CN109565063B - 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

燃料电池系统具备接受燃料气体和氧化剂气体的供给来进行发电的固体氧化物型的燃料电池。该燃料电池系统具备：排气通路，其与燃料电池连接，将从燃料电池排出的燃料废气和氧化剂废气作为排气气体而排出到外部；排气气体温度探测部，其对从排气通路排出的排气气体的温度进行检测或估计；空气供给部，其向排气通路供给空气；以及空气控制部，其基于检测或估计出的温度，来控制空气供给部的空气供给。

Description

燃料电池系统和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和燃料电池系统的控制方法。
背景技术
近年来，由于对地球环境问题的关心高涨，因此正在研究固体高分子型燃料电池、固体氧化物型燃料电池等各种燃料电池向汽车中的利用。在这些燃料电池中，通过含氢、烃等的阳极气体与含氧的阴极气体的电化学反应来进行发电。
发明内容
在此，在通过上述的电化学反应进行了发电之后，从燃料电池排出发电中未被使用的燃料气体(阳极废气)和空气(阴极废气)。在使用了固体高分子型燃料电池的情况下，由于不能将含有很多氢的阳极废气直接从车辆释放到外部，因此需要利用空气将其稀释到规定的浓度以下。
在JP2009-17029A中，公开了如下一种技术：在利用阴极废气对从固体高分子型燃料电池排出的阳极废气进行稀释之后，再利用从外部导入的空气来良好地进行稀释后释放出。
另一方面，在使用了发电效率高的固体氧化物型燃料电池的情况下，由于其动作温度为800℃左右的高温，因此在发电后从燃料电池排出的阳极废气和阴极废气也为高温。因而，从排热温度的观点出发，根据燃料电池系统的运转状态的不同，而难以将上述阳极废气和阴极废气直接释放到系统外部，因此需要降低到能够容许排出的温度。
本发明的目的在于提供一种将从固体氧化物燃料电池排出的阳极废气和阴极废气降低到能够向燃料电池系统外释放的温度的技术。
本发明的一个方式中的燃料电池系统具备接受燃料气体和氧化剂气体的供给来进行发电的固体氧化物型的燃料电池。该燃料电池系统具备：排气通路，其将从燃料电池排出的燃料废气和氧化剂废气作为排气气体而排出到外部；排气气体温度探测部，其对从排气通路排出的排气气体的温度进行检测或估计；空气供给部，其向排气通路供给空气；以及空气控制部，其基于检测或估计出的温度，来控制空气供给部的空气供给。
下面，与添附的附图一起，详细地说明本发明的实施方式。
附图说明
图1是示出第一实施方式的燃料电池系统的主要结构的概要结构图。
图2是表示第一实施方式中的空气控制的流程的流程图。
图3是用于说明排气气体温度与车辆状态等之间的关系的图。
图4是表示燃料电池堆的目标输出、运转时间以及排气气体温度之间的关系的图。
图5是示出第二实施方式的燃料电池系统的主要结构的概要结构图。
图6是示出第三实施方式的燃料电池系统的主要结构的概要结构图。
图7是用于说明第三实施方式中的空气供给量调整处理的流程的流程图。
图8是用于说明第三实施方式的发电量调整处理的流程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图等说明本发明的实施方式。
<第一实施方式>
图1是示出第一实施方式的燃料电池系统100的主要结构的概要结构图。
如图1所示，燃料电池系统100是具备接受阳极气体(燃料气体)和阴极气体(氧化剂气体)的供给来进行发电的固体氧化物型的燃料电池堆10的燃料电池系统。
燃料电池堆10是将多个固体氧化物型燃料电池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)层叠而成的层叠电池。一个固体氧化物型燃料电池(燃料电池单电池)通过被供给阳极气体的阳极电极与被供给阴极气体的阴极电极夹持由陶瓷等固体氧化物形成的电解质层来构成。例如，阳极气体是含氢及烃的气体，阴极气体是含氧等的气体。
燃料电池系统100包括：阳极气体供给系统20，其向燃料电池堆10供给阳极气体；系统启动系统30，其在系统启动时利用；阴极气体供给系统40，其向燃料电池堆10供给阴极气体；排气系统50，其对从燃料电池堆10排出的阳极废气和阴极废气进行排气；以及电力系统60，其与燃料电池堆10之间进行电力的输入和输出。并且，燃料电池系统100具备对系统整体的动作进行统一控制的控制部80。
阳极气体供给系统20具备阳极供给通路21、燃料罐22、过滤器23、泵24、喷射器25、蒸发器26、热交换器27以及重整器28等。
阳极供给通路21是将燃料罐22与形成于燃料电池堆10内的阳极流路进行连接的通路。
燃料罐22是储存例如使乙醇与水混合得到的重整用的液体燃料的容器。泵24设置于比燃料罐22靠下游侧的阳极供给通路21。泵24对燃料罐22内所储存的重整用燃料进行抽吸，并将该燃料供给到喷射器25等。
过滤器23配置于燃料罐22与泵24之间的阳极供给通路21。过滤器23用于去除被泵24抽吸之前的重整用燃料中所含的异物等。
喷射器25配置于泵24与蒸发器26之间的阳极供给通路21。喷射器25将从泵24供给的燃料喷射供给到蒸发器26内。
蒸发器26设置于比喷射器25靠下游侧的阳极供给通路21。蒸发器26使从喷射器25供给的燃料气化并供给到热交换器27。蒸发器26利用从后述的排气燃烧器53排出的排气的热来使燃料气化。
热交换器27设置于比蒸发器26靠下游侧的阳极供给通路21，配置为与排气燃烧器53相邻。热交换器27利用从排气燃烧器53传递过来的热，来对蒸发器26中气化了的燃料进一步加热。在蒸发器26与热交换器27之间的阳极供给通路21设置压力调节阀29，该压力调节阀29用于调整向热交换器27供给的气化燃料的压力。压力调节阀29的开度由控制部80进行控制。
重整器28设置于热交换器27与燃料电池堆10之间的阳极供给通路21。重整器28利用设置于该重整器28内的催化剂来对燃料进行重整。重整用燃料通过在重整器28中的催化反应而被重整为含氢、烃、一氧化碳等的阳极气体。像这样重整后的阳极气体保持着高温状态地被供给到燃料电池堆10的阳极流路。
此外，阳极供给通路21具备从该阳极供给通路21分支出的分支路径71、72。分支路径71是从泵24与喷射器25之间的阳极供给通路21分支出的，与向扩散燃烧器31供给燃料的喷射器71A连接。在分支路径71设置有将该分支路径71进行打开和关闭的开关闭71B。分支路径72是从泵24与喷射器25之间的阳极供给通路21分支出的，与向催化剂燃烧器32供给燃料的喷射器72A连接。在分支路径72设置有将该分支路径72进行打开和关闭的开关闭72B。对喷射器71A设置了电加热器71C，来作为用于使液体燃料气化的加热装置。
上述的开关闭71B、72B的开度由控制部80进行控制。开关闭71B、72B例如在燃料电池系统100启动时被打开，在启动结束后被关闭。
接着，参照图1说明阴极气体供给系统40和系统启动系统30。
阴极气体供给系统40具备阴极供给通路41、过滤器42、压缩机43以及热交换器44等。系统启动系统30具备扩散燃烧器31及催化剂燃烧器32等。
阴极供给通路41是将压缩机43与形成于燃料电池堆10内的阴极流路进行连接的通路。
压缩机43是通过过滤器取入外部气体(空气)并将所取入的空气作为阴极气体供给到燃料电池堆10等的空气供给装置。过滤器42用于去除被压缩机43取入之前的空气中所含的异物。
热交换器44设置于比压缩机43靠下游侧的阴极供给通路41。热交换器44是利用从排气燃烧器53排出的排气的热来对阴极气体(空气)进行加热的装置。通过热交换器44加热后的阴极气体被供给到构成系统启动系统30的一部分的扩散燃烧器31。
在压缩机43与热交换器44之间的阴极供给通路设置有节气阀45(流量调整部)，根据节气阀45的开度来调整阴极气体的流量。节气阀45的开度由控制部80进行控制。
此外，阴极供给通路41具备从该阴极供给通路41分支出的分支路径46。分支路径46是从压缩机43与节气阀45之间的阴极供给通路41分支出的，与后述的催化剂燃烧器32连接。在分支路径46安装节气阀46A，用于根据节气阀46A的开度来调整空气液量。节气阀46A的开度由控制部80进行控制。节气阀46A在燃料电池系统100启动时被打开以向催化剂燃烧器32供给固定量的空气，在启动结束后被关闭。
构成系统启动系统30的扩散燃烧器31和催化剂燃烧器32基本上是在系统启动中使用的装置。
扩散燃烧器31配置于比热交换器44靠下游侧的阴极供给通路41。在系统启动时，来自压缩机43的空气和从喷射器71A喷射出的燃料被供给到扩散燃烧器31内。从喷射器71A喷射的燃料通过电加热器71C进行加热，以气化的状态被供给到扩散燃烧器31。然后，通过附属于扩散燃烧器31的点火装置对混合器进行点火，形成用于对催化剂燃烧器32进行加热的预热燃烧器。
在启动结束后，使燃料的供给以及点火装置的工作停止，从压缩机43供给的空气通过扩散燃烧器31被供给到催化剂燃烧器32。
催化剂燃烧器32设置于扩散燃烧器31与燃料电池堆10之间的阴极供给通路41。催化剂燃烧器32在内部具备催化剂，是利用该催化剂生成高温的燃烧气体的装置。在系统启动时，来自分支路径46的空气和从喷射器72A喷射出的燃料被供给到催化剂燃烧器32内。催化剂燃烧器32的催化剂通过预热燃烧器进行加热，在加热后的催化剂上使空气与燃料燃烧来生成燃烧气体。燃烧气体是几乎不含氧的高温的非活性气体，被供给到燃料电池堆10，对该燃料电池堆10等进行加热。
在启动结束后，停止从分支路径72、46供给燃料和空气，来自压缩机43的空气(阳极气体)通过扩散燃烧器31和催化剂燃烧器32被供给到燃料电池堆10。
接着，对排气系统50进行说明。排气系统50具备阳极排出通路51、阴极排出通路52、排气燃烧器53、合流排气通路54、空气供给器55以及温度传感器56等。
阳极排出通路51将燃料电池堆10的阳极流路与排气燃烧器53的阳极侧入口部进行连接。阳极排出通路51是使从燃料电池堆10的阳极流路排出的包含阳极气体的气体(阳极废气)流通的通路。
阴极排出通路52将燃料电池堆10的阴极流路与排气燃烧器53的阴极侧入口部进行连接。阴极排出通路52是使从燃料电池堆10的阴极流路排出的包含阴极气体的气体(阴极废气)流通的通路。
排气燃烧器53使从各排出通路51、52供给的阳极废气和阴极废气进行催化燃烧，生成以二氧化碳、水为主要成分的燃烧气体(排气气体)。
此外，排气燃烧器53被配置为与热交换器27相邻，因此由排气燃烧器53的催化燃烧产生的热被传递到热交换器27。像这样传递到热交换器27的热被使用为对燃料进行加热。
在排气燃烧器53的气体出口部(下游端)连接有合流排气通路54。从排气燃烧器53排出的排气通过合流排气通路54被排出到燃料电池系统100的外部。即，合流排气通路54作为将从排气燃烧器53排出的排气气体排出到大气中的排气通路发挥功能。另外，合流排气通路54以通过蒸发器26和热交换器44的方式构成，蒸发器26和热交换器44被通过合流排气通路54的排气加热。
在此，由固体氧化物型燃料电池构成的燃料电池堆10采用稳定化氧化锆来作为电介质材料，将氧离子设为载体，因此在相比于固体高分子型燃料电池而言高温下进行动作。因此，从燃料电池堆10排出的阳极废气和阴极废气也为高温，并且排气燃烧器53中使阳极废气和阴极废气燃烧后的排气气体也为高温。因而，如果使从排气燃烧器53出来的高温的排气气体保持原状地排出到燃料电池系统100外(以下仅称为系统外)，则根据燃料电池系统100的运转状态的不同，而存在超过了能够向系统外排出的容许温度的情况。因此，在本实施方式的燃料电池系统100中，通过在合流排气通路54中利用外部气体(空气)对高温的排气气体进行稀释，来使该排气气体的温度降低到能够容许向系统外排出的温度。
此外，本发明所涉及的燃料电池系统并不一定要具备上述的排气燃烧器53。在不具备排气燃烧器53的情况下，构成为从燃料电池堆10排出的阳极废气作为排气气体而经由阳极排出通路51排出到系统外，阴极废气作为排气气体而经由阴极排出通路52排出到系统外。另外，即使在不具备排气燃烧器53的情况下，也可以构成为通过使阳极排出通路51与阴极排出通路52合流而构成合流排气通路54，来将从燃料电池堆10排出的废气作为排气气体而经由合流排气通路54排出到系统外。
空气供给器55例如是压缩机，作为向合流排气通路54供给空气的空气供给部发挥功能。即，空气供给器55以将排气气体的温度降低到能够向系统外排出的温度为目的而取入外部气体(空气)，并将所取入的空气供给到合流排气通路54，由此使从排气燃烧器53排出的排气气体的温度降低。
此外，在阴极废气和阳极废气分别经由阳极排出通路51和阴极排出通路52排出到系统外的情况下，空气供给器55构成为向阳极排出通路51和阴极排出通路52供给空气。
温度传感器56作为用于检测从排气燃烧器53排出的排气气体的温度的排气气体温度探测部发挥功能。温度传感器56设置在合流排气通路54的末端附近、或者合流排气通路54的至少比从空气供给器55供给的空气与来自排气燃烧器53的排气气体的合流地点靠下游侧的位置，因此能够获取利用从空气供给器55供给的空气稀释之后的排气气体的温度。
此外，在将阴极废气和阳极废气分别经由阳极排出通路51和阴极排出通路52排出到系统外的情况下，温度传感器56设置在阳极排出通路51和阴极排出通路52各自的末端附近、或者阳极排出通路51和阴极排出通路52各自的至少比与从空气供给器55供给的空气的合流地点靠下游侧的位置。
另外，从上述的空气供给器55供给到合流排气通路54的空气量根据排气气体的温度而变化。换言之，从空气供给器55向合流排气通路54供给的空气量基于由温度传感器56获取到的温度来进行控制。在后面记述该控制的详细内容。
接着，对电力系统60进行说明。电力系统60具备DC-DC转换器61、蓄电池62以及驱动马达63等。
DC-DC转换器61与燃料电池堆10电连接，使燃料电池堆10的输出电压升高后向蓄电池62或驱动马达63供给电力。蓄电池62构成为被充入从DC-DC转换器61供给的电力、或者向驱动马达63供给电力。
驱动马达63是三相交流马达，作为车辆的动力源发挥功能。驱动马达63经由逆变器与蓄电池62及DC-DC转换器61进行连接。在制动时，驱动马达63产生再生电力，该再生电力例如被利用于蓄电池62的充电。
控制部80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。控制部80通过执行特定的程序，来执行用于对包括上述的空气供给器55的燃料电池系统100进行控制的处理。
除了来自电流传感器81、电压传感器82、温度传感器83等各种传感器的信号以外，来自对加速踏板的踩踏量进行检测的加速行程传感器84、对上述排气气体的温度进行检测的温度传感器56等用于检测车辆状态的传感器的信号还被输入到控制部80。
电流传感器81对从燃料电池堆10取出的输出电流进行检测。电压传感器82对燃料电池堆10的输出电压、即阳极电极侧端子与阴极电极侧端子之间的端子间电压进行检测。温度传感器83设置于燃料电池堆10，对该燃料电池堆10的温度进行检测或估计。
以上是第一实施方式的燃料电池系统100的主要结构。接着，以上述结构为前提说明对作为本发明的特征性结构的空气供给器55进行的空气控制。空气控制由控制部80(空气控制部)来执行。
<空气控制>
图2是表示本实施方式的燃料电池系统100的控制部80所执行的空气控制的流程的流程图。空气控制是从燃料电池系统100启动起直到停止为止被执行的处理。
在步骤S100中，控制部80判定温度传感器56检测出的排气气体温度Te是否大于能够容许向系统外排出的温度Tf。在排气气体温度Te大于温度Tf的情况下，排气气体温度高而无法容许向系统外排出，因此执行接下来的步骤S101的处理。在排气气体温度Te为温度Tf以下的情况下，排气气体温度为能够容许向系统外排出的温度，因此循环进行步骤S100来持续监视排气气体的温度是否为能够容许向系统外释放的温度以下，直到排气气体温度超过温度Tf为止。此外，温度Tf被设定为能够容许向系统外排气的温度上限值以下的温度。
在步骤S101中，空气供给器55向合流排气通路54供给空气以稀释从排气燃烧器53排出的高温的排气气体。此外，供给的空气量也可以设为能够根据获取到的排气气体温度而改变。在该情况下，构成为获取到的排气气体温度越高，则从空气供给器55供给的空气量越多。
在步骤102中，控制部80判定排气气体温度Te是否大于能够容许向系统外排出的温度Tf。在通过利用从空气供给器55供给的空气对排气气体进行稀释从而排气气体温度Te变为温度Tf以下的情况下，进入接下来的步骤S103。在排气气体温度Te大于温度Tf的情况下，再次执行步骤S101的处理，以持续从空气供给器55供给空气，直到排气气体温度成为温度Tf以下为止。
在步骤S103中，由于确认出排气气体温度Te为能够容许向系统外排出的温度Tf以下，因此停止从空气供给器55供给空气，结束本处理。此外，排气气体温度Tf的值根据车辆状态等而变化。
图3是排气气体温度Tf的设定方法的一例，是用于说明将燃料电池系统100应用于车辆的情况下的排气气体温度Tf与车辆状态等之间的关系的图。纵轴表示排气气体温度Tf的值，横轴表示车速。另外，图中的i～iii表示基于外部气温的不同的排气气体温度Tf与车速的关系，i到iii表示外部气温依次变高的情况。
如图示的那样，排气气体温度Tf的值基于车速进行设定，车速越快则排气气体温度Tf的值被设定为越高。另外，排气气体温度Tf的值基于外部气温进行设定，外部气温越低则排气气体温度Tf的值被设定为越高。由此，能够更适当地设定作为能够容许向系统外排出的温度的排气气体温度Tf。
另外，在上述的说明中，记述了由温度传感器56检测排气气体温度Te，但是并不一定要由传感器进行检测，也可以基于燃料电池系统100的运转状态来进行估计。预先存储例如图4所示那样的通过实验等求出燃料电池堆10的目标输出、运转时间以及排气气体温度Te之间的关系所得到的表，通过参照该表，能够根据与目标输出及时间之间的关系来估计排气气体温度Te。
以上，第一实施方式的燃料电池系统100具备接受阴极气体和阳极气体的供给来进行发电的固体氧化物型的燃料电池堆10。燃料电池系统100具备：合流排气通路54，其将从燃料电池堆10排出的阴极废气和阳极废气作为排气气体而排出到系统外；温度传感器56或控制部80，其对从合流排气通路54排出的排气气体的温度进行检测或估计；空气供给器55，其向排气通路供给空气；以及控制部80，其基于检测或估计出的温度，来控制空气供给器55的空气供给。由此，能够将从排气燃烧器53排出的高温气体的温度降低到能够容许向系统外释放的温度。
另外，根据第一实施方式的燃料电池系统100，控制部80对空气供给器55进行控制以使从排气通路排出的排气气体变为规定温度(排气气体温度Tf)以下、即能够容许向系统外排气的温度上限值以下。由此，在合流排气通路54中，能够将从排气燃烧器53排出的高温气体的温度降低到能够容许向系统外释放的温度。
另外，根据第一实施方式的燃料电池系统100，该燃料电池系统被应用于车辆，根据车速来设定能够容许向车辆外释放的温度，车速越快则将能够容许向车辆外释放的温度设定为越高的温度。由此，即使向车辆外排出的时间点的排气气体的温度高，也会车速越快则越迅速地将排气气体与外部气体混合来使温度更快速地降低，因此能够将从排气燃烧器53排出的排气气体的容许温度设定为更适当的值。
另外，根据第一实施方式的燃料电池系统100，根据外部气温来设定能够容许向系统外释放的温度，外部气温越低则将能够容许向系统外释放的温度设定为越高的温度。由此，即使向系统外排出的时间点的排气气体的温度高，也会外部气温越低则与外部气体混合后的排气气体的温度越容易降低，因此能够将从排气燃烧器53排出的高温排气气体的容许温度设定为更适当的值。
<第二实施方式>
对第二实施方式的燃料电池系统200进行说明。本实施方式的燃料电池系统200的合流排气通路54的结构与第一实施方式不同。
图5是用于说明第二实施方式的燃料电池系统200的图。本实施方式的燃料电池系统200在合流排气通路54具备排气气体稀释器57。
排气气体稀释器57是通过使截面积大于合流排气通路54上的其它部分的截面积而使气体容积增大了的部分。从形状、配置的观点来说，排气气体稀释器57可以是例如具备内燃机的车辆一般所具有的消音器那样的部件。
另外，在本实施方式中，空气供给器55向排气气体稀释器57供给空气。通过这样，在合流排气通路54上的特别是气体容积大的部分处稀释排气气体，由此能够使高温的排气气体与空气更均匀地混合。另外，由于更高效地使排气气体与空气混合，因此在利用配置于比排气气体稀释器57靠下游的位置的温度传感器56检测排气气体的温度的情况下，检测的值是稳定的。此外，温度传感器56也可以设置于排气气体稀释器57内。
以上，根据第二实施方式的燃料电池系统200，合流排气通路54具有通过使截面积大于合流排气通路54上的其它部分的截面积而提高了气体容积的排气气体稀释器57，空气供给器55向排气气体稀释器57供给空气。由此，由于能够使来自排气燃烧器53的高温的排气气体与空气更高效地进行混合，因此能够利用空气更高效地稀释高温的排气气体。
<第三实施方式>
对第三实施方式的燃料电池系统300进行说明。本实施方式的燃料电池系统300的向合流排气通路54供给空气的空气供给单元与第一实施方式、第二实施方式不同。以下参照附图说明详细内容。
图6是示出本实施方式的燃料电池系统300的主要结构的概要结构图。
在本实施方式中，压缩机43具备作为向合流排气通路54供给空气的空气供给部的功能。即，本实施方式的压缩机43除了用于向用于对燃料电池堆10供给阴极气体的阴极气体供给系统40供给空气以外，还兼用于向用于对从排气燃烧器53排出的排气气体进行排气的排气系统50供给空气。此外，阴极气体供给系统40的空气供给路径使用阴极供给通路41，排气系统50的空气供给路径使用稀释用供给通路58。另外，阴极供给通路41具备节气阀45、46A，稀释用供给通路58具备节气阀58A。
接着，说明压缩机43的空气供给量的控制、即根据车辆状态等调整向阴极供给通路41供给的空气供给量和向稀释用供给通路58供给的空气供给量的空气供给量调整处理。
如上述那样，压缩机43向阴极供给通路41和稀释用供给通路58供给空气，但是压缩机43能够供给的空气量(最大空气供给量Amax)是有限度的。另一方面，需要优先确保以降低来自车辆的排气气体的温度为目的而向稀释用供给通路58供给的空气供给量。因而，在以下说明的空气供给量调整处理中，一边使向稀释用供给通路58和阴极供给通路41供给的空气供给量的总量为最大空气供给量Amax以下一边确保向稀释用供给通路58供给的空气供给量。
此外，通过空气供给量调整处理，根据从基于所设定的空气量而被控制的压缩机43供给的空气量以及节气阀45、46A及58A的开度，来调整分别向稀释用供给通路58和阴极供给通路41供给的空气供给量。压缩机43及各节气阀的开度由控制部80进行控制。
图7是用于说明空气供给量调整处理的流程的流程图。空气供给量调整处理是从燃料电池系统300启动起直到停止为止被执行的处理。
在步骤S301中，控制部80判定温度传感器56检测出的排气气体温度Te是否大于能够容许向系统外排出的温度Tf。在排气气体温度Te大于温度Tf的情况下，执行接下来的步骤S303的处理。在排气气体温度Te为温度Tf以下的情况下，进入步骤S302。
在步骤S302中，排气气体温度Te为温度Tf以下，不需要向稀释用供给通路58供给空气，因此从压缩机43供给的空气量被设定为向阴极供给通路41供给的空气供给量S。此外，基于根据车辆的运转状态而设定的燃料电池的目标发电量来计算向阴极供给通路41供给的空气供给量S。在将从压缩机43供给的空气量设定为空气供给量S之后，结束本处理。
在步骤S303中，控制部80计算使排气气体温度Te成为温度Tf以下所需要的向稀释用供给通路58供给的空气供给量E。在计算出空气供给量E之后，执行步骤S304的处理。
在步骤S304中，控制部80判定空气供给量E与空气供给量S的总和是否为压缩机43的最大空气供给量Amax以下(E+S≤Amax)。在E+S≤Amax成立的情况下，执行步骤S305的处理。在E+S≤Amax不成立的情况下，执行步骤S306的处理。
在步骤S305中，由于空气供给量E与空气供给量S的总和为压缩机43的最大空气供给量Amax以下，因此通过压缩机43能够充分地提供空气供给量E和空气供给量S。因而，控制部80将从压缩机43供给的空气量设定为向稀释用供给通路58供给空气供给量E并向阴极供给通路41供给空气供给量S。在设定之后结束本处理。
在空气供给量E与空气供给量S的总和大于压缩机43的最大空气供给量Amax的情况下执行步骤S306。在该情况下，通过压缩机43无法提供空气供给量E和空气供给量S。因而，控制部80通过使向阴极供给通路41供给的空气供给量S降低，来确保在步骤S303中计算出的向稀释用供给通路58供给的空气供给量E。即，在步骤S306中，控制部80将从压缩机43向稀释用供给通路58供给的空气供给量设定为空气供给量E，并且将向阴极供给通路41供给的空气供给量S设定为从压缩机43的最大空气供给量Amax减去空气供给量E所得到的值(Amax-E)。在设定后结束本处理。
由此，能够一边使向稀释用供给通路58和阴极供给通路41供给的空气供给量的总量为最大空气供给量Amax以下，一边确保向稀释用供给通路58供给的空气供给量E。
以上，根据第三实施方式的燃料电池系统300，构成为作为空气供给部的压缩机43向合流排气通路54供给空气，并且向燃料电池堆10供给作为阴极气体的空气。由此，能够使向合流排气通路54和燃料电池堆10供给空气的空气供给单元统一化来使燃料电池系统简单化。
另外，根据第三实施方式的燃料电池系统300，在向稀释用供给通路58供给的空气供给量与向燃料电池堆10(阴极供给通路41)供给的空气供给量的总和超过压缩机43的最大空气供给量Amax的情况下，使向阴极供给通路41供给的空气供给量S降低。由此，燃料电池的发电量虽然暂时地被限制，但是能够对排气气体的温度与燃料电池堆10的发电量进行协调控制。因而，无论燃料电池系统300处于什么样的运转状态，都能够确保向稀释用供给通路58供给的空气供给量，来使排气气体温度降低。
<第四实施方式>
对第四实施方式的燃料电池系统400进行说明。本实施方式的燃料电池系统400与第三实施方式的不同在于确保向稀释用供给通路58供给的空气供给量的方法。更具体地说，在本实施方式中，在空气供给量E与空气供给量S的总和超过压缩机43的最大空气供给量Amax的情况下，通过执行用于使燃料电池堆10的发电量降低的发电量调整处理，来确保向稀释用供给通路58供给的空气供给量。对燃料电池堆10的发电进行控制的发电量调整处理(发电控制)由控制部80(发电控制部)来执行。以下，参照图8说明本实施方式的发电量调整处理。
图8是用于说明发电量调整处理的流程的流程图。发电量调整处理是从燃料电池系统400启动起直到停止为止被执行的处理。
在步骤S401中，控制部80判定温度传感器56检测出的排气气体温度Te是否大于能够容许向系统外排出的温度Tf。在排气气体温度Te大于温度Tf的情况下，排气气体温度高，无法容许向系统外排出，因此执行接下来的步骤S402的处理。在排气气体温度Te为温度Tf以下的情况下，排气气体温度为能够容许向系统外排出的温度，因此通过循环进行步骤S401来持续监视排气气体的温度是否为能够容许向系统外排出的温度以下，直到排气气体温度超过温度Tf为止。
在步骤S402中，控制部80计算使排气气体温度Te成为温度Tf以下所需要的向稀释用供给通路58供给的空气供给量E。在计算出空气供给量E之后，执行步骤S403的处理。
在步骤S403中，控制部80判定空气供给量E与向阴极供给通路41供给的空气供给量S的总和是否为压缩机43的最大空气供给量Amax以下(E+S≤Amax)。在E+S≤Amax不成立的情况下，执行步骤S404的处理。在E+S≤Amax成立的情况下，通过循环进行步骤S401～S403，来持续监视排气气体的温度是否为能够容许向系统外排出的温度以下以及空气供给量E与向阴极供给通路41供给的空气供给量S的总和是否为压缩机43的最大空气供给量Amax以下，直到排气气体温度超过温度Tf并且E+S≤Amax不成立为止。
在步骤S404中，控制部80使燃料电池堆10的发电量降低规定量。在本处理中，当使燃料电池堆10的发电量降低时，向阴极供给通路41供给的所需要的空气供给量S被降低，因此作为结果能够确保向稀释用供给通路58供给的空气供给量。此外，使发电量降低时的规定量被设定为使发电量降低的结果使得空气供给量E与向阴极供给通路41供给的空气供给量S的总和成为压缩机43的最大空气供给量Amax以下那样的值。在使燃料电池堆10的发电量降低之后，结束本处理。
以上，根据第四实施方式的燃料电池系统400，在向稀释用供给通路58供给的空气供给量与向燃料电池堆10(阴极供给通路41)供给的空气供给量的总和超过压缩机43的最大空气供给量Amax的情况下，使燃料电池堆10的发电量降低。由此，由于燃料电池堆10所需要的阴极气体量(空气量)降低，因此作为结果能够确保向稀释用供给通路58供给的空气供给量。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但是上述实施方式只示出了本发明的应用例的一部分，并非旨在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，说明了作为空气供给部发挥功能的空气供给器55或压缩机43向合流排气通路54或排气气体稀释器57内供给空气的意思，但是并不限定于此。即，空气供给器55或压缩机43也可以向合流排气通路54或排气气体稀释器57的外面供给空气。由此，能够利用空气使合流排气通路54或排气气体稀释器57本身冷却，因此作为结果能够使内部流动的排气气体冷却。另外，空气供给器55或压缩机43也可以向从合流排气通路54排出之后的排气气体供给空气，通过使该排气气体与空气混合来使排气气体的温度冷却。
另外，以将本发明所涉及的燃料电池系统应用于车辆的情况为中心进行了说明，但是本发明所涉及的燃料电池系统并不一定应用于车辆，也能够应用于例如家庭用的固置型的燃料电池系统等。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，具备接受燃料气体和氧化剂气体的供给来进行发电的固体氧化物型的燃料电池，该燃料电池系统具备：
排气通路，其将从所述燃料电池排出的燃料废气和氧化剂废气作为排气气体而排出到外部；
排气气体温度探测部，其对从所述排气通路排出的排气气体的温度进行检测或估计；
空气供给部，其向所述排气通路供给空气；以及
空气控制部，其基于所述检测或估计出的温度，来控制所述空气供给部的空气供给，
其中，所述空气控制部对所述空气供给部进行控制以使从所述排气通路排出的排气气体成为规定温度以下，
所述燃料电池系统被应用于车辆，
所述规定温度是根据车速进行设定的，该车速越快则所述规定温度被设定为越高。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述规定温度是根据外部气温进行设定的，该外部气温越低则所述规定温度被设定为越高。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述排气通路具有排气气体稀释部，该排气气体稀释部的截面积大于排气通路上的其它部分的截面积，
所述空气供给部向所述排气气体稀释部供给所述空气。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述空气供给部构成为向所述排气通路供给空气，并且向所述燃料电池供给空气来作为所述氧化剂气体。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
在向所述排气通路供给的空气供给量与向所述燃料电池供给的空气供给量的总和超过所述空气供给部的最大空气供给量的情况下，所述空气控制部对所述空气供给部进行控制以使向所述燃料电池供给的空气供给量降低。
6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
还具备发电控制部，该发电控制部对燃料电池的发电状态进行控制，
在向所述排气通路供给的空气供给量与向所述燃料电池供给的空气供给量的总和超过所述空气供给部的最大空气供给量的情况下，所述发电控制部使所述燃料电池的发电量降低。
7.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备：
排气通路，其将从固体氧化物型的燃料电池排出的燃料废气和氧化剂废气作为排气气体而向大气中排出；以及
空气供给部，其用于供给空气，
在该燃料电池系统的控制方法中，
获取从所述排气通路排出的排气气体的温度，
基于获取到的所述排气气体的温度，利用来自所述空气供给部的空气来将所述排气气体的温度冷却为规定温度以下，
所述燃料电池系统被应用于车辆，
所述规定温度是根据车速进行设定的，该车速越快则所述规定温度被设定为越高。
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