[发明专利]燃料电池系统

说明书

本申请为2008年5月26日提交的、申请号为200880001082.4的、发明名称为“燃料电池系统”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种具有接收燃料气体和氧化气体的供给而发电的燃料电池的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池组具有串联地层积多个单体电池而构成的堆叠构造，各单体电池具有在电解质膜的一侧面上配置阳极，在另一侧面上配置阴极而成的膜-电极配件。通过向膜-电极配件供给燃料气体和氧化气体产生电化学反应，化学能转换为电能。其中，将固体高分子膜作为电解质使用的固体高分子电解质型燃料电池组是低成本且易紧凑化，并且具有较高输出密度，因此作为车载电力源的用途被期待。

在运转燃料电池系统时，仔细地进行燃料电池组内部的水分管理和温度管理等，检测出由溢流引起的反应气体供给不足、由电解质膜的干燥引起的电阻增加等的发电异常，为了取出充分的输出，需要管理单体电池的发电状态。在日本特公平7-63020号公报中提及进行运转控制以使电极电位不超过上限电压并且单体电池电压不低于下限电压的方式(所谓电极电位是指阳极及阴极各自的电位，所谓单体电池电压是指以阳极为基准时的阴极的电位。)。如果使燃料电池组在电极电位变为氧化区域的高电位持续运转，则担心催化剂离子化并溶出，因此设定上限电压，以使电极电位不会达到引起催化剂恶化的高电位。另外，如果以一部分的单体电池变为逆电位(阳极电位比阴极电位高的现象)的状态持续发电，则担心由催化剂恶化等引起发电性能降低，因此设定下限电压以使单体电池不会变为逆电位。

专利文献：日本特开平7-63020号公报

但是，在以往的运转方式中，由于下限电压是预先设定的固定值，因此具有不能根据单体电池电压降低原因灵活地改变发电允许范围，发电允许范围是固定性的这样的难点。

另外，在使串联地层积多个单体电池而成的燃料电池组运转的情况下，很难使全部的单体电池的发电性能、情况完全一致，因为由干燥(dry up)现象引起的质子导电性的降低、反应气体供给不足等的原因运转条件变严时，在发电性能较低的单体电池、情况恶劣的单体电池中可见单体电池电压降低。单体电池电压降低的原因中，燃料电池组受到电化学损坏是燃料气体不足，在单体电池电压降低的原因是氧化气体不足时，燃料电池组不会受到电化学损坏。

但是，在现有技术中，由于很难判断单体电池电压降低原因是燃料气体不足还是氧化气体不足，因此检测出单体电池电压降低时，即使单体电池电压降低原因是氧化气体不足也一律地限制输出，因此使驾驶性能恶化。

发明内容

本发明为了解决上述问题，以提供一种根据运转状态灵活地改变发电允许范围的燃料电池系统为课题。另外，本发明以提供一种判断单体电池电压降低的原因是燃料气体不足还是氧化气体不足，并能够根据单体电池电压降低原因适当地管理单体电池电压的燃料电池系统。

为了解决上述问题，本发明的燃料电池系统具有：燃料电池，接收燃料气体和氧化气体的供给而发电；判断装置，判断燃料电池的运转状态是燃料气体不足还是氧化气体不足；下限电压设定装置，当由判断装置判断是燃料气体不足时将下限电压设定为比判断是氧化气体不足时高；和控制装置，控制燃料电池的输出电压以使其不低于由上述下限电压设定装置设定的下限电压。

在单体电池电压降低的原因是燃料气体不足的情况下，在单体电池变为逆电位的状态下的持续发电给予单体电池的损坏较大，因此优选将下限电压设定得较高，严格地限制单体电池电压下降以不产生逆电位。另一方面，在单体电池电压降低的原因是氧化气体不足的情况下，在单体电池变为逆电位的状态下的持续发电给予单体电池的损坏与燃料气体不足的情况下相比较较小，因此优选将氧化气体不足时的下限电压设定为比燃料气体不足时的下限电压低以允许逆电位的产生，使单体电池电压降低的限制相对放宽。

基于本发明的其他的观点的燃料电池系统具有：燃料电池，接收燃料气体和氧化气体的供给而发电；下限电压设定装置，将低效率运转时的下限电压设定为比通常运转时的下限电压低；和控制装置，控制燃料电池的输出电压以使其不低于由上述下限电压设定装置设定的下限电压。

在燃料电池的温度较低时，由于给予燃料电池损坏的电化学反应的活性降低，因此优选燃料电池的温度越低，将下限电压设定得越低，使单体电池电压降低的限制放宽。例如，优选将低效率运转时的下限电压设定为比通常运转时的下限电压低。

在此，控制装置优选在起动燃料电池系统时的温度为规定值以下时实施低效率运转。通过实施低效率运转能够控制燃料电池的热损失，早期地预热燃料电池。