CN114556645A - 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

Info

Publication number
CN114556645A
CN114556645A CN201980099856.XA CN201980099856A CN114556645A CN 114556645 A CN114556645 A CN 114556645A CN 201980099856 A CN201980099856 A CN 201980099856A CN 114556645 A CN114556645 A CN 114556645A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
fuel
gas
temperature
reformer
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.)
Pending
Application number
CN201980099856.XA
Other languages
English (en)
Inventor
川越裕斗
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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 Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Publication of CN114556645A publication Critical patent/CN114556645A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H01M8/04228—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 during shut-down
    • 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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • 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
    • H01M8/04708—Temperature of fuel cell reactants
    • 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
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • 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
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • 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
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种燃料电池系统，具备：固体氧化物型的燃料电池，其被供给重整气体和氧化剂气体而能够发电；氧化剂气体供给装置，其向所述燃料电池供给所述氧化剂气体；重整部，其向所述燃料电池供给所述重整气体；燃料供给装置，其向所述重整部供给作为所述重整气体的原料的燃料；以及燃烧部，其使所述燃料电池的排出气体燃烧，其中，所述重整部通过与所述燃烧部所生成的燃烧气体进行热交换，能够将所述燃料重整为所述重整气体，在所述燃料电池系统中设置有第一控制部，所述第一控制部对所述燃料供给装置进行以下控制：在系统停止时，通过所述重整部向所述燃料电池追加供给所述燃料，以防止所述氧化剂气体从所述燃料电池的燃料极的下游流入，在所述燃料电池系统中具备第二控制部，所述第二控制部在所述系统停止时，在所述追加供给之前向所述重整部供给所述燃料，使得向所述燃料电池流入的所述重整气体的温度不超过规定的温度。

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
JP2016-122507A公开了以下一种技术：一种燃料电池模块，具备：燃料电池，其被供给重整气体和氧化剂气体来进行发电；燃烧器，其使从燃料电池排出的排出气体燃烧来生成燃烧气体；以及重整器，其通过与燃烧气体进行热交换能够重整作为重整气体的原料的燃料，在该燃料电池模块中，在停止从燃料电池模块取出电力后，如果燃料电池模块温度成为氧化剂气体开始向燃料电池模块的燃料极侧逆流的温度，则间歇性地向燃料电池追加供给燃料。
发明内容
但是，如果系统在接收到发电停止命令后立即使燃料供给停止，则重整气体滞留在重整器中而该重整气体的热交换进展，该重整气体成为超过燃料电池堆的耐热上限温度的高温的重整气体。另外，如果使系统小型化，则将燃料电池堆与燃烧器进行连接的通路变短，因此到氧化剂气体向燃料极侧逆流为止的时间变短。因此，在如上所述那样追加供给燃料的情况下，从系统接收到发电停止命令起直到进行上述的追加供给为止的时间变短，因此高温的重整气体有可能以温度未降低的状态被供给到燃料电池堆。
因此，本发明的目的在于提供一种在系统停止命令后追加供给燃料的情况下避免向燃料电池堆供给超过燃料电池堆的耐热上限温度的重整气体的燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
根据本发明的某个方式，是一种燃料电池系统，具备：固体氧化物型的燃料电池，其被供给重整气体和氧化剂气体而能够发电；氧化剂气体供给装置，其向燃料电池供给氧化剂气体；重整部，其向燃料电池供给重整气体；燃料供给装置，其向重整部供给作为重整气体的原料的燃料；以及燃烧部，其使燃料电池的排出气体燃烧。在此，重整部通过与燃烧部所生成的燃烧气体进行热交换，能够将燃料重整为重整气体。而且，燃料电池系统设置有第一控制部，所述第一控制部对燃料供给装置进行以下控制：在系统停止时，通过重整部向燃料电池追加供给燃料，以防止氧化剂气体从燃料电池的燃料极的下游流入。燃料电池系统还具备第二控制部，所述第二控制部在系统停止时，在追加供给之前向重整部供给燃料，使得向燃料电池流入的重整气体的温度不超过规定的温度。
附图说明
图1是示出本实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。
图2是示出在系统停止命令时使取出电流、阳极气体流量、阴极气体流量分别为零的情况下的重整器的出口温度(阳极气体的温度)的变化的时间图。
图3是示出在系统停止命令时使阳极气体流量和阴极气体流量逐渐减少而变为零的情况下的重整器的出口温度(阳极气体的温度)的变化的时间图。
图4是示出在燃料电池堆为高负载状态时有系统停止命令、且在系统停止命令时使取出电流为零且使阳极气体流量和阴极气体流量逐渐减少而变为零的情况下的燃烧器的温度(燃烧气体的温度)和重整器的出口温度(阳极气体的温度)的变化的时间图。
图5是示出计算燃料供给量和取出电流的控制逻辑的图。
图6是示出从系统停止命令起直到停止燃料供给为止的过程的流程图。
图7是示出在燃料电池堆为高负载状态时有系统停止命令、且在系统停止命令时使取出电流、阳极气体流量、阴极气体流量逐渐减少而变为零的情况下的燃烧器的温度(燃烧气体的温度)和重整器的出口温度(阳极气体的温度)的变化的时间图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[燃料电池系统的构成]
图1是示出本实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。本实施方式的燃料电池系统由燃料供给系统、空气供给系统、燃烧系统以及驱动系统构成，主要搭载于车辆(电动车辆)，其中，该燃料供给系统向燃料电池堆1(燃料电池)供给阳极气体(重整气体)，该空气供给系统向燃料电池堆1供给空气(阴极气体、氧化剂气体)，该燃烧系统使从燃料电池堆1排出的阳极排气(阳极气体)和阴极排气(阴极气体)燃烧，该驱动系统从燃料电池堆1取出电力来获得动力。
燃料供给系统包括罐21、泵22(燃料供给装置)、喷射器23、24(燃料供给装置)以及重整器25(重整部)。空气供给系统包括压缩机31和热交换器32。燃烧系统包括燃烧器4(燃烧部)。驱动系统包括DC/DC转换器61、蓄电池62以及驱动马达63。另外，燃料电池系统包括对系统整体的动作进行控制的控制部7(第一控制部、第二控制部、第三控制部)。
燃料电池堆1是固体氧化物型的燃料电池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)，是将利用阳极(燃料极)和阴极(空气极)夹持由陶瓷等固体氧化物形成的电解质层而得到的电池单体进行层叠而形成的，其中，该阳极(燃料极)被供给由重整器25重整后的阳极气体(重整气体)，该阴极(空气极)被供给作为阴极气体(氧化剂气体)的含氧的空气。在燃料电池堆1中，使阳极气体中含有的氢与阴极气体中的氧发生反应来进行发电，并且排出在反应后生成的阳极排气(含有阳极气体)和阴极排气(含有氧)。
燃料电池堆1与通路11、通路12、通路13以及通路14连接，其中，该通路11向燃料电池堆1供给阳极气体，该通路12向燃料电池堆1供给阴极气体，该通路13将从燃料电池堆1排出的阳极排气(阳极气体)向燃烧器4侧排出，该通路14将从燃料电池堆1排出的阴极排气(阴极气体)向燃烧器4侧排出。在此，通路13和通路14通过合流路15进行合流，合流路15与燃烧器4连接。
在此，阳极设为不仅包括构成燃料电池堆1的阳极电极，还包括向阳极电极供给阳极气体的燃料电池堆1的内部通路(与通路11连接)以及使在阳极电极中反应后的阳极排气排出的燃料电池堆1的内部通路(与通路13连接)。同样，阴极设为不仅包括构成燃料电池堆1的阴极电极，还包括向阴极电极供给阴极气体的燃料电池堆1的内部通路(与通路12连接)以及使在阴极电极中反应后的阴极排气排出的燃料电池堆1的内部通路(与通路14连接)。
燃料供给系统具有将罐21、泵22、喷射器23、重整器25按该顺序依次串联连接的主通路26以及从主通路26的泵22与喷射器23之间的位置分支而与燃烧器4连接的副通路27，在副通路27安装有喷射器24。
罐21用于储存重整用的燃料，该重整用的燃料例如包含由乙醇和水混合而成的液体，泵22用于抽吸燃料并以固定的压力向喷射器23、24供给燃料。
喷射器23、24具备：喷嘴主体(未图示)，其被泵22压入燃料；柱塞杆(未图示)，其被向将位于喷嘴主体的前端的燃料喷射孔(未图示)封闭的方向施力；以及螺线管(未图示)，其使柱塞杆向与该施力方向相反的方向移动。在喷射器23、24中，通过对螺线管施加控制电流，螺线管以使柱塞杆向该相反方向移动的方式进行驱动，由此，柱塞杆使燃料喷射孔开放来喷射燃料。另外，通过停止控制电流来使螺线管的驱动停止，柱塞杆通过施力进行移动，从而封闭燃料喷射孔来停止燃料的喷射。在喷射器23、24中，燃料喷射孔的开放/封闭的占空比依赖于控制电流的接通/断开的占空比。因此，喷射器23、24能够通过调整控制电流的占空比来调整要喷射的燃料的流量。
重整器25将从喷射器23供给的燃料重整为含有氢的阳极气体并向燃料电池堆1供给。重整器25通过与从燃烧器4排出的燃烧气体进行热交换，能够使从喷射器23供给的燃料气化，将气化燃料通过催化反应重整为阳极气体的同时加热到能够在燃料电池堆1中进行电化学反应(发电反应)的温度，并向燃料电池堆1供给该阳极气体。
压缩机31(氧化剂气体供给装置)吸入外部气体并将空气(阴极气体)供给到热交换器32。热交换器32通过与从燃烧器4排出的燃烧气体进行热交换，能够将空气加热到能够在燃料电池堆1中进行电化学反应的温度作为阴极气体向燃料电池堆1供给。此外，作为氧化剂气体供给装置，也可以应用不与燃烧气体进行热交换就能够向燃料电池堆1直接供给高温的空气(阴极气体)的装置。
燃烧器4使阳极排气(排出气体)和阴极排气(排出气体)的混合气体(排出气体)进行催化燃烧，来生成以二氧化碳和水为主要成分的燃烧气体。在燃烧器4中安装有用于在催化剂(未图示)中升温至能够使燃料燃烧的温度的加热器(未图示)。另外，燃烧器4与副通路27连接，从喷射器24供给的燃料通过在催化剂中燃烧，能够使催化剂的温度上升至能够进行催化燃烧的温度。
在燃烧器4中生成的燃烧气体从通路41排出。通路41分支成通路42和通路43，通路42连接于重整器25，通路43连接于热交换器32。对重整器25连接通路44，从通路44排出用于与重整器25进行热交换的燃烧气体。对热交换器32连接通路45，从通路45排出用于与热交换器32进行热交换的燃烧气体。然后，将被排出到通路44和通路45的燃烧气体释放到外部。
温度传感器5例如安装于合流路15，将在合流路15中流动的混合气体的温度的信息输出到控制部7。控制部7能够根据混合气体的温度来估计燃料电池堆1的出口温度。
DC/DC转换器61与燃料电池堆1连接，使燃料电池堆1的输出电压升压，从而向蓄电池62或驱动马达63供给电力。蓄电池62能够充入从DC/DC转换器61供给的电力，并且向驱动马达63供给电力。驱动马达63经由逆变器(未图示)与蓄电池62及DC/DC转换器61连接而成为车辆的动力源。另外，在车辆减速时，驱动马达63产生再生电力，但能够使该再生电力充入蓄电池62。
控制部7由包括微型计算机、微处理器、CPU的通用电子电路以及周边设备构成，通过执行特定的程序来执行用于控制燃料电池系统的处理。另外，控制部7能够进行构成燃料电池系统的构成要素的驱动/停止控制(启动/关闭控制)。
作为控制部7所进行的燃料电池系统的控制，存在对燃料电池堆1进行暖机的暖机控制、进行通常的发电的发电控制、使系统停止的停止控制。控制部7能够对喷射器23、24(螺线管)输出控制电流并控制其占空比。另外，控制部7能够向DC/DC转换器61输出PWM信号，通过使其占空比变化来控制来自燃料电池堆1的取出电流(发电量)。并且，从蓄电池62向控制部7输入SOC(State Of Cahrge：蓄电池充电率)的信息，能够基于SOC的值来判断是否需要由燃料电池堆1发电。
此外，虽然省略了图示，但也可以是，预先连接从外部向燃料电池堆1施加极性与燃料电池堆1相反的电压(例如绝对值与燃料电池堆1的开路电压相同的电压)的电路，在停止控制中控制部7对该电路进行开关控制，从而能够抑制阳极(阳极电极)的劣化(氧化)。
[燃料电池系统的暖机控制]
以用户的点火/启动操作(启动车辆钥匙的操作)或者蓄电池62的SOC低于规定值为契机，开始进行燃料电池系统的暖机控制。首先，当系统开始进行暖机控制时，控制部7启动燃烧器4的加热器并加热至燃烧器4的催化剂能够使燃料燃烧的温度。
接着，控制部7使压缩机31和泵22启动，向喷射器24输出规定的占空比的控制电流，向燃烧器4供给燃料。由此，空气经由热交换器32、燃料电池堆1被供给到燃烧器4，被供给到燃烧器4的燃料燃烧，催化剂的温度进一步上升。此时，控制部7关闭加热器。
在燃烧器4中，通过燃料燃烧来生成燃烧气体，燃烧气体被供给到重整器25和热交换器32，重整器25和热交换器32被加热。对热交换器32进行加热，由此通过热交换器32的空气被加热，通过将加热后的空气供给到燃料电池堆1来对燃料电池堆1进行加热。
在重整器25的温度达到能够使燃料重整且发生电化学反应所需的温度、燃料电池堆1和热交换器32的温度达到电化学反应所需的温度、燃烧器4达到能够催化燃烧的温度的阶段，控制部7停止对喷射器24施加控制电流，以规定的占空比对喷射器23输出控制电流。由此，停止向燃烧器4供给燃料，以规定的流量向重整器25供给燃料。供给到重整器25的燃料在被重整为阳极气体(重整气体)后供给到燃料电池堆1，由热交换器32加热后的空气作为阴极气体被供给到燃料电池堆1，由此在燃料电池堆1中开始发生电化学反应，暖机控制结束。此外，从燃料电池堆1排出的阳极气体(阳极排气)和阴极气体(阴极排气)在燃烧器4中通过催化反应进行燃烧，通过该燃烧而生成的燃烧气体继续与重整器25及热交换器32进行热交换。
[燃料电池系统的发电控制]
接着，对燃料电池系统的发电控制时的动作进行说明。关于系统的发电控制，从罐21供给的燃料在重整器25中被重整为阳极气体，该阳极气体被供给到燃料电池堆1(阳极)。另一方面，作为阴极气体的空气通过热交换器32升温并被供给到燃料电池堆1(阴极)。在被供给了阳极气体和阴极气体的燃料电池堆1中通过电化学反应来产生电力。在电化学反应中使用后的阳极排气和阴极排气被导入到燃烧器4。然后，燃烧器4使阳极排气、阴极排气以混合的状态燃烧来生成燃烧气体，该燃烧气体通过热交换器32和重整器25来进行加热。
另外，控制部7向DC/DC转换器61输出PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)信号，通过使PWM信号的占空比变化来控制来自燃料电池堆1的取出电流，从而向蓄电池62或驱动马达63供给规定的电力。
在车辆的运转中，能够以与系统(蓄电池62、驱动马达63等)所要求的电力大致成比例的形式使阳极气体的供给量(喷射器23的喷射量)和阴极气体的供给量(压缩机31的转速)直线地变化。但是，燃料电池堆1需要用于维持燃料电池堆1能够发电的状态的电力、即用于使泵22、压缩机31等辅机类运转的电力。因此，即使针对燃料电池堆1的请求电力为零，燃料电池堆1也至少产生用于使上述辅机类运转的电力。
在燃料电池堆1发电的过程中，燃料电池堆1通过由阳极气体和阴极气体进行的加热(以及电化学反应)而维持规定的温度(例如600℃)。向燃烧器4供给阳极气体和阴极气体，使它们燃烧来生成燃烧气体，因此燃烧器4和燃烧气体维持规定的温度(Tcomb，例如800℃，参照图2)。重整器25通过与该燃烧气体进行热交换来供给规定的温度(重整器25的出口温度：Tfuel_out，例如600℃，参照图2)的阳极气体。热交换器32也通过与上述燃烧气体进行热交换来将规定的温度(例如600℃)的阴极气体供给到燃料电池堆1。此外，向燃料电池堆1流入的重整气体的温度例如能够通过重整器25的温度(重整器25的出口温度：Tfuel_out)表示，向燃料电池堆1流入的阴极气体的温度也能够通过热交换器32的温度表示。
[燃料电池系统的停止控制]
图2是示出在系统停止命令时使取出电流、阳极气体流量、阴极气体流量分别为零的情况下的重整器25的出口温度(阳极气体的温度)的变化的时间图。
燃料电池系统的停止控制由控制部7进行，但以车辆停止后的由用户进行的点火/关闭操作(关闭车辆钥匙的操作)、蓄电池62的SOC成为规定的充电率而停止针对燃料电池堆1的发电请求、或者用户为了减小从车辆产生的声音而进行了使燃料电池堆1(特别是压缩机31)停止的操作为契机，开始进行燃料电池系统的停止控制。
如图2所示，关于通常的停止控制，当在时刻t1接收到系统停止命令时停止发电(使取出电流I为零)，并且停止供给阳极气体(供给量：mfuel)和阴极气体(供给量：mair)。
此时，重整器25及燃料电池堆1(阳极)与罐21侧断开。因此，如果燃料电池堆1的温度随着时间经过而降低，则阳极的压力降低而变得比阴极的压力低，因此阴极气体经由合流路15向阳极逆流。
因而，在时刻t1的系统停止命令之后，通过在时刻t2向重整器25供给追加燃料来将阳极气体(或未重整的燃料气体)经由重整器25供给到燃料电池堆1(阳极)，来避免由于阴极气体进入阳极电极后阳极电极与氧接触而导致该电极劣化。之后，也与温度降低(阳极的压力降低)相应地断续地供给追加燃料，在燃料电池堆1的温度比阳极电极进行劣化反应的下限温度(例如300℃)低时，通过使燃料的供给完全停止来结束供给燃料。
当开始进行停止控制时，被供给到燃烧器4的阳极气体和阴极气体的流量急剧地降低而使燃烧气体的产生量降低，由此燃烧器4和燃烧气体的温度(Tcomb)降低，但在一段时间内维持比燃料电池堆1的耐热上限温度Tmax(例如620℃)高的状态。
另一方面，在重整器25中，如果阳极气体的供给(利用喷射器23进行的燃料的供给)停止，则阳极气体滞留在重整器25中，该滞留的阳极气体与燃烧气体的热交换进展，另外，作为吸热反应的重整反应的量减少，由此产生阳极气体的温度超过燃料电池堆1的耐热上限温度Tmax的情况。
另外，在使燃料电池系统整体小型化的情况下，由于通路13和通路14变短，因此阴极气体经由合流路15向阳极侧逆流而到达阳极的电极的时间变早。因此，在上述时刻t2接近时刻t1且重整器25的出口附近的阳极气体的温度(温度Tfuel-out)仍比燃料电池堆1的耐热上限温度Tmax高的状态时，供给追加燃料，该阳极气体在被追加燃料挤出后供给到燃料电池堆1。通过像这样供给追加燃料，能够避免阴极气体的逆流，但由于燃料电池堆1暴露在超过耐热上限温度Tmax的温度的阳极气体中，因此对燃料电池堆1造成热损伤。
因此，在本实施方式中，并非在系统停止命令时瞬间停止燃料供给，而是使燃料的供给量逐渐降低来停止供给，由此防止燃料电池堆1暴露在温度高于其耐热上限温度的阳极气体中。
图3是示出在系统停止命令时使阳极气体流量和阴极气体流量逐渐减少而变为零的情况下的重整器25的出口温度(阳极气体的温度)的变化的时间图。
[停止控制时的重整器(阳极气体)的温度变化]
如图3所示，在本实施方式中，当在时刻t1接收到系统停止命令时，以使燃料供给量mfuel在时刻tm(t1<tm<t2)变为0的方式使燃料供给量mfuel逐渐(例如直线性地)减少。此时，空气(阴极气体)的供给量mair也与燃料的供给量mfuel对应地减少。例如以使阳极气体和阴极气体的混合比成为在燃烧器4中燃烧效率最大的混合比的方式来使空气(阴极气体)的供给量mair与燃料的供给量mfuel对应地减少。
此时，在燃烧器4中，从燃料电池堆1供给的阳极气体和阴极气体的供给量逐渐减少，所生成的燃烧气体的量减少，因此燃烧器4(燃烧气体)的温度逐渐减少。
在重整器25中，由于在系统停止命令后也供给燃料，因此阳极气体不会滞留在重整器25中，由于新供给的燃料，重整反应(吸热反应)的量也几乎不减少，并且如上所述那样燃烧气体的温度也减少，因此能够抑制或避免从重整器25供给的阳极气体的温度上升。
之后，如果在时刻tm停止燃料(阳极气体)的供给和空气(阴极气体)的供给，则重整器25(阳极气体)的温度和燃烧器4(燃烧气体)的温度基于与外部的温度差而散热(温度减少)。
如上所述，由于在系统停止命令后也供给燃料，因此能够相应地延长阴极气体向阳极侧逆流的时间。因此，即使在时刻t2(时刻tm之后)追加供给燃料，被挤出燃料电池堆1侧的阳极气体(或未重整的燃料气体)的温度也比发电中的阳极气体的温度低，被挤出的阳极气体不会对燃料电池堆1造成热损伤。此外，从时刻t1到时刻tm为止供给的燃料的供给量比与时刻t2的追加供给有关的供给量多。由此，能够抑制系统停止命令后的阳极气体的温度上升。
[在停止控制时重整器所供给的燃料的供给量(下限值)]
接着，对在系统停止命令后供给的燃料的供给量mfuel及其下限值mfuel1进行研究。首先，在重整器25中允许的燃料的热交换量为不会由于该热交换而使燃料的温度超过燃料电池堆1的耐热上限温度Tmax的热交换量，因此如果将热交换前的燃料的温度(重整器25的入口温度)设为Tref、将燃料的比热设为Cpfuel，则热交换量(最大值)为
[数1]
mfuel1×Cpfuel×(Tmax-Tref)。
另一方面，如果使用考虑了阴极气体的供给量mair与阳极气体的混合(燃烧)的情况下的排气分流比γ，则燃烧气体的供给量为
[数2]
mair×γ。
燃烧气体的初始温度与燃烧器4的温度Tcomb相同，但认为燃烧气体的初始温度会因散热而最终降低到热交换前的燃料的温度(重整器25的入口温度)。在燃烧气体中，由于燃料已经燃烧，因此燃烧气体的比热能够近似为空气的比热Cpair。因此，燃烧气体在重整器25中的散热量为
[数3]
(mair×γ)×Cpair×(Tcomb-Tref)。
并且，如果将重整器25的热交换效率设为ηref，则燃料的热交换量等于对燃烧气体的散热量乘以ηref而得到的值(热交换量)，因此根据数式1和数式3得出以下数式。
[数4]
mfuel1×Cpfuel×(Tmax-Tref)＝ηref(mair×γ)×Cpair×(Tcomb-Tref)
由于系统停止后发电停止，因此被供给到燃料电池堆1的燃料全部在燃烧器4中燃烧。因此，如果将燃料的每单位质量的热量(包含重整反应的吸热成分)设为LHV，则由燃烧器4产生的热量为
[数5]
mfuel1×LHV。
另外，从燃料电池堆1排出的空气(阴极气体)在燃烧器4中被用于燃料的燃烧，并被加热到燃烧器4的温度Tcomb，因此如果将燃烧前的阴极气体的温度(燃料电池堆1的出口温度)设为Tstk(燃烧前的混合气体的温度)，则燃烧前后的空气的热量的增加量为
[数6]
mair×Cpair×(Tcomb-Tstk)。
而且，如果认为燃料燃烧时的热量全部用于空气的温度上升，则根据数式5和数式6得到以下式子。
[数7]
mfuel1×LHV＝mair×Cpair×(Tcomb-Tstk)
燃烧气体的温度Tcomb能够作为常数来处理。因而，在系统停止命令后要供给的燃料的供给量mfuel及其下限值mfuel1能够表示为以下式子，使得同时满足数式4和数式7。
[数8]
mfuel≥mfuel1＝f1(Tstk，mair)
此外，也可以在与燃烧器4连接的通路41(图1)中安装温度传感器(未图示)，来直接测量燃烧气体的温度Tcomb，在f1(后述的f2也同样)中将Tcomb设为参数来编入，将Tcomb的值代入该f1。
在此，f1是燃料电池堆1的出口温度Tstk与空气(阴极气体)的供给量mair的函数，能够预先形成为以Tstk和mair为参数的对应关系。因而，控制部7根据从温度传感器5输入的温度的信息来估计燃料电池堆1的出口温度Tstk，根据压缩机31的转速(输出)来估计阴极气体的供给量mair，由此能够计算系统停止后的燃料的供给量的下限值mfuel1，并基于该下限值mfuel1来控制燃料的供给量mfuel。
由于在系统停止命令后不发电，因此在数式8中Tstk是值随时间经过而变低的函数，f1也是随时间经过而单调递减最后成为零的函数。因此，mfuel能够随时间经过而单调递减最后变为零。
在停止控制中也能够使压缩机31的转速固定。在该情况下，f1成为仅将燃料电池堆1的出口温度Tstk设为变量的函数，因此能够容易地计算燃料的供给量mfuel的下限值。
另外，在系统停止命令后的燃料电池堆1的出口温度Tstk的温度变化具有再现性的情况下、即在能够利用时间函数近似为Tstk(t)而的情况下，f1成为仅将阴极气体的供给量mair(压缩机31的转速)设为变量的函数，因此在该情况下也能够容易地计算燃料的供给量mfuel的下限值。
并且，在系统停止命令后控制部7能够将阴极气体的供给量设为mair(t)并作为时间函数(或者也可以是固定的)进行控制、且能够利用时间函数将燃料电池堆1的出口温度近似为Tstk(t)的情况下，函数f1成为仅依赖于f1(Tstk(t)、mair(t))和时间的函数，因此能够省略温度传感器5。
此外，在图3中，燃料(阳极气体)供给量mfuel、空气(阴极气体)供给量mair在系统停止命令的前后连续地变化，但有时在紧接着系统停止命令之后与紧接着系统停止命令之前之间形成高低差。
[高负载状态的燃料电池系统的停止控制(无发电)]
图4是示出在燃料电池堆1为高负载状态时有系统停止命令、且在系统停止命令时使取出电流为零且使阳极气体流量和阴极气体流量逐渐减少而变为零的情况下的燃烧器4的温度(燃烧气体的温度)和重整器25的出口温度(阳极气体的温度)的变化的时间图。
在系统停止命令之前，对燃料电池堆1为高负载状态的情况、即取出电流I(发电量)、燃料(阳极气体)供给量mfuel及空气(阴极气体)供给量mair与通常(低负载状态)相比变大的情况进行研究。
然后，研究如图4所示那样根据系统停止命令进行了使取出电流I瞬间为零、使燃料(阳极气体)供给量mfuel、空气(阴极气体)供给量mair逐渐降低的控制的情况。
于是，虽然在系统停止命令时大量的阳极气体和阴极气体被供给到燃料电池堆1，但由于在该燃料电池堆1中停止发电，因此阳极气体和阴极气体不被消耗而直接被供给到燃烧器4。于是，在燃烧器4中，在系统停止命令时，阳极气体(燃料)和阴极气体(氧)的供给量仅增加此前在发电中所消耗的量。由此，燃烧器4中的阳极气体(燃料)和阴极气体(氧)的燃烧量增加，燃烧器4(燃烧气体)的温度超过燃烧器4的耐热上限温度而有可能对燃烧器4造成热损伤。另外，从燃烧器4排出的燃烧气体也比系统停止命令前的温度高，要与燃烧气体进行热交换的阳极气体及阴极气体的温度超过燃料电池堆1的耐热上限温度，由于该阳极气体和阴极气体被供给到燃料电池堆1而有可能对燃料电池堆1造成热损伤。
因此，在本实施方式中，在燃料电池堆1为高负载状态时有系统停止命令的情况下，使燃料电池堆1的取出电流I(发电量)逐渐降低，来抑制燃烧器4中的阳极气体(燃料)和阴极气体(氧)的燃烧量的增加。
[在停止控制时重整器所供给的燃料的供给量(上限值)]
如上所述，在燃料电池堆1为高负载状态时，在系统停止后也继续发电。因此，如果将在燃料电池堆1中未被消耗而被供给到燃烧器4的燃料的供给量设为mfuel2、将燃料的每单位质量的热量设为LHV，则由燃烧器4产生的热量为
[数9]
mfuel2×LHV。
另外，从燃料电池堆1排出的空气(阴极气体)能够通过燃烧器4进行燃烧且被加热至燃烧器4的耐热上限温度Tcombmax，由于燃烧前的阴极气体的温度为燃料电池堆1的出口温度Tstk，因此燃烧前后的空气的热量的增加量为
[数10]
mair×Cpair×(Tcombmax-Tstk)。
而且，如果认为燃料燃烧时的热量全部用于空气的温度上升，则根据数式9和数式10得到以下式子。
[数11]
mfuel2×LHV＝mair×Cpair×(Tcombmax-Tstk)
燃烧气体的温度Tcombmax能够作为常数来处理。因而，系统停止命令后供给的燃料的供给量mfuel及其上限值mfuel2能够表示为以下式子，使得同时满足数式4和数式11。
[数12]
mfuel≤mfuel2＝f2(Tstk，mair)
在此，与f1同样，f2是燃料电池堆1的出口温度Tstk与阴极气体的供给量mair的函数，能够预先形成为以Tstk和mair为参数的对应关系。因而，控制部7根据从温度传感器5输入的温度的信息来估计燃料电池堆1的出口温度Tstk，根据压缩机31的转速来估计阴极气体的供给量mair，由此能够计算系统停止后的燃料的供给量的上限值mfuel2，并基于该上限值mfuel2来控制燃料的供给量mfuel。
与上述的下限值mfuel1同样，上限值mfuel2是随时间经过而单调递减的函数，但在mfuel2始终大于mfuel1时、即燃料电池堆1为低负载状态时，能够在以下范围内任意地控制系统停止命令时的燃料的供给量mfuel(参照图3)。
[数13]
mfuel1≤mfuel≤mfuel2
另一方面，如果在燃料电池堆1为高负载状态时有系统停止命令，则存在mfuel1比mfuel2大的情况。在该情况下，即使将系统停止命令时的燃料的供给量mfuel设为其下限值mfuel1，该供给量也大于mfuel2。因此，燃烧器4(燃烧气体)的温度超过其耐热上限温度，有可能对燃烧器4造成热损伤。并且，由于该燃烧气体与重整器25及热交换器32进行热交换，因此结果是燃料电池堆1的温度超过其耐热上限温度，有可能也对燃料电池堆1造成热损伤。
因此，在本实施方式中，在燃料电池堆1中，通过对相当于下限值mfuel1与上限值mfuel2之差的量的燃料进行发电消耗，来避免燃烧器4和燃料电池堆1的热损伤。
[停止控制时的燃料供给量和取出电流的计算]
图5是示出计算燃料供给量和取出电流的控制逻辑的图。控制部7根据在系统停止命令后从温度传感器5输入的温度的信息来估计燃料电池堆1的出口温度Tstk，根据压缩机31的转速来计算空气的供给量mair。
控制部7根据出口温度Tstk和空气的供给量mair来计算mfuel1(下限值)和mfuel2(上限值)。控制部7例如将mfuel1设定为系统停止命令后的燃料的供给量mfuel。
控制部7(第三控制部)计算mfuel1(摩尔数)与mfuel2(摩尔数)之差，在mfuel1-mfuel2＞0时，通过以下式子来计算取出电流I。
[数14]
I＝2×F×(mfuel1-mfuel2)/Ncell
在数式14中，“Ncell”是燃料电池堆1的电池单体数，“F”是法拉第常数，“2”是考虑了在电化学反应中对于1个氢分子的反应而放出2个电子的情况。另外，数式14也能够预先形成为以mfuel1和mfuel2为参数的对应关系。此外，通过数式14表示的取出电流I是下限值，也可以取出比该下限值大的电流。此外，DC/DC转换器61能够向蓄电池62(或驱动马达63)供给所取出的电流。
另一方面，控制部7(第三控制部)进行在mfuel1-mfuel2≤0时将取出电流I设为0、即停止发电的控制。
此外，在停止控制中，当下限值mfuel1为零时控制部7(第二控制部)能够将燃料的供给量mfuel设为零。另外，mfuel1-mfuel2＞0的关系有时持续到mfuel1即将成为零之前为止。在该情况下，控制部7持续进行燃料电池堆1的发电，直到燃料的供给量mfuel成为零为止(即将成为零之前为止)。
[本实施方式的控制流程]
图6是示出从系统停止命令到停止燃料供给为止的过程的流程图。
如果有系统停止命令，则在步骤S1中，控制部7计算mfuel1和mfuel2。
在步骤S2中，控制部7(第二控制部)判断mfuel1是否为零以下，如果为“是”(YES)，则停止基于后述的步骤S4或步骤S5的燃料供给，如果为“否”(NO)，则转移到步骤S3。
在步骤S3中，控制部7(第三控制部)判断是否为mfuel1-mfuel2＞0，如果为“是”(YES)，则转移到步骤S4，如果为“否”(NO)，则转移到步骤S5。
在步骤S4中，控制部7(第二控制部)例如将燃料的供给量mfuel设定为下限值mfuel1，经由重整器25向燃料电池堆1供给燃料(阳极气体)，并且，控制部7(第三控制部)将取出电流I控制为基于数式14的值或其以上的值。
在步骤S5中，控制部7(第二控制部)例如将燃料的供给量mfuel设定为下限值mfuel1，经由重整器25向燃料电池堆1供给燃料(阳极气体)，并且，控制部7(第三控制部)使取出电流I为零而停止发电。
在步骤S4中，控制部7(第二控制部)控制空气的供给量mair，使得满足燃料电池堆1中的发电量，并且使得在燃烧器4中生成燃烧气体时与阳极气体(燃料)成为最佳的混合比。
在步骤S5中，控制部7(第二控制部)控制空气的供给量mair，使得在燃烧器4中生成燃烧气体时与阳极气体(燃料)成为最佳的混合比。
[高负载状态的燃料电池系统的停止控制(有发电)]
图7是示出在燃料电池堆1为高负载状态时有系统停止命令、且在系统停止命令时使取出电流、阳极气体流量、阴极气体流量逐渐减少而变为零的情况下的燃烧器4的温度(燃烧气体的温度)和重整器25的出口温度(阳极气体的温度)的变化的时间图。
在图7中示出了将系统停止时的燃料的供给量mfuel设为下限值mfuel1来供给燃料的情况。另外，在图7中示出了以下情况：mfuel1和mfuel2随时间经过而单调递减，mfuel1在系统停止命令时(时刻t1)比mfuel2大，但在中途(时刻ti：t1<ti<tm<t2)其大小关系调换。
如果在时刻t1接收到系统停止命令，则使燃料(阳极气体)的供给量mfuel逐渐减少而成为mfuel1，与此对应地使空气(阴极气体)的供给量mair减少。在取基于数式14的值或该值以上的值的同时，使取出电流I逐渐减少。由此，在燃料电池堆1中消耗阳极气体，向燃烧器4供给供给量mfuel为mfuel2或mfuel2以下的阳极气体。
因此，在时刻t1以后，避免燃烧器4(燃烧气体)的温度上升，供给量mfuel随时间经过而减少，因此燃烧器4(燃烧气体)的温度逐渐降低。因此，燃烧器4的温度不会达到其耐热上限温度(Tcombmax)，不会对燃烧器4造成热损伤。另外，由于能够避免燃烧气体的温度上升，因此重整器25(阳极气体)的温度(以及热交换器32的温度)大致固定。
在时刻ti，mfuel1与mfuel2相同，之后，mfuel1比mfuel2低，因此取出电流I变为零而停止发电。由于在时刻ti停止发电，因此之后空气(阴极气体)的供给量mair以在不发电时以快的比例降低。
在时刻tm，由于mfuel1为零，因此停止燃料(阳极气体)的供给。在时刻tm，由于燃料的供给停止，因此燃烧气体的生成也停止，由此重整器25的温度进一步降低。
在时刻t2，通过控制部7(第一控制部)的控制来供给追加燃料，但由于阳极气体(或未重整的燃料气体)的温度比发电时的温度低，因此即使将该阳极气体供给到燃料电池堆1也不会发生热损伤。
[本实施方式的效果]
根据本实施方式的燃料电池系统，具备：固体氧化物型的燃料电池(燃料电池堆1)，其被供给重整气体(阳极气体)和氧化剂气体(阴极气体)而能够发电；氧化剂气体供给装置(压缩机31)，其向燃料电池(燃料电池堆1)供给氧化剂气体(阴极气体)；重整部(重整器25)，其向燃料电池(燃料电池堆1)供给重整气体(阳极气体)；燃料供给装置(泵22、喷射器23)，其向重整部(重整器25)供给作为重整气体(阳极气体)的原料的燃料；以及燃烧部(燃烧器4)，其使燃料电池(燃料电池堆1)的排出气体(阳极排气、阴极排气)燃烧，其中，重整部(重整器25)通过与燃烧部(燃烧器4)所生成的燃烧气体进行热交换，能够将燃料重整为重整气体(阳极气体)，在所述燃料电池系统中设置有第一控制部(控制部7)，所述第一控制部(控制部7)对燃料供给装置进行以下控制：在系统停止时(停止控制时)，通过重整部(重整器25)向燃料电池(燃料电池堆1)追加供给燃料，以防止氧化剂气体(阴极气体)从燃料电池(燃料电池堆1)的燃料极的下游流入，在所述燃料电池系统中具备第二控制部(控制部7)，所述第二控制部(控制部7)在系统停止时(停止控制时)，在追加供给之前向重整部(重整器25)供给燃料，使得向燃料电池(燃料电池堆1)流入的重整气体(阳极气体)的温度不超过规定的温度。
根据上述结构，在重整部(重整器25)中，由于在系统停止命令后也供给燃料，因此重整气体(阳极气体)不会滞留在重整部(重整器25)中而被挤出，能够避免对重整气体(阳极气体)的过度的热交换。另外，由于新供给的燃料，重整反应(吸热反应)的量也几乎不减少。因此，能够抑制燃料(阳极气体)的温度上升，能够维持其热容量。因而，成为如下的燃料电池系统：能够抑制由于之后的燃料的追加供给从重整部(重整器25)从燃料电池堆1挤出的重整气体(阳极气体)的温度上升，并且能够在保持燃料的热容量的同时使系统整体的温度降低，能够在避免对燃料电池堆1的热损伤的同时使燃料的供给停止。
在本实施方式中，规定的温度是燃料电池(燃料电池堆1)的耐热上限温度。由此，能够可靠地避免对燃料电池(燃料电池堆1)的热损伤。
在本实施方式中，基于第二控制部(控制部7)的燃料的供给量(从t1到tm为止的供给量)比基于第一控制部(控制部7)的燃料供给量多。由此，能够抑制系统停止命令后的重整气体(阳极气体)的温度上升。
根据本实施方式的燃料电池系统，具备：固体氧化物型的燃料电池(燃料电池堆1)，其被供给重整气体(阳极气体)和氧化剂气体(阴极气体)而能够发电；氧化剂气体供给装置(压缩机31)，其向燃料电池(燃料电池堆1)供给氧化剂气体(阴极气体)；重整部(重整器25)，其向燃料电池(燃料电池堆1)供给重整气体(阳极气体)；燃料供给装置(泵22、喷射器23)，其向重整部(重整器25)供给作为重整气体(阳极气体)的原料的燃料；以及燃烧部(燃烧器4)，其使燃料电池(燃料电池堆1)的排出气体(阳极排气、阴极排气)燃烧，其中，重整部(重整器25)通过与燃烧部(燃烧器4)所生成的燃烧气体进行热交换，能够将燃料重整为重整气体(阳极气体)，在所述燃料电池系统中设置有第一控制部(控制部7)，所述第一控制部(控制部7)对燃料供给装置进行以下控制：在系统停止时(停止控制时)，通过重整部(重整器25)向燃料电池(燃料电池堆1)追加供给燃料，以防止氧化剂气体(阴极气体)从燃料电池(燃料电池堆1)的燃料极的下游流入，在所述燃料电池系统中具备第二控制部(控制部7)，所述第二控制部(控制部7)在系统停止时(停止控制时)，在追加供给之前向重整部(重整器25)供给燃料，使得重整部(重整器25)的温度不超过燃料电池(燃料电池堆1)的耐热上限温度(Tmax)。
根据上述结构，在重整部(重整器25)中，由于在系统停止命令后也供给燃料，因此重整气体(阳极气体)不会滞留在重整部(重整器25)中而被挤出，能够避免对重整气体(阳极气体)的过度的热交换。另外，由于新供给的燃料，重整反应(吸热反应)的量也几乎不减少。因此，能够抑制燃料(阳极气体)的温度上升，能够维持其热容量。因而，成为如下的燃料电池系统：能够抑制由于之后的燃料的追加供给从重整部(重整器25)从燃料电池堆1挤出的重整气体(阳极气体)的温度上升，并且能够在保持燃料的热容量的同时使系统整体的温度降低，能够在避免对燃料电池堆1的热损伤的同时使燃料的供给停止。
在本实施方式中，第二控制部(控制部7)计算用于使得重整部(重整器25)的温度不超过燃料电池(燃料电池堆1)的耐热上限温度(Tmax)的燃料的流量的下限值(mfuel1)，并以下限值(mfuel1)供给燃料。
由此，能够在削减系统停止时(停止控制时)的燃料的消耗量的同时降低系统整体的温度。
在本实施方式中，具备第三控制部(控制部7)，该第三控制部(控制部7)在系统停止时(停止控制时)控制燃料电池(燃料电池堆1)的取出电流量(I)，第三控制部(控制部7)计算用于使得不超过燃烧部(燃烧器4)的耐热上限温度(Tcombmax)的燃料的流量的上限值(mfuel2)，基于下限值(mfuel1)与上限值(mfuel2)之差来控制取出电流量(I)。
由此，能够削减系统停止时(停止控制时)的燃料的消耗量，并且能够使通过发电而向燃烧部(燃烧器4)供给的燃料的流量为上限值(mfuel2)以下，因此能够避免对燃料电池(燃料电池堆1)和燃烧部(燃烧器4)的热损伤。
在本实施方式中，第三控制部(控制部7)基于氧化剂气体(阴极气体)的流量(mair)和燃料电池(燃料电池堆1)的出口温度(Tstk)中的至少任一方来计算上限值(mfuel2)。由此，不安装用于探测燃烧气体的温度和供给量的传感器，就能够以简单的方法计算出上限值(mfuel2)。
在本实施方式中，如果下限值(mfuel1)为上限值(mfuel2)以下，则第三控制部(控制部7)使取出电流量(I)为零。由此，能够容易地判断停止控制时的发电停止的定时(ti)。
在本实施方式中，第二控制部(控制部7)基于氧化剂气体(阴极气体)的流量(mair)和燃料电池(燃料电池堆1)的出口温度(Tstk)来计算下限值(mfuel1)。由此，不安装用于探测燃烧气体的温度和供给量的传感器，就能够以简单的方法计算出下限值(mfuel1)。
在本实施方式中，如果下限值(mfuel1)为零，则第二控制部(控制部7)停止燃料的供给。由此，能够容易地判断停止控制时的燃料供给停止的定时(tm)。
在本实施方式中，第二控制部(控制部7)在系统停止时与燃料的流量(mfuel)相对应地、经由氧化剂气体供给装置(压缩机31)控制氧化剂气体(阴极气体)的流量(mair)。由此，能够削减停止控制时的消耗电力。
根据本实施方式的燃料电池系统的控制方法，在向固体氧化物型的燃料电池(燃料电池堆1)供给氧化剂气体(阴极气体)以及由重整部(重整器25)生成的重整气体(阳极气体)来进行发电的情况下，重整部(重整器25)通过与使燃料电池(燃料电池堆1)的排出气体(阳极排气、阴极排气)燃烧而生成的燃烧气体进行热交换，来将作为重整气体(阳极气体)的原料的燃料重整为重整气体(阳极气体)，在系统停止时(停止控制时)，通过重整部(重整器25)向燃料电池(燃料电池堆1)追加供给燃料，以防止氧化剂气体(阴极气体)从燃料电池(燃料电池堆1)的燃料极(阳极)的下游流入，在该燃料电池系统的控制方法中，在系统停止时(停止控制时)，在追加供给之前向重整部(重整器25)供给燃料，使得向燃料电池(燃料电池堆1)流入的重整气体(阳极气体)的温度不超过规定的温度。
根据上述方法，在重整部(重整器25)中，由于在系统停止命令后也供给燃料，因此重整气体(阳极气体)不会滞留在重整部(重整器25)中而被挤出，能够避免对重整气体(阳极气体)的过度的热交换。另外，由于新供给的燃料，重整反应(吸热反应)的量也几乎不减少。因此，能够抑制燃料(阳极气体)的温度上升，能够维持其热容量。因而，能够抑制由于之后的燃料的追加供给从重整部(重整器25)从燃料电池堆1挤出的重整气体(阳极气体)的温度上升，并且能够在保持燃料的热容量的同时使系统整体的温度降低，能够在避免对燃料电池堆1的热损伤的同时使燃料的供给停止。

Claims (12)

1.一种燃料电池系统，具备：
固体氧化物型的燃料电池，其被供给重整气体和氧化剂气体而能够发电；
氧化剂气体供给装置，其向所述燃料电池供给所述氧化剂气体；
重整部，其向所述燃料电池供给所述重整气体；
燃料供给装置，其向所述重整部供给作为所述重整气体的原料的燃料；以及
燃烧部，其使所述燃料电池的排出气体燃烧，
其中，所述重整部通过与所述燃烧部所生成的燃烧气体进行热交换，能够将所述燃料重整为所述重整气体，
在所述燃料电池系统中设置有第一控制部，所述第一控制部对所述燃料供给装置进行以下控制：在系统停止时，通过所述重整部向所述燃料电池追加供给所述燃料，以防止所述氧化剂气体从所述燃料电池的燃料极的下游流入，
所述燃料电池系统具备第二控制部，所述第二控制部在所述系统停止时，在所述追加供给之前向所述重整部供给所述燃料，使得向所述燃料电池流入的所述重整气体的温度不超过规定的温度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述规定的温度是所述燃料电池的耐热上限温度。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，
基于所述第二控制部的所述燃料的供给量比基于所述第一控制部的所述燃料的供给量多。
4.一种燃料电池系统，具备：
固体氧化物型的燃料电池，其被供给重整气体和氧化剂气体而能够发电；
氧化剂气体供给装置，其向所述燃料电池供给所述氧化剂气体；
重整部，其向所述燃料电池供给所述重整气体；
燃料供给装置，其向所述重整部供给作为所述重整气体的原料的燃料；以及
燃烧部，其使所述燃料电池的排出气体燃烧，
其中，所述重整部通过与所述燃烧部所生成的燃烧气体进行热交换，能够将所述燃料重整为所述重整气体，
在所述燃料电池系统中设置有第一控制部，所述第一控制部对所述燃料供给装置进行以下控制：在系统停止时，通过所述重整部向所述燃料电池追加供给所述燃料，以防止所述氧化剂气体从所述燃料电池的燃料极的下游流入，
所述燃料电池系统具备第二控制部，所述第二控制部在所述系统停止时，在所述追加供给之前向所述重整部供给所述燃料，使得所述重整部的温度不超过所述燃料电池的耐热上限温度。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二控制部计算用于使得所述重整部的温度不超过所述燃料电池的耐热上限温度的所述燃料的流量的下限值，并以所述下限值供给所述燃料。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，
具备第三控制部，所述第三控制部在所述系统停止时控制所述燃料电池的取出电流量，
所述第三控制部计算用于使得不超过所述燃烧部的耐热上限温度的所述燃料的流量的上限值，
所述第三控制部基于所述下限值与所述上限值之差来控制所述取出电流量。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第三控制部基于所述氧化剂气体的流量和所述燃料电池的出口温度中的至少任一方来计算所述上限值。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，
如果所述下限值为所述上限值以下，则所述第三控制部使所述取出电流量为零。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二控制部基于所述氧化剂气体的流量和所述燃料电池的出口温度来计算所述下限值。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
如果所述下限值为零，则所述第二控制部使所述燃料的供给停止。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第二控制部在所述系统停止时与所述燃料的流量相对应地、经由所述氧化剂气体供给装置控制所述氧化剂气体的流量。
12.一种燃料电池系统的控制方法，在向固体氧化物型的燃料电池供给氧化剂气体以及由重整部生成的重整气体来进行发电的情况下，所述重整部通过与使所述燃料电池的排出气体燃烧而生成的燃烧气体进行热交换，来将作为所述重整气体的原料的燃料重整为所述重整气体，在系统停止时，通过所述重整部向所述燃料电池追加供给所述燃料，以防止所述氧化剂气体从所述燃料电池的燃料极的下游流入，
在所述燃料电池系统的控制方法中，
在所述系统停止时，在所述追加供给之前向所述重整部供给所述燃料，使得向所述燃料电池流入的所述重整气体的温度不超过规定的温度。
CN201980099856.XA 2019-08-30 2019-08-30 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 Pending CN114556645A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2019/000835 WO2021038257A1 (ja) 2019-08-30 2019-08-30 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114556645A true CN114556645A (zh) 2022-05-27

Family

ID=74684932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980099856.XA Pending CN114556645A (zh) 2019-08-30 2019-08-30 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11757121B2 (zh)
EP (1) EP4024540A4 (zh)
JP (1) JP7156546B2 (zh)
CN (1) CN114556645A (zh)
WO (1) WO2021038257A1 (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012134162A (ja) * 2012-02-06 2012-07-12 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池システム及びその発電停止方法
CN104205455A (zh) * 2012-03-23 2014-12-10 Toto株式会社 固体氧化物型燃料电池系统
JP2016033874A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池システム
CN108370050A (zh) * 2015-12-15 2018-08-03 日产自动车株式会社 燃料电池系统的控制方法以及燃料电池系统
CN108432015A (zh) * 2015-12-25 2018-08-21 日产自动车株式会社 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
CN108604693A (zh) * 2015-12-25 2018-09-28 日产自动车株式会社 固体氧化物型燃料电池系统、固体氧化物型燃料电池系统的控制方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005332834A (ja) * 2002-02-07 2005-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池発電システムおよび燃料電池発電システムの制御方法
JP4906242B2 (ja) * 2004-05-28 2012-03-28 京セラ株式会社 燃料電池の稼動停止方法
CN101006604B (zh) * 2005-02-18 2010-09-15 松下电器产业株式会社 燃料电池系统及其运行方法
EP2418721A1 (en) * 2009-04-08 2012-02-15 JX Nippon Oil & Energy Corporation Method of stopping indirect internal reforming solid oxide fuel cell
JP5988037B2 (ja) * 2012-03-23 2016-09-07 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池
JP5316829B1 (ja) * 2012-04-09 2013-10-16 Ｔｏｔｏ株式会社 固体酸化物型燃料電池
JP2014116099A (ja) * 2012-12-06 2014-06-26 Panasonic Corp 燃料電池システム
JP2016122507A (ja) 2014-12-24 2016-07-07 株式会社ノーリツ 固体酸化物形燃料電池
WO2017104257A1 (ja) * 2015-12-15 2017-06-22 日産自動車株式会社 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法
EP3392951B1 (en) * 2015-12-15 2020-03-18 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method therefor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012134162A (ja) * 2012-02-06 2012-07-12 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池システム及びその発電停止方法
CN104205455A (zh) * 2012-03-23 2014-12-10 Toto株式会社 固体氧化物型燃料电池系统
JP2016033874A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 Toto株式会社 固体酸化物型燃料電池システム
CN108370050A (zh) * 2015-12-15 2018-08-03 日产自动车株式会社 燃料电池系统的控制方法以及燃料电池系统
CN108432015A (zh) * 2015-12-25 2018-08-21 日产自动车株式会社 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
CN108604693A (zh) * 2015-12-25 2018-09-28 日产自动车株式会社 固体氧化物型燃料电池系统、固体氧化物型燃料电池系统的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7156546B2 (ja) 2022-10-19
EP4024540A1 (en) 2022-07-06
WO2021038257A1 (ja) 2021-03-04
JPWO2021038257A1 (zh) 2021-03-04
US11757121B2 (en) 2023-09-12
US20220285713A1 (en) 2022-09-08
EP4024540A4 (en) 2022-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108604693B (zh) 固体氧化物型燃料电池系统、固体氧化物型燃料电池系统的控制方法
CN108370051B (zh) 燃料电池系统、及燃料电池系统的控制方法
CN108370050B (zh) 燃料电池系统的控制方法以及燃料电池系统
JP6627887B2 (ja) 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法
US10847822B2 (en) Fuel cell system and control method for fuel cell system
WO2017104213A1 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
EP3691009A1 (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JP7156546B2 (ja) 燃料電池システム、及び燃料電池システムの制御方法
JP7345066B2 (ja) 燃料電池システム
WO2021116725A1 (ja) 燃料電池システムの制御方法、及び燃料電池システム
CN113169363B (zh) 燃烧系统和燃烧系统的控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination