CN105594043B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种对燃料电池供给阳极气体及阴极气体使其发电的燃料电池系统，包括：由燃料电池的发电电力驱动的辅机及驱动电机；将对燃料电池供给的阴极气体的压力，根据燃料电池的发电电力控制为用于在该燃料电池内确保氧分压的通常目标压力的压力控制装置(5)；以及在燃料电池的暖机中，将对燃料电池供给的阴极气体的压力控制为比通常目标压力高的规定的暖机促进目标压力的暖机时压力控制装置，在燃料电池的暖机中有驱动电机的驱动要求时，暖机时压力控制装置将对燃料电池供给的阴极气体的压力控制为通常目标压力和暖机促进目标压力之间的暖机目标压力。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
作为以往的燃料电池系统，有使燃料电池的输出电流变化，同时基于检测到的输出电压，对燃料电池的IV特性(电流电压特性)进行估计的系统(参照JP2000-357526A)。
发明内容
在目前开发中的燃料电池系统中，在燃料电池的暖机后的通常运转中，基于为了使车辆行驶所要求的电力，设定对燃料电池供给的阴极气体的压力，并驱动阴极压缩机，以能够确保为了进行该要求电力的发电而必要的氧分压。
另一方面，在燃料电池的暖机中，将燃料电池内的阴极侧的压力设定为比通常运转时高的暖机时用的压力，以使辅机之一的阴极压缩机的消耗电力尽可能大。由此，使燃料电池的发电电力增大来促进燃料电池的暖机。
此外，暖机初期存在燃料电池的IV特性差，不能供给车辆的行驶上必要的电力的情况。因此，估计暖机中的IV特性，在估计出的IV特性成为车辆的行驶上必要的IV特性的时刻，发出车辆的行驶许可。
这里，在暖机中，由于IV特性比暖机后的通常运转时差，所以燃料电池的发电电力比通常运转时受到限制。因此，暖机中发出行驶许可而产生了驾驶员的加速要求时，对驱动电机必须以被限制的发电电力驱动。
因此，由于在被限制的发电电力之中，如果为了确保运转性而对于驱动电机供给要求电力，则有必须降低阴极压缩机的消耗电力的情况。此时，如果使对燃料电池供给的阴极气体的压力从暖机时用的较高的压力下降至前述的通常运转时所设定的压力而降低阴极压缩机的消耗电力，则知道产生如下的问题。
即，在发出了行驶许可后的暖机中，如果使燃料电池内的阴极侧的压力从暖机时用压力下降至通常运转时所设定的压力，则知道燃料电池的IV特性因在阴极侧中的氧分压下降而恶化，其结果，当前的IV特性比发出了行驶许可时的IV特性恶化，有对车辆的行驶带来妨碍的顾虑。
本发明着眼于这样的问题而完成，目的在于提供能够抑制在暖机中发出行驶许可并有加速要求的情况下的IV特性的恶化的燃料电池系统。
根据本发明的一方案，提供对燃料电池供给阳极气体及阴极气体使其发电的燃料电池系统。燃料电池系统包括：由燃料电池的发电电力驱动的辅机及驱动电机；将对燃料电池供给的阴极气体的压力，根据燃料电池的发电电力控制为用于在该燃料电池内确保氧分压的通常目标压力的压力控制装置；以及在燃料电池的暖机中，将对燃料电池供给的阴极气体的压力控制为比通常目标压力高的规定的暖机促进目标压力的暖机时压力控制装置。在燃料电池的暖机中有驱动电机的驱动要求时，暖机时压力控制装置将对燃料电池供给的阴极气体的压力控制为通常目标压力和暖机促进目标压力之间的暖机目标压力。
根据该方案，在燃料电池的暖机中有驱动电机的驱动要求时，将对燃料电池供给的阴极气体的压力，控制为通常运转时所设定的通常目标压力和用于促进暖机的暖机促进目标压力之间的暖机目标压力。由此，能够抑制燃料电池的暖机中有驱动电机的驱动要求时的压力下降，所以能够抑制IV特性的恶化。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的燃料电池系统的概略图。
图2是表示堆温度和燃料电池堆的IV特性之间的关系的图。
图3是说明本发明的一实施方式的阴极压力控制的框图。
图4是基于堆温度和HFR来计算压力校正值的图。
图5是基于可输出剩余电力，计算驱动要求最大阴极压力的表。
图6是说明本发明的一实施方式的阴极压力控制的动作的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
燃料电池由阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)夹住电解质膜，通过对阳极电极供给含有氢的阳极气体(燃料气体)、对阴极电极供给含有氧的阴极气体(氧化剂气体)来发电。在阳极电极及阴极电极的两个电极中进行的电极反应如以下那样。
阳极电极：2H2→4H++4e-…(1)
阴极电极：4H++4e-+O2→2H2O…(2)
通过该(1)(2)的电极反应，燃料电池组产生1伏特左右的电动势。
在将燃料电池作为汽车动力源使用的情况下，由于被要求的电力很大，所以作为层叠了数百块的燃料电池的燃料电池堆(stack)来使用。而且，构成对燃料电池堆供给阳极气体及阴极气体的燃料电池系统，取出车辆驱动用的电力。
图1是本发明的一实施方式的燃料电池系统100的概略图。
燃料电池系统100包括：燃料电池堆1；阴极气体供给和排放装置2；阳极气体供给和排放装置3；电力系统4；以及控制器5。
燃料电池堆1层叠了数百块的燃料电池，接受阳极气体及阴极气体的供给，进行车辆的驱动上必要的电力的发电。燃料电池堆1包括阳极电极侧输出端子1a和阴极电极侧输出端子1b，作为取出电力的端子。
阴极气体供给和排放装置2包括：阴极气体供给通路21；阴极气体排出通路22；过滤器23；空气流量传感器24；阴极压缩机25；阴极压力传感器26；水分回收装置(WaterRecovery Device；以下称为“WRD”)27；以及阴极调压阀28。阴极气体供给和排放装置2对燃料电池堆1供给阴极气体，同时将从燃料电池堆1排出的阴极废气排出到外部空气中。
阴极气体供给通路21是对燃料电池堆1供给的阴极气体流动的通路。阴极气体供给通路21的一端连接到过滤器23，另一端连接到燃料电池堆1的阴极气体入口孔。
阴极气体排出通路22是从燃料电池堆1排出的阴极废气流动的通路。阴极气体排出通路22的一端连接到燃料电池堆1的阴极气体出口孔，另一端为开口端。阴极废气是阴极气体和由电极反应产生的水蒸气的混合气体。
过滤器23除去阴极气体供给通路21中取入的阴极气体中的异物。
空气流量传感器24设置在比阴极压缩机25上游的阴极气体供给通路21中。空气流量传感器24检测被供给到阴极压缩机25的、最终被供给到燃料电池堆1的阴极气体的流量。
阴极压缩机25被设置在阴极气体供给通路21中。阴极压缩机25将通过过滤器23作为阴极气体的空气(外部空气)取入到阴极气体供给通路21中，供给到燃料电池堆1。
阴极压力传感器26被设置在阴极压缩机25和WRD27之间的阴极气体供给通路21中。阴极压力传感器26检测对燃料电池堆1供给阴极气体的压力(以下称为“阴极压力”)。
WRD27分别连接到阴极气体供给通路21及阴极气体排出通路22，回收在阴极气体排出通路22中流过的阴极废气中的水分，用该回收到的水分加湿在阴极气体供给通路21中流过的阴极气体。
阴极调压阀28被设置在比WRD27下游的阴极气体排出通路22中。阴极调压阀28由控制器5进行开闭控制，调节对燃料电池堆1供给的阴极压力。再有，在本实施方式中，基本上通过调整阴极压缩机25的转速及阴极调压阀28的开度，将阴极压力控制为期望的压力(目标阴极压力)。
阳极气体供给和排放装置3对燃料电池堆1供给阳极气体，同时将从燃料电池堆1排出的阳极废气排出到阴极气体排出通路22中。阳极气体供给和排放装置3包括：高压氢罐31；阳极气体供给通路32；阳极调压阀33；阳极气体排出通路34；冲洗阀35。
高压罐31将对燃料电池堆1供给的阳极气体保持为高压状态来贮存。
阳极气体供给通路32是用于对燃料电池堆1供给从高压氢罐31排出的阳极气体的通路。阳极气体供给通路32的一端连接到高压氢罐31，另一端连接到燃料电池堆1的阳极气体入口孔。
阳极调压阀33被设置在阳极气体供给通路32中。阳极调压阀33由控制器5进行开闭控制，将对燃料电池堆1供给的阳极气体的压力调节到期望的压力。
阳极气体排出通路34是从燃料电池堆1排出的阳极废气流动的通路。阳极气体排出通路34的一端连接到燃料电池堆1的阳极气体出口孔，另一端连接到阴极气体排出通路22。
通过阳极气体排出通路34排出到阴极气体排出通路22的阳极废气，在阴极气体排出通路22内与阴极废气混合后排出到燃料电池系统100的外部。在阳极废气中，包含在电极反应中未使用的剩余的氢，所以通过与阴极废气混合后排出到燃料电池系统100的外部，以使该排出气体中的氢浓度在预先确定的规定浓度以下。
冲洗阀35被设置在阳极气体排出通路34中。冲洗阀35由控制器5进行开闭控制，调节从阳极气体排出通路34排出到阴极气体排出通路22的阳极废气的流量。
电力系统4包括：电流传感器41；电压传感器42；驱动电机43；逆变器44；电池45；以及DC/DC转换器46。
电流传感器41检测从燃料电池堆1取出的电流(以下称为“输出电流”)。
电压传感器42检测阳极电极侧输出端子1a和阴极电极侧输出端子1b之间的端子间电压(以下称为“输出电压”)。再有，也可以检测构成燃料电池堆1的燃料电池组(cell)的每一块电池的电压，也可以每隔多块检测电压。
驱动电机43是，在转子中埋设永久磁铁，在定子上定子卷绕了线圈的三相交流同步电机。驱动电机43具有从燃料电池堆1及电池45接受电力的供给而旋转驱动的作为电动机的功能，和在转子因外力被旋转的车辆减速时使定子线圈的两端产生电动势的作为发电机的功能。
逆变器44例如由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor；绝缘栅双极型晶体管)等的多个半导体开关构成。逆变器44的半导体开关由控制器5开闭控制，由此直流电力被转换为交流电力，或交流电力被转换为直流电力。在使驱动电机43作为电动机工作时，逆变器44将燃料电池堆1的发电电力和电池45的输出电力的合成直流电力转换为三相交流电力并供给到驱动电机43。另一方面，在使驱动电机43作为发电机工作时，将驱动电机43的再生电力(三相交流电力)转换为直流电力并供给电池45。
电池45充电燃料电池堆1的发电电力(输出电流×输出电压)的剩余部分及驱动电机43的再生电力。充电到电池45中的电力，根据需要，被供给到阴极压缩机25和将冷却水加热的冷却水加热器(未图示)等的辅机类及驱动电机43。
DC/DC转换器46是使燃料电池堆1的输出电压升压和降压的双方向性的电压转换器。通过由DC/DC转换器46控制燃料电池堆1的输出电压，燃料电池堆1的输出电流、进而发电电力受到控制。
控制器5由包括中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)及输入输出接口(I/O接口)的微计算机构成。
控制器5中，除了输入前述的空气流量传感器24等的信号之外，还输入检测油门踏板的踏入量(以下称为“油门踏板操作量”)的油门踏板行程传感器51和检测阴极压缩机25的转速的转速传感器52、检测燃料电池堆1中流入的冷却水的温度(以下称为“入口水温”)和从燃料电池堆1排出的冷却水的温度(以下称为“出口水温”)的多个水温传感器53、检测电池45的充电量的SOC传感器54等的用于检测燃料电池系统100的运转状态的各种信号。再有，在本实施方式中，将入口水温和出口水温的平均温度作为燃料电池堆的温度(以下称为“堆温度”)。
控制器5基于来自这些各种传感器的输入信号、驱动电机43及辅机类的工作状况等，计算燃料电池堆1的目标发电电力，进而计算目标输出电流。
然后，如果在燃料电池堆1的暖机完成后的通常运转中，则控制器5基于目标输出电流，计算通常运转中的阴极压力的目标值(以下称为“通常目标阴极压力”)，并控制阴极压缩机25，以使阴极压力为通常目标阴极压力。通常目标阴极压力是，在从暖机完成后的燃料电池堆1取出了目标输出电流时，在各燃料电池的阴极电极内用于确保电极反应上必要的氧分压而必要的阴极压力。
在另一方面，如果在燃料电池堆1的暖机中，则控制器5基本上将阴极压力的目标值设定为比通常目标阴极压力高的规定的暖机促进目标阴极压力，并控制阴极压缩机25，以使阴极压力为暖机促进目标阴极压力。考虑到因驱动阴极压缩机25产生的噪声及振动造成的声振性能的恶化，暖机促进目标阴极压力被设定为尽可能高的压力。
由此，通过使辅机之一的阴极压缩机25的消耗电力比通常运转中大，使燃料电池堆1的发电电力增大，从而通过自身发热来促进燃料电池堆1的暖机。
这样，在燃料电池堆1的暖机中，通过尽可能增大阴极压缩机25和冷却水加热器(未图示)等的消耗电力，促进燃料电池堆1的暖机。
此外，如图2所示，燃料电池堆1的IV特性根据堆温度(入口水温和出口水温的平均温度)而变化，堆温度越低时，从燃料电池堆1取出了相同电流值的输出电流时的输出电压越低。即，堆温度越低时，燃料电池堆1的发电效率越下降。图2是表示堆温度和燃料电池堆1的IV特性之间的关系的图，用实线表示的IV特性是在燃料电池堆1的暖机完成后、即通常运转中的IV特性(以下称为“基准IV特性”)。
若在燃料电池堆1的发电效率下降的状态下许可车辆的行驶，则在行驶时驱动电机43的要求电力变大，增加了燃料电池堆1的输出电流时，有燃料电池堆1的输出电压低于最低电压的顾虑。这里，最低电压是，根据连接到燃料电池堆1的部件固有的动作保证最低电压和性能保证最低电压而设定的电压值，是燃料电池堆1的输出电压低于该电压值时，不能对驱动电机43驱动的电压值。
因此，在燃料电池系统100的起动后，控制器5一边将燃料电池堆1进行暖机，一边估计时刻变化的燃料电池堆1的IV特性，在估计出的IV特性成为即使对驱动电机43进行驱动，燃料电池堆1的输出电压也不低于最低电压的IV特性的时候，发出车辆的行驶许可。用图2来说，确认成为燃料电池堆1的输出电流为行驶许可电流时的输出电压不低于最低电压的IV特性，以发出车辆的行驶许可。再有，在本实施方式中，与以往同样地使燃料电池堆1的输出电流变化，同时基于检测到的输出电压，估计IV特性，但作为估计方法，并不限于此。
这里，在燃料电池堆1的IV特性未恢复至基准IV特性的暖机中，与通常运转中相比，燃料电池堆1的发电电力的上限(以下称为“最大发电电力”)变小。
因此，在暖机中发出行驶许可，产生了驾驶员的加速要求时，在最大发电电力处于比通常运转中小的状态下必须对驱动电机43进行驱动。其结果，为了在有限的发电电力之中确保运转性而对于驱动电机43供给驱动电机43要求的电力(以下称为“驱动电机要求电力”)时，有必须减小为了促进暖机而已增大的阴极压缩机25的消耗电力的情况。即，有将暖机中的阴极压力的目标值必须低于暖机促进目标阴极压力的情况。
这种情况下，考虑使暖机中的阴极压力降低至与目标输出电流均衡的压力、即通常目标阴极压力，但知道这样的话会产生以下那样的问题。
燃料电池堆1的IV特性，有在堆温度以外也因阴极压力而变化的情况，在发电不稳定的暖机中，该影响特别大。具体地说，即使堆温度相同，阴极压力越高，阴极电极内的氧分压越高，所以有IV特性变好的趋势。
这里，行驶许可在将阴极压力控制为暖机促进目标阴极压力的状态下发出。因此，在行驶许可发出后的暖机中，例如使阴极压力从暖机促进目标阴极压力下降至通常目标阴极压力，若过多地下降阴极压力，则IV特性因阴极电极内的氧分压的降低而恶化，其结果，有当前的IV特性比发出行驶许可时的IV特性恶化的顾虑。那样的话，有燃料电池堆1的输出电压因驱动电机43的驱动而低于最低电压的顾虑。
因此，在本实施方式中，抑制在暖机中发出行驶许可并有加速要求的情况下的IV特性的恶化。具体地说，在暖机中发出行驶许可并有加速要求的情况下，控制阴极压力，以使IV特性至少不低于发出行驶许可时的IV特性。以下，说明本实施方式的阴极压力控制。
图3是说明本实施方式的阴极压力控制的框图。再有，下述的通常目标阴极压力计算单元101、第1暖机目标阴极压力计算单元102、驱动要求最大阴极压力计算单元105、第2暖机目标阴极压力计算单元106、以及目标阴极压力设定单元107，例如由控制器5的CPU等硬件及记录在ROM等中的规定的程序构筑。
通常目标阴极压力计算单元101中，输入目标输出电流。通常目标阴极压力计算单元101基于目标输出电流，计算通常目标阴极压力。与目标输出电流小时相比，目标输出电流大时的通常目标阴极压力增高。
第1暖机目标阴极压力计算单元102中，输入通常目标阴极压力、堆温度、以及与电解质膜的湿润度(含水率)有相关关系的燃料电池堆1的内部高频电阻(High FrequencyResistance；以下称为“HFR”)。HFR例如根据公知的交流阻抗法来计算即可。
第1暖机目标阴极压力计算单元102首先参照图4的图，基于堆温度和HFR，计算压力校正值。然后，接着在通常目标阴极压力上加上压力校正值来计算第1暖机目标阴极压力。第1暖机目标阴极压力是，为了使IV特性至少不低于发出了行驶许可时的IV特性而必要的阴极压力的下限值。
暖机中，堆温度比通常运转中低，由于是从燃料电池堆1内难以带出液态水的状态，所以在燃料电池堆1内存在的液态水的量比通常运转中多。因此，暖机中将阴极压力控制为通常目标阴极压力时，氧因液态水的影响而不充分地遍及至阴极电极，有IV特性恶化的顾虑。
因此，在本实施方式中，设定第1暖机目标阴极压力作为暖机中的阴极压力的下限值，抑制这样的IV特性的恶化。因此，如图4的图所示，与堆温度及HFR高时相比低时的压力校正值设定得大。这是因为与堆温度及HFR低时相比，阴极电极内的液态水量多，所以若提高阴极压力而不提高阴极电极内的氧分压，则有氧因液态水的影响而不充分地遍及至阴极电极的顾虑。
第1开关单元103中，输入第1暖机目标阴极压力和固定值。在堆温度低于规定的暖机完成温度(例如60℃)时，第1开关单元103输出第1暖机目标阴极压力。另一方面，在堆温度为暖机完成温度以上时，输出固定值。该固定值是比通常目标阴极压力的最小值低的值，在本实施方式中设定为0。
第2开关单元104中，输入暖机促进目标阴极压力和固定值。在堆温度低于暖机完成温度时，第2开关单元104输出暖机促进目标阴极压力。另一方面，在堆温度为暖机完成温度以上时，输出固定值。该固定值也是比通常目标阴极压力的最小值低的值。在本实施方式中设定为0。
驱动要求最大阴极压力计算单元105中，输入当前时间中的燃料电池堆1的最大发电电力和按照油门踏板操作量变动的驱动电机要求电力。在本实施方式中，根据堆温度计算暖机中的最大发电电力。具体地说，堆温度越高，最大发电电力越大。
驱动要求最大阴极压力计算单元105首先从最大发电电力中减去驱动电机要求电力，计算可输出的燃料电池堆1的剩余电力(以下称为“可输出剩余电力”)。然后，接着参照图5的表，基于可输出剩余电力，计算驱动要求最大阴极压力。
在考虑到以可输出剩余电力驱动阴极压缩机25的情况下，驱动要求最大阴极压力是可设定作为阴极压力的目标值的最大值。因此，如图5的表所示，在可输出剩余电力为规定值以上时，从包含燃料电池堆1的阴极系统的各部件的耐压的观点，驱动要求最大阴极压力被设定为预先设定的阴极压力的最大值。
第2暖机目标阴极压力计算单元106中，输入来自第2开关单元104的输出值(暖机促进目标阴极压力或固定值)和驱动要求最大阴极压力。第2暖机目标阴极压力计算单元106将这两个输入值之中的、小的一方作为第2暖机目标阴极压力来计算。
目标阴极压力设定单元107中，输入通常目标阴极压力、第1暖机目标阴极压力和第2暖机目标阴极压力。目标阴极压力设定单元107将这三个输入值之中的、最大的值设定作为目标阴极压力。而且，阴极压缩机25(及阴极调压阀28)被控制，以使阴极压力为该目标阴极压力。
如果是燃料电池堆1的暖机完成后的通常运转中，则在目标阴极压力设定单元107，被分别输入固定值0作为第1暖机目标阴极压力及第2暖机目标阴极压力。因此，燃料电池堆1的暖机完成后的通常运转中，通常目标阴极压力被设定作为目标阴极压力。
另一方面，在暖机中，第1暖机目标阴极压力及第2暖机目标阴极压力的大的一方被设定作为目标阴极压力。
图6是说明本实施方式的阴极压力控制的动作的时序图。
在时刻t1，将燃料电池系统100起动时，直至堆温度为暖机完成温度的时刻t5为止实施暖机运转(图6(B))。然后，在发出行驶许可前的暖机初期，为了促进燃料电池堆1的暖机，暖机促进目标阴极压力(第2暖机目标阴极压力)被设定作为目标阴极压力(图6(D))。
通过实施暖机运转，燃料电池堆1的IV特性向基准IV特性缓慢地恢复时，最大发电电力也由此缓慢地不断增加(图6(A))。
在时刻t2，燃料电池堆1的IV特性成为即使对驱动电机43进行驱动，燃料电池堆1的输出电压也不低于最低电压的IV特性时，发出行驶许可。发出了行驶许可后，直至驾驶员产生加速要求的时刻t3为止，暖机促进目标阴极压力(第2暖机目标阴极压力)一直被设定作为目标阴极压力(图6(D))。
在时刻t3，驾驶员产生加速要求而发生驱动电机要求电力(图6(A))，可输出剩余电力下降时，驱动要求最大阴极压力也随着该下降而下降(图6(D))。其结果，与暖机促进目标阴极压力相比，驱动要求最大阴极压力变低，驱动要求最大阴极压力被设定作为第2暖机目标阴极压力。
另一方面，驾驶员产生加速要求而发生驱动电机要求电力时，由于目标输出电流增加相应的量，所以第1暖机目标阴极压力增加(图6(D))。
这里，从时刻t3到驾驶员没有加速要求的时刻t4，第1暖机目标阴极压力大于驱动要求最大阴极压力(第2暖机目标阴极压力)，所以第1暖机目标阴极压力被设定作为目标阴极压力(图6(D))。再有，将目标阴极压力设定为比驱动要求最大阴极压力高的压力情况下的不足部分的电力，由电池45的电力弥补。
这样，在暖机中有驱动电机43的驱动要求时，控制阴极压力，以使其不低于第1暖机目标阴极压力。由此，能够使IV特性至少不低于发出了行驶许可时的IV特性。
在时刻t4，驾驶员没有加速要求时，驱动要求最大阴极压力随着可输出剩余电力的增加而增高。其结果，暖机促进目标阴极压力再次比驱动要求最大阴极压力高，暖机促进目标阴极压力被设定作为第2暖机目标阴极压力(图6(D))。
另一方面，第1暖机目标阴极压力随着目标输出电流的下降而下降。其结果，暖机促进目标阴极压力(第2暖机目标阴极压力)比第1暖机目标阴极压力高，暖机促进目标阴极压力被设定作为目标阴极压力(图6(D))。
在时刻t5，若堆温度为暖机完成温度，则结束暖机运转而实施通常运转，通常目标阴极压力被设定作为目标阴极压力(图6(D))。
以上说明的本实施方式的燃料电池系统100，将阳极气体及阴极气体供给到作为燃料电池的燃料电池堆1并进行发电，包括由燃料电池1的发电电力驱动的辅机及驱动电机43。此外，作为将对燃料电池堆1供给的阴极气体的压力，根据燃料电池堆1的发电电力控制为用于在该燃料电池堆1内确保氧分压的通常目标压力(通常目标阴极压力)的压力控制装置，燃料电池系统100包括通常目标阴极压力计算单元101、以及目标阴极压力设定单元107。而且，作为在燃料电池堆1的暖机中，将对燃料电池堆1供给的阴极气体的压力控制为比通常目标压力高的规定的暖机促进目标压力(第2暖机目标阴极压力)的暖机时压力控制装置，燃料电池系统100包括第1暖机目标阴极压力计算单元102、第1开关单元103、第2开关单元104、驱动要求最大阴极压力计算单元105、第2暖机目标阴极压力计算单元106、以及目标阴极压力设定单元107。
而且，在燃料电池堆1的暖机中有驱动电机43的驱动要求时，该暖机时压力控制装置将对燃料电池堆1供给的阴极气体的压力控制为通常目标压力和暖机促进目标压力之间的暖机目标压力(第1暖机目标阴极压力)。
由此，在燃料电池堆1的暖机中，基本上将阴极压力控制为规定的暖机促进目标阴极压力。由此，通过将阴极压缩机25的消耗电力增大得比通常运转中大，使燃料电池堆1的发电电力增大，通过自身发热来促进燃料电池堆1的暖机。
这里，由于暖机中最大发电电力比通常运转中少，所以在暖机中发出行驶许可而有驱动电机43的驱动要求的情况下，需要对驱动电机43供给驱动电机要求电力来确保运转性能。因此，有将阴极压力降低得比暖机促进目标阴极压力低，必须减少阴极压缩机25的消耗电力的情况。
可是，由于暖机中堆温度比通常运转中低，是难以从燃料电池堆1内带出液态水的状态，所以燃料电池堆1内存在的液态水的量比通常运转中多。因此，例如使阴极压力从暖机促进目标阴极压力下降至通常目标阴极压力，过多降低阴极压力时，有氧因液态水的影响而不充分地遍及到阴极电极，IV特性恶化的顾虑。那样一来，当前的IV特性比发出了行驶许可时的IV特性恶化，对驱动电机43供给驱动电机要求电力时，有燃料电池堆1的输出电压低于最低电压的顾虑。
因此，如上述，在暖机中有驱动电机43的驱动要求的情况下，将阴极压力控制为暖机促进目标阴极压力和通常目标阴极压力之间的压力。由此，与将阴极压力从暖机促进目标阴极压力下降至通常目标阴极压力的情况相比，由于能够抑制IV特性的恶化，所以能够抑制当前的IV特性比发出了行驶许可时的IV特性恶化。
特别地，在本实施方式中，上述暖机时压力控制装置包括第1暖机目标阴极压力计算单元102，作为在通常目标压力上加入校正值(压力校正值)来计算暖机目标压力(第1暖机目标阴极压力)的暖机目标压力计算装置，燃料电池堆1内的水分量越多时，越增大校正值。
如上述，第1暖机目标阴极压力是在通常目标阴极压力上加上了压力校正值所得的压力。压力校正值是基于堆温度和HFR算出的值，暖机中的燃料电池堆1内的液态水的量越多的情况下越大。因此，在暖机中有驱动电机43的驱动要求的情况下，通过将阴极压力控制为第1暖机目标阴极压力，即使在液态水的量比通常运转中多的暖机中，直至阴极电极也能够供给氧。因此，能够可靠地抑制IV特性的恶化。
而且，在本实施方式中，燃料电池堆1的温度越低时，作为暖机目标压力计算装置的第1暖机目标阴极压力计算单元102判断为燃料电池堆1内的水分量越多。此外，燃料电池堆1的HFR越低时，第1暖机目标阴极压力计算单元102判断为燃料电池堆1内的水分量越多。
由此，如上述，水分量多时增大压力校正值，所以在堆温度及HFR低的情况下判断为阴极电极内的液态水量多时，与此相应地增大压力校正值，所以能够使阴极压力更可靠地上升，提高阴极电极内的氧分压，作为结果，即使受到液态水的影响，依然能够将氧充分地遍及到阴极电极。
此外，本实施方式的燃料电池系统100包括：基于燃料电池堆1的温度，计算暖机中的燃料电池堆1的最大发电电力的装置；基于最大发电电力和驱动电机43的要求电力，计算对驱动电机43以外可供给的燃料电池堆1的剩余电力(可输出剩余电力)的装置；以及基于可输出剩余电力，作为计算在暖机中对驱动电机驱动时可设定的阴极气体的最大目标压力(驱动要求最大阴极压力)的装置的驱动要求最大阴极压力计算单元105。
而且，在驱动要求最大阴极压力比第1暖机目标阴极压力大时，暖机时压力控制装置107将对燃料电池堆1供给的阴极气体的压力控制为驱动要求最大阴极压力。由此，在暖机中，能够将驱动电机43以燃料电池堆1的发电电力驱动，并且将阴极压缩机25的消耗电力最大限度增大。因此，能够通过自身发热而促进燃料电池堆1的暖机。
以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过表示了本发明的一部分应用例子，没有将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体的结构的宗旨。
例如，上述实施方式中设置了阴极调压阀28，但也可以将它置换为节流孔等的节流部。
此外，在上述实施方式中，可以将作为储蓄阳极废气的空间的缓冲罐设置在阳极气体排出通路34中，也可以将燃料电池堆1的内部歧管作为代替缓冲罐的空间。再有，这里所谓的内部歧管是，汇集结束了流过燃料电池内的阳极气体流路的阳极废气的燃料电池堆1的内部的空间，阳极废气通过歧管排出到阳极气体排出通路34。
本申请要求2013年10月1日向日本专利局提交的特愿2013-206513号的优先权，该申请的全部内容通过参照而引入在本说明书中。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，是对燃料电池供给阳极气体及阴极气体使其发电的燃料电池系统，包括：
辅机及驱动电机，由所述燃料电池的发电电力驱动；
压力控制装置，将对所述燃料电池供给的阴极气体的压力，根据所述燃料电池的发电电力控制为用于在该燃料电池内确保氧分压的通常目标压力；以及
暖机时压力控制装置，在所述燃料电池的暖机中，将对所述燃料电池供给的阴极气体的压力控制为比所述通常目标压力高的规定的暖机促进目标压力，
所述暖机时压力控制装置
在所述燃料电池的暖机中有所述驱动电机的驱动要求时，将对所述燃料电池供给的阴极气体的压力控制为所述通常目标压力和所述暖机促进目标压力之间的暖机目标压力。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，
所述暖机时压力控制装置包括：
暖机目标压力计算装置，在所述通常目标压力上加上校正值，计算所述暖机目标压力，
所述燃料电池内的水分量越多时，越增大所述校正值。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，
所述暖机时压力控制装置
在所述燃料电池的温度越低时，判断为所述燃料电池内的水分量越多。
4.如权利要求2或权利要求3所述的燃料电池系统，
所述暖机时压力控制装置
在所述燃料电池的内部高频电阻越低时，判断为所述燃料电池内的水分量越多。
5.如权利要求2或3所述的燃料电池系统，还包括：
基于所述燃料电池的温度，计算暖机中的所述燃料电池的最大发电电力的装置；
基于所述最大发电电力和所述驱动电机的要求电力，计算所述燃料电池的剩余电力的装置；以及
基于所述剩余电力，计算在暖机中对驱动电机驱动时可设定的阴极气体的最大目标压力的装置，
所述暖机时压力控制装置
在所述最大目标压力比所述暖机目标压力大时，将对所述燃料电池供给的阴极气体的压力控制为所述最大目标压力。
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