CN113540531B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

燃料电池系统具备燃料电池组和控制装置。控制装置在启动燃料电池系统时温度传感器的计测值为预先确定的温度以下的情况下，在开始电流扫描前，通过向阴极供给氧化剂气体而使燃料电池组的电压上升至满足预先确定的电压条件。控制装置在迁移期间中计测电压值成为了作为比电压指令值低的值的控制开始电压值的情况下，执行将电流指令值维持为恒定的待机控制，在待机控制的执行中计测电压值成为了作为电压指令值以上的值的允许电压值的情况下，通过允许电流指令值的变更而结束待机控制。

Description

燃料电池系统
技术领域
本公开涉及燃料电池系统的技术。
背景技术
以往，在燃料电池系统中，已知有使氧化剂气体向阴极的供给量比通常发电时低而进行预热运转的技术(例如，日本特开2008-269813)。
发明内容
在以往的技术中，在预热运转时变更燃料电池组的动作点时，对电流变化量及电压变化量的至少一个设定有限制。然而，在直到燃料电池组的动作点转移到由燃料电池组的目标电流值和目标电压值确定的目标动作点为止的迁移期间中，可能产生在燃料电池单元的阴极处氧化剂气体不足而产生泵氢的情况。在燃料电池单元中产生了泵氢的情况下，因泵氢而氧化剂气体向阴极的催化剂表面的供给不充分地进行，因此，以后也产生泵氢的可能性变高。在阴极处产生了泵氢的情况下，有时从阴极排出了的气体中的氢浓度变高。需要说明的是，泵氢是指在预热运转时因阴极的氧的不足而在阴极处通过从阳极传导来的氢离子和电子再结合而生成的氢。
本公开能够作为以下的方式来实现。
根据本公开的一方式，提供燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池组，具有层叠的多个燃料电池单元，该多个燃料电池单元分别具有阳极和阴极；电压传感器，构成为计测所述燃料电池组的电压；氧化剂气体供给系统，构成为向所述阴极供给含氧的氧化剂气体；燃料气体供给系统，构成为向所述阳极供给燃料气体；温度传感器，构成为计测与所述燃料电池系统相关的温度；及控制装置，构成为使用所述电压传感器计测到的计测电压值来控制所述燃料电池系统的动作，所述控制装置构成为，在启动所述燃料电池系统时所述温度传感器的计测值为预先确定的温度以下的情况下，在开始所述燃料电池组的电流扫描前，使所述氧化剂气体供给系统动作而向所述阴极供给所述氧化剂气体，从而使所述燃料电池组的电压上升至满足预先确定的电压条件，在所述计测电压值满足了所述电压条件的情况下，开始从所述燃料电池组的电流扫描而执行使所述燃料电池组升温的预热运转，所述控制装置构成为，在执行所述预热运转时，在从开始所述电流扫描起到由所述燃料电池组的电压值和电流值确定的动作点到达由所述预热运转中的目标电压值和目标电流值确定的目标动作点为止的迁移期间中所述计测电压值成为了控制开始电压值的情况下，执行将电流指令值维持为恒定的待机控制，在所述待机控制的执行中所述计测电压值成为了允许电压值的情况下，通过允许所述电流指令值的变更而结束待机控制，所述控制开始电压值是比电压指令值低的值，所述允许电压值是所述电压指令值以上的值。根据该方式，通过在计测电压值满足了预先确定的电压条件后进行电流扫描，能够在使氧充分存在于各燃料电池单元的阴极后进行预热运转。由此，能够降低在预热运转中阴极处的氧缺乏而产生泵氢的可能性。而且，根据该方式，在迁移期间中计测电压值成为了作为比电压指令值低的值的控制开始电压值的情况下，执行待机控制。在计测电压值成为了比电压指令值低的值的情况下，氧未充分存在于阴极。由此，在该情况下，通过直到计测电压值成为作为电压指令值以上的值的允许电压值为止将电流指令值维持为恒定，能够抑制阴极的氧不足。由此，能够进一步抑制泵氢的产生。
在上述方式中，可以是，所述控制装置构成为，在所述迁移期间中的从所述计测电压值成为了预先确定的切换电压值的时间点起到所述燃料电池组的所述动作点到达所述目标动作点的时间点为止的切换后期间中，执行直到所述电流指令值为止以预先确定的比例使所述电流指令值上升的通常电流控制，在所述迁移期间中的直到所述计测电压值达到所述切换电压值为止的切换前期间中，执行使用所述燃料电池组的要求发电电力和所述计测电压值来设定所述电流指令值且以使扫描电流值成为设定的所述电流指令值的方式进行所述电流扫描的实际电压控制，在正在执行所述通常电流控制的情况下所述计测电压值成为了所述控制开始电压值的情况下，中断所述通常电流控制而执行所述待机控制，在所述计测电压值成为了所述允许电压值的情况下，通过允许所述电流指令值的变更而结束所述待机控制并再次开始所述通常电流控制。根据该方式，在切换前期间中，由于执行实际电压控制，所以能够抑制泵氢的产生并抑制要求发电电力与实际的发电电力的偏差变大。由此，能够降低二次电池的充放电量超过容许量的可能性。另外，在切换后期间中，由于执行通常电流控制，所以能够抑制执行过度的电流扫描。另外，根据该方式，在正在执行通常电流控制的情况下，在计测电压值成为了控制开始电压值时执行待机控制，由此能够抑制阴极的氧不足，因此能够抑制泵氢的产生。
在上述方式中，可以是，还具有构成为对由所述燃料电池组发电产生的电力进行充放电的二次电池，所述控制装置构成为，在所述迁移期间的至少一部分期间中，在使所述燃料电池组的所述动作点转移的情况下，以使所述动作点处于表示与所述燃料电池组的要求发电电力相同的发电电力的所述燃料电池组的等功率线上的方式设定所述电压指令值和所述电流指令值。根据该方式，由于在迁移期间中使动作点转移的情况下，以处于等功率线上的方式设定电压指令值和电流指令值，所以能够抑制燃料电池组的发电电力从要求发电电力的变动。由此，通过抑制燃料电池组的发电电力的变动，能够将二次电池的充放电量控制在一定的范围内。
本公开能够以各种方式来实现，除了上述的燃料电池系统之外，例如能够以燃料电池系统的控制方法、用于使计算机执行控制方法的计算机程序、记录有计算机程序的非暂时性的记录介质等方式实现。
附图说明
本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，同样的标号表示同样的要素，其中：
图1是用于说明燃料电池系统的概略结构的图。
图2是用于说明燃料电池系统的详细结构的图。
图3是示出燃料电池系统的电气结构的概念图。
图4是控制装置的内部框图。
图5是示出二次电池的温度特性的图。
图6是示出燃料电池系统的启动处理的流程图。
图7是示出动作点转移处理的流程图。
图8是示出燃料电池组的电压与电流的关系的第一图。
图9是示出燃料电池组的电压与电流的关系的第二图。
图10是示出第二实施方式的燃料电池系统10的启动处理的流程图。
具体实施方式
A.第一实施方式：
图1是用于说明燃料电池系统10的概略结构的图。燃料电池系统10例如搭载于燃料电池车辆12，作为用于使燃料电池车辆12的驱动用电动机驱动的发电装置来使用。燃料电池系统10具备燃料电池组116、燃料气体供排系统50、氧化剂气体供排系统30及制冷剂循环系统70。
燃料电池组116具备多个燃料电池单元11和一对端板(end terminal)110、120。多个燃料电池单元11分别为板状，在作为厚度方向的层叠方向SD上层叠。燃料电池单元11是接受作为反应气体的氧化剂气体及燃料气体的供给而通过氧与氢的电化学反应来发电的固体高分子型燃料电池。在本实施方式中，氧化剂气体是含氧的空气，燃料气体是氢。燃料电池单元11是即使是单体也能够发电的发电要素。燃料电池单元11具备膜电极接合体和夹住膜电极接合体的2张隔板。膜电极接合体具有电解质膜、配置于电解质膜的一方的面的阳极及配置于电解质膜的另一方的面的阴极。在各燃料电池单元11的外周端部设置有形成用于使反应气体、通过了发电部的反应废气流通的歧管Mfa的开口部(图示省略)。歧管Mfa与各燃料电池单元11的发电部分支连接。另外，在各燃料电池单元11的外周端部设置有形成用于使制冷剂流通的歧管Mfb的开口部(图示省略)。
一对端板110、120配置于多个燃料电池单元11的层叠方向SD上的两端部。具体而言，第一端板110位于燃料电池组116的一方的端部，第二端板120位于燃料电池组116的与一方的端部相反一侧的另一方的端部。在第一端板110形成有用于形成歧管Mfa、歧管Mfb的贯通孔即开口部115。另一方面，在第二端板120未形成用于形成歧管Mfa、歧管Mfb的贯通孔即开口部115。也就是说，燃料气体、氧化剂气体及制冷剂仅从燃料电池组116中的层叠方向SD的一侧供给、排出。将多个燃料电池单元11中的位于另一方的端部侧的燃料电池单元11也称作多个端部侧燃料电池单元11e。在本实施方式中，多个端部侧燃料电池单元11e包括位于最靠另一方的端部的位置的燃料电池单元11。
燃料气体供排系统50具有燃料气体供给功能、燃料气体排出功能及燃料气体循环功能。燃料气体供给功能是向燃料电池单元11的阳极供给燃料气体的功能。燃料气体排出功能是将从燃料电池单元11的阳极排出的燃料气体(也称作“燃料废气”)向外部排出的功能。燃料气体循环功能是使燃料气体在燃料电池系统10内循环的功能。
氧化剂气体供排系统30具备向燃料电池单元11的阴极供给氧化剂气体的氧化剂气体供给功能、将从燃料电池单元11的阴极排出的氧化剂气体(也称作“氧化剂废气”)向外部排出的氧化剂气体排出功能及将供给的氧化剂气体不经由燃料电池单元11而向外部排出的旁通功能。
制冷剂循环系统70使制冷剂向燃料电池组116循环，调节燃料电池组116的温度。作为制冷剂，例如使用乙二醇等防冻液、水等液体。
图2是用于说明燃料电池系统10的详细结构的图。在图2中，向燃料电池组116供给或者从燃料电池组116排出的燃料气体、氧化剂气体、制冷剂的朝向以箭头记载。燃料电池系统10除了上述的燃料电池组116、氧化剂气体供排系统30、燃料气体供排系统50、制冷剂循环系统70之外，还具有控制装置60。控制装置60控制燃料电池系统10的动作。控制装置60的详情后述。
氧化剂气体供排系统30具备氧化剂气体供给系统30A和氧化剂气体排出系统30B。氧化剂气体供给系统30A向燃料电池组116的阴极供给氧化剂气体。氧化剂气体供给系统30A具有氧化剂气体供给路302、作为温度传感器的外气温传感器38、空气滤清器31、压缩机33、电动机34、中冷器35及第一调压阀36。
氧化剂气体供给路302是配置于燃料电池组116的上游侧且使外部和燃料电池组116的阴极连通的管。外气温传感器38计测与燃料电池系统10相关的温度。具体而言，外气温传感器38计测向空气滤清器31取入的氧化剂气体即空气的温度，即作为环境温度的外气温。外气温传感器38的计测结果向控制装置60发送。空气滤清器31设置于氧化剂气体供给路302中的比压缩机33靠上游侧处，除去向燃料电池组116供给的氧化剂气体中的异物。压缩机33设置于比燃料电池组116靠上游侧的氧化剂气体供给路302，将根据来自控制装置60的指示而压缩后的空气朝向阴极喷出。压缩机33由根据来自控制装置60的指示而动作的电动机34驱动。中冷器35设置于氧化剂气体供给路302中的比压缩机33靠下游侧处。中冷器35冷却由压缩机33压缩而成为了高温的氧化剂气体。第一调压阀36是电磁阀或电动阀。第一调压阀36通过由控制装置60调整开度而调整从氧化剂气体供给路302朝向燃料电池组116的氧化剂气体的流量。
氧化剂气体排出系统30B将在阴极中流通后的氧化剂气体向外部排出。氧化剂气体排出系统30B具有氧化剂气体排出路308、旁通路306、第二调压阀37及第三调压阀39。氧化剂气体排出路308是用于将从燃料电池组116的阴极排出后的氧化剂气体(也称作“氧化剂废气”)、在旁通路306中流通后的氧化剂气体向外部排出的管。第二调压阀37是电磁阀或电动阀。第二调压阀37通过由控制装置60调整开度而调整燃料电池组116的阴极侧流路的背压。第二调压阀37配置于氧化剂气体排出路308中的比连接旁通路306的地点靠上游侧处。在氧化剂气体排出路308的下游侧端部配置有消音器310。
第三调压阀39配置于旁通路306。第三调压阀39是电磁阀或电动阀。第三调压阀39通过由控制装置60调整开度而调整在旁通路306中流通的氧化剂气体的流量。旁通路306是不经由燃料电池组116而连接氧化剂气体供给路302和氧化剂气体排出路308的管。
燃料气体供排系统50具备燃料气体供给系统50A、燃料气体循环系统50B及燃料气体排出系统50C。
燃料气体供给系统50A向燃料电池组116的阳极供给燃料气体。燃料气体供给系统50A具备燃料气体罐51、燃料气体供给路501、开闭阀52、调压器53、喷射器54及压力传感器59。燃料气体罐51例如贮存有高压的氢气。燃料气体供给路501是连接于燃料气体罐51和燃料电池组116且供从燃料气体罐51朝向燃料电池组116的燃料气体流通的管。开闭阀52在开阀状态下使燃料气体罐51的燃料气体向下游侧流通。调压器53通过控制装置60的控制而调整比喷射器54靠上游侧的燃料气体的压力。喷射器54配置于燃料气体供给路501中的比后述的燃料气体循环路502的汇合地点靠上游侧处。喷射器54是根据由控制部62设定的驱动周期、开阀时间而电磁地驱动的开闭阀，调整向燃料电池组116供给的燃料气体供给量。压力传感器59计测燃料气体供给路501中的比喷射器54靠下游侧的内部压力(燃料气体的供给压力)。计测结果向控制装置60发送。
燃料气体循环系统50B使从燃料电池组116排出的燃料气体(也称作“燃料废气”)再次向燃料气体供给路501循环。燃料气体循环系统50B具有燃料气体循环路502、气液分离器57、循环泵55及电动机56。燃料气体循环路502是连接于燃料电池组116和燃料气体供给路501且供朝向燃料气体供给路501的燃料废气流通的管。气液分离器57设置于燃料气体循环路502，从混有液态水的阳极废气分离液态水。循环泵55通过使电动机56驱动而使燃料气体循环路502内的阳极废气朝向燃料气体供给路501循环。
燃料气体排出系统50C将阳极废气、通过燃料电池组116的发电而产生的液态水向外部排出。燃料气体排出系统50C具有排气排水路504和排气排水阀58。排气排水路504是将排出液态水的气液分离器57的排出口和外部连通的管。
排气排水阀58配置于排气排水路504，开闭排气排水路504。排气排水阀58例如使用隔膜阀。在燃料电池系统10的通常运转时，控制装置60在预先确定的定时下对排气排水阀58进行开阀指示。
制冷剂循环系统70具备制冷剂循环路79、制冷剂循环泵74、电动机75、散热器72、散热器风扇71及电池组温度传感器73。
制冷剂循环路79具有制冷剂供给路79A和制冷剂排出路79B。制冷剂供给路79A是用于向燃料电池组116供给制冷剂的管。制冷剂排出路79B是用于从燃料电池组116排出制冷剂的管。制冷剂循环泵74通过电动机75的驱动而将制冷剂供给路79A的制冷剂向燃料电池组116送出。散热器72通过由散热器风扇71送风而散热，从而冷却在内部流通的制冷剂。电池组温度传感器73计测与燃料电池系统10相关的温度。具体而言，电池组温度传感器73计测制冷剂排出路79B内的制冷剂的温度。制冷剂的温度的计测结果向控制装置60发送。控制装置60将电池组温度传感器73的计测温度作为燃料电池组116的温度而控制燃料电池系统10的动作。需要说明的是，制冷剂循环系统70也可以具备用于加热制冷剂的加热器。另外，也可以取代外气温传感器38而将电池组温度传感器73设为用于解决课题的手段所记载的温度传感器。
图3是示出燃料电池系统10的电气结构的概念图。燃料电池系统10具备FDC95、DC/AC变换器98、电压传感器91及电流传感器92。
电压传感器91用于计测燃料电池组116的电压。电压传感器91与燃料电池组116的全部的燃料电池单元11分别连接，将全部的燃料电池单元11分别作为对象来计测电压。电压传感器91将其计测结果向控制装置60发送。通过对由电压传感器91计测到的全部的燃料电池单元11的计测电压进行合计来计测燃料电池组116的总电压。需要说明的是，燃料电池系统10也可以取代电压传感器91而具有计测燃料电池组116的两端的电压的电压传感器。在该情况下，计测到的两端的电压值成为燃料电池组116的总电压。电流传感器92计测燃料电池组116的输出电流值，并向控制装置60发送。
FDC95是构成为DC/DC转换器的电路。FDC95基于从控制装置60发送的电压指令值来控制燃料电池组116的输出电压。另外，FDC95基于从控制装置60发送的电流指令值来控制燃料电池组116的输出电流。电流指令值是成为燃料电池组116的输出电流的目标值的值，由控制装置60设定。控制装置60例如通过使用燃料电池组116的要求发电电力算出要求电流值来生成电流指令值。
DC/AC变换器98连接于燃料电池组116和驱动用电动机等负载255。DC/AC变换器98将从燃料电池组116输出的直流电力向交流电力变换，并向负载255供给。
燃料电池系统10还具备二次电池96和BDC97。二次电池96例如由锂离子电池构成，作为辅助电源发挥功能。另外，二次电池96进行电力向负载255的供给和由燃料电池组116产生的电力、再生电力的充电。即，二次电池96用于对由燃料电池组116发电产生的电力进行充放电。
BDC97是与FDC95一起构成DC/DC转换器的电路，根据控制装置60的指示而控制二次电池96的充放电。BDC97计测二次电池96的SOC(State Of Charge：剩余容量)，并向控制装置60发送。
图4是控制装置60的内部框图。控制装置60具备由RAM、ROM构成的存储部68和控制部62。控制部62例如使用电压传感器91计测到的计测电压值Vt来控制燃料电池系统10的动作。
在存储部68中存储有控制部62执行的各种程序。控制部62通过执行存储部68的各种程序而作为动作控制部64和电压条件判定部66发挥功能。动作控制部64根据计测电压值Vt等而控制燃料电池系统10的动作。电压条件判定部66在燃料电池系统10的启动开关成为接通而燃料电池系统10启动时执行通过低效率运转来使燃料电池组116急速升温的预热运转的情况下发挥功能。预热运转例如在外气温传感器38的计测值为冰点下的情况下执行。预热运转是指以使燃料电池组116的温度达到作为稳定状态而预先确定的目标温度(例如，65℃)的方式利用燃料电池组116的发热来使燃料电池组116升温的运转状态。在预热运转中，向燃料电池组116供给的氧化剂气体的化学计量比被设定为比稳定状态下的化学计量比小，通过使氧浓度过电压增大，燃料电池组116的发电损失增大。氧化剂气体的化学计量比意味着实际供给的氧量相对于发电出要求发电电力所需的氧量的最低量的比。在本实施方式中，预热运转中的氧化剂气体的化学计量比是1.0左右。电压条件判定部66判定是否满足用于开始电流从燃料电池组116的取出即电流扫描而执行预热运转的预先确定的电压条件。其详情后述。
图5是示出二次电池96的温度特性的图。锂离子电池等二次电池若成为冰点下、尤其是-20℃(摄氏)以下，则能够充放电的电力的幅度急剧变窄。由此，在燃料电池组116的发电电力相对于要求发电电力超过或不足的情况下，可能产生难以向二次电池96充入超过量的电力或者将不足量的电力从二次电池96放出的情况。由此，在外气温传感器38的计测值为冰点下、尤其是-20℃以下的情况下，优选以使燃料电池组116的发电电力不从要求发电电力大幅背离的方式控制燃料电池系统10。
图6是示出燃料电池系统10的启动处理的流程图。图7是示出动作点转移处理的流程图。图8是示出从启动处理的开始到到达目标动作点Pg为止的燃料电池组116的电压(总电压)与电流的关系的第一图。图9是示出从启动处理的开始到到达目标动作点Pg为止的燃料电池组116的电压(总电压)与电流的关系的第二图。需要说明的是，图8所示的虚线的曲线是将表示与燃料电池组116的某要求发电电力(例如，目标动作点Pg下的要求发电电力)相同的发电电力的动作点连结的等功率线PL。图6所示的启动处理以燃料电池系统10的启动开关成为了接通为触发器而开始。
如图6所示，控制部62判定是否存在预热要求(步骤S10)。在本实施方式中，控制部62在外气温传感器38的计测值为预先确定的温度以下的情况下判定为存在预热要求。预先确定的温度例如可以是冰点，也可以是比冰点低的温度。控制部62在判定为不存在预热要求的情况下(步骤S10；否)，结束启动处理。在结束了启动处理以后，控制部62例如执行根据来自负载255的要求而使燃料电池组116发电的通常发电处理。
另一方面，动作控制部64在判定为存在预热要求的情况下(步骤S10：是)，在开始电流扫描而执行预热运转前，控制包括氧化剂气体供给系统30A的氧化剂气体供排系统30，向各燃料电池单元11的阴极开始包含氧的氧化剂气体的供给(步骤S20)。由此，使燃料电池组116的电压上升至满足预先确定的电压条件。另外，控制部62在步骤S20中控制燃料气体供排系统50而向各燃料电池单元11的阳极开始预先确定的流量的燃料气体的供给。另外，控制部62在步骤S20中控制制冷剂循环系统70的动作而开始制冷剂的循环。
预先确定的电压条件被设定为以下条件：在执行了预热运转的情况下，通过从各燃料电池单元11的阳极传导到阴极的氢离子与存在于阴极的氧结合，能够抑制阴极处的氢的再结合。也就是说，预先确定的电压条件被设定为能够判定为充分存在能够与传导到阴极的氢离子结合的氧的电压条件。在本实施方式中，预先确定的电压条件由燃料电池组116的总电压值规定，是指表示电压传感器91的总电压值的计测电压值(总计测电压值)Vt超过了预先确定的基准电压值Vs这一条件。基准电压值Vs例如是Vc×Ln。Vc是1个燃料电池单元11的单元基准电压值，Ln是燃料电池单元11的层叠片数。Vc被设定为能够判定为向燃料电池单元11的阴极充分供给了氧的值，例如0.88V以上。需要说明的是，Vc的上限是能够抑制燃料电池单元11的催化剂层劣化的程度的值。在本实施方式中，Vc被设定为0.88V。
接在步骤S20之后，电压条件判定部66判定电压传感器91的计测电压值Vt是否超过了基准电压值Vs(步骤S30)。在计测电压值Vt为基准电压值Vs以下的情况下(步骤S30：否)，动作控制部64不中止步骤S20的处理而继续该处理。另一方面，在计测电压值Vt超过了基准电压值Vs的情况下(步骤S30：是)，动作控制部64允许从燃料电池组116的电流扫描(步骤S40)，动作点转移处理开始(步骤S50)。也就是说，通过允许电流扫描，开始步骤S50的动作点转移处理中的电流扫描。
动作点转移处理是预热运转的一部分处理。如图8的箭头的朝向所示，动作点转移处理是在从开始电流扫描起到燃料电池组116的动作点到达由燃料电池组116的目标电压值Vg和目标电流值Ig确定的目标动作点Pg为止的期间(迁移期间)执行的处理。控制部62在迁移期间的至少一部分中，在使由燃料电池组116的电压值和电流值确定的动作点转移的情况下，以使动作点处于表示与燃料电池组116的要求发电电力相同的发电电力的等功率线PL上的方式设定电压指令值和电流指令值。在本实施方式中，在迁移期间中的计测电压值Vt成为了切换电压值Vsw以后，在使动作点转移的情况下，以处于等功率线PL上的方式设定电压指令值和电流指令值。需要说明的是，在其他实施方式中，也可以是，在迁移期间的全部中，在使动作点转移的情况下，以处于等功率线PL上的方式设定电压指令值和电流指令值。在动作点转移处理后，在目标动作点Pg下，直到成为预先确定的目标温度为止执行预热运转。
在说明步骤S50的动作点转移处理的详情之前，使用图9来说明直到步骤S40的电流扫描允许为止的处理内容。在时刻t0下判定为存在预热要求，氧化剂气体向各燃料电池单元11的阴极的供给开始。若氧化剂气体向阴极供给，则燃料电池组116的总电压上升。在本实施方式中，在时刻t1下燃料电池组116的总电压超过基准电压值Vs。由此，从时刻t1起执行动作点转移处理。如图8所示，动作点转移处理是从开始电流扫描起到到达目标动作点Pg为止执行的处理。在包括动作点转移处理的预热运转控制中，为了抑制燃料电池组116的要求发电电力大幅变动，压缩机33(图2)的转速优选在达到预先确定的目标转速后维持为恒定。由此，在预热运转控制中，在压缩机33达到了目标转速后使氧化剂气体向阴极的供给流量变化的情况下，通过调整第二调压阀37的开度、第三调压阀39的开度而调整。需要说明的是，在本实施方式中的预热运转控制中，第一调压阀36维持为全开。
如图7所示，动作控制部64在迁移期间中的直到计测电压值Vt达到切换电压值Vsw为止的切换前期间中，执行实际电压控制(步骤S52)。在实际电压控制中，动作控制部64使用燃料电池组116的要求发电电力和燃料电池组116的实际电压即电压传感器91的计测电压值Vt来设定电流指令值。具体而言，动作控制部64通过将要求发电电力除以计测电压值Vt而算出电流指令值，由此设定电流指令值。在实际电压控制中，动作控制部64以使扫描电流值成为算出的电流指令值的方式控制FDC95而进行电流扫描。
电压条件判定部66在开始了步骤S52的实际电压控制后，判定计测电压值Vt是否达到了预先确定的切换电压值Vsw(步骤S54)。直到计测电压值Vt成为切换电压值Vsw为止，执行步骤S52。在计测电压值Vt成为了切换电压值Vsw的情况下，动作控制部64执行通常电流控制和待机控制中的任一方的控制(步骤S56)。即，在迁移期间中的从计测电压值Vt成为了切换电压值Vsw的时间点到到达目标动作点Pg的时间点为止的切换后期间中，执行通常电流控制和待机控制中的任一方的控制。
待机控制在切换后期间中满足了一定的条件的情况下中断通常电流控制而执行。切换电压值Vsw被设定为对目标电压值Vg加上预先确定的相加电压值Vad而得到的值。相加电压值Vad优选设定为即使在产生了过度的电流扫描的情况下也不低于目标电压值Vg的程度的值。在本实施方式中，相加电压值Vad被设定为66V。
在通常电流控制中，控制部62使电流指令值以预先确定的比例上升至目标电流值Ig。控制部62在计测电压值Vt成为了作为比电压指令值低的值的控制开始电压值Vcs的情况下，中断通常电流控制而执行待机控制。在待机控制中，控制部62通过保持成为了控制开始电压值Vcs的时间点的电流指令值而将电流指令值维持为恒定。由此，控制部62使燃料电池组116的电压上升，在计测电压值Vt成为了作为电压指令值以上的值的允许电压值的情况下，通过允许电流指令值的变更而结束待机控制。需要说明的是，控制开始电压值Vcs可以以在计测电压值Vt变得低于电压指令值后立即执行待机控制的方式设定，也可以考虑计测电压值Vt的精度而被设定为比电压指令值低预先确定的值(例如5V)。另外，允许电压值Vp可以是与电压指令值相同的值，也可以考虑计测电压值Vt的精度而是比电压指令值高一定值(例如5V)的值。在待机控制中，控制部62也可以通过调整图2所示的第二调压阀37、第三调压阀39的开度而使向燃料电池组116供给的氧化剂气体的流量增大。由此，能够使燃料电池组116的电压更高效地上升。控制部62通过在待机控制的执行中允许电流指令值的变更，能够再次开始通常电流控制。
如图9所示，假设：在时刻t3下计测电压值Vt成为了作为比电压指令值即目标电压值Vg低的值的控制开始电压值Vcs。需要说明的是，在时刻t3下，电流传感器92(图3)的计测电流值It未达到目标电流值Ig。在该情况下，由于在时刻t3下计测电压值Vt成为了控制开始电压值Vcs，所以控制部62中断通常电流控制而执行待机控制。也就是说，控制部62通过保持时刻t3下的电流指令值而将电流指令值维持为恒定值Ia。
由于在时刻t4下计测电压值Vt达到了作为电压指令值即目标电压值Vg以上的值的允许电压值Vp，所以控制部62结束待机控制而再次开始通常电流控制。由此，通过通常电流控制，电流指令值以预先确定的比例朝向目标动作点Pg再次上升。另外，在时刻t5～时刻t6的期间、时刻t7～时刻t8的期间中也同样地执行待机控制。
如图7所示，控制部62判定燃料电池组116的动作点(计测电流值It、计测电压值Vt)是否到达了目标动作点Pg(步骤S58)。直到动作点到达目标动作点Pg为止，控制部62执行通常电流控制和待机控制中的任一方的控制。另一方面，在动作点到达了目标动作点Pg的情况下，控制部62结束动作点转移处理。在图9所示的例子中，在时刻t9下，动作点到达目标动作点Pg。在动作点转移处理结束后，控制部62直到燃料电池组116到达目标温度为止，在目标动作点Pg下执行预热运转。控制部62将电池组温度传感器73(图2)的计测值作为燃料电池组116的温度来判定是否到达了目标温度。
根据上述第一实施方式，通过在计测电压值Vt满足了预先确定的电压条件后进行电流扫描，能够在使氧充分存在于燃料电池组116的阴极后进行预热运转。由此，能够降低在预热运转中阴极处的氧缺乏而产生泵氢的可能性。通过降低产生泵氢的可能性，能够抑制经由氧化剂气体排出路308而向外部放出氢。除此之外，根据该方式，控制部62在迁移期间中计测电压值Vt成为了作为比电压指令值低的值的控制开始电压值Vcs的情况下，执行待机控制。在计测电压值Vt成为了比电压指令值低的值的情况下，氧未充分存在于阴极。由此，在该情况下，控制部62通过直到计测电压值Vt成为作为电压指令值以上的值的允许电压值Vp为止将电流指令值维持为恒定，能够抑制阴极的氧不足。由此，能够进一步抑制泵氢的产生。
另外，根据上述第一实施方式，在切换前期间中，由于执行实际电压控制，所以能够抑制泵氢的发生并抑制要求发电电力与实际的发电电力的偏差变大。由此，能够降低二次电池96的充放电量超过容许量的可能性。另外，在切换后期间中，由于执行通常电流控制，所以能够抑制执行过度的电流扫描。另外，根据该方式，在正在执行通常电流控制的情况下计测电压值Vt成为了控制开始电压值Vcs的情况下，执行待机控制，由此，能够抑制阴极的氧不足，因此能够抑制泵氢的产生。
另外，根据上述第一实施方式，控制部62在迁移期间中使动作点转移的情况下，以处于等功率线PL上的方式设定电压指令值和电流指令值，因此能够抑制燃料电池组116的实际的发电电力相对于要求发电电力背离。由此，能够将二次电池96的充放电量控制在一定的范围内，因此能够降低二次电池96的充放电量超过容许量的可能性。
B.第二实施方式：
图10是示出第二实施方式的燃料电池系统10的启动处理的流程图。与上述第一实施方式的启动处理(图6)的不同是步骤S30a。关于其他步骤，在第一实施方式和第二实施方式中是同样的步骤，因此标注同一标号并且省略说明。在第二实施方式中，允许电流扫描的预先确定的电压条件是端部侧燃料电池单元11e的计测电压值超过了预先确定的端部侧基准电压值这一条件。
接在步骤S20之后，电压条件判定部66判定由电压传感器91计测到的端部侧燃料电池单元11e的计测电压值是否超过了预先确定的端部侧基准电压值Vce(步骤S30a)。端部侧基准电压值Vce被设定为能够判断为向端部侧燃料电池单元11e的阴极充分供给了氧的值，例如0.8V。在此，在使用多个端部侧燃料电池单元11e的各计测电压值来进行步骤S30a的判定的情况下，控制部62例如判定多个端部侧燃料电池单元11e中的预先确定的单元数的各计测电压值是否分别超过了端部侧基准电压值Vce。
根据上述第二实施方式，在具有与上述第一实施方式同样的结构的点上起到同样的效果。例如，通过在端部侧燃料电池单元11e的计测电压值满足了预先确定的电压条件后进行电流扫描，能够在使氧充分存在于燃料电池组116的阴极后进行预热运转。由此，能够降低在预热运转中阴极处的氧缺乏而产生泵氢的可能性。通过降低产生泵氢的可能性，能够抑制经由氧化剂气体排出路308而向外部放出氢。另外，即使在燃料电池组116的层叠方向SD的长度变长而氧化剂气体到达另一方的端部侧会花费相当的时间的情况下，通过判定位于另一方的端部侧的端部侧燃料电池单元11e的电压值是否满足预先确定的电压条件，也能够进一步抑制泵氢的产生。也就是说，即使在燃料电池组116的另一方的端部侧与一方的端部侧相比氧化剂气体的到达延迟，从而由氧化剂气体供给引起的电压上升在另一方的端部侧比一方的端部侧慢的情况下，通过判定电压上升慢的端部侧燃料电池单元11e的计测电压值是否满足预先确定的电压条件，也能够进一步抑制泵氢的产生。
C.其他实施方式：
C-1.第一其他实施方式：
在上述第一实施方式中，燃料电池系统10仅从燃料电池组116的一方的端部侧供给或排出燃料气体、氧化剂气体、制冷剂，但不限定于此。例如，燃料电池系统10也可以从燃料电池组116的一方的端部侧供给燃料气体、氧化剂气体、制冷剂，从另一方的端部侧排出燃料气体、氧化剂气体、制冷剂。
C-2.第二其他实施方式：
控制部62在上述第一实施方式中，在燃料电池组116的总电压值满足了电压条件的情况下开始电流扫描，在上述第二实施方式中，在端部侧燃料电池单元11e的电压值满足电压条件的情况下开始电流扫描，但并不限定。例如，也可以在位于燃料电池组116的一侧的燃料电池单元11、位于中央的燃料电池单元11的电压值满足了电压条件的情况下开始电流扫描。
C-3.第三其他实施方式：
在上述各实施方式中，控制部62在迁移期间中执行实际电压控制、通常电流控制，但不限定于此。例如，控制部62在迁移期间中，除了待机控制之外，也可以仅执行实际电压控制和通常电流控制中的任一方的控制，还可以执行其他控制。另外，例如，在迁移期间中，也可以进行将电流指令值暂时降低的控制。
C-4.第四其他实施方式：
在上述各实施方式中，在图6的步骤S10中，控制部62在外气温传感器38的计测值为预先确定的温度以下的情况下判定为存在预热要求，但不限定于此。例如，控制部62也可以在电池组温度传感器73的计测值为预先确定的温度以下的情况下判定为存在预热要求。
本公开不限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构实现。例如，与发明内容一栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征能够为了解决上述的课题的一部分或全部或者为了达成上述的效果的一部分或全部而适当进行替换、组合。另外，只要该技术特征在本说明书中没有作为必要技术特征来说明，就能够适当删除。

Claims (2)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：
燃料电池组，具有层叠的多个燃料电池单元，该多个燃料电池单元分别具有阳极和阴极；
电压传感器，构成为计测所述燃料电池组的电压；
氧化剂气体供给系统，构成为向所述阴极供给含氧的氧化剂气体；
燃料气体供给系统，构成为向所述阳极供给燃料气体；
温度传感器，构成为计测与所述燃料电池系统相关的温度；及
控制装置，构成为使用所述电压传感器计测到的计测电压值来控制所述燃料电池系统的动作，
其中，所述控制装置构成为，在启动所述燃料电池系统时所述温度传感器的计测值为预先确定的温度以下的情况下，
在开始所述燃料电池组的电流扫描前，使所述氧化剂气体供给系统动作而向所述阴极供给所述氧化剂气体，从而使所述燃料电池组的电压上升至满足预先确定的电压条件，
在所述计测电压值满足了所述电压条件的情况下，开始从所述燃料电池组的电流扫描而执行使所述燃料电池组升温的预热运转，
所述控制装置构成为，在执行所述预热运转时，在从开始所述电流扫描起到由所述燃料电池组的电压值和电流值确定的动作点到达由所述预热运转中的目标电压值和目标电流值确定的目标动作点为止的迁移期间中所述计测电压值成为了控制开始电压值的情况下，执行将电流指令值维持为恒定的待机控制，在所述待机控制的执行中所述计测电压值成为了允许电压值的情况下，通过允许所述电流指令值的变更而结束所述待机控制，所述控制开始电压值是比电压指令值低的值，所述允许电压值是所述电压指令值以上的值，
所述控制装置构成为，在所述迁移期间中的从所述计测电压值成为了预先确定的切换电压值的时间点起到所述燃料电池组的所述动作点到达所述目标动作点的时间点为止的切换后期间中，执行直到所述目标电流值为止以预先确定的比例使所述电流指令值上升的通常电流控制，
所述控制装置构成为，在所述迁移期间中的直到所述计测电压值达到所述切换电压值为止的切换前期间中，执行使用所述燃料电池组的要求发电电力和所述计测电压值来设定所述电流指令值且以使扫描电流值成为设定的所述电流指令值的方式进行所述电流扫描的实际电压控制，
所述控制装置构成为，在正在执行所述通常电流控制的情况下所述计测电压值成为了所述控制开始电压值的情况下，中断所述通常电流控制而执行所述待机控制，在所述计测电压值成为了所述允许电压值的情况下，通过允许所述电流指令值的变更而结束所述待机控制并再次开始所述通常电流控制。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
还具备构成为对由所述燃料电池组发电产生的电力进行充放电的二次电池，
其中，所述控制装置构成为，在所述迁移期间的至少一部分期间中，在使所述燃料电池组的所述动作点转移的情况下，以使所述动作点处于表示与所述燃料电池组的要求发电电力相同的发电电力的所述燃料电池组的等功率线上的方式设定所述电压指令值和所述电流指令值。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US11641022B2 (en) * 2021-01-04 2023-05-02 GM Global Technology Operations LLC Controlling purge operation for fuel cell assembly

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005085578A (ja) * 2003-09-08 2005-03-31 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタックの氷点下起動方法、燃料電池スタックの氷点下起動システム、および燃料電池スタックの設計方法
JP2006351325A (ja) * 2005-06-15 2006-12-28 Denso Corp 燃料電池システム
JP2009231197A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及び該システムにおける蓄電装置の劣化判定方法
JP2014175274A (ja) * 2013-03-13 2014-09-22 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6479177B1 (en) * 1996-06-07 2002-11-12 Ballard Power Systems Inc. Method for improving the cold starting capability of an electrochemical fuel cell
US6887598B2 (en) 2002-08-16 2005-05-03 Generals Motors Corporation Control system and method for starting a frozen fuel cell
JP2005032587A (ja) * 2003-07-07 2005-02-03 Denso Corp 燃料電池システム
CN1842718A (zh) * 2003-07-09 2006-10-04 优质动力公司 用于对选定的电池单元组进行监控和充电的装置
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
JP5200414B2 (ja) 2007-04-26 2013-06-05 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
JP4524804B2 (ja) * 2007-12-25 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
WO2011021301A1 (ja) * 2009-08-21 2011-02-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
RU2460179C1 (ru) * 2011-04-28 2012-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") Энергоустановка на топливных элементах
JP5437446B2 (ja) 2012-07-03 2014-03-12 本田技研工業株式会社 車両用燃料電池システムの氷点下起動方法と、車両用燃料電池システムの氷点下起動システム
JP6187774B2 (ja) * 2014-11-14 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転制御方法
WO2018046993A1 (en) 2016-09-08 2018-03-15 Daimler Ag Below freezing start-up method for fuel cell system
KR101921275B1 (ko) 2017-06-16 2019-02-13 라인 가부시키가이샤 메신저에서의 파일 전송 시 기기 간 통신 기술을 활용하는 방법 및 시스템
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005085578A (ja) * 2003-09-08 2005-03-31 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタックの氷点下起動方法、燃料電池スタックの氷点下起動システム、および燃料電池スタックの設計方法
JP2006351325A (ja) * 2005-06-15 2006-12-28 Denso Corp 燃料電池システム
JP2009231197A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム及び該システムにおける蓄電装置の劣化判定方法
JP2014175274A (ja) * 2013-03-13 2014-09-22 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム

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