CN115149041A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统。控制装置(12)当基于发电电流指令值控制燃料电池堆(16)的发电状态时，与卸放阀的开闭无关地，基于发电电力指令值和由电压传感器(92)获取到的发电电压，将发电电流指令值设定为：发电电流指令值＝发电电力指令值÷发电电压。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统，该燃料电池系统具有用经由燃料气体供给流路被供给到阳极电极的燃料气体和经由氧化剂气体供给流路被供给到阴极电极的氧化剂气体进行发电的燃料电池。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方的面配设有阳极电极，在另一方的面配设有阴极电极。电解质膜-电极结构体被隔板夹持，由此构成发电单电池(电池单体)。
通常，例如通过层叠既定数的发电单电池作为燃料电池堆，来组装于燃料电池车辆(燃料电池电动汽车)等。
在这种燃料电池中，为了有效率地利用燃料气体，使从燃料电池的阳极电极的出口侧排出的燃料排气从阳极电极的入口侧再次向阳极电极内循环。
而且，所述燃料排气主要由对反应没有做出贡献的燃料气体、从阴极电极侧透过电解质膜的氮气形成。
在这样构成的情况下，存在如下担忧：因阳极电极内的燃料气体的浓度降低(缺乏燃料气体)引起所述电解质膜的劣化、即所谓的膜劣化。
为了抑制该膜劣化的产生，例如采用专利文献1记载的技术。
在该技术中，将带有开闭阀的连接流路的所述开闭阀打开，来使从燃料电池的阳极电极的出口侧排出的含有氮气的燃料排气，经由所述连接流路返回所述阴极电极的入口侧，并在阴极电极流通。在该情况下，在所述阴极电极中，对反应没有做出贡献的燃料气体与从外部供给到所述阴极电极的氧化剂气体通过催化剂反应发生反应来生成水，并且将生成的水和所述氮气从所述阴极电极的出口侧向外部排出。
由此，能够抑制因阳极电极侧的氮气增加导致在阳极电极内流通的燃料气体的浓度降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本JP2019-114351A
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在专利文献1记载的技术中，在打开所述连接流路的所述开闭阀时，因所述催化剂反应而对阴极电极侧的发电做出贡献的氧化剂气体不足，而导致所述发电单电池的电压降低。
因此，在基于发电电流指令值控制燃料电池的发电电流的燃料电池系统中，存在发电电力降低的问题。
本发明是考虑这样的问题而提出的，目的在于提供一种燃料电池系统，即使在打开将燃料排气供给到阴极电极的入口侧的连接流路的开闭阀而发电电压降低的情况下，也能够回避或抑制发电电力变化的情形。
用于解决问题的方案
本发明的一方式的燃料电池系统，具有用经由燃料气体供给流路被供给到阳极电极的燃料气体和经由氧化剂气体供给流路被供给到阴极电极的氧化剂气体进行发电的燃料电池，在所述燃料电池系统中，具备：燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；连接流路，其将所述燃料排气流路与所述氧化剂气体供给流路连通；开闭阀，其对所述连接流路进行开闭；控制装置，其控制向所述燃料电池供给的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的供给状态；以及电压获取器，其获取所述燃料电池的发电电压，所述控制装置当基于发电电流指令值控制所述燃料电池的发电状态时，基于发电电力指令值和由所述电压获取器获取到的发电电压来设定所述发电电流指令值。
本发明的其它方式的燃料电池系统，具有用经由燃料气体供给流路被供给到阳极电极的燃料气体和经由氧化剂气体供给流路被供给到阴极电极的氧化剂气体进行发电的燃料电池，在所述燃料电池系统中，具备：燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；连接流路，其将所述燃料排气流路与所述氧化剂气体供给流路连通；开闭阀，其对所述连接流路进行开闭；控制装置，其控制向所述燃料电池供给的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的供给状态；以及电压获取器，其获取所述燃料电池的发电电压，所述控制装置当基于发电电流指令值控制所述燃料电池的发电状态时，在使所述开闭阀关闭时进行基于发电电力指令值来设定所述发电电流指令值的第一发电控制，在使所述开闭阀打开时进行基于所述发电电力指令值和所述发电电压来设定所述发电电流指令值的第二发电控制。
发明的效果
根据本发明的一方式，即使在开闭阀打开而燃料排气向阴极电极流通而燃料电池的发电电压降低的情况下，也基于发电电压的降低来使发电电流指令值增加，因此能够回避或抑制发电电力的变化。在该控制中，不会变更控制，因此能够实现控制的简单化。
根据本发明的其它方式，在发电中，因从阴极电极侧向阳极电极透过的氮气的影响而在阳极电极流通的燃料气体的浓度降低，在将使燃料排气流路与氧化剂气体供给流路连通的连接流路的开闭阀打开时，基于发电电力指令值和发电电压设定发电电流指令值，因此即使进行阳极电极的燃料气体浓度控制(防止燃料气体浓度降低控制)，燃料电池的发电电力也不会变化，或者能够抑制变化。
参照附图说明以下的实施方式，根据说明能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是示出组装有第一实施例的燃料电池系统的燃料电池车辆的结构的示意性的框图。
图2A是第一实施例的图1中的控制装置的一功能的电流转换器的示意性的框图。
图2B是第二实施例的图1中的控制装置的其它一功能的电流转换器的示意性的框图。
图3是在图1中的燃料电池系统中用箭头线描绘电流的流动以及气体的流动的框图。
图4是用于说明第一实施例的动作的流程图。
图5是示出卸放阀的开闭与阳极流路中的氢浓度的对应关系的时序图。
图6是示出发电单电池电压相对于卸放阀的开闭的对应关系的说明图。
图7是用于说明第一实施例的一例的动作的时序图。
图8是用于说明第二实施例的动作的流程图。
图9是用于说明第二实施例的一例的动作的时序图。
具体实施方式
以下，对于本发明的燃料电池系统举出实施方式，并参照附图进行详细说明。
[第一实施例]
[结构]
图1是示出组装有第一实施例的燃料电池系统14的燃料电池车辆10的结构的示意性的框图。
燃料电池车辆10由控制该燃料电池车辆10整体的控制装置12、燃料电池系统14、与燃料电池系统14电连接的输出部20构成。
燃料电池系统14基本由燃料电池堆(也仅称为燃料电池)16、氢罐18、氧化剂气体系设备22、燃料气体系设备24构成。
氧化剂气体系设备22包括气泵26以及加湿器(HUM)28。
燃料气体系设备24包括喷射器(INJ)30、引射器(EJT)32以及气液分离器34。
燃料电池堆16层叠有多个发电单电池40。发电单电池40具备电解质膜-电极结构体44和夹持该电解质膜-电极结构体44的隔板45、46。
电解质膜-电极结构体44具备：例如作为含有水分的全氟磺酸的薄膜的固体高分子电解质膜41；以及夹持所述固体高分子电解质膜41的阴极电极42和阳极电极43。
阴极电极42和阳极电极43具有由碳纸等形成的气体扩散层(未图示)。在表面承载有白金合金的多孔质碳粒子被均匀地涂敷在气体扩散层的表面，由此形成电极催化剂层(未图示)。在固体高分子电解质膜41的两面形成电极催化剂层。
在一方的隔板45的朝向电解质膜-电极结构体44的面，形成有将氧化剂气体入口连通口116与氧化剂气体出口连通口102连通的阴极流路(氧化剂气体流路)47。
在另一方的隔板46的朝向电解质膜-电极结构体44的面，形成有将燃料气体入口连通口146与燃料气体出口连通口148连通的阳极流路(燃料气体流路)48。
在阳极电极43中，通过供给燃料气体，因催化剂的电极反应而由氢分子产生氢离子，该氢离子透过固体高分子电解质膜41移动到阴极电极42，另一方面，由氢分子释放电子。
从氢分子释放出的电子从负极端子86通过输出调整器80以及电机84等外部负载，经由正极端子88移动到阴极电极42。
在阴极电极42中，因催化剂的作用而氢离子以及电子与所供给的氧化剂气体中含有的氧发生反应来生成水。
在正极端子88与负极端子86之间，设置有检测发电电压Vfc的电压传感器92。还有，在正极端子88与输出调整器80之间的布线，设置有检测发电电流Ifc的电流传感器93。
气泵26由机械式的增压器等构成，该增压器被由蓄电器82供给电力的未图示的逆变器以及电机驱动，所述气泵26具有取入大气(空气)进行加压来供给到加湿器28的功能。
加湿器28具有：流路52，氧化剂气体(干燥的空气)在该流路52流通；以及流路54，来自燃料电池堆16的阴极流路47的排出气体通过燃料电池堆16的氧化剂气体出口连通口102以及管路104，并在该流路54流通。
而且，来自燃料电池堆16的阴极流路47的所述排出气体是卸放阀158关闭时的湿润的氧化剂排气、或者卸放阀158打开时混合有燃料排气的湿润的氧化剂排气。
在管路104设置有阴极出口压力传感器69，该阴极出口压力传感器69检测在该管路104流通的所述排出气体的压力，来作为阴极出口压力Pco[kPa]。
加湿器28具有将从气泵26供给的氧化剂气体加湿的功能。即，加湿器28使所述排出气体中含有的水分经由多孔质膜向供给气体(氧化剂气体)移动。
气泵26的吸入口侧通过管路106、空气流量传感器(AFS)(流量传感器)56以及管路108来与大气连通。
空气流量传感器56测量从气泵26向燃料电池堆16的阴极流路47供给的氧化剂气体的质量流量M[g/min]，并向控制装置12输出。
气泵26的喷出口侧通过管路110、112与加湿器28的流路52的一端侧连通。加湿器28的流路52的另一端侧与作为管路的管路114(氧化剂气体供给流路)的一端侧连通，管路114的另一端侧通过氧化剂气体入口连通口116与燃料电池堆16内的阴极流路47连通。
在管路110设置有喷出压压力传感器64，该喷出压压力传感器64检测从气泵26喷出的氧化剂气体的压力，来作为氧化剂气体喷出压力Po[kPa]。
在管路114设置有阴极入口压力传感器67，该阴极入口压力传感器67检测在该管路114流通的氧化剂气体的压力，来作为阴极入口压力Pci[kPa]。
加湿器28的流路54的喷出侧通过管路117、118与稀释器66的一方的入口侧连通。
气泵26的喷出口侧的管路110分支，一方与管路112连通，并且另一方经由旁通管路120、旁通阀122来与管路118连通。
在管路118设置有稀释器入口压力传感器62，该稀释器入口压力传感器62检测在该管路118流通的气体的压力，来作为稀释入口压力Pd[kPa]。
氢罐18具备电磁动作式的截止阀，氢罐18是将高纯度的氢以高的压力压缩并收容的容器。
从氢罐18喷出的燃料气体通过管路140、喷射器30、管路142、引射器32、管路144(燃料气体供给流路)，经由燃料气体入口连通口146供给到燃料电池堆16的阳极流路48的入口。
在管路144设置有阳极入口压力传感器68，该阳极入口压力传感器68检测在该管路144流通的燃料气体的压力，来作为阳极入口压力Pai[kPa]。
阳极流路48的出口通过燃料气体出口连通口148、管路150(燃料排气流路)来与气液分离器34的入口151连通，从阳极流路48向该气液分离器34供给作为含氢气体的燃料排气(anode off-gas)。
在管路150设置有：阳极出口压力传感器70，其检测在该管路150流通的燃料排气的压力，来作为阳极出口压力Poa[kPa]；以及阳极出口温度传感器72，其检测在该管路150流通的燃料排气的温度，来作为阳极出口温度Toa[℃]。
气液分离器34将所述燃料排气分离为气体成分与液体成分(液态水)。燃料排气的气体成分(燃料排气)从气液分离器34的气体排出口152排出，通过管路154被供给到引射器32。另一方面，当在需要时打开卸放阀158时，燃料排气还经由联络管路156(连接流路)、卸放阀158(开闭阀)被供给到氧化剂气体的管路114。
而且，为了防止因在阴极流路47存在的氮气透过电解质膜-电极结构体44使阳极流路48内的氢浓度降低而导致的阳极电极43的劣化，打开卸放阀158。即，在行驶时等通常发电时判断为阳极流路48内的氢浓度降低时，打开卸放阀158。
供给到氧化剂气体的管路114的燃料排气在管路114内与从气泵26供给的氧化剂气体混合，并通过氧化剂气体入口连通口116被供给到燃料电池堆16的阴极流路47。
供给到阴极流路47的燃料排气的一部分因阴极电极42的催化剂反应而被氢离子化，该氢离子与氧化剂气体反应来生成水。未反应的剩余部分的燃料排气从氧化剂气体出口连通口102排出，在通过管路104、流路54、管路117、118从稀释器66排出时，被从旁通管路120供给的氧化剂气体稀释，并经由管路118、稀释器66以及管路124向燃料电池车辆10的外部(大气)排出。
从在所述引射器32的上游侧设置的喷射器30经由管路142向所述引射器32供给燃料气体。因此，经由气液分离器34供给的燃料排气(所述气体成分)在被引射器32吸引并与燃料气体混合的状态下，通过燃料电池堆16的管路144经由燃料气体入口连通口146被供给到燃料电池堆16的阳极流路48。
燃料排气的液体成分从气液分离器34的液体排出口160通过管路162、排泄阀164以及管路166，经由稀释器66从管路124向燃料电池车辆10的外部排出。
实际上，一部分燃料排气与液体成分一同从排泄阀164向管路166排出。为了将该燃料排气中的氢气稀释来向外部排出，将从气泵26喷出的氧化剂气体的一部分通过旁通管路120、管路118供给到稀释器66。
由此，燃料排气中的氢气在稀释器66中被稀释并向外部排出。
在燃料电池堆16还附设有：冷却介质供给流路74a，其用于向设置于该燃料电池堆16的冷却介质流路(未图示)供给冷却介质；以及冷却介质排出流路74b，其用于从设置于该燃料电池堆16的冷却介质流路(未图示)排出冷却介质。在冷却介质排出流路74b设置有温度传感器76，该温度传感器76测定在冷却介质排出流路74b流动的冷却介质的温度Tw[℃]，来作为燃料电池堆16的温度。
控制装置12包括具备CPU(未图示)、存储部(ROM和RAM)等的微型计算机，来构成为ECU(电子控制单元)。
在存储部存储有该燃料电池车辆10以及燃料电池系统14的控制程序等。
控制装置12的CPU根据所述控制程序执行运算，从而进行燃料电池车辆10以及燃料电池系统14的运转控制。
为了进行运转控制，控制装置12基于来自用于检测未图示的加速踏板的开度的加速器开度传感器的加速器开度θa、来自未图示的车速传感器的车速Vs、来自用于检测蓄电器82的SOC(剩余容量)的SOC传感器83的SOC等，通过输出调整器80调整燃料电池堆16的发电电力与蓄电器82的电力的供给比率，对电机84进行驱动控制。
另外，在对电机84进行驱动控制时，控制装置12基于所述发电电力的供给比率，并基于从除了喷出压压力传感器64等压力传感器以及温度传感器76等温度传感器以外的各种传感器接收的检测信号，对构成氧化剂气体系设备22以及燃料气体系设备24的各结构要素进行驱动控制，由此进行燃料电池系统14的发电控制。
如图2A所示，控制装置12还作为基于燃料电池堆16的发电电力指令值Pfccom以及发电电压Vfc向输出调整器80输出发电电流指令值Ifccom的电流转换器90进行动作。
控制装置12并不限定于一个，也可以是分成用于决定燃料电池堆16的发电电力指令值Pfccom的能量管理部、具有电流转换器90并基于所述发电电力指令值Pfccom来对燃料电池堆16进行发电控制的发电控制部、对电机84进行驱动控制的电机控制部等，可以分成两个以上。
[动作]
然后，对于基本如上述那样构成的燃料电池系统14的动作，依次说明[1]燃料电池车辆10行驶时等的通常发电中的动作(在后述的第二实施例中也是同样的动作)、[2]考虑了阳极流路48的氢浓度降低的第一实施例的发电电流指令值Ifccom的设定动作、[3]考虑了阳极流路48的氢浓度降低的第二实施例的发电电流指令值Ifccom的设定动作。
[1]燃料电池车辆10行驶时等的通常发电时的动作的说明
以下，参照对燃料气体、氧化剂气体以及电力的流动标注了实线的箭头线的图3，对于通常发电中(阳极电极43侧的氢浓度处于不需要使卸放阀158打开的状况的情况下的行驶中等)的动作进行说明。而且，在图3中、虚线的箭头线表示后述的卸放阀158打开时的燃料排气的流动。
在通常发电中，卸放阀158被关闭，旁通阀122主要在排泄阀164打开时为了进行稀释而被打开。
在氧化剂气体系设备22侧，在控制装置12的控制下，从以蓄电器82的高电压的电力作为动力源进行动作的气泵26喷出氧化剂气体。从气泵26喷出的氧化剂气体在通过管路110、112、加湿器28被加湿之后，通过管路114被供给到燃料电池堆16的氧化剂气体入口连通口116。
而且，加湿器28使从燃料电池堆16的氧化剂气体出口连通口102向管路104排出并在流路54流通的湿润的排出气体中的水分，经由多孔质膜向在流路52流通的供给气体(氧化剂气体)移动。
另一方面，在燃料气体系设备24侧，在喷射器30的开阀作用下，从高压的氢罐18向管路142供给燃料气体(氢气)。该燃料气体与通过管路(循环路)154被引射器32吸引的燃料排气混合，并在通过引射器32之后，被供给到燃料电池堆16的燃料气体入口连通口146。
在燃料电池堆16内，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通口116经由各发电单电池40的阴极流路47被供给到阴极电极42。另一方面，氢气从燃料气体入口连通口146经由各发电单电池40的阳极流路48被供给到阳极电极43。因而，各发电单电池40中，供给到阴极电极42的空气中含有的氧气与供给到阳极电极43的氢气在电极催化剂层内通过电化学反应(燃料电池反应)被消耗，从而进行发电。
然后，由供给到阴极电极42并被消耗了的空气形成的阴极排气以及反应生成水向氧化剂气体出口连通口102排出，通过管路104以及流路54向管路117流通。向管路117流通的阴极排气以及生成水与从旁通管路120供给的氧化剂气体进行合流，经由管路118被供给到稀释器66，并通过该稀释器66，经由管路124被排出到燃料电池车辆10的外部。
供给到阳极电极43并被消耗了的氢气，作为燃料排气(一部分被消耗的燃料气体)被排出到燃料气体出口连通口148。
燃料排气在从管路150被导入气液分离器34并被去除液体成分(液态水)之后，经由管路154被引射器32吸引，并用于燃料电池堆16内的发电反应。
通过多个发电单电池40串联地电连接而成的燃料电池堆16发电产生的高电压的发电电压的电力经由输出调整器80被存蓄在蓄电器82。
控制装置12的能量管理部根据燃料电池车辆10的加速器开度θa、车速Vs、蓄电器82的SOC、未图示的空调装置的设定温度等负载状态，来决定燃料电池堆16的发电电力指令值Pfccom。
控制装置12的发电控制部的电流转换器90基于发电电力指令值Pfccom和发电电压Vfc，计算发电电流指令值Ifccom。电流转换器90控制氧化剂气体系设备22、燃料气体系设备24以及输出调整器80，以产生与发电电流指令值Ifccom对应的发电电流Ifc。
在该情况下，在输出调整器80的控制下，用蓄电器82以及/或者燃料电池堆16的电力驱动电机84，由此使燃料电池车辆10行驶。
[2]考虑了阳极流路48的氢浓度降低的第一实施例的发电电流指令值Ifcc om的设定动作的说明
参照图4所示的流程图进行说明。执行图4的流程图的处理(控制程序)的是控制装置12(的CPU)，但是每次都参照则会复杂，因此根据需要参照。
在步骤S1，基于加速器开度θa、车速Vs以及SOC，计算在燃料电池堆16应该产生的发电电力指令值Pfccom。
在步骤S2，由电压传感器92获取发电电压Vfc。
在步骤S3，控制装置12的电流转换器90基于发电电力指令值Pfccom和发电电压Vfc，参照公式(1)来计算发电电流指令值Ifccom。
Ifccom＝Pfccom÷Vfc…(1)
在步骤S4，基于发电电流指令值Ifccom，对燃料电池堆16进行如下发电控制：使电流传感器93检测出的发电电流Ifc成为Ifc＝Ifccom。
然后，在步骤S5，估计在阳极流路48流通的燃料气体(氢)的浓度。
在该情况下，从阴极入口压力传感器67获取阴极入口压力Pci，并且从阳极入口压力传感器68获取阳极入口压力Pai，还有，由温度传感器76获取冷却介质的温度Tw。冷却介质的温度Tw与燃料电池堆16的(内部)温度、即阳极流路48内的燃料气体(氢)的温度大致相等。
而且，基于该冷却介质的温度Tw、阴极入口压力Pci以及阳极入口压力Pai，估计从阴极电极42侧向阳极电极43侧透过的氮的透过量，由此估计阳极流路48中的燃料气体(氢)的浓度。而且，也可以在管路144以及/或者管路150设置氢浓度传感器，来测量氢浓度。
然后，基于估计的氢浓度，在步骤S6至S9，对卸放阀158进行开闭控制。
还利用图5的时序图、图6的发电示意图，来对于卸放阀158的开闭控制进行说明。而且，在图6的发电示意图中，对于除了氧以及氢以外的氮等气体省略了图示。
在燃料电池堆16中，当阳极电极43的燃料气体的浓度相比于既定浓度(在图5中为阈值B)而降低(缺乏燃料气体)时，固体高分子电解质膜41会劣化，因此在步骤S6，判定氢浓度是否小于阈值B。
在步骤S6的氢浓度判定中氢浓度小于阈值B(步骤S6：“是”)时，在步骤S7，打开卸放阀158。
当打开卸放阀158时，从燃料气体出口连通口148排出的燃料排气经由联络管路156，并通过管路114从氧化剂气体入口连通口116被供给到阴极流路47。
因此，在卸放阀158的打开中，如图6的“卸放阀打开中”侧的描绘所示，在阴极流路47侧，氧化剂气体量降低而使阴极电极42侧的电位降低，从而使发电单电池电压Vcell[V]降低。由此，使燃料电池堆16的发电电压Vfc降低。
在该第一实施例中，即使发电电压Vfc降低，也如参照上述公式(1)说明那样，在电流转换器90的作用下，以使发电电流指令值Ifccom增加的方式进行控制，因此能够避免因发电电压Vfc降低而导致的发电电力Pfc降低，或者能够抑制降低。
另外，在卸放阀158的打开中，使喷射器30的燃料气体喷出量增大，使从燃料气体入口连通口146供给到燃料电池堆16的阳极流路48的燃料气体量增量，使氢浓度增加。
然后，在步骤S8，为了抑制燃料电池系统14的发电效率降低，判定阳极流路48中的氢浓度是否恢复到阈值A(阈值A>阈值B)(参照图5)。
在氢浓度没有恢复到阈值A(步骤S8：“否”)的情况下，返回步骤S1，反复进行步骤S1至S5、步骤S6：“是”、步骤S7以及步骤S8：“否”的判定处理。
当氢浓度恢复到阈值A(步骤S8：“是”)时，在步骤S9，关闭卸放阀158。
在该情况下，如图6的“卸放阀关闭中”侧的描绘所示，发电单电池40的发电返回正常，发电单电池电压Vcell上升并恢复到通常的电压。
在发电电压Vfc恢复的情况下，如参照上述公式(1)说明那样，由电流转换器90以使发电电流指令值Ifccom减小的方式进行控制，因此能够避面因发电电压Vfc恢复而上升所导致的发电电力Pfc变化，或者能够抑制降低。
图7是示出用图4的流程图说明的第一实施例的动作的一例的时序图。
根据图7的时序图，发电电力指令值Pfccom与时间的经过无关地保持为固定值。
如图7所示，在卸放阀158被打开时，发电电压Vfc降低，但是按图4的流程图的步骤S7、步骤S8：“否”、步骤S1至S6：“是”(还参照图5)以及步骤S7的顺序进行控制，因此基于上述公式(1)，以使发电电流指令值Ifccom在步骤S4增加与发电电压Vfc降低量相当的量的方式进行控制。因此，燃料电池堆16的实际发电电力Pfc不会变动。
这样根据第一实施例，能够利用电流转换器90将发电电流指令值Ifccom控制为发电电力指令值Pfccom除以发电电压Vfc而得到的值，因此即使打开卸放阀158，也无需变更卸放阀158的关闭中(通常控制中)的发电控制，能够实现控制的简单化。
而且，在该第一实施例中，在打开卸放阀158时，在燃料排气中的燃料气体中，未被阴极电极42侧的催化剂反应消耗的相应量的燃料气体(还包含氮)，如图3中虚线的箭头符号所示那样，从氧化剂气体出口连通口102排出。
从氧化剂气体出口连通口102排出的未被消耗的相当量的燃料气体在旁通阀122打开时与氧化剂气体混合，通过稀释器66以及管路124被稀释并向大气排出。
这时，需要从气泵26冗余地喷出：在旁通阀122流通的氧化剂气体量相当量的氧化剂气体，但是需要稀释的燃料气体量在阴极电极42处的电极反应减少，因此能够抑制气泵26的喷出量的增加。
结果时，能够提高因气泵26的噪音和振动导致的燃料电池车辆10的噪音和振动涉及的商品性能。
[3]考虑了阳极流路48的氢浓度降低的第二实施例的发电电流指令值Ifcc om的设定动作
参照图8的流程图，对于第二实施例的发电电流指令值Ifccom的设定动作进行说明。而且，在图8的流程图中，对于与图4的流程图示出的处理(步骤)对应的处理(步骤)标注同一的步骤编号，省略详细说明。
在第二实施例中，第一实施例的图1中的电流转换器90被电流转换器90A代替，如图2B的示意性的框图所示，所述电流转换器90A包括参照图2A说明的电流转换器90以及电力-电流转换表91。
在步骤S1，与第一实施例同样地，基于加速器开度θa、车速Vs以及SO C，计算在燃料电池堆16应该产生的发电电力指令值Pfccom。
然后，在步骤Sp，在卸放阀158的关闭时，如图2B所示，进行基于发电电力指令值Pfccom并利用电力-电流转换表91(燃料电池堆16的发电电流相对于发电电力的特性)设定发电电流指令值Ifccom的第一发电控制。在该情况下，对燃料电池堆16进行如下发电控制：使电流传感器93检测出的发电电流Ifc成为Ifc＝Ifccom。
然后，在步骤S5，与第一实施例同样地，估计阳极流路48的氢浓度。
然后，在步骤S6的氢浓度判定中氢浓度小于阈值B(步骤S6：“是”)时，在进行步骤S7的卸放阀158的开阀处理之前，在步骤Sq，切换为第二发电控制，在该第二发电控制中，基于发电电力指令值Pfccom和发电电压Vfc，由电流转换器90设定发电电流指令值Ifccom(参照图2B)。
即，在该步骤Sq的第二发电控制中，与第一实施例的步骤S2同样地，由电压传感器92获取发电电压Vfc。然后，与步骤S3同样地，控制装置12的电流转换器90A中的电流转换器90基于发电电力指令值Pfccom和发电电压Vfc，参照上述公式(1)，来计算发电电流指令值Ifccom。还有，与步骤S4同样地，基于发电电流指令值Ifccom，对燃料电池堆16进行如下发电控制：使电流传感器93检测出的发电电流Ifc成为Ifc＝Ifccom。
这样，在卸放阀158的打开中，按步骤S7、步骤S8：“否”(还参照图5)、步骤Sq的顺序持续进行控制，来执行第二发电控制。
图9是示出用图8的流程图说明的第二实施例的动作的一例的时序图。
根据图9的时序图，与第一实施例同样地，发电电力指令值Pfccom与时间的经过无关地保持为固定值。
如图9所示，当卸放阀158关闭时，换言之，在没有因氧化剂气体不足而发电电压Vfc降低时，在进行步骤S9的处理之后，反复进行步骤S1至S5以及步骤S6：“否”的处理，因此通过使用电力-电流转换表91的第一发电控制，将实际发电电力Pfc维持为电力指令值Pfccom。
另外，当卸放阀158打开时，发电电压Vfc降低，但是在该情况下，执行步骤S8：“否”、步骤Sq、步骤S7的处理，将电流指令值转换逻辑切换为第二发电控制，因此基于上述公式(1)，由电流转换器90A中的电流转换器90使电流指令值Ifccom增加，因此将实际发电电力Pfc维持为电力指令值Pfccom。
在该第二实施例中，阳极流路48内(阳极电极43侧)的氢浓度接近了阈值B，则考虑作为电磁阀的卸放阀158的延时，在实际打开卸放阀158(步骤S7)之前进行切换(步骤Sq)。
因打开卸放阀158而发电单电池电压Vcell降低是发生在燃料排气进入了阴极流路47(阴极电极42)时，因此在从打开卸放阀158起经过少量时间(例如，100[ms]左右)时切换为第二发电控制是基本没问题的。
同样地，返回第一发电控制的定时可以是燃料排气不进入阴极流路47(阴极电极42)的定时。实施时为10[ms]～100[ms]程度，很轻微。
如上所述，基于燃料电池堆16的内部温度(用上述的冷却介质的温度Tw代替)、阴极入口压力Pci以及阳极入口压力Pai，估计阳极流路48(阳极电极43)的氢浓度增减的斜率(参照图5)。
由此，在打开卸放阀158的定时也考虑到该斜率来进行预测，因此也能够将阈值B稍微提高来进行对应。
而且，在该第二实施例中，也在打开卸放阀158时，与在第一实施例说明的内容同样地，能够抑制用于稀释的气泵26的喷出量增加，从而能够提高燃料电池车辆10的噪音和振动涉及的商品性能。
[能够根据实施方式掌握的发明]
这里，以下记载能够根据上述实施方式掌握的发明。而且，为了便于理解，对于结构要素的一部分标注在上述实施方式中使用的标记，但是该结构要素并不限定于标注该标记的结构要素。
本发明的燃料电池系统14，具有用经由燃料气体供给流路被供给到阳极电极43的燃料气体和经由氧化剂气体供给流路被供给到阴极电极42的氧化剂气体进行发电的燃料电池，在所述燃料电池系统14中，具备：燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；连接流路，其使所述燃料排气流路与所述氧化剂气体供给流路连通；开闭阀，其对所述连接流路进行开闭；控制装置12，其控制向所述燃料电池供给的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的供给状态；以及电压获取器，其获取所述燃料电池的发电电压Vfc，所述控制装置当基于发电电流指令值Ifccom控制所述燃料电池的发电状态时，基于发电电力指令值Pfccom和由所述电压获取器获取到的发电电压Vfc来设定所述发电电流指令值Ifccom。
由此，即使在开闭阀打开而燃料排气在阴极电极流通导致燃料电池的发电电压降低的情况下，也基于发电电压的降低来使发电电流指令值增加，因此发电电力不会发生变化。在该控制中，不变更控制，因此能够实现控制的简单化。
另外，本发明的燃料电池系统，具有用经由燃料气体供给流路被供给到阳极电极的燃料气体和经由氧化剂气体供给流路被供给到阴极电极的氧化剂气体进行发电的燃料电池，在所述燃料电池系统中，具备：燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；连接流路，其使所述燃料排气流路与所述氧化剂气体供给流路连通；开闭阀，其对所述连接流路进行开闭；控制装置，其控制向所述燃料电池供给的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的供给状态；以及电压获取器，其获取所述燃料电池的发电电压，所述控制装置当基于发电电流指令值控制所述燃料电池的发电状态时，在使所述开闭阀关闭时进行基于发电电力指令值来设定所述发电电流指令值的第一发电控制，在使所述开闭阀打开时进行基于所述发电电力指令值和所述发电电压来设定所述发电电流指令值的第二发电控制。
由此，在发电中，因从阴极电极侧向阳极电极透过的氮气的影响，而在阳极电极流通的燃料气体的浓度降低，在将使燃料排气流路与氧化剂气体供给流路连通的连接流路的开闭阀打开时，基于发电电力指令值和发电电压来设定发电电流指令值，因此即使对阳极电极进行燃料气体浓度控制(防止燃料气体浓度降低控制)，燃料电池的发电电力也不会变化，或者能够抑制变化。
另外，也可以是，在燃料电池系统中，还具备燃料气体浓度获取部，该燃料气体浓度获取部获取在所述阳极电极流通的所述燃料气体的浓度，在所述燃料气体浓度获取部获取到的所述燃料气体的浓度成为既定值以下的浓度的情况下，所述控制装置使所述开闭阀打开。
由此，能够抑制基于在阳极电极流通的燃料气体的浓度降低而引起的电解质膜的劣化。
还有，也可以是，在燃料电池系统中，还具备燃料气体浓度获取部，该燃料气体浓度获取部获取在所述阳极电极流通的所述燃料气体的浓度，在所述燃料气体浓度获取部获取到的所述燃料气体的浓度成为既定值以下的浓度的情况下，所述控制装置在使所述开闭阀打开之前，从所述第一发电控制切换为所述第二发电控制。
由此，能够兼顾抑制电解质膜的劣化与对发电电力指令值进行适当的控制。
而且，本发明并不限定于上述的实施方式，能够基于本说明书的记载内容采用各种的结构。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，具有用经由燃料气体供给流路被供给到阳极电极的燃料气体和经由氧化剂气体供给流路被供给到阴极电极的氧化剂气体进行发电的燃料电池，在所述燃料电池系统中，具备：
燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；
连接流路，其使所述燃料排气流路与所述氧化剂气体供给流路连通；
开闭阀，其对所述连接流路进行开闭；
控制装置，其控制向所述燃料电池供给的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的供给状态；以及
电压获取器，其获取所述燃料电池的发电电压，
所述控制装置当基于发电电流指令值控制所述燃料电池的发电状态时，基于发电电力指令值和由所述电压获取器获取到的发电电压来设定所述发电电流指令值。
2.一种燃料电池系统，具有用经由燃料气体供给流路被供给到阳极电极的燃料气体和经由氧化剂气体供给流路被供给到阴极电极的氧化剂气体进行发电的燃料电池，在所述燃料电池系统中，具备：
燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；
连接流路，其使所述燃料排气流路与所述氧化剂气体供给流路连通；
开闭阀，其对所述连接流路进行开闭；
控制装置，其控制向所述燃料电池供给的所述燃料气体以及所述氧化剂气体的供给状态；以及
电压获取器，其获取所述燃料电池的发电电压，
所述控制装置当基于发电电流指令值控制所述燃料电池的发电状态时，在使所述开闭阀关闭时进行基于发电电力指令值来设定发电电流指令值的第一发电控制，在使所述开闭阀打开时进行基于所述发电电力指令值和所述发电电压来设定所述发电电流指令值的第二发电控制。
3.根据权利要求1或者2所述的燃料电池系统，其特征在于，
还具备燃料气体浓度获取部，该燃料气体浓度获取部获取在所述阳极电极流通的所述燃料气体的浓度，
在所述燃料气体浓度获取部获取到的所述燃料气体的浓度成为既定值以下的浓度的情况下，所述控制装置使所述开闭阀打开。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
还具备燃料气体浓度获取部，该燃料气体浓度获取部获取在所述阳极电极流通的所述燃料气体的浓度，
在所述燃料气体浓度获取部获取到的所述燃料气体的浓度成为既定值以下的浓度的情况下，所述控制装置在使所述开闭阀打开之前从所述第一发电控制切换为所述第二发电控制。
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