[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，尤其涉及考虑到对燃料电池的电容成分的充放电量而进行运转控制的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是通过电化学过程使燃料氧化从而使伴随着氧化反应放出的能量直接转换为电能的发电系统，具有层叠膜-电极组件而成的电池组构造，上述膜-电极组件用由多孔质材料构成的一对电极夹持用于选择性传送氢离子的电解质膜的两个侧面而形成。其中，尤其是将固体高分子膜作为电解质膜使用的固体高分子电解质型燃料电池成本低、紧凑化，且具有较高的输出密度，因此作为车载电源受到瞩目。

这种燃料电池一般70～80℃是最适宜发电的温度区域，但在寒冷地带等环境下，有时起动后到达到最佳温度区域为止需要较长时间，因此研究了各种预热系统。例如日本特开2004-30979号公报公开了以下方法：通过实施和通常运转相比发电效率低的低效率运转，控制燃料电池自身的发热量，以对燃料电池预热。根据上述方法，燃料电池可自行预热，因此无需搭载预热用装置，便利性良好。

专利文献1：日本特开2004-30979号公报

发明内容

而在结束低效率运转下的预热后转换到通常运转时，需要配合该运转状态的迁移，考虑要求功率的同时改变燃料电池的输出电压、输出电流。但配合上述运转状态的迁移究竟应如何控制燃料电池的输出电压、输出电流，并不存在明确了这一点的现有技术。

本发明鉴于以上说明的问题而提出，其目的在于提供一种能够在将燃料电池的输出电压、输出电压控制为最佳的同时使运转状态迁移的燃料电池系统。

为解决上述课题，本发明涉及的燃料电池系统，通过进行发电效率比通常运转低的低效率运转而使燃料电池预热，其特征在于，具有判断单元，所述判断单元在从上述低效率运转向上述通常运转转换时判断是否满足设定条件，在不满足上述设定条件的情况下，通过执行ΔV控制而从低效率运转经由ΔV控制转换到通常运转，另一方面，在满足上述设定条件的情况下，不经由上述ΔV控制而从低效率运转强制地转换到通常运转，其中，所述ΔV控制是如下所述的控制：考虑相对于上述燃料电池的电容成分的充放电量而控制该燃料电池的输出电压以满足系统要求功率。

根据上述构成，在无需低效率运转下的预热后，当满足设定条件时，从低效率运转强制性转换到通常运转，因此对无需低效率运转下的预热后也无法转换到通常运转、持续进行发电效率差的低效率运转等问题，能够防患于未然。

另一方面，当不满足设定条件时，执行下述ΔV控制：考虑相对于上述燃料电池的电容成分的充放电量的同时，控制该燃料电池的输出电压以满足系统要求功率，从而从低效率运转经由ΔV控制转换到通常运转，因此可防止供给到外部负载(蓄电池等)的电力不足或向外部负载供给过剩电力等问题。

其中，优选下述实施方式，在上述构成中，还具有；供给氧化气体控制单元，在从上述低效率运转向上述通常运转转换时使供给到上述燃料电池的氧化气体增加规定量；以及导出单元，通过检测上述氧化气体增加前后的燃料电池的输出电力来导出该燃料电池的输出电力偏差，在导出的上述燃料电池的输出电力偏差低于设定的电力阈值的情况下，上述判断单元判断为满足上述设定条件。

此外，还优选下述实施方式，在上述构成中，在导出的上述燃料电池的输出电力偏差持续规定时间以上低于设定的电力阈值的情况下，上述判断单元判断为满足上述设定条件。

并且，优选下述实施方式，在上述构成中，还具有：检测单元，检测上述燃料电池的相关温度；以及转移判断单元，根据检测出的上述相关温度判断是否应从上述低效率运转转换到上述通常运转，在由上述转移判断单元判断为应从上述低效率运转转换到上述通常运转的情况下，上述判断单元进行是否满足上述设定条件的判断。

并且，本发明涉及的另一种燃料电池系统，是通过进行发电效率比通常运转低的低效率运转而使燃料电池预热的燃料电池系统，其特征在于，具有：判断单元，判断在低效率运转中是否应变更上述燃料电池的输出电压，以及电压控制单元，在判断为应变更上述输出电压的情况下，通过执行ΔV控制来变更上述输出电压，所述ΔV控制是如下所述的控制：考虑相对于上述燃料电池的电容成分的充放电量而控制该燃料电池的输出电压以满足系统要求功率。

此处，优选下述实施方式，在上述构成中，还具有存储排气氢浓度信息的存储单元，所述排气氢浓度信息表示能够满足排气氢浓度下限值的、上述燃料电池的输出电压和输出电流之间的关系，上述判断单元根据上述排气氢浓度信息来判断在低效率运转中是否应变更上述燃料电池的输出电压。