阀39的水套的冷却水的温度进行检测，将其代用作第二放气阀39的温度(以下称为“第二放气阀温度”。)。
控制器4由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微计算机构成。
除了来自前述的第一气流传感器41等的信号以外，来自检测从燃料电池堆1取出的电流(输出电流)的电流传感器46、检测燃料电池堆1的输出电压的电压传感器47、检测加速踏板的踏下量(以下称为“加速操作量”。)的加速行程传感器48、检测电池充电量的SOC传感器49、检测大气压的大气压传感器50、检测从燃料电池堆排出的冷却水的温度(以下称为“堆温度”。)的水温传感器51等用于检测燃料电池系统100的运转状态的各种传感器的信号也被输入到控制器4。
控制器4基于这些输入信号来控制对燃料电池堆1的负极气体和正极气体的供给，并且控制第一放气阀38和第二放气阀39的开闭。下面，首先说明负极气体供给控制，之后说明第一放气阀38和第二放气阀39的开闭控制，最后说明正极气体供给控制。
图2是说明本实施方式的负极气体供给控制的流程图。在本实施方式中，以使负极压力脉动的方式控制对燃料电池堆1的负极气体的供给。
在步骤S1中，控制器4基于燃料电池系统100的运转状态来计算燃料电池堆1的目标输出电流。具体地说，基于产生车辆的驱动力的驱动电动机(未图示)以及正极压缩机24等辅机的要求电力、电池的充放电要求来计算燃料电池堆1的目标输出电力，基于目标输出电力，根据燃料电池堆1的IV特性来计算目标输出电流。
在步骤S2中，控制器4参照图3的表，基于目标输出电流来计算脉动时上限目标压力和脉动时下限目标压力。如图3的表所示，脉动时上限目标压力和脉动时下限目标压力均为在目标输出电流高时比目标输出电流低时大。另外，脉动幅度也同样地在目标输出电流高时比目标输出电流低时大。
在步骤S3中，控制器4判定负极压力是否高于脉动时上限目标压力。如果负极压力为脉动时上限目标压力以上，则控制器4进行步骤S4的处理以使负极压力下降。另一方面，如果负极压力小于脉动时上限目标压力，则进行步骤S5的处理。
在步骤S4中，控制器4将目标负极压力设定为脉动时下限目标压力。由此，以使负极压力变为脉动时下限目标压力的方式，对负极压力调节阀33的开度进行反馈控制。该反馈控制的结果通常是负极压力调节阀33的开度变为完全闭合，停止从高压罐31向燃料电池堆1的负极气体的供给。其结果，由于发电对燃料电池堆1内的负极气体的消耗，负极压力逐渐降低。
在步骤S5中，控制器4判定负极压力是否为脉动时下限目标压力以下。如果负极压力为脉动时下限目标压力以下，则控制器4进行步骤S6的处理以使负极压力上升。另一方面，如果负极压力高于脉动时下限目标压力，则进行步骤S7的处理。
在步骤S6中，控制器4将目标负极压力设定为脉动时上限目标压力。由此，以使负极压力变为脉动时上限目标压力的方式，对负极压力调节阀33的开度进行反馈控制。该反馈控制的结果是负极压力调节阀33被打开到期望的开度，从高压罐31向燃料电池堆1供给负极气体，负极压力上升。
在步骤S7中，控制器4将目标负极压力设定为与上一次相同的目标负极压力。
图4是说明本实施方式的第一放气阀38和第二放气阀39的开闭控制的图。
被排出到第一负极气体排出通路34和第二负极气体排出通路35的负极排气中含有从正极电极侧向负极电极侧透过来的氮、水分等杂质。因此，若依然将第一放气阀38和第二放气阀39闭合，则存在以下担忧：缓冲罐40中蓄积氮、水分，负极系统整体的氢浓度降低，从而无法确保发电所需的氢浓度。
因此，在本实施方式中，以使向负极电极侧透过来的氮、水分等杂质从负极系统内排出的方式对第一放气阀38和第二放气阀39进行开闭控制，对向正极气体排出通路22排出的负极排气的总流量(以下称为“放气流量”。)进行调节。
具体地说，如图4所示，根据对第一放气阀38和第二放气阀39分别设定的占空比，按规定周期对第一放气阀38和第二放气阀39进行开闭。
此时，根据对第一放气阀38设定的占空比(在0～1的范围内设定)来控制第一放气阀38，使其从规定周期的开头起开始打开。例如，如果所设定的占空比是0.5，则第一放气阀38从规定周期的开头起打开半个规定周期，如果所设定的占空比为1，则从规定周期的最初打开到最后。
另一方面，根据对第二放气阀39设定的占空比(在0～1的范围内设定)来控制第二放气阀39，使其在规定周期结束时闭合。例如，如果所设定的占空比为0.5，则第二放气阀39在规定周期经过一半时打开并在规定周期结束时闭合，如果所设定的占空比为1，则从规定周期的最初打开到最后。
根据对第一放气阀38和第二放气阀39分别设定的占空比，有时成为双方同时开阀的状态。
在本实施方式中，如下面那样对第一放气阀38和第二放气阀39分别设定占空比。
首先，基于正极压力和堆温度来计算向负极电极侧透过来的透过氮量，基于该透过氮量来计算氮排出要求占空比。正极压力越高，而且堆温度越高，则透过氮量越多。透过氮量越多，则氮排出要求占空比越大。
另外，根据目标输出电流来计算负极电极侧的水分量(以下称为“负极水分量”。)，基于该负极水分量来计算水分排出要求占空比。目标输出电流越高，则负极水分量越多。负极水分量越多，则水分排出占空比越大。
然后，将氮排出要求占空比和水分排出要求占空比中较大一方作为第一放气阀38的占空比(第一放气阀占空比)，将水分排出要求占空比作为第二放气阀39的占空比(第二放气阀占空比)。由此，将从正极电极侧向负极电极侧透过来的氮、水分等杂质可靠地排出到正极气体排出通路22。
在此，经由第一放气阀38和第二放气阀39排出到正极气体排出通路22的负极排气与正极排气混合后从正极气体排出通路22的开口端排出到外部大气。
负极排气中除了含有向负极电极侧透过来的氮、水分以外，还含有电极反应中未被使用的氢。因而，需要将向外部大气排出的负极排气与正极排气的混合气体(以下称为“排出气体”。)中的氢浓度稀释成小于可燃浓度。
因此，在本实施方式中，为了使排出气体中的氢浓度小于可燃浓度，根据放气流量来设定压缩机供给流量的下限值(＝后述的稀释要求压缩机供给流量)。
在此，放气流量取决于第一放气阀38和第二放气阀39的开度(以下总称为“放气阀开度”。)以及第一放气阀38和第二放气阀39的前后压力差(＝负极压力与大气压的压力差)(以下总称为“放气阀前后压力差”。)。因此，在实施使负极压力脉动的脉动运转的情况下，随着负极压力发生脉动而放气阀前后压力差脉动，放气流量脉动(增减)。这样一来，根据放气流量而设定的压缩机供给流量的下限值会脉动，在该下限值被设定为压缩机供给流量的目标值时存在从正极压缩机24产生蜂鸣声等异响的担忧。
因此，在本实施方式中，在根据放气流量来设定压缩机供给流量的下限值的情况下，也以避免从正极压缩机24产生蜂鸣声等异响的方式控制正极压缩机24。
下面，参照图5至图9来说明本实施方式的正极气体供给控制。
图5是说明本实施方式的正极气体供给控制的图。
目标输出电流被输入到堆要求压缩机供给流量计算部200。堆要求压缩机供给流量计算部200基于目标输出电流来计算堆要求压缩机供给流量(第二目标供给流量)。堆要求压缩机供给流量是在从燃料电池堆1取出目标输出电流时为了在各燃料电池的正极电极内确保电极反应所需的氧分压而需要的堆供给流量的目标值。堆要求压缩机供给流量在目标输出电流大时比目标输出电流小时多。
脉动时上限目标压力、负极压力、大气压、第一放气阀温度、第二放气阀温度、堆温度、第一放气阀占空比以及第二放气阀占空比被输入到稀释要求压缩机供给流量输出部300。稀释要求压缩机供给流量输出部300基于这些输入值来输出稀释要求压缩机供给流量。稀释要求压缩机供给流量是使向燃料电池系统100的外部排出的排出气体的氢浓度低于可燃浓度所需的压缩机供给流量的目标值。
参照图6来说明稀释要求压缩机供给流量输出部300的详情。
如图6所示，稀释要求压缩机供给流量输出部300具备基本放气流量计算部301、温度校正系数计算部302、放气阀占空比计算部303以及稀释要求压缩机供给流量计算部304。
脉动时上限目标压力和负极压力中较大一方(以下称为“稀释控制用负极压力”。)、大气压被输入到基本放气流量计算部301。关于基本放气流量，参照图7的图表来计算基本放气流量。如图7的图表所示，稀释控制用负极压力越高、大气压越低时、即放气阀前后压力差越大时，基本放气流量越多。
此外，图7的图表是表示放气阀温度为规定的基准温度(例如60℃)且第一放气阀占空比与第二放气阀占空比的合计值(放气阀占空比)为1时的放气流量的图表。
第一放气阀温度、第二放气阀温度以及堆温度中最低的温度(以下称为“放气阀温度”。)被输入到温度校正系数计算部302。温度校正系数计算部302参照图8的表，基于放气阀温度来计算要与基本放气流量相乘的温度校正系数。如图8的表所示，在放气阀温度为基准温度时温度校正系数为1。而且，在放气阀温度低于基准温度时，温度校正系数被设定为大于1的值，在放气阀温度高于基准温度时，温度校正系数被设定为小于1的值。
第一放气阀占空比和第二放气阀占空比被输入到放气阀占空比计算部303。放气阀占空比计算部303计算第一放气阀占空比与第二放气阀占空比的合计值(0～2的范围)来作为放气阀占空比。如前所述，第一放气阀占空比是氮排出要求占空比和水分排出要求占空比中较大一方，第二放气阀占空比是水分排出要求占空比。也就是说，与该放气阀开度相当的放气阀占空比根据燃料电池堆1的负极的杂质浓度而变化，基于燃料电池堆1的负极的杂质浓度来计算该放气阀占空比。
将温度校正系数和放气阀占空比与基本放气流量相乘后得到的放气流量被输入到稀释要求压缩机供给流量计算部304。稀释要求压缩机供给流量计算部304参照图9的表，基于放气流量来计算稀释要求压缩机供给流量(第一目标供给流量)。如图9的表所示，放气流量越多，则稀释要求压缩机供给流量越多。这是由于，放气流量越多，则向正极气体排出通路22排出的氢量越增加。
再次返回到图5来说明本实施方式的正极气体供给控制。
堆要求压缩机供给流量和稀释要求压缩机供给流量被输入到目标压缩机供给流量计算部400。目标压缩机供给流量计算部400计算这两个输入值中的较大一方来作为目标压缩机供给流量。
压缩机供给流量和目标压缩机供给流量被输入到正极压缩机控制部500。正极压缩机控制部500基于压缩机供给流量与目标压缩机供给流量的偏差来计算对正极压缩机24的转矩指令值，根据该转矩指令值来控制正极压缩机24。由此，压缩机供给流量被控制为目标压缩机供给流量。
堆供给流量和目标堆供给流量被输入到目标旁路阀开度计算部600。目标旁路阀开度计算部600基于堆供给流量与目标堆供给流量的偏差来计算用于使堆供给流量为目标堆供给流量的旁路阀27的开度，来作为目标旁路阀开度。
在堆要求压缩机供给流量被设定为目标压缩机供给流量时，以使压缩机供给流量变为堆要求压缩机供给流量的方式控制正极压缩机24。为此，无需使从正极压缩机24喷出的正极气体绕开，因此目标旁路阀开度被设定为完全闭合。
另一方面，在为了稀释排出到正极气体排出通路22的氢而将稀释要求压缩机供给流量设定为目标压缩机供给流量时，压缩机供给流量变得比堆要求压缩机供给流量多。因此，对目标旁路阀开度进行设定，以使得该剩余量(稀释要求压缩机供给流量-堆要求压缩机供给流量)流向旁路通路26。
目标旁路开度被输入到旁路阀控制部700。旁路阀控制部700将旁路阀27的开度控制为目标旁路阀开度。
图10是说明本实施方式的负极气体供给控制和正极气体供给控制的动作的时序图。
首先，说明负极气体供给控制的动作。
在该时序图中，在时刻t1的时间点，已经实施了使负极压力在基于目标输出电流而计算出的脉动时上限目标压力与脉动时下限目标压力之间脉动的脉动运转(图10的(A))。然后，在时刻t1到时刻t2的区间，目标输出电流固定(图10的(B))，因此继续实施时刻t1的时间点的使负极压力在脉动时上限目标压力与脉动时下限目标压力之间脉动的脉动运转(图10的(A))。
当在时刻t2例如由于加速操作量减少而目标输出电流降低时(图10的(B))，与目标输出电流的降低相应地，脉动时上限目标压力和脉动时下限目标压力也分别降低(图10的(A))。
由此，为了将负极压力控制成降低后的脉动时下限目标压力，负极压力调节阀33的开度被完全闭合，停止从高压罐31向燃料电池堆1的负极气体的供给。其结果，通过发电来逐渐消耗燃料电池堆1内的负极气体，负极压力逐渐降低(图10的(A))。这样，目标输出电流降低的下降过渡时的负极压力的降低速度取决于发电对负极气体的消耗速度，因此有时在下降过渡时负极压力暂时变得比脉动时上限目标压力高(图10的(A))。
接着，说明正极气体供给控制的动作。
从时刻t1到目标输出电流降低的时刻t2，脉动时上限目标压力高于负极压力，因此脉动时上限目标压力被设定为稀释控制用负极压力。
如果目标输出电流未发生变动，则脉动时上限目标压力被固定为与目标输出电流相应的规定值，因此在时刻t1到时刻t2的区间，稀释控制用负极压力也被固定为规定值。
而且，在本实施方式中，根据固定为该规定值的稀释控制用负极压力来计算基本放气流量，计算使基本放气流量与温度校正系数和放气阀占空比(放气阀开度)相乘后得到的结果来作为放气流量。因此，在实施使负极压力脉动的脉动运转的情况下，也并非根据该脉动的负极压力来计算放气流量，因此放气流量不会脉动。因此，基于放气流量计算出的稀释要求压缩机供给流量也不会脉动，而是固定为某个规定值(图10的(D))。
由此，在稀释要求压缩机供给流量被设定为目标压缩机供给流量、以使压缩机供给流量变为稀释要求压缩机供给流量的方式控制正极压缩机24的情况下，也能够将正极压缩机24的转速维持为固定(图10的(E))。
因而，能够抑制从正极压缩机24产生蜂鸣声等异响，从而能够抑制燃料电池系统100的声振性能的恶化。
另外，在本实施方式中，在时刻t2目标输出电流降低、负极压力暂时变得比脉动时上限目标压力高的情况下(图10的(A))，将负极压力设定为稀释控制用负极压力。
这样，在使负极压力向基于降低后的目标输出电流而设定的脉动时下限目标压力减少的过程中，即使将负极压力设定为稀释控制用负极压力来计算放气流量，负极压力也并不脉动，因此放气流量不会脉动。因此，即使将负极压力设定为稀释控制用负极压力，也不会从正极压缩机24产生蜂鸣声等异响。
另外，在负极压力变得比脉动时上限目标压力高的情况下，将负极压力设定为稀释控制用负极压力来计算放气流量，由此能够充分降低排出气体中的氢浓度。
当在时刻t3负极压力变得比脉动时上限目标压力高时，再次将脉动时上限目标压力设定为稀释控制用负极压力，与时刻t1以后同样地进行控制。
根据以上说明的本实施方式，燃料电池系统100具备：正极压缩机24，其用于向燃料电池堆1供给正极气体；负极气体排出系统(第一放气通路36、第二放气通路37、第一放气阀38以及第二放气阀39)，其将从燃料电池堆1排出的负极排气排出到由正极气体供给通路21和正极气体排出通路22构成的正极气体流路中；以及控制器140。
控制器140具备：脉动运转控制部，其基于燃料电池堆1的运转状态来使负极气体的压力脉动；放气控制部，其基于燃料电池堆1的负极的氮、水分等的杂质浓度以及负极的压力来将负极排气放出到正极气体流路中；以及压缩机控制部，其基于由放气控制部控制的放气流量来控制正极压缩机24。而且，控制器140的放气控制部将根据负极气体的脉动状态而决定的规定值作为负极的压力。
由于燃料电池系统100是这样构成的，因此在本实施方式中，对用于基于向正极气体中排出的负极排气的放气流量来控制正极压缩机24的控制目标值(稀释要求压缩机供给流量)进行计算，但是在为了将排出气体的氢浓度稀释为规定浓度以下而基于放气流量来控制压缩机的情况下，也不是基于脉动的负极气体的实际压力来计算放气流量，而是基于根据负极气体的脉动状态决定的规定值来计算放气流量。因此，基于放气流量来控制的正极压缩机24的正极气体供给流量也不会脉动，因此能够抑制从正极压缩机24产生蜂鸣声等异响。
另外，根据本实施方式，将脉动时上限目标压力(使负极气体的压力脉动时的上限目标压力)用作根据负极气体的脉动状态而决定的规定值。由此，能够抑制计算出的放气流量变得比实际的放气流量少，因此通过对正极压缩机24进行控制使得变为基于放气流量计算出的稀释要求压缩机供给流量，能够充分降低排出气体中的氢浓度。
另外，根据本实施方式，考虑到在下降过渡时负极压力暂时变得比脉动时目标上限压力高，构成为：当负极气体的实际压力高于脉动时目标上限压力时，以负极气体的实际压力取代脉动时目标上限压力来作为负极的压力，由放气控制部对放气流量进行控制。具体地说，根据放气阀开度和负极压力来计算放气流量。
由此，能够抑制所计算出的放气流量变得比实际的放气流量少，因此即使在如下降过渡时那样负极压力变得比脉动时目标上限压力高的运转状态时，也能够充分降低排出气体中的氢浓度。
另外，根据本实施方式，放气阀开度是变化的，因此基于与放气阀开度相当的每个规定周期的放气阀占空比以及根据负极气体的脉动状态而决定的脉动时上限目标压力来计算放气流量。
如前所述，放气流量取决于放气阀开度和放气阀前后压力差。放气阀前后压力差是负极压力与大气压的压力差，大气压在短时间内不会变动，因此基本上是根据负极压力而变动。
因此，如本实施方式那样，将根据负极气体的脉动状态而决定的规定值与大气压的压力差作为放气阀前后压力差来计算放气流量，由此，即使实施使负极压力脉动的脉动运转，其影响也不会波及到放气阀前后压力差，放气阀前后压力差不会脉动。
因此，放气流量也不脉动，因此基于放气流量而计算出的稀释要求压缩机供给流量也不脉动。
因而，即使在实施使负极压力脉动的脉动运转、并且为了使排出气体中的氢浓度小于可燃浓度而基于放气流量来控制正极压缩机24的情况下，基于放气流量计算出的稀释要求压缩机供给流量也不会脉动，因此能够抑制从正极压缩机24产生蜂鸣声等异响。
以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不是将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构。
例如，在上述实施方式中，将脉动时上限目标压力用作根据负极气体的脉动状态而决定的规定值，但是也可以使用脉动时上限目标压力与脉动时下限目标压力的平均值(平均压力)。通过这样，能够减小所计算出的放气流量与实际的放气流量的误差，因此能够抑制稀释要求压缩机供给流量白白变多。作为结果，能够抑制正极压缩机24的消耗电力，因此能够提高燃烧消耗率。
另外，也可以将脉动时下限目标压力用作根据负极气体的脉动状态而决定的规定值。这样也能够抑制放气流量的脉动，因此能够抑制从正极压缩机24产生蜂鸣声等异响。此外，在该情况下，只要通过将图7的图表值设定为适当的值来防止所计算出的放气流量变得比实际的放气流量少即可。
另外，在上述实施方式中，以具备两个放气阀(第一放气阀38和第二放气阀39)的燃料电池系统100为例来进行说明，但是放气阀也可以是一个，还可以是三个以上。
另外，在上述实施方式中，将放气阀占空比用作放气阀开度，但是不限于此，也可以基于实际的放气阀开度、开阀时间等来规定。
另外，在上述实施方式中，基于放气阀开度以及根据负极气体的脉动状态而决定的规定值来计算放气流量，但是如果是放气阀开度固定的燃料电池系统，则也可以基于根据负极气体的脉动状态而决定的规定值来计算放气流量。
另外，在上述实施方式中，将第一放气通路36和第二放气通路37连接于正极气体排出通路22，但是也可以如前所述那样连接于正极气体供给通路21，还可以连接于旁路通路26。
并且，在上述各实施方式中，设置了作为蓄积负极排气的空间的缓冲罐40。然而，也可以不设置这种缓冲罐40，而例如将燃料电池堆1的内部歧管作为缓冲罐40的替代空间。此外，在此所说的内部歧管是指将已流过各隔板的负极气体流路的负极排气汇总的燃料电池堆1的内部空间，负极排气经由歧管被排出到第一负极气体排出通路34和第二负极气体排出通路35。此外，也可以不是两条负极气体排出通路而是一条负极气体排出通路。
本申请基于2013年8月12日向日本专利局申请的特愿2013-167264号要求优先权，通过参照将该申请的全部内容引入本说明书中。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，将负极气体和正极气体供给到燃料电池来使该燃料电池发电，该燃料电池系统具备：
压缩机，其用于向所述燃料电池供给正极气体；
负极气体排出系统，其将从所述燃料电池排出的负极排气排出到正极气体流路中；
脉动运转控制部，其基于所述燃料电池的运转状态来使负极气体的压力脉动；
放气控制部，其基于所述燃料电池的负极的杂质浓度和负极的压力来将负极排气放出到所述正极气体流路中；以及
压缩机控制部，其基于由所述放气控制部控制的放气流量来控制所述压缩机，
其中，所述放气控制部将根据所述负极气体的脉动状态而决定的规定值作为所述负极的压力。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述规定值是使负极气体的压力脉动时的上限目标压力。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述规定值是使负极气体的压力脉动时的下限目标压力。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述规定值是使负极气体的压力脉动时的上限目标压力与下限目标压力的平均压力。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
当负极气体的实际压力高于所述规定值时，所述放气控制部以负极气体的实际压力取代所述规定值来作为所述负极的压力。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述脉动运转控制部基于所述燃料电池的负荷来计算使负极气体的压力脉动时的上限目标压力和下限目标压力，与所述燃料电池的负荷低时相比，所述燃料电池的负荷越高时使该上限目标压力和该下限目标压力越高。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备：
第一目标供给流量计算部，其基于所述放气流量来计算所述压缩机的第一目标供给流量；以及
第二目标供给流量计算部，其基于所述燃料电池的负荷来计算所述压缩机的第二目标供给流量，
其中，所述压缩机控制部基于所述第一目标供给流量和所述第二目标供给流量中较大一方来控制所述压缩机。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述负极气体排出系统具备放气阀，该放气阀对向所述正极气体流路排出的负极排气的流量进行调节，
所述放气控制部基于所述燃料电池堆的负极的杂质浓度来计算所述放气阀的开度，基于所述放气阀的开度和所述负极的压力来将负极排气放出到所述正极气体流路中。
9.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备：
燃料电池，其被供给负极气体和正极气体；
压缩机，其用于向所述燃料电池供给正极气体；以及
负极气体排出系统，其将从所述燃料电池排出的负极排气排出到正极气体流路中，
该燃料电池系统的控制方法包括以下步骤：
脉动运转控制步骤，基于所述燃料电池的运转状态来使负极气体的压力脉动；
放气控制步骤，基于所述燃料电池的负极的杂质浓度和负极的压力来将负极排气放出到所述正极气体流路中；以及
压缩机控制步骤，基于通过所述放气控制步骤控制的放气流量来控制所述压缩机，
在所述放气控制步骤中，将根据所述负极气体的脉动状态而决定的规定值作为所述负极的压力。
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