CN114976141A - 燃料电池系统的工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池系统(10)的工作方法。在燃料电池系统(10)的工作方法中，计算燃料电池堆(12)的输出电力稳定的状态下的稳定时电压差(DV0)。在此之后，在发电过程中计算电压差(DV)。然后，判定稳定时电压差(DV0)与电压差(DV)的变化量(ΔDV)是否超过规定阈值(Th)。在判定为变化量(ΔDV)超过规定阈值Th的情况下，增加向燃料电池堆(12)供给的阳极气体的供给量来进行发电。

Description

燃料电池系统的工作方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统的工作方法，该燃料电池系统具有基于供给阳极气体和阴极气体来发电的燃料电池堆。
背景技术
在层叠多个发电单电池来构成的燃料电池堆发电过程中，有时对一部分发电单电池供给的阳极气体(燃料气体)不足。尤其是，在排出阳极排气的阳极出口连通孔附近易于蓄积液态水(生成水)。由此，易于发生阳极气体局部不足。这种阳极气体局部不足成为使燃料电池堆劣化的主要原因。
因此，在日本特开2006-351336号公报中公开一种监视各发电单电池的单电池电压的燃料电池系统。在单电池电压的偏差较大的情况下，该燃料电池系统判定为一部分发电单电池发生阳极气体供给不足。在判定为一部分发电单电池发生阳极气体供给不足的情况下，该燃料电池系统进行增大阳极系装置的循环泵的转速的控制。
发明内容
发明所要解决的问题
然而，即使在没有发生阳极气体供给不足的正常时，各发电单电池的单电池电压也会产生偏差。因此，即使单纯地根据单电池电压的偏差判定为发生局部供给不足，有时也没有发生局部供给不足。即，现有的燃料电池系统存在难以高精度地检测局部阳极气体不足的问题。
用于解决问题的方案
本发明的目的在于解决上述问题。
为了实现所述目的，本发明的一方式是一种燃料电池系统的工作方法，该燃料电池系统具有燃料电池堆，所述燃料电池堆层叠有基于供给阳极气体和阴极气体来进行发电的多个发电单电池，所述燃料电池系统的工作方法中包括稳定时电压差计算步骤、电压差计算步骤、判定步骤、继续发电步骤和阳极增量发电步骤，其中，在所述稳定时电压差计算步骤中，在所述燃料电池堆的输出电力稳定的状态下计算稳定时电压差，该稳定时电压差是通过从平均单电池电压中减去所述多个发电单电池的单电池电压中的最低的单电池电压而得到的电压差，其中所述平均单电池电压通过对所述多个发电单电池的单电池电压进行平均化而得到；在所述电压差计算步骤中，在所述稳定时电压差计算步骤后所述燃料电池堆发电过程中，计算通过从平均单电池电压中减去所述多个发电单电池的单电池电压中的最低的单电池电压得到的电压差，其中所述平均单电池电压通过对所述多个发电单电池的单电池电压进行平均化而得到；在所述判定步骤中，计算所述电压差相对于所述稳定时电压差的变化量，判定所述变化量是否超过规定阈值；在所述继续发电步骤中，在判定为所述变化量在所述规定阈值以下的情况下，不改变向所述燃料电池堆供给所述阳极气体的供给量而进行发电；在所述阳极增量发电步骤中，在判定为所述变化量超过所述规定阈值的情况下，与所述继续发电步骤相比增加向所述燃料电池堆供给的所述阳极气体的供给量来进行发电。
上述燃料电池系统的工作方法能够通过简单的结构，更高精度地检测局部阳极气体不足。由此，能够良好地抑制燃料电池堆劣化。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的，特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是概略地说明本发明一实施方式所涉及的燃料电池系统的整体结构的说明图。
图2是示出由于发电单电池中的局部阳极气体不足产生的化学反应的说明图。
图3是示出ECU的功能块的框图。
图4是示例低负荷发电时的输出电流、平均单电池电压以及最低单电池电压的变化的曲线图。
图5是示出燃料电池系统的工作方法的处理流程的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一实施方式所涉及的燃料电池系统10具有燃料电池堆12、阳极系装置14、阴极系装置16以及冷却装置18。该燃料电池系统10被搭载于燃料电池车辆等未图示的移动体。该燃料电池系统10向移动体的电池、行使用电机等供给燃料电池堆12的发电电力。另外，搭载有燃料电池系统10的移动体并不限定于燃料电池车辆，也可以是其他车辆、船舶、航空器、机器人等。另外，燃料电池系统10也可以不被搭载于移动体，而构成为位置固定型的系统。
燃料电池堆12在未图示的电池堆壳体内收装有层叠多个发电单电池20的层叠体21。各发电单电池20通过阳极气体(氢气等燃料气体)和阴极气体(空气等氧化剂气体)的电化学反应进行发电。
各发电单电池20由电解质膜-电极结构体22(下面称为“MEA22”)和夹持MEA22的一对隔板24a、24b构成。MEA22具有电解质膜26、设置在电解质膜26的一方的面的阳极电极28和设置在电解质膜26的另一方的面的阴极电极30。电解质膜26例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。如图2所示，阳极电极28通过在电解质膜26的一方的面层叠阳极催化剂层28a、阳极气体扩散层28b而构成。阴极电极30通过在电解质膜26的另一方的面层叠阴极催化剂层30a、阴极气体扩散层30b而构成。
如图1和图2所示，隔板24a在MEA22的一方的面形成供阳极气体流通的阳极气体流路32。隔板24b在MEA22的另一方的面形成供阴极气体流通的阴极气体流路34。另外，通过多个发电单电池20层叠而在隔板24a与隔板24b彼此相向的表面之间，形成供冷却剂流通的冷却剂流路36。
并且，各发电单电池20具有未图示的多个连通孔(阳极气体连通孔、阴极气体连通孔、冷却剂连通孔)，所述多个连通孔分别使阳极气体、阴极气体以及冷却剂沿层叠体21的层叠方向流通。阳极气体连通孔与阳极气体流路32连通，阴极气体连通孔与阴极气体流路34连通，冷却剂连通孔与冷却剂流路36连通。
通过阳极系装置14向燃料电池堆12供给阳极气体。在燃料电池堆12内，阳极气体流过阳极气体连通孔(阳极气体入口连通孔)而流入阳极气体流路32。阳极气体在阳极电极28被用于发电。经发电中使用的阳极排气从阳极气体流路32向阳极气体连通孔(阳极气体出口连通孔)流出，而从燃料电池堆12被向阳极系装置14排出。该阳极排气含有未反应的氢气。
另外，通过阴极系装置16向燃料电池堆12供给阴极气体。在燃料电池堆12内，阴极气体流过阴极气体连通孔(阴极气体入口连通孔)而流入阴极气体流路34。阴极气体在阴极电极30被用于发电。经发电中使用的阴极排气从阴极气体流路34向阴极气体连通孔(阴极出口连通孔)流出，而从燃料电池堆12被向阴极系装置16排出。
并且，通过冷却装置18向燃料电池堆12供给冷却剂。在燃料电池堆12内，冷却剂流过冷却剂连通孔(冷却剂入口连通孔)而流入冷却剂流路36。冷却剂对发电单电池20进行冷却。对发电单电池20进行冷却后的冷却剂从冷却剂流路36向冷却剂连通孔(冷却剂出口连通孔)流出，而从燃料电池堆12被向冷却装置18排出。
燃料电池系统10的阳极系装置14具有阳极路径38。阳极路径38包括：阳极供给路径40，其向燃料电池堆12供给阳极气体；和阳极排出路径42，其从燃料电池堆12排出阳极排气。另外，阳极路径38具有阳极循环路径44，该阳极循环路径44用于使阳极排出路径42的阳极排气所含有的未反应的氢气返回阳极供给路径40。在阳极循环路径44连接有吹扫路径46，该吹扫路径46用于从阳极路径38排出阳极排气。
在阳极供给路径40的上游部设置有用于储存阳极气体的罐47。另外，在阳极供给路径40上，朝向阳极气体的流通方向下游侧依次设置有喷射器48和引射器50。喷射器48在燃料电池系统10运行时进行开闭，向下游喷出比罐47低压的阳极气体。引射器50向燃料电池堆12供给从喷射器48喷出的阳极气体。另外，引射器50从阳极循环路径44吸引阳极排气，且向燃料电池堆12供给吸引的阳极排气。引射器50通过负压来吸引阳极排气。通过从喷射器48喷出的阳极气体来产生负压。
在阳极排出路径42上设置有气液分离器52。气液分离器52从阳极排气分离阳极排气所含有的液态水(发电时的生成水)。在气液分离器52的上部连接有阳极循环路径44。由此，液态水被除去的阳极排气(气体)流入阳极循环路径44。在气液分离器52的底部连接用于排出分离出的水的泄放路径54的一端。在泄放路径54设置有使内部流路开闭的泄放阀56。另外，在吹扫路径46设置有使内部流路开闭的吹扫阀58。
燃料电池系统10的阴极系装置16具有阴极路径60。阴极路径60具有：阴极供给路径62，其向燃料电池堆12供给阴极气体；和阴极排出路径64，其从燃料电池堆12排出阴极排气。另外，在阴极供给路径62与阴极排出路径64之间连接有阴极旁通路径66。由此，阴极供给路径62的阴极气体不通过燃料电池堆12，而是直接向阴极排出路径64流动。在阴极旁通路径66，设置有用于调整阴极气体的流动的未图示的旁通阀。在阴极排出路径64，在比阴极旁通路径66靠下游侧的位置连接有阳极系装置14的泄放路径54(吹扫路径46)。
在阴极供给路径62设置有向燃料电池堆12供给阴极气体的气泵68。气泵68在未图示的风扇旋转过程中，将比气泵68靠上游侧的空气(外部气体)进行压缩并且向下游侧的阴极供给路径62供给。另外，在阴极供给路径62，也可以设置通过空气、水等冷却剂来对阴极气体进行冷却的温度调节器、对阴极气体进行加湿的加湿器。
并且，燃料电池系统10具有单电池电压监视器70和ECU80(Electronic ControlUnit：控制装置)。单电池电压监视器70检测单电池电压，该单电池电压是多个发电单电池20中的每个发电单电池的输出电压(发电状态)。ECU80接收单电池电压监视器70的信号。单电池电压监视器70具有:监视器主体72，其被安装于燃料电池堆12；和多条线束74，其连接监视器主体72和各发电单电池20。监视器主体72按规定周期对各发电单电池20进行扫描来检测单电池电压。然后，单电池电压监视器70向ECU80发送对各发电单电池20的单电池电压进行平均化得到的平均单电池电压Vave(参照图4)。并且，单电池电压监视器70向ECU80发送各发电单电池20的单电池电压中的最低的最低单电池电压Vmin(参照图4)。
ECU80具有1个以上的处理器82、存储器84、输入输出接口86以及电子电路(未图示)。通过由1个以上的处理器82执行被存储在存储器84中的未图示的程序，在ECU80内形成多个用于控制燃料电池系统10的各构成设备的功能块。另外，各功能块中的至少一部分也可以由ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等集成电路、包括分立器件的电子电路构成。另外，存储器84也可以附属于处理器82、集成电路等。
在此，本实施方式所涉及的ECU80实施燃料电池堆12的发电。并且，ECU80在该燃料电池堆12发电过程中，检测多个发电单电池20的局部阳极气体不足，由此进行消除阳极气体不足的控制。由此，实现抑制燃料电池堆12的性能劣化。下面，为了使本发明易于理解，对阳极气体不足时发生的发电单电池20的作用进行说明。
如图2所示，在发电单电池20的阳极电极28和阴极电极30中，在正常的发电状态下进行以下反应。
阳极电极：H2→2H++2e-
阴极电极：O2+4H++4e-→2H2O
另一方面，由于滞留水滞留在燃料电池堆12的端部(阳极气体出口连通孔)附近而发生阳极电极28中的阳极气体供给不足。滞留水是伴随着阴极电极30中的发电而生成的生成水透过电解质膜26移动到阳极侧的液态水。在阳极电极28的阳极气体不足区域中，由于从阴极电极30透过的氧发生以下反应而使阳极侧的电位上升。另外，与此对应，阴极侧的电位变高，由此在阴极电极30发生以下反应。
阳极电极：O2+4H++4e-→2H2O
阴极电极：2H2O→O2+4H++4e-
C+2H2O→4H++4e-+CO2
即，在阴极电极30中，由于伴随着阳极电极28的滞留水而产生局部高电位，阴极催化剂层30a所含有的铂易于向离聚物溶出(日文：溶出)，另外进行碳的氧化反应。由此，导致燃料电池堆12的催化剂粒子的脱落和电极内细孔的毁坏，导致发电单电池20的性能劣化。
尤其是，在燃料电池系统10中，当向燃料电池堆12供给的阳极气体的供给量少时，向阳极排出路径42的排水性降低。由此，易于发生局部阳极气体不足。因此，ECU80在阳极气体的供给量少的状况下，进行谋求检测和消除局部阳极气体不足的处理。具体而言，如图3所示，ECU80具有发电控制部88、电压获取部90、发电状态获取部92、稳定时电压差计算部94、继续发电电压差计算部96以及判定部98。
发电控制部88控制燃料电池系统10的各结构，由此控制燃料电池堆12的发电。为了按照移动体的行驶状况、燃料电池堆12的状态切换控制内容，发电控制部88具有通常发电控制部100、低负荷发电控制部102、阴极增量发电控制部104以及阳极增量发电控制部106。
例如，当移动体通常行驶时，发电控制部88的通常发电控制部100实施通常发电。在通常发电中，通常发电控制部100基于行驶用ECU等的发电请求来计算阳极气体的供给量(下面称为通常阳极量)。通常发电控制部100按照与通常阳极量对应的控制内容，使阳极系装置14的喷射器48等进行工作。另外，通常发电控制部100基于发电请求来计算阴极气体的供给量(下面称为通常阴极量)。通常发电控制部100按照与通常阴极量相应的控制内容，使阴极系装置16的气泵68等进行工作。
另外，移动体的用户有时进行松开加速器等对行使用电机施加低负荷的低负荷行驶。在该情况下，发电控制部88的低负荷发电控制部102实施低负荷发电。由于发电请求变低，因此，低负荷发电控制部102以成为少的供给量(下面称为低负荷阳极量)的方式来使喷射器48进行工作。少的供给量是指，比通常发电时的阳极气体的通常阳极量少的供给量。并且，低负荷发电控制部102以成为少的供给量(下面称为低负荷阴极量)的方式使气泵68进行工作。少的供给量是指，比通常发电时的阴极气体的通常阴极量少的供给量。
如上所述，局部阳极气体不足在阳极气体的供给量少的情况下(供给低负荷阳极量时)发生。因此，ECU80在低负荷发电时根据多个发电单电池20的单电池电压来推动局部阳极气体不足。并且，当推定出局部阳极气体不足时，阴极增量发电控制部104和阳极增量发电控制部106进行工作。另外，并不限定于在低负荷发电时执行该处理。例如，也可以在实施怠速发电时进行该处理，其中，所述怠速发电是指为了即使发电请求为零也不使燃料电池系统10停止而进行发电。另外，也可以在实施停止中发电时等进行该处理，其中所述停止中发电是指，在移动体停止启动中，为了对电池充电或者为了防止冻结而进行发电。
在燃料电池堆12的发电过程中，电压获取部90从单电池电压监视器70周期性地获取多个发电单电池20的平均单电池电压Vave和最低单电池电压Vmin，将它们存储在存储器84中。另外，电压获取部90从单电池电压监视器70获取多个发电单电池20的单电池电压。然后，也可以根据该单电池电压，在ECU80内计算平均单电池电压Vave、最低单电池电压Vmin。另外，电压获取部90从检测燃料电池堆12整体的输出电压(总电压)的未图示的电压计来获取输出电压。而且，也可以是，电压获取部90将该输出电压除以发电单电池20的数量来计算平均单电池电压Vave。
发电状态获取部92监视燃料电池堆12的发电状态(输出电力或者输出电流I)。例如，ECU80连接于在燃料电池堆12的输出端子附近设置的电流计76。然后，发电状态获取部92获取电流计76的检测信号(输出电流I)，且将其存储在存储器84中。另外，通过反馈由发电状态获取部92获取到的输出电流I，发电控制部88调整阳极气体、阴极气体的供给量。
稳定时电压差计算部94在燃料电池堆12的输出电流I(输出电力)变得稳定的定时，计算稳定时电压差DV0。该定时为阳极气体的供给量变少之后，即低负荷发电开始后。具体而言，稳定时电压差计算部94在接收低负荷发电控制部102的工作开始的信息ST时，监视发电状态获取部92获取到的输出电流I。如图4所示，低负荷发电开始后，燃料电池堆12的输出电流I从与至此为止的发电状态相应的值开始，逐渐变化为与低负荷发电相应的值(低负荷电流值)。在此之后，输出电流I大致恒定地变化。稳定时电压差计算部94判定输出电流I是否变为恒定。并且，在输出电流I变为恒定的时间点t1，稳定时电压差计算部94通过从电压获取部90获取到的平均单电池电压Vave中减去最低单电池电压Vmin来得到稳定时电压差DV0。
即，在刚刚开始低负荷发电之后，由于至此尚未实施低负荷发电，因此，滞留水不会蓄积在燃料电池堆12的端部的阳极气体出口连通孔附近。因此，刚刚开始低负荷发电后的燃料电池堆12能够以向多个发电单电池20整体供给阳极气体的状态进行发电。因此，稳定时电压差DV0表示没有发生局部阳极气体不足的状态下的、各发电单电池20的单电池电压的偏差。
另外，各发电单电池20的单电池电压根据发电状态，在短时间内变大或者变小。因此，优选为，稳定时电压差计算部94和后述的继续发电电压差计算部96计算一定期间(例如，1分钟)的平均值。
返回图3，通过在稳定时电压差计算部94计算出稳定时电压差DV0之后接收工作指令CR，继续发电电压差计算部96进行工作。然后，继续发电电压差计算部96计算低负荷发电中的电压差DV，且将计算出的电压差DV存储在存储器84中。电压差DV也与上述的稳定时电压差DV0同样地计算出。即，通过将电压获取部90按每个规定周期获取到的平均单电池电压Vave和最低单电池电压Vmin相减来计算电压差DV。
在此，当使低负荷发电继续时，滞留水蓄积在燃料电池堆12的端部的阳极气体出口连通孔附近。并且，当滞留水增加时，在端部附近的发电单电池20发生局部阳极气体不足(还参照图2)。如上所述，由于局部阳极气体不足，阳极电极28和阴极电极30的各电位升高。然而，单电池电压变小。单电池电压是阳极电极28和阴极电极30的相对的电位差。其结果，从平均单电池电压Vave中减去最低单电池电压Vmin得到的电压差DV变大。
因此，判定部98计算变化量ΔDV，该变化量ΔDV是没有水蓄积的状态下的电压差DV相对于稳定时电压差DV0的变化程度。然后，比较预先拥有的规定阈值Th和变化量ΔDV，监视变化量ΔDV。这是因为如果变化量ΔDV变大，则能够推定为在端部附近的发电单电池20正持续蓄积滞留水。阈值Th预先通过实验等设定为合适的值。阈值Th可以是固定值，或者也可以是变动值。例如，优选为，阈值Th被设定为稳定时电压差DV0的1/2倍～3倍左右的范围。
但是，在发电单电池20蓄积有水的状态下，由于阴极电极30也存在大量的水，因此，还有时在阴极电极30发生淹水(日文：フラッディング)。在该情况下，变化量ΔDV也变大。但是，该淹水几乎不对燃料电池堆12的性能劣化产生影响。因此，ECU80在判定出变化量ΔDV最初超过阈值Th之后，增加阴极气体的量来消除阴极电极30的淹水。然而，在变化量ΔDV超过阈值Th的情况下，判断为局部阳极气体不足。
因此，判定部98在内部具有变化量计算部98a、第1判定部98b、以及第2判定部98c。另外，发电控制部88具有阴极增量发电控制部104以及阳极增量发电控制部106。变化量计算部98a从电压差DV中减去稳定时电压差DV0来计算变化量ΔDV，且将该变化量ΔDV存储在存储器84中。
第1判定部98b进行判定步骤，在该判定步骤中，最初判定变化量ΔDV是否超过阈值Th。并且，在通过判定步骤判定出变化量ΔDV超过阈值Th的情况下(图4的时间点t2)，发电控制部88开始通过阴极增量发电控制部104进行的阴极增量发电控制。
此时，阴极增量发电控制部104控制气泵68。并且，使向燃料电池堆12供给阴极气体的供给量(下面称为增量阴极量)比低负荷发电时的低负荷阴极量多。例如，优选为，增量阴极量被调整为低负荷阴极量的2倍以上。另一方面，阴极增量发电控制部104将阳极气体的供给量保持在低负荷发电时的低负荷阳极量。因此，如图4的时间点t2～时间点t3之间所示的那样，燃料电池堆12的发电电压略微上升。并且，能够大致保持低负荷发电时的目标电压。
另外，第2判定部98c进行再判定步骤，在该再判定步骤中判定变化量ΔDV是否超过阈值Th。在阴极增量发电控制部104从开始工作起经过规定期间的定时(图4的时间点t3)进行该步骤。当进行再判定步骤时，也继续阴极增量发电控制部104的发电控制。在此，在变化量ΔDV下降到阈值Th以下的情况下，能够视为由于阴极电极30淹水导致发电不稳定。与其相反，在变化量ΔDV为保持超过阈值Th的情况下，能够判定为发生局部阳极气体不足。在再判定步骤中，在变化量ΔDV超过阈值Th的情况下，发电控制部88开始由阳极增量发电控制部106进行的阳极增量发电控制。
此时，阳极增量发电控制部106控制喷射器48，使阳极气体的供给量(下面称为增量阳极量)比低负荷发电时的低负荷阳极量多。另外，阳极增量发电控制部106将阴极气体的供给量维持在低负荷发电时的低负荷阴极量。由此，供给增量了的阳极气体，因此，能够推着由于该阳极电极28而蓄积的滞留水流动，消除局部阳极气体不足。
另外，优选为，阳极增量发电控制部106增加阳极气体的量。并且，优选为，阳极增量发电控制部106延长泄放路径54的泄放阀56的开阀期间或者吹扫路径46的吹扫阀58的开阀期间。由此，阳极气体的吹扫量增加，更易于从燃料电池堆12内排出水。
本实施方式所涉及的燃料电池系统10基本上如以上那样构成，下面，对其工作进行说明。
燃料电池系统10通常时由ECU80的通常发电控制部100进行控制。通常发电控制部100使阳极系装置14工作来向燃料电池堆12供给阳极气体。并且，通常发电控制部100使阴极系装置16工作来向燃料电池堆12供给阴极气体。由此，燃料电池堆12进行发电，向行使用电机、电池等供给该发电电力。
另外，ECU80通过电压获取部90，继续获取燃料电池堆12的各发电单电池20的平均单电池电压Vave和最低单电池电压Vmin。并且，ECU80通过发电状态获取部92继续获取燃料电池堆12的输出电流I。
并且，ECU80在发电请求低的情况下通过低负荷发电控制部102实施低负荷发电的控制。此时，低负荷发电控制部102向燃料电池堆12供给比通常发电时的通常阳极量少的低负荷阳极量的阳极气体。并且，低负荷发电控制部102向燃料电池堆12供给比通常发电时的通常阴极量少的低负荷阴极量的阴极气体。由此，燃料电池堆12输出与低负荷阳极量及低负荷阴极量相应的低负荷发电电力(输出电流I)。
如图5所示，在低负荷发电中，ECU80的稳定时电压差计算部94获取燃料电池堆12的低负荷发电开始的信息ST。然后，判定燃料电池堆12的输出电流I是否为恒定在低负荷电流值(步骤S1)。在输出电流I发生变化的情况下(步骤S1：否)，返回步骤S1。另一方面，在输出电流I为恒定的情况下(步骤S1：是)，进入步骤S2。在图4中，在时间点t1，输出电流I变为恒定。
然后，稳定时电压差计算部94通过从平均单电池电压Vave中减去最低单电池电压Vmin，来计算稳定时电压差DV0，且将其存储在存储器84中(步骤S2：稳定时电压差计算步骤)。之后，在实施低负荷发电过程中，继续发电电压差计算部96通过从平均单电池电压Vave中减去最低单电池电压Vmin来计算电压差DV，且将其存储在存储器84中(步骤S3：电压差计算步骤)。
然后，判定部98的变化量计算部98a通过从稳定时电压差DV0中减去电压差DV来计算变化量ΔDV(步骤S4)。并且，判定部98(第1判定部98b)最初判定变化量ΔDV是否超过规定阈值Th(步骤S5：判定步骤)。在变化量ΔDV在阈值Th以下的情况下(步骤S5：否)，进入步骤S6。然后，ECU80不改变向燃料电池堆12供给阳极气体和阴极气体的供给量。即，ECU80进行保持着低负荷阳极量和低负荷阴极量地进行发电的继续发电(步骤S6：继续发电步骤)。在步骤S6之后，返回步骤S3，以下重复同样的处理流程。
另一方面，在变化量ΔDV超过阈值Th的情况下(步骤S5：是)，进入步骤S7(参照图4中的时间点t2)。之后，阴极增量发电控制部104增加阴极气体的供给量(作为增量阴极量)，进行燃料电池堆12的发电(步骤S7：阴极增量发电步骤)。
在阴极增量发电控制部104的控制开始后，判定部98判定是否经过了规定期间(步骤S8)。判定部98在判定为没有经过规定期间的情况下(步骤S8：否)使步骤S7继续。另一方面，在判定为经过了规定期间的情况下(步骤S8：是)，进入步骤S9。由此，使在发电单电池20的阴极电极30发生淹水的情况下，在步骤S8后(图4的时间点t3)，淹水也被消除。
然后，判定部98(第2判定部98c)判定变化量ΔDV是否仍为超过规定阈值Th(步骤S9：再判定步骤)。在变化量ΔDV为阈值Th以下的情况下(步骤S9：否)，在阴极电极30发生的淹水被消除。因此，ECU80使阴极增量发电控制部104的控制停止(步骤S10)，从步骤S7的阴极增量发电步骤切换为步骤S6的继续发电步骤。在此之后，返回步骤S3，以下重复同样的处理流程，直到低负荷发电结束。
另一方面，在变化量ΔDV超过阈值Th的情况下(步骤S9：是)，能够视为阳极电极28发生局部阳极气体不足。因此，ECU80使阴极增量发电控制部104的工作停止。然后，阳极增量发电控制部106增加阳极气体的供给量(作为增量阳极量)，进行燃料电池堆12的发电(步骤S11：阳极增量发电步骤)。并且，阳极增量发电控制部106延长泄放阀56的开阀期间或者吹扫阀58的开阀期间(步骤S12)。由此，增加来自阳极路径38的阳极气体的排出量。
另外，ECU80在由阳极增量发电控制部106实施阳极增量发电控制(步骤S11、S12)过程中也计算电压差DV。ECU80继续计算电压差DV，直到电压差DV达到稳定时电压差DV0为止(参照图4的时间点t4)。其结果，阳极电极28的局部阳极气体不足被可靠地消除。在电压差DV达到稳定时电压差DV0之后，例如可以向基于低负荷发电控制部102的低负荷发电转移。由此，燃料电池系统10能够抑制阳极气体的消耗。
通过实施以上的处理流程，在燃料电池系统10中，能够高精度地检测阳极电极28局部阳极气体不足。并且，该局部阳极气体不足被消除。即，燃料电池系统10能够抑制燃料电池堆12的性能劣化。
本发明并不限定于上述的实施方式，可以按照发明的主旨进行各种改变。例如，在燃料电池系统10的工作方法中，也可以是，最初，在变化量ΔDV超过规定阈值Th的情况下不实施阴极增量发电控制，立即实施阳极增量发电控制。由此，即使假设阳极电极28发生局部阳极气体不足，也能够尽早排出在阳极出口连通孔附近蓄积的滞留水。
另外，例如在燃料电池系统10的工作方法中，也可以在实施阳极增量发电控制时，配合增量阳极量来增加阴极气体的供给量。由此，燃料电池堆12的发电电力增加，能够用该电力对电池进行充电，由此能够抑制阳极气体的消耗。
下面记载根据上述的实施方式能掌握的发明以及效果。
本发明的一方式是一种燃料电池系统10的工作方法，该燃料电池系统10具有燃料电池堆12，所述燃料电池堆12层叠有基于供给阳极气体和阴极气体来进行发电的多个发电单电池20，所述燃料电池系统10的工作方法具有稳定时电压差计算步骤、电压差计算步骤、判定步骤、继续发电步骤和阳极增量发电步骤，在所述稳定时电压差计算步骤中，在燃料电池堆12的输出电力稳定的状态下计算稳定时电压差DV0，该稳定时电压差DV0是通过从平均单电池电压Vave中减去多个发电单电池20的单电池电压中的最低的单电池电压(最低单电池电压Vmin)而得到的电压差，其中所述平均单电池电压Vave通过对多个发电单电池20的单电池电压进行平均化而得到；在所述电压差计算步骤中，在稳定时电压差计算步骤后的燃料电池堆12的发电过程中，计算通过从平均单电池电压Vave中减去多个发电单电池20的单电池电压中的最低的单电池电压而得到的电压差DV，其中所述平均单电池电压Vave通过对多个发电单电池20的单电池电压进行平均化而得到；在所述判定步骤中，计算电压差DV相对于稳定时电压差DV0的变化量ΔDV，判定变化量ΔDV是否超过规定阈值Th；在所述继续发电步骤中，在判定为变化量ΔDV为规定阈值Th以下的情况下，不改变向燃料电池堆12供给的阳极气体的供给量而进行发电；在所述阳极增量发电步骤中，在判定为变化量ΔDV超过规定阈值Th的情况下，与继续发电步骤相比增加向燃料电池堆12供给的阳极气体的供给量来进行发电。
如上所述，燃料电池系统10的工作方法通过判定电压差DV相对于稳定时电压差DV0的变化量ΔDV，能够监视预先考虑到多个发电单电池20的单电池电压的偏差的单电池电压的变化。由此，能够更高精度地检测在燃料电池堆12发电过程中发生的局部阳极气体不足。并且，在变化量ΔDV超过阈值Th的情况下，通过阳极增量发电步骤增加阳极气体，由此排出阳极电极28的滞留水。由此，燃料电池系统10能够加快消除局部阳极气体不足，由此能够良好地抑制燃料电池堆12的劣化。
另外，在通过判定步骤判定为变化量ΔDV超过规定阈值Th的情况下，在阳极增量发电步骤之前进行阴极增量发电步骤，该阴极增量发电步骤是指增加向燃料电池堆12供给的阴极气体的供给量的步骤，在阴极增量发电步骤之后进行再判定步骤，该再判定步骤是再判定变化量ΔDV是否仍超过规定阈值Th的步骤，在通过再判定步骤中判定为变化量ΔDV在规定阈值Th以下的情况下，使阴极增量发电步骤停止来进行继续发电步骤，在通过再判定步骤判定变化量ΔDV仍超过规定阈值Th的情况下，进行阳极增量发电步骤。通过阴极增量发电步骤，燃料电池系统10能够排除阴极电极30淹水的影响，能够更高精度地检测局部阳极气体不足。
另外，在将阴极增量发电步骤进行规定期间之后进行再判定步骤。由此，燃料电池系统10能够更可靠地消除阴极电极30的淹水。
另外，当实施阳极增量发电步骤时，使阴极增量发电步骤停止。由此，燃料电池系统10能够抑制实施阳极增量发电步骤时燃料电池堆12的发电电力增加。因此，例如，能够避免浪费燃料电池堆12的发电电力等浪费。
另外，在阳极增量发电步骤中，延长被设置在从燃料电池堆12排出的阳极排气流通的路径上的1个以上的阀(泄放阀56、吹扫阀58)的开阀期间。由此，燃料电池系统10能够在阳极增量发电步骤中进一步提高来自燃料电池堆12的滞留水的排水性。
另外，继续阳极增量发电步骤，直到电压差DV达到稳定时电压差DV0为止。由此，燃料电池系统10能够更可靠地消除局部阳极气体不足。
另外，通过供给比燃料电池堆12通常发电中的阳极气体的供给量及阴极气体的供给量低的低负荷阳极量及低负荷阴极量，能够实施发电电力低于通常发电的低负荷发电，伴随着实施低负荷发电，进行稳定时电压差计算步骤、电压差计算步骤、判定步骤、继续发电步骤或者阳极增量发电步骤。由此，燃料电池系统10能够适宜地应对低负荷发电时易于产生的局部阳极气体不足。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统的工作方法，该燃料电池系统具有燃料电池堆，所述燃料电池堆层叠有基于供给阳极气体和阴极气体来进行发电的多个发电单电池，所述燃料电池系统的工作方法的特征在于，
包括稳定时电压差计算步骤、电压差计算步骤、判定步骤、继续发电步骤和阳极增量发电步骤，其中，
在所述稳定时电压差计算步骤中，在所述燃料电池堆的输出电力稳定的状态下计算稳定时电压差，该稳定时电压差是通过从平均单电池电压中减去所述多个发电单电池的单电池电压中的最低的单电池电压而得到的电压差，其中所述平均单电池电压通过对所述多个发电单电池的单电池电压进行平均化而得到；
在所述电压差计算步骤中，在所述稳定时电压差计算步骤后所述燃料电池堆的发电过程中，计算通过从平均单电池电压中减去所述多个发电单电池的单电池电压中的最低的单电池电压得到的电压差，其中所述平均单电池电压通过对所述多个发电单电池的单电池电压进行平均化而得到；
在所述判定步骤中，计算所述电压差相对于所述稳定时电压差的变化量，判定所述变化量是否超过规定阈值；
在所述继续发电步骤中，在判定为所述变化量为所述规定阈值以下的情况下，不改变向所述燃料电池堆供给所述阳极气体的供给量而进行发电；
在所述阳极增量发电步骤中，在判定为所述变化量超过所述规定阈值的情况下，与所述继续发电步骤相比增加向所述燃料电池堆供给的所述阳极气体的供给量来进行发电。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的工作方法，其特征在于，
在通过所述判定步骤判定为所述变化量超过所述规定阈值的情况下，在所述阳极增量发电步骤之前进行阴极增量发电步骤，该阴极增量发电步骤是指增加向所述燃料电池堆供给的所述阴极气体的供给量的步骤，在所述阴极增量发电步骤之后进行再判定步骤，该再判定步骤是再判定所述变化量是否仍超过所述规定阈值的步骤，
在通过所述再判定步骤判定为所述变化量为所述规定阈值以下的情况下，使所述阴极增量发电步骤停止而进行所述继续发电步骤，
在通过所述再判定步骤判定为所述变化量仍超过所述规定阈值的情况下，进行所述阳极增量发电步骤。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统的工作方法，其特征在于，
在将所述阴极增量发电步骤进行规定期间之后进行所述再判定步骤。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统的工作方法，其特征在于，
当实施所述阳极增量发电步骤时，使所述阴极增量发电步骤停止。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统的工作方法，其特征在于，
在所述阳极增量发电步骤中，延长被设置在从所述燃料电池堆排出的阳极排气流通的路径上的1个以上的阀的开阀期间。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统的工作方法，其特征在于，
继续所述阳极增量发电步骤，直到所述电压差达到所述稳定时电压差为止。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统的工作方法，其特征在于，
通过供给比所述燃料电池堆通常发电中的所述阳极气体的供给量及所述阴极气体的供给量低的低负荷阳极量及低负荷阴极量，能够实施发电电力低于所述通常发电的低负荷发电，
伴随着实施所述低负荷发电，进行所述稳定时电压差计算步骤、所述电压差计算步骤、所述判定步骤、所述继续发电步骤或者所述阳极增量发电步骤。
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