CN1929175A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现小型化，且可适合于预热的燃料电池系统。燃料电池系统(1A)具有：通过供给反应气体来进行发电，通过供给制冷剂来进行冷却的燃料电池(2)；供给反应气体的压缩机(21)；供给制冷剂的泵(41)；限制制冷剂供给量的分配阀(51)；控制分配阀(51)的运行控制部(17)，其中，压缩机(21)和泵(41)共有一个电动机M，被一体地驱动，其中，运行控制部(71)在预热燃料电池(2)时，控制分配阀(51)，减少制冷剂供给量。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
近年来，通过将氢供给阳极，将氧供给阴极，产生电化学反应进行发电的固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell：PEFC，下面称作“燃料电池”)的开发十分盛行。燃料电池正在被广泛应用于通过其发电的电力来行驶的燃料电池汽车、家庭用电源等，且今后也期待其适用范围的扩大。
当这种燃料电池进行发电时，由于电化学反应而自身散热。因此，通常采用使制冷剂(冷却水)经由燃料电池循环，适宜地冷却燃料电池的方法(参照专利文献1)。
专利文献1：特开2004-234902号公报(段落序号0002～0025、图1)
另一方面，提出了如下技术，为实现系统的小型化，而将用于供给制冷剂的泵和用于向阴极供给空气的压缩机一体构成，由一个驱动装置(例如电动机)一体进行驱动。
但是，这样，泵和压缩机共有一个驱动装置，当一体进行驱动时，例如在燃料电池起动时，在送入空气的同时送入制冷剂，由自身散热产生的热向制冷剂散热，其结果存在燃料电池的预热延迟的情况。另外，在冰点下使燃料电池起动时，由于制冷剂的作用，发电生成的水及冷凝而成的水也可能在燃料电池内冻结。
发明内容
因此，本发明的课题在于，提供小型化，同时可适当预热的燃料电池系统。
作为用于解决上述课题的机构，本发明提供燃料电池系统，具有：燃料电池，其具有反应气体流通的反应气体流路，通过向该反应气体流路供给反应气体来进行发电，且具有制冷剂流通的制冷剂流路，通过向该制冷剂流路供给制冷剂来进行冷却；反应气体供给装置，其向所述反应气体流路供给反应气体；制冷剂供给装置，其向所述制冷剂流路供给制冷剂；制冷剂供给限制装置，其限制向所述制冷剂流路的制冷剂的供给量；控制装置，其控制所述制冷剂供给限制装置，其中，所述反应气体供给装置和所述制冷剂供给装置共有一个驱动装置，并一体地驱动，其特征在于，所述控制装置在预热所述燃料电池的情况下，控制所述制冷剂供给限制装置，减少向所述制冷剂流路的所述制冷剂的供给量。
根据这样的燃料电池系统，通过反应气体供给装置和制冷剂供给装置共有一个驱动装置，从而实现系统的小型化。而且，在预热燃料电池时，由一个驱动装置一体驱动反应气体供给装置和制冷剂供给装置，同时通过制冷剂供给限制装置减少制冷剂向制冷剂流路的供给量，可适合地预热燃料电池。
另外，本发明提供燃料电池系统，其特征在于，所述制冷剂供给限制装置具有使所述制冷剂流路迂回的迂回流路。
根据这样的燃料电池系统，通过将制冷剂送向迂回流路内，可减少向燃料电池的制冷剂流路的制冷剂供给量。
另外，本发明提供燃料电池系统，其特征在于，所述制冷剂供给限制装置具有对供给向所述制冷剂流路的制冷剂附加压力损失压力损失施加装置。
根据这样的燃料电池系统，通过由压力损失施加装置对制冷剂施加压力损失，可减少制冷剂向制冷剂流路的供给量。
另外，本发明提供燃料电池系统，其特征在于，还具有检测所述燃料电池散热量的散热量检测装置，所述控制装置基于所述散热量检测装置检测到的散热量控制所述制冷剂供给限制装置。
根据这样的燃料电池系统，基于散热量检测装置检测到的散热量，能够控制制冷剂供给限制装置。
根据本发明，可提供小型化，且可适合于预热的燃料电池系统。
附图说明
图1是表示第一实施方式的燃料电池系统的构成的图；
图2是表示第一实施方式的燃料电池系统起动时的动作的流程图；
图3是表示第一实施方式的燃料电池系统的一动作例子的流程图；
图4是表示第二实施方式的燃料电池系统的构成的图；
图5是表示第二实施方式的燃料电池系统起动时的动作的流程图；
图6是表示第二实施方式的燃料电池系统的一动作例子的流程图；
图7是表示变形例的燃料电池系统的构成的图；
图8是表示变形例的燃料电池系统的构成的图。
图中：1A、1B、1C、1D  燃料电池系统；2燃料电池；3阳极侧流路(反应气体流路)；4阴极侧流路(反应气体流路)；5压缩机(反应气体供给装置)；34电流计(散热量检测装置)；35电压计(散热量检测装置)；41泵(制冷剂供给装置)；50A、50B、50D制冷剂供给限制装置；51分配阀；52节流孔(压力损失附加装置)；52a配管(迂回流路)；53可变节流孔(压力损失附加装置)；61 IG(起动开关)；70A、70B、70C ECU；71运转控制部(控制装置)；72预热判定部(预热判定装置)；73电力累计部(散热量检测装置)；M电动机(驱动装置)；A驱动轴。
具体实施方式
下面，适宜参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各实施方式的说明中，有关同一构成要素使用同一符号，省略重复的说明。
(第一实施方式，燃料电池系统的构成)
参照图1～图3说明第一实施方式的燃料电池系统。
如图1所示，第一实施方式的燃料电池系统1A是搭载于燃料电池汽车上的系统，该燃料电池汽车是通过燃料电池2的发电电力来驱动电动行驶电动机31而行驶。燃料电池系统1A主要包括：燃料电池2；对燃料电池2供给·排出氢(燃料气体、反应气体)的阳极系统10；对燃料电池2供给·排出含氧的空气(氧化剂气体、反应气体)的阴极系统20；与燃料电池2的输出端子连接，消耗电力的电力消耗系统30；适宜冷却燃料电池2的冷却系统40；适宜控制向燃料电池2的制冷剂供给量的制冷剂供给控制装置50A；燃料电池1A的起动开关即IG61(触发)；电子控制以上部件的ECU70A(Electronic Control Unit，电子控制装置)。
(燃料电池)
燃料电池2(燃料电池组)是通过层叠多个单电池构成的固体高分子型燃料电池。单电池通过由阳极(燃料极)及阴极(空气极)夹着电解质膜(固体高分子膜)两面而成的MEA(Membrane Electrode Assembly：膜电极接合体)、和夹着MEA的一对隔板构成。在隔板上形成有用于对构成各单电池的MEA的整个面供给反应气体的槽、及用于将氢、氧导向全部单电池的贯通孔等，这些槽等构成阳极侧流路3、阴极侧流路4(反应气体流路)。即，在阳极侧流路3，流通作为燃料气体的氢，并将该流通的氢供给各阳极。另一方面，在阴极侧流路4流通作为氧化剂气体的含氧的空气，将该流通的空气供给各阴极。
然后，如果分别向燃料电池2的阳极供给氢，向阴极供给含氧的空气，则在阳极、阴极中含有的催化剂(Pt等)上产生电化学反应，其结果在各单电池产生电位差。而且，这样对于在各单电池产生了电位差的燃料电池2来说，如果行驶电动机31等外部负载有发电要求，则燃料电池2发电。另外，当这样发电时，燃料电池2自身散热。
另外，在上述的隔板上形成有制冷剂流通的制冷剂流路5，通过在该制冷剂流路5内流通制冷剂，将燃料电池2适宜冷却。
(阳极系统)
阳极系统10主要具有贮存有氢的氢气罐11和断流阀12。氢气罐11经由配管11a与断流阀12连接，断流阀12经由配管12a与阳极侧流路3连接。另外，断流阀12与ECU70A的运行控制部71连接，由运行控制部71进行适宜地控制，当断流阀12打开时，氢从氢气罐11供给向阳极侧流路3。另外，在配管12a上设有减压阀(未图示)，将氢减压到规定压力。
另一方面，阳极侧流路3的下游侧经由配管13a对外气开放。而且，从燃料电池2排出的阳极废气(氢废气)通过配管13a被排出到外部。
(阴极系统)
阴极系统20主要具有作为反应气体供给装置的压缩机21(增压器、反应气体供给装置)。压缩机21经由配管21a与阴极侧流路4连接，当压缩机21工作时，外部的空气被取入，被送入阴极侧流路4。此外，在配管21a上设有加湿器(未图示)，该加湿器将供给向阴极侧流路4的空气加湿。
另一方面，阴极侧流路4的下游侧经由配管22a对外气开放。而且，在该配管22a内流通从阴极侧流路4排出的阴极废气(空气废气)，并将其在其下游侧排出。
另外，压缩机21与冷却系统40的泵41(制冷剂供给装置)共有一个电动机M(驱动装置)。即，绕电动机M的驱动轴A，固定有例如压缩机21的叶轮(未图示)和泵41的叶轮(未图示)，当驱动电动机M时，两个叶轮一体旋转。即，压缩机21和泵41共有电动机M，设计为被一体驱动。而且，由于这样共有电动机M，从而可实现系统小型化、部件数量消减、成本降低。
(电力消耗系统)
电力消耗系统30与燃料电池2的输出端子(未图示)连接，是消耗由燃料电池2产生的电力的系统。电力消耗系统30主要具有：使燃料电池汽车行驶的行驶电动机31(外部负载)、VCU32(Voltage Control Unit)、蓄电装置33、电流计34(散热量检测装置)、电压计35(散热量检测装置)。
行驶电动机31经由VCU32与燃料电池2的输出端子连接。蓄电装置33在VCU32和行驶电动机31之间与行驶电动机31并联连接，将蓄积的电力供给行驶电动机31，辅助燃料电池2，或蓄积燃料电池2的剩余电力。作为这种蓄电装置33，列举例如电容器(双电荷层电容器)、电池等。
VCU32是控制燃料电池2的输出电流及输出电压的电流电压设备。换言之，VCU32是通过适宜取出电流，使燃料电池2发电的设备。这种VCU32例如具有接触器(继电器)、DC-DC换流器等。而且，VCU32与运行控制部71连接，通过运行控制部71控制输出电流及输出电压。即，例如如果运行控制部71将输出电流设为0，则燃料电池2不发电。
电流计34在燃料电池2和VCU32之间适当地设置，使得能够检测到燃料电池2(全部堆栈)的输出电流。而且，电流计34与ECU70A的电力累计部73A连接，电力累计部73A监视燃料电池2的实际输出电流。
电压计35在燃料电池2和VCU32之间适当地设置，使得能够感应燃料电池2(全部堆栈)的输出电压。而且，电压计35与ECU70A的电力累计部73A连接，电力累计部73A监视实际的输出电压。另外，也可以对构成燃料电池2的每个单电池设置电流计34及电压计35。
(冷却系统)
冷却系统40是适宜冷却燃料电池2使其不会过度升温的系统，其主要具有作为制冷剂供给装置的泵41(制冷剂供给装置)、散热器42(散热器)、温度传感器43。而且，从泵41向下游侧按顺序连接有配管41a、燃料电池2的制冷剂流路5、配管42a、散热器42、配管42b、泵41，使制冷剂在其中循环。另外，制冷剂由以例如乙二醇等为主成分的散热液构成。另外，如上所述，泵41和阴极系统20的压缩机21共有电动机M，一体被驱动。
温度传感器43设于比后述的配管51a的合流点靠燃料电池2(上游侧)的配管42a处，将从燃料电池2排出的制冷剂的温度作为燃料电池系统1A的系统温度进行检测。而且，温度传感器43与ECU70A的预热判定部72连接，预热判定部72监视系统温度。
(制冷剂供给限制装置)
制冷剂供给限制装置50A具有分配阀51(三通阀等)、配管51a(迂回流路)。
分配阀51设于配管41a上。另外，分配阀51与运行控制部71连接，由运行控制部71适宜控制。配管51a将分配阀51和温度传感器43下游侧的配管42a连接。而且，运行控制部71通过适宜控制分配阀51，将从泵41送出的制冷剂也包括无制冷剂适宜分配给燃料电池2侧和配管51a侧。即，如果控制分配阀51，将制冷剂送向配管51a侧，则制冷剂在燃料电池2的制冷剂流路5内迂回，减少并控制对制冷剂流路5的制冷剂供给量。在此，配管51a内相当于权利要求范围中的迂回流路。
(IG)
IG61是燃料电池系统1A(燃料电池汽车)的起动开关，其配置在驾驶座位周围。而且，IG61与ECU70的运行控制部71连接，运行控制部71检测IG63的ON/OFF信号。
(ECU)
ECU70A由CPU、ROM、RAM、各种接口、电子电路等构成。这样的ECU70A具有：运行控制部71(控制装置)、预热判定部72(预热判断装置)、电力累计部73A(散热量检测装置)、制冷剂供给量累计部74。
(运行控制部)
运行控制部71与压缩机21及泵41的驱动装置即电动机M连接，适宜地驱动电动机M。另外，运行控制部71基于来自预热判定部72、电力累计部73A或制冷剂供给量累计部74的判定结果，用“控制模式”或“常规模式”控制分配阀51，并且其具有对应模式的FlagA(控制模式：FlagA＝0，常规模式：FlagA＝1)，进而还具有其判定功能(图2，S102)。在此，“常规模式”是指不限制制冷剂向制冷剂流路5供给的模式。另一方面，“限制模式”是指通过将制冷剂的一部分向配管51a侧供给，从而在制冷剂流路5内迂回，减少并限制制冷剂供给量的模式。
另外，运行控制部71还与其它断流阀12及VCU32连接，对它们进行适宜控制。
(预热判定部)
预热判定部72与温度传感器43连接，监视温度传感器43检测到的系统温度。而且，预热判定部72将存储于其内部的预热终了温度和系统温度相比较，在燃料电池系统1A起动时判定是否需要预热燃料电池2，并将其判定结果送向运行控制部71。
在此，预热终了温度是指不阻碍燃料电池2预热的温度。进一步说明，预热终了温度被设定为如下程度温度，如果制冷剂温度到达该终了温度，则燃料电池2及制冷剂适合取暖，制冷剂不会过度夺取通过发电而产生的燃料电池2的本身的散热，即燃料电池2不会因制冷剂而过度冷却。即，预热终了温度被设定为确保燃料电池系统1A稳定动作的温度。
(电力累计部)
电力累计部73A与电流计34连接，监视燃料电池2的输出电流。另外，电流累计部73A与电压计35连接，监视燃料电池2的输出电压。而且，电流累计部73A基于输出电流和输出电压算出燃料电池2的电力，并对其进行累计(图2，S103)。
另外，在电力累计部73A中存储有累计的电力(下面称作累计电力)和燃料电池2累计的散热量(下面称作累计散热量)相关联的散热量映象，电力累计部73A基于累计电力和散热量映象算出燃料电池2的累计散热量(图2，S103)。
进而，在电力累计部73A中还存储有在控制模式下的控制中是否移动到常规模式的构成判定基准的规定累计散热量，电力累计部73A通过将累计散热量和规定累计散热量进行比较而作出判定(图2，S104)，将判定结果送向映象控制部。另外，规定累计散热量，是通过限制制冷剂供给而在燃料电池2上产生温度分布，判定了燃料电池2内的热点温度(局部温度)到达了燃料电池2的可耐受的界限温度的散热量。即，这样在热点温度升高的情况下，燃料电池2自身不能均匀地散热，因自身散热而产生热点(局部形成高温度的部分)的情况。
(制冷剂供给量累计部)
制冷剂供给量累计部74具有以下功能，如果检测到运行控制部71选择常规模式，则基于分配阀51的燃料电池2侧的开度及电动机M的旋转速度和内装的时钟，在常规模式时累计被送入燃料电池2的制冷剂供给量(图2，S108)。另外，与常规模式中目标制冷剂供给量对应的分配阀51的开度及电动机M的旋转速度被预先存储在制冷剂供给量累计部74内。
而且，制冷剂供给量累计部74具有将累计的制冷剂供给量(下面称作累计制冷剂供给量)和存储于其内部的规定累计制冷剂供给量相比较，判定是否从常规模式转移到限制模式的功能(图2，S109)。规定累计制冷剂供给量具有以下功能，通过在常规模式下将制冷剂供给燃料电池2，将所述的热点温度降低到由限制模式限制的制冷剂供给所能够耐受的程度，即是否解除热点(图2，S109)。
(燃料电池系统的动作)
其次，主要参照图2说明第一实施方式的燃料电池系统1A的动作。
如图2所示，例如当为了使燃料电池汽车(燃料电池系统1A)始动(起动)而使IG61为ON(起动)时，运行控制部71接收到IG61的ON信号之后，将断流阀12打开，向阴极侧流路3供给氢。与此同时，运行控制部71使电动机M旋转，一体驱动压缩机21和泵41，将空气向阴极侧流路供给，将制冷剂向制冷剂流路5供给。然后，运行控制部71控制VCU32，从燃料电池2提取电流，使燃料电池2发电。
另外，在燃料电池系统1A起动时，FlagA被重置(FlagA＝0)。
(预热判定)
在步骤S101中，预热判定部72将经由温度传感器43检测到的系统温度和存储于其内部的预热终了温度相比较，判定是否需要燃料电池2预热。而且，在“系统温度＜预热终了温度”的情况下，判定为必须预热(S101·Yes)，并前进到步骤S102。另一方面，在“系统温度≥预热终了温度”时，判定为不必预热(S101，No)，前进到步骤S113。
(模式判定)
在步骤S102中，运行控制部71判定向燃料电池2的制冷剂供给是否为限制模式。在FlagA为0时，判定为是限制模式(S102·Yes)，并前进到步骤S103。在FlagA不为0时，判定为不是限制模式(S102·No)，并前进到步骤S108。
(限制模式)
首先，对限制向燃料电池2的制冷剂供给量的限制模式进行说明。另外，如果进入限制模式，则由于向燃料电池2的制冷剂供给变少，因而促进了其自身散热得到的燃料电池2的预热。
在步骤S103中，电力累计部73A经由电流计34及电压计35检测输出电流及输出电压，并基于输出电流及输出电压算出电力，进而累计电力，开始累计电力的算出。另外，在已经进行了累计电力的算出的情况下，继续进行累计电力的算出。然后，电力累计部73A基于累计电力和存储于其内部的散热量映象算出燃料电池2的累计散热量。
在步骤S104中，电力累计部73A判定是否转移到常规模式。具体地说，电力累计部73A将累计散热量和存储于其内部的规定累计散热量相比较而进行判定。
在“累计散热量≥规定累计散热量”的情况下，电力累计部73A判定转移到常规模式(S104，Yes)，将判定结果送到运行控制部71。运行控制部71对应常规模式控制分配阀51，将向制冷剂流路5侧的制冷剂流量增量，解除制冷剂供给限制(S106)。与此同时，运行控制部71确立FlagA(FlagA←1)。由此，热点温度逐渐降低，保护燃料电池2。然后，电力累计部73A将累计电力重置(S107)。然后，返程前进，返回到起动。
在“累计散热量＜规定累计散热量”的情况下，电力累计部73A判定不转移到常规模式，即判定为继续限制模式(S104，No)，将判定结果送到运行控制部71。运行控制部71维持限制模式下的分配阀51的控制，继续制冷剂供给限制(S105)，然后，进行返程，返回到起动。
(常规模式)
其次，对常规向燃料电池2供给制冷剂的常规模式进行说明。
在步骤S108中，制冷剂供给量累计部74根据分配阀51在燃料电池2侧的开度及电动机M的旋转速度和内装的时钟开始进行被送到了燃料电池2的累计制冷剂供给量的算出。另外，在已经进行了累计制冷剂供给量的算出的情况下，继续进行累计制冷剂供给量的算出。
在步骤S109中，制冷剂供给量累计部74判定是否转移到限制模式。具体地说，制冷剂供给量累计部74将累计制冷剂供给量和规定累计制冷剂供给量相比较进行判定。
在“累计制冷剂供给量≥规定累计制冷剂供给量”的情况下，制冷剂供给量累计部74判定为转移到限制模式(S109，Yes)，将判定结果送到运行控制部71，并重置累计制冷剂供给量(S111)。然后，运行控制部71对应限制模式控制分配阀51，限制向燃料电池2侧的制冷剂供给量，开始制冷剂供给限制(S112)。与此同时，运行控制部71重置FlagA(FlagA←0)。由此防止常规模式的燃料电池2的过冷却，即预热延迟，然后，进行返程，返回到起动。
在“累计制冷剂供给量量＜规定累计制冷剂供给量”的情况下，制冷剂供给量累计部74判定为不转移到限制模式，即继续常规模式(S109，No)，将判定结果送到运行控制部71，并持续制冷剂供给(S110)。然后，进行返程，返回到起动。
(预热终了)
其次，对不需要燃料电池2的预热，即预热终了(S101·No)，前进到步骤S113的情况进行说明。
在步骤S113中，电力累计部73A重置累计电力，制冷剂供给量累计部74重置累计制冷剂供给量，运行控制部71重置FlagA(FlagA←0)。由此，可在下次起动时完备。然后，前进至结束，将燃料电池系统1A起动时的制冷剂供给的控制终止。
这样，根据第一实施方式的燃料电池系统1A，压缩机21和泵41共有电动机M，从而实现系统的小型化，并且运行控制部71控制分配阀51，由此适宜限制向制冷剂流路5的制冷剂供给量，保护燃料电池2，同时可促进其预热。
(燃料电池系统的一动作例)
其次，主要参照图3说明第一实施方式的燃料电池系统1A的一动作例。另外，在初期状态下，FlagA被重置(FlagA＝0)，累计电力及累计制冷剂供给量也都被重置。
如图3所示，由于在时间t1使燃料电池汽车(燃料电池系统1A)始动(起动)，故当设IG61为ON时，供给氢，同时电动机M旋转，由此一体驱动压缩机21和泵41，分别供给空气和制冷剂。而且，控制VCU32，且燃料电池2发电。
(限制模式和常规模式的重复)
在此，由于为“系统温度＜预热终了温度”(S101·Yes)，FlagA为0，故进入限制制冷剂的限制模式(S102·Yes)，进入步骤S103、S104·No、S105、S101·Yes、S102·Yes的模式。然后，对应累计电力增加，累计散热量增加，在时间t2内，当“累计散热量≥规定累计散热量”(S104·Yes)时，转移到不限制制冷剂供给的常规模式(S106)，确立FlagA(FlagA←1)，重置累计电力(S107)。
在转移到常规模式后(S102·No)，开始向燃料电池2的制冷剂供给量的累计(S108)。然后，进入步骤S109·No、S110、S101·Yes、S102·No、S108的模式，并逐渐降低热点温度。而且，在时间t3内，当“累计制冷剂供给量≥规定累计制冷剂供给量”(S109·Yes)时，重置累计制冷剂供给量(S111)，转移到限制模式(S112)，重置FlagA(FlagA←0)。
然后，构成限制模式的控制，进入步骤S101·Yes、S102·Yes、S103、S104·No、S105的模式。而且，在时间t4内，当“累计散热量≥规定累计散热量”(S104·Yes)时，转移到常规模式(S106)，重置累计电力(S107)。
其次，构成常规模式的控制，进入步骤S102·No、S108、S109·No、S110的模式。而且，在时间t5内，当“累计制冷剂供给量≥规定累计制冷剂供给量”(S109·Yes)时，重置累计制冷剂供给量(S111)，转移到限制模式(S112)。
(限制模式—预热终了)
然后，构成限制模式的控制，进入步骤S101·Yes、S102·Yes、S103、S104·No、S105的模式，而且，在时间t6内，当“累计散热量≥规定累计散热量”(S104·Yes)时，转移到常规模式(S106)，重置累计电力(S107)。
在此，在第一实施方式中，假设与向该常规模式转移的同时，系统温度到达预热终了温度的情况。由此，判定为不需要燃料电池2的预热(即预热终了)(S101·No)。而且，运行控制部71在常规模式控制分配阀51。然后，预热终了的燃料电池2适合地继续进行发电。
(第二实施方式，燃料电池系统的构成)
其次，参照图4～图6说明第二实施方式的燃料电池系统。另外，第二实施方式的燃料电池系统由于将第一实施方式中的燃料电池系统的一部分进行了变更，所以仅对变更了的部分进行说明。
如图4所示，第二实施方式的燃料电池系统1B具有制冷剂供给限制装置50B来取代制冷剂供给限制装置50A(参照图1)，具有ECU70B来取代ECU70A(参照图1)。
(制冷剂供给限制装置)
制冷剂供给限制装置50B具有分配阀51、节流孔(压力损失附加装置)、配管52a。配管52a将分配阀51、分配阀51和燃料电池2之间的配管41a连接。而且，节流孔52设于配管41a上。另外，节流孔52的流路截面积被设定为小于分配阀51和燃料电池2之间的配管41a的流路截面积。由此，对从分配阀51送向制冷剂52a的制冷剂，通过节流孔51附加比在配管41a内流动的制冷剂高的压力损失。因此，若通过分配阀51提高向配管52a的分配量，则减少并限制向制冷剂流路5的制冷剂供给量。
(ECU)
ECU70B具有运行控制部71、预热判定部72、电力累计部73B(散热量检测装置)、运行映象存储部75(散热量检测装置)。
(电力累计部)
电力累计部73B与第一实施方式的电力累计部73A相同，具有算出燃料电池2的累计电力的功能(图5，S202)。除此之外，电力累计部73B还具有基于该算出的累计电力和存储于运行映象存储部75内的运行映象，决定分配阀51的运行条件的功能(图5，S203)。而且，电力累计部73B将决定了的运行条件送向运行控制部71，运行控制部71根据决定了的运行条件控制分配阀51(图5，S204)。
(运行映象存储部)
在运行映象存储部75中存储有例如表1所示的映象。运行映象是燃料电池2的累计电力和分配阀51的运行条件相关联的映象，向各累计电力范围分配分配阀51的运行条件(有制冷剂供给限制/无制冷剂供给限制)。考虑基于累计电力值的燃料电池2的散热量进行求取。另外，如表1所示，当累计电力(散热量)增大时，即，当燃料电池2发电时，限制的时间缩短，未限制的时间变长。
表1
  燃料电池的累计电力(Wh)   0～10   10～20   20～30   30～   ...
  分配阀的运行条件(s)有限制/无限制   30/10   20/20   10/30   0/40   ...
(燃料电池相同的动作)
其次，以图5为主说明第一实施方式的燃料电池系统1B的动作。与第一实施方式相同，如果设IG61为ON(起动)，则运行控制部71使燃料电池2发电。然后，预热判定部72判定是否需要燃料电池2的预热(S101)。而且，在需要预热的情况(S101·Yes)下，前进到步骤S202，在不需要预热的情况(S101·No)下，前进到步骤S205。
在步骤S202中，电力累计部73B算出IG61的ON后的燃料电池2的累计电力。其次，电力累计部73B基于该算出的累计电力和运行映象决定分配阀51的运行条件(S203)，将决定了的运行条件送向运行控制部71。
在步骤S204中，运行控制部71根据从电力累计部73B送出的运行条件(有制冷剂根据限制/无制冷剂供给限制)，切换分配阀51进行控制。由此，可防止燃料电池2的过升温，且可迅速预热燃料电池2。然后，进行返程，返回到起动。
在步骤S205中，电力累计部73B重置累计电力。另外，在这样判定为不需要燃料电池2预热的情况下，运行控制部71不执行分配阀51的制冷剂供给限制。然后，进行返程，返回到起动。
(燃料电池相同的一动作例)
其次，以图6为主说明燃料电池系统1B的一动作例。
如图6所示，由于在时间t1使燃料电池汽车(燃料电池系统1B)始动(起动)，故当设IG61为ON时，燃料电池2发电。而且，在判定为需要燃料电池2的预热后(S101·Yes)，电力累计部73B累计燃料电池2的电力(S202)，基于累计电力和运行映象决定分配阀51的运行条件(S203)。然后，运行控制部71根据决定了的运行条件控制分配阀51(S204)。
然后，重复步骤S101·Yes、S202、S203、S204的处理。在这样重复时，由于累计电力逐渐增大，所以不限制制冷剂供给的时间逐渐加长(时间t2-t3时＜t4、t5时＜t6、t7时＜t8-t9时)。
而且，在时间t10内，当系统温度达到预热终了温度以上(S101·No)时，重置累计电力(S205)，制冷剂无限制地被常规供给。然后，燃料电池2继续发电。
以上说明了本发明的适合的实施方式，但本发明不限于上述各实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内，也可以将各实施方式的结构组合，例如也可以进行如下改变。
也可以是具有图7所示的ECU70C代替上述的第一实施方式的ECU70A的燃料电池系统1C。ECU70在ECU70A的结构的基础上，具有在限制模式算出向制冷剂流路5供给的制冷剂限制供给量的制冷剂限制供给量算出部76。制冷剂限制供给量算出部76与温度传感器43连接，监视系统温度。另外，制冷剂限制供给量算出部76具有制冷剂温度和制冷剂限制供给量(分配阀51的运行条件)相关联的制冷剂供给量映象。另外，制冷剂供给量映象，具有当系统温度高时，向制冷剂回路5的制冷剂限制供给量增多(减少制冷剂流路5的制冷剂的量变少)的关系。
而且，制冷剂限制供给量算出部76，在从常规模式转移相限制模式时，例如在图2的步骤S111和S112之间，基于系统温度和制冷剂限制供给量映象算出与预热状态对应的制冷剂限制供给量，将其送向运行控制部71。其次，运行控制部71根据与该制冷剂限制供给量对应的运行条件控制分配阀51。由此，可以以与燃料电池系统1C的预热状态对应的制冷剂限制供给量，向制冷剂流路5供给制冷剂，且可更快速地进行预热。
另外，也可以为将制冷剂限制供给量算出部76和电流计34及电压计35连接，使制冷剂限制供给量算出部76与燃料电池2的发电电力对应，在限制模式算出供给向制冷剂流路的制冷剂限制供给量的结构。在该情况下，当发电电变力边高时，进行向制冷剂流路5的制冷剂限制供给量增多(减少向制冷剂流路5的制冷剂的量变小)的设定。
燃料电池系统1D也可以取代第二实施方式的制冷剂供给限制装置50B，具有图8所示的制冷剂供给限制装置50D。制冷剂供给限制装置50D具有可变节流孔53(压力损失附加装置)，该可变节流孔53设于配管41a上。而且，可变节流孔53与ECU70B的运行控制部71连接，运行控制部71对应有制冷剂供给限制/无制冷剂供给限制控制可变节流孔53的节流、即附加在从泵41送除的制冷剂的压力损失。即，在有制冷剂供给限制的情况下，缩小可变节流孔53，对制冷剂附加高的压力损失，减少向制冷剂流路5的制冷剂供给量。
在上述的各实施方式中，对在燃料电池汽车上搭载了燃料电池系统1A、1B的情况进行了说明，但燃料电池系统的使用状态不限于此，也可以是其它的移动体(船等)或家庭用座式的燃料电池系统。
在上述的各实施方式中，为进行燃料电池2的预热判定，作为检测燃料电池系统1A、1B的系统温度的温度检测装置，采用了检测从燃料电池2排出的制冷剂的温度的温度传感器43，但温度检测装置不限于此，也可以为其它的例如安装于燃料电池2的框体上的温度传感器、及设于阳极系统10的配管13a或阴极系统20的配管22a上的温度传感器、及检测外气的温度传感器，基于从它们检测到的温度，也可以预测燃料电池系统1A的系统温度。
另外，也可以使用多个这样的温度传感器，在使用了多个温度传感器的情况下，例如在检测到的至少两个温度达到预热终了温度以上的情况下，若以判定为预热终了的方式设定，则可防止误判定。
在上述的各实施方式中，对送出空气(反应气体)的压缩机21和送出制冷剂的泵41共有电动机M，并一体驱动的燃料电池系统1A、1B中应用了本发明的情况进行了说明，但不限于此，也可以适用于送出氢(反应气体)的压缩机(例如设于氢循环扇上的压缩机)和泵41共有电动机M，并一体驱动的燃料电池系统。
在上述的各实施方式中，对在设IG61为ON后，以一定的旋转速度驱动电动机M，在预热终了后，达到上述一定旋转速度的情况进行了说明，但例如也可以在以下这样的系统中应用本发明，即在停止时经历了低温(例如5℃以下)的情况下再次起动时，电动机M的旋转速度高于常规速度，通过大量供给空气，由此提高燃料电池2的自身散热量，促进预热。这样，通过在起动时提高反应气体的供给量，在促进预热的燃料电池系统的情况中，燃料电池2内的温度分布容易产生偏差，且容易产生热点，但通过应用本发明，可抑制热点的产生，且可促进燃料电池2的预热。
在上述的第一实施方式中，在图1所示的步骤S104中，对于是否从限制模式转移到常规模式，通过将累计散热量和规定累计散热量比较来进行判定，但除此之外，也可以为如下结构，例如，(1)将累计电力与规定累计电力相比较，在累计电力为规定累计电力以上的情况下，转移到常规模式；(2)使用定时器，在限制模式的时间达到了预先存储的规定时间以上的情况下，转移到常规模式；(3)若燃料电池2的I-V特性一定，则累计电流值，在累计电流值达到规定累计电流值以上的情况下，转移到常规模式。
在上述的第一实施方式中，示例了在图1所示的步骤S108中，是否从常规模式转移到限制模式的作为判定基准的规定累计制冷剂供给量为固定值的情况，但除此以外，例如也可以为基于系统温度和存储于内部的映象适宜算出规定累计制冷剂供给量的结构。在该情况下，当系统温度升高时，增大设定规定累计制冷剂供给量。
另外，也可以为基于燃料电池2的发电电力和存储于内部的映象适宜算出规定累计制冷剂供给量的结构。在该情况下，当发电电力增大时，增大设定规定累计制冷剂供给量。

Claims (11)

1、一种燃料电池系统，具有：
燃料电池，其具有反应气体流通的反应气体流路，通过向该反应气体流路供给反应气体来进行发电，且具有制冷剂流通的制冷剂流路，通过向该制冷剂流路供给制冷剂来进行冷却；
反应气体供给装置，其向所述反应气体流路供给反应气体；
制冷剂供给装置，其向所述制冷剂流路供给制冷剂；
制冷剂供给限制装置，其限制向所述制冷剂流路的制冷剂供给量；
控制装置，其控制所述制冷剂供给限制装置，
并且，所述反应气体供给装置和所述制冷剂供给装置共有一个驱动装置，一体地驱动，其特征在于，
所述控制装置在预热所述燃料电池时，控制所述制冷剂供给限制装置，减少所述制冷剂向所述制冷剂流路的供给量。
2、如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述制冷剂供给限制装置具有所述制冷剂流路。
3、如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述制冷剂供给限制装置具有对供给于所述制冷剂流路的制冷剂附加压力损失的压力损失施加装置。
4、如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具有检测所述燃料电池散热量的散热量检测装置，
所述控制装置根据所述散热量检测装置检测到的散热量，控制所述制冷剂供给限制装置。
5、如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述散热量检测装置通过所述燃料电池的发电电力的累计来算出所述散热量。
6、如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，使所述制冷剂供给限制装置动作的时间是所述散热量越大其越短。
7.一种燃料电池系统的控制方法，其特征在于，包括：
向反应气体流路供给反应气体的步骤；
向制冷剂流路供给制冷剂的步骤；
限制向所述制冷剂流路的制冷剂供给量的步骤；
控制制冷剂供给限制装置的步骤；和
在预热燃料电池时，控制所述制冷剂供给限制装置，且减少向所述制冷剂流路的所述制冷剂供给量的步骤。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
还包括：对供给于所述制冷剂流路的所述制冷剂附加压力损失的步骤。
9.根据权利要求7所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
还包括：检测所述燃料电池的散热量的步骤；基于检测出的所述散热量控制所述制冷剂供给限制装置的步骤。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
还包括：累计所述燃料电池的发电电力的步骤；算出所述散热量的步骤。
11.根据权利要求9所述的燃料电池系统的控制方法，其特征在于，
还包括：随着所述散热量增加，缩短使所述制冷剂供给限制装置动作的时间的步骤。
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