[发明专利]燃料电池系统及涡轮机的控制方法

说明书

提供一种燃料电池系统及涡轮机的控制方法。燃料电池系统具备：涡轮机，具有调整涡轮机的上游侧压力与下游侧压力之间的差压的可变机构，利用差压来回收阴极废气的能量的至少一部分，并通过回收了的能量来辅助电动机的驱动；及控制部，驱动可变机构来使回收的能量增减，控制部取得与从涡轮机排出的阴极废气的温度相关的相关温度，在相关温度比涡轮机可能会冻结的预先确定的阈值温度低时，进行不使开度成为预先确定的开度以下的冻结避免控制。

技术领域

本发明涉及具备对压缩机的驱动进行辅助的涡轮机的燃料电池系统及涡轮机的控制方法。

背景技术

一直以来，已知有具备向燃料电池供给阴极气体的压缩机的燃料电池系统。在日本特开2012-221657所记载的燃料电池系统中，利用通过燃料电池的发热而温度上升后的阴极废气的能量来使涡轮机旋转，利用通过该旋转而产生的动力来辅助压缩机的驱动。

发明内容

然而，在日本特开2012-221657所记载的燃料电池系统中，存在阴极废气的能量回收量不够这一问题。于是，本发明的发明人尝试了通过缩窄阴极废气的流路而增大涡轮机的上游侧压力与下游侧压力之间的差压来使能量回收量增加。然而，发现了存在如下问题：若缩窄阴极废气的流路，则会因阴极废气的膨胀而导致温度下降，因此，存在因阴极废气中大量包含的水蒸气而导致涡轮机结露并冻结的可能性。

本发明的第一方案涉及一种燃料电池系统，具备：燃料电池；压缩机，向所述燃料电池供给阴极气体；电动机，驱动所述压缩机；阴极气体排出路，供从所述燃料电池排出的阴极废气流通；涡轮机，配置于所述阴极气体排出路而由所述阴极废气驱动，具有可变机构，该可变机构使通过所述涡轮机的所述阴极废气的流路的开度可变来调整所述涡轮机的上游侧压力与下游侧压力之间的差压，所述涡轮机利用所述差压来回收所述阴极废气的能量的至少一部分，并通过回收了的所述能量来辅助所述电动机的驱动；及控制部，驱动所述可变机构来使回收的所述能量增减。所述控制部构成为：取得与从所述涡轮机排出的所述阴极废气的第一温度相关的相关温度；在所述相关温度比所述涡轮机可能会冻结的预先确定的阈值温度低时，进行使所述开度不成为预先确定的开度以下的冻结避免控制。根据该燃料电池系统，由于取得与第一温度相关的相关温度，在相关温度比涡轮机可能会冻结的预先确定的阈值温度低时，使开度不成为预先确定的开度以下，所以能够抑制阴极废气的能量回收量的减少并抑制从涡轮机排出的阴极废气的第一温度下降，能够抑制涡轮机的冻结。

所述控制部可以构成为，作为所述冻结避免控制而使所述开度增加。这样一来，由于在相关温度比涡轮机可能会冻结的预先确定的阈值温度低时使开度增加，所以能够抑制从涡轮机排出的阴极废气的膨胀而进一步抑制阴极废气的第一温度下降，能够进一步抑制涡轮机的冻结。

所述控制部可以构成为，取得向所述压缩机导入前的所述阴极气体的第二温度作为所述相关温度。这样一来，由于取得向压缩机导入前的阴极气体的第二温度作为相关温度，所以能够高精度地检测出处于涡轮机可能会冻结的低温环境下。

所述控制部可以构成为，在所述相关温度比所述阈值温度低且为从所述燃料电池系统起动起预先确定的时间以内的情况下，进行所述冻结避免控制。这样一来，由于在相关温度比阈值温度低且为从燃料电池系统起动起预先确定的时间以内的情况下进行冻结避免控制，所以能够抑制在从起动起经过预先确定的时间而涡轮机冻结的可能性低的情况下也禁止使开度减少从而阴极废气的能量回收量减少。

燃料电池系统可以还具备温度传感器，该温度传感器检测从所述燃料电池排出且向所述涡轮机导入之前的所述阴极废气的第三温度。所述控制部可以构成为：基于检测到的所述阴极废气的第三温度来推定所述第一温度；取得推定出的所述第一温度作为所述相关温度。这样一来，由于基于检测到的阴极废气的第三温度来推定第一温度，取得所推定的第一温度作为相关温度，所以能够使用与实际的第一温度的相关性高的温度来控制开度。