燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]J2012 - 003957A的燃料电池系统通过阴极气体提供给通路中设置的压缩机控制阴极气体的流量，并通过在阴极气体排出通路中设置的调压阀控制阴极气体的压力。
【发明内容】
[0003]在外部气温高的环境下上坡行驶的情形下，有外气温高，压缩机排出的空气的温度也变高的顾虑。因此，对于压缩机排出温度的高温变化，从压缩机下游部件的耐热保护的观点出发，将压缩机排出的空气的温度限制为上限温度是重要的。
[0004]鉴于这样的情况，考虑在压缩机的下游设置温度传感器，使用由它所检测的温度传感器的检测值调整压缩机的空气压力，使得压缩机的出口温度为上限温度。而且，还考虑在压缩机的下游不设置温度传感器，而设置用于检测压缩机的上游压力以及下游压力的传感器，运算压力比，由压力比运算温度上升量，通过将温度上升量与压缩机的入口温度相加，估计压缩机的出口温度。
[0005]但是，无论在压缩机下游设置温度传感器，或者，在压缩机的上游以及下游设置压力传感器，都招致不必要的成本上升。
[0006]本发明着眼于这样问题点而完成，其目的是，提供不使用压缩机下游的温度传感器或压缩机上下游的压力传感器，而是通过不同的方法将压缩机下游的温度限制为上限温度的对策。
[0007]本发明的燃料电池系统的一个方式是燃料电池系统，供给阳极气体和阴极气体，同时通过与负载对应的两种气体的电化学反应来发电。并且包括:对燃料电池组供给阴极气体的压缩机；以及调整所述燃料电池组的阴极气体的压力的调压阀。而且，在燃料电池系统中，根据对燃料电池组的发电要求设定目标阴极压力，根据目标阴极压力控制压缩机操作量和调压阀开度。并且特征是，根据压缩机入口温度和压缩机扭矩这两个参数，限制压缩机的操作量和/或调压阀开度。
【附图说明】
[0008]图1是表示本发明的第I实施方式中的燃料电池系统的基本结构的图。
[0009]图2A是表示燃料电池组中的膜电极接合体的模式图。
[0010]图2B是说明燃料电池组中的电解质膜的反应的模式图。
[0011]图3是表示本实施方式的控制内容的控制方框图。
[0012]图4是说明WRD入口限制压力运算块的详细的内容的图。
[0013]图5是表示压缩机出口温度一定的情况下的大气压、压缩机扭矩、压缩机转速的相关的图。
[0014]图6是表示压缩机出口温度一定的情况下的吸气温度、压缩机扭矩、压缩机转速的相关的图。
[0015]图7是说明组限制流量运算块的详细的内容的图。
[0016]图8是表示执行本实施方式的控制时的作用效果的定时图。
[0017]图9是说明本发明的第2实施方式中的WRD入口限制压力运算块的详细的内容的图。
【具体实施方式】
[0018]以下，参照添附的【附图说明】本发明的实施方式。
[0019](第I实施方式)
[0020]图1是表示本发明的第I实施方式中的燃料电池系统的基本结构的图。
[0021]首先，参照图1，说明本实施方式中的燃料电池系统的基本结构。
[0022]燃料电池组10 —边将电解质膜维持在适当的湿润状态，一边被供给反应气体(阴极气体、阳极气体)而发电。为了进行这样的处理，在燃料电池组10上连接阴极管路20和阳极管路30。
[0023]在阴极管路20中，流过对燃料电池组10供给的阴极气体。在阴极管路20中设置压缩机21、冷热气自动调节机22、WRD (Water Recovery Device，水回收装置)23、调压阀24。而且，在阴极管路20中，并列设置通气管路200。通气管路200从压缩机21的下游且冷热气自动调节机22的上游开始分支，在调压阀24下游合流。由于是这样的结构，所以通过压缩机21送风的一部分空气流过通气管路200，绕过燃料电池组10。在通气管路200上设置通气阀210。
[0024]在本实施方式中，压缩机21例如是离心式的涡轮压缩机。压缩机21被配置在冷热气自动调节机22上游的阴极管路20上。压缩机21通过电机进行驱动。压缩机21调整流过阴极管路20的阴极气体的流量。阴极气体的流量通过压缩机21的旋转速度以及扭矩来调整。
[0025]冷热气自动调节机22设置在压缩机21的下游且WRD23的上游。冷热气自动调节机冷却从压缩机21排出后要导入到燃料电池组10的空气。
[0026]WRD23对要导入燃料电池组10的空气进行加湿。WRD23包括:作为加湿对象的气体流过的被加湿单元和作为加湿源的含水气体流过的加湿单元。在被加湿单元中流过由压缩机21导入的空气。在加湿单元中流过流通燃料电池组10的含有水的气体。
[0027]调压阀24被设置在燃料电池组10下游的阴极管路20上。调压阀24调整流过阴极管路20的阴极气体的压力。阴极气体的压力通过调压阀24的开度进行调整。
[0028]通过阴极温度传感器201检测被吸入到压缩机21的阴极气体的温度。该阴极温度传感器201被设置在压缩机21的上游。
[0029]通过阴极流量传感器202检测被吸入到压缩机21的阴极气体的流量。该阴极流量传感器202被设置在压缩机21的上游。通过阴极流量传感器202检测出的值被输入到燃料电池系统的控制器，例如控制器控制压缩机21，使得阴极流量传感器202的检测值成为从压缩机21排出的流量的目标值。
[0030]通过阴极温度传感器203检测WRD23的入口的阴极气体的温度。该阴极温度传感器203被设置在冷热气自动调节机22的下游且WRD23的上游。通过阴极压力传感器204检测WRD23的入口的阴极气体的压力(WRD入口压力)。该阴极压力传感器204被设置在冷热气自动调节机22的下游且WRD23的上游。
[0031]而且，在本实施方式中，由于存在WRD23，所以传感器203、204的检测值严格来说与紧接燃料电池组的之前的值不同。但是，因为WRD23的压力损失等是已知的，所以由这些检测信号，可知对燃料电池组供给的阴极气体的压力等。即，权利要求的阴极压力、阴极流量也可以认为与WRD入口压力、WRD入口流量具有相同意义。
[0032]通过组流量传感器205检测WRD23的入口的阴极气体的流量(WRD入口流量)。该组流量传感器205被设置在冷热气自动调节机22的下游且WRD23的上游。而且，流过燃料电池组10的阴极气体的流量与通过该组流量传感器205检测的流量相同。通过组流量传感器205检测到的值被输入到控制器。例如，在按照氢稀释要求而对压缩机21要求的供给流量大于燃料电池组10的发电所需要的组要求流量的情况下，控制器控制通气阀210的开度，使得组流量传感器205的检测值成为组要求流量。
[0033]通气阀210设置在通气管路200上。通气阀210通过调整逸出到通气管路200的阴极气体的流量，调整流过燃料电池组10的阴极气体的流量。
[0034]在阳极管路30中流过对燃料电池组10供给的阳极气体