燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置的制造方法
【专利说明】燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置
[0001 ] 本申请主张基于在2014年11月10日提出申请的申请编号2014-227684号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及燃料电池的运转控制。
【背景技术】
[0003]为了提高冰点下等低温环境下的燃料电池的起动时稳定性，提出了以比通常运转时低的效率使燃料电池运转由此使废热增加而在短时间内使燃料电池升温的技术。在JP2010-186599A记载的燃料电池系统中，基于在起动时测定的燃料电池的阻抗或上次运转结束时的扫气空气量来求出燃料电池内的剩余水量，在上述的剩余水量多且起动时的燃料电池的温度低的情况下，停止燃料电池内的冷却介质的循环并执行低效率运转。
【发明内容】
[0004]然而，本申请发明者发现了如下新的课题:若低效率运转时的燃料电池的目标动作点的电压值高，则升温而突破冰点为止的期间生成的水量变多，而且，废热减少，因此生成水冻结而燃料电池内的反应气体的扩散性下降，燃料电池的输出稳定性显著下降。而且，即使燃料电池的当前温度相同，在起动时温度为冰点下的更低的温度的情况下，也存在再冻结这样的课题。
[0005]本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，可以作为以下的方式实现。
[0006](I)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池的运转控制方法。该方法包括:取得所述燃料电池的起动时温度的工序;取得所述燃料电池的当前温度的工序;基于所述起动时温度或者基于所述起动时温度及所述当前温度来设定根据所述燃料电池的输出电压值及输出电流值而确定的所述燃料电池的当前的目标动作点的工序;及以使所述燃料电池的动作点成为所述目标动作点的方式控制向所述燃料电池供给的反应气体的流量和所述燃料电池的输出电压中的至少一个的工序，设定所述目标动作点的工序包括如下的工序:在所述当前温度相同的情况下，在所述起动时温度低时，与所述起动时温度高时相比，将低的输出电压值的动作点设定作为所述目标动作点。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，若当前温度相同，则在起动时温度低时，与起动时温度高时相比，设定低的输出电压值的目标动作点，因此相比于在当前温度相同的情况下无论起动时温度如何都设定恒定的输出电压值的目标动作点的结构、及在当前温度相同的情况下起动时温度低时与起动时温度高时相比设定高输出电压值的目标动作点的结构相比，能够减少燃料电池中的生成水的量。或者，能够使废热量更多而抑制生成水的冻结。因此，能够抑制低温环境下的燃料电池起动时的反应气体的扩散性的下降。
[0007](2)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，设定所述目标动作点的工序包括如下的工序:在所述起动时温度相同的情况下，在所述当前温度高时，与所述当前温度低时相比，将高的输出电压值的动作点设定作为所述目标动作点。当前温度越高，为了使燃料电池升温至规定温度所需的热量越小。因此，根据上述方式的燃料电池的运转控制方法，在起动时温度相同的情况下，当前温度高时与当前温度低时相比设定高输出电压值的动作点作为目标动作点，因此与无论当前温度的值如何都使目标动作点的输出电压值恒定的结构相比，能够使燃料电池进行高效率运转。因此，能够抑制燃料电池的燃油经济性的下降。
[0008](3)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，设定所述目标动作点的工序在所述起动时温度为0°C以下的情况下执行。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，在起动时温度为0°C以下且生成水冻结而气体扩散性容易下降的情况下，执行设定目标动作点的工序，因此能够以更高的可靠性抑制与生成水的冻结相伴的气体扩散性的下降。
[0009](4)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，设定所述目标动作点的工序包括如下的工序:以使所述目标动作点的输出电压值低于通常动作点的输出电压值的方式设定所述目标动作点，该通常动作点是通过该目标动作点的等输出曲线与所述燃料电池的电流对电压特性曲线的交点。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，作为目标动作点，设定比电流对电压特性曲线上的动作点低的输出电压值的动作点作为目标动作点，因此在控制工序中，与燃料电池的动作点为通常动作点的情况相比能够得到更多的废热量。因此，能够进一步抑制生成水的冻结。
[0010](5)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，所述控制工序包括如下的工序:相比较于所述燃料电池的当前的动作点与作为所述电流对电压特性曲线上的动作点的通常动作点一致的情况，减少向所述燃料电池供给的所述反应气体的流量，而执行与所述通常动作点的动作时相比电力损失大的低效率运转。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，减少反应气体量而执行低效率运转，因此能够增加燃料电池的废热量。
[0011](6)在上述方式的燃料电池的运转控制方法中，可以的是，所述燃料电池的运转控制方法还包括将与所述起动时温度及所述当前温度对应的所述目标动作点的输出电压值的上限值预先存储于存储装置的工序，所述存储工序包括如下的工序:在所述当前温度相同的情况下，在所述起动时温度低时，与所述起动时温度高时相比，将低的值作为所述上限值而存储于所述存储装置，设定所述目标动作点的工序包括如下的工序:以使所述目标动作点的输出电压值成为根据所述起动时温度及所述当前温度而确定的输出电压值的上限值以下的方式设定所述目标动作点。根据该方式的燃料电池的运转控制方法，作为目标动作点的输出电压值的上限值，在起动时温度低时与起动时温度高时相比设定低值，因此若当前温度相同，则能够提高起动时温度低时与起动时温度高时相比设定低的输出电压值的目标动作点的可能性。
[0012]本发明也能够以各种方式实现。例如，能够以燃料电池的目标动作点的设定方法、燃料电池系统、搭载有燃料电池系统的燃料电池汽车等方式实现。
【附图说明】
[0013]图1是表示应用作为本发明的一实施方式的燃料电池的运转控制方法的燃料电池系统的概略结构的框图。
[0014]图2是示意性地表示1-P映射的说明图。
[0015]图3是示意性地表示电压上限值映射的说明图。
[0016]图4是表示本实施方式中的运转控制处理的顺序的流程图。
[0017]图5是示意性地表示求出以通常动作点进行动作的情况下的燃料电池的废热量的方法的说明图。
[0018]图6是示意性地表示步骤S140的处理结果的一例的说明图。
[0019]图7是表示在步骤S170中设定的目标动作点的一例的说明图。
[0020]图8A是示意性地表示变形例中的目标动作点的设定的第一方式的说明图。
[0021]图SB是示意性地表示变形例中的目标动作点的设定的第二方式的说明图。
【具体实施方式】
[0022]A.实施方式:
[0023]Al.系统结构:
[0024]图1是表示应用作为本发明的一实施方式的燃料电池的运转控制方法的燃料电池系统的概略结构的框图。在本实施方式中，燃料电池系统100作为用于供给驱动用电力的系统而搭载于燃料电池汽车使用。燃料电池系统100具备燃料电池10、燃料气体供给排出系统120、氧化剂气体供给排出系统130、冷却介质循环系统140、电力供给系统150、运转控制装置60。
[0025]燃料电池10是所谓固体高分子型燃料电池，具备:沿规定的方向层叠的多个单电池、作为综合电极起作用的一对集电板;为了维持由多个单电池及一对集电板构成的层叠体的层叠状态而在层叠体的两端的外侧配置的一对端板。各单电池通过向夹着固体高分子电解质膜设置的阳极侧催化剂电极层供给的燃料气体即氢与向阴极侧催化剂电极层供给的氧化剂气体即空气包含的氧的电化学反应而产生电力。催化剂电极层包括载持有催化剂例如铂(Pt)的碳粒子和电解质而构成。在单电池中的两电极侧的催化剂电极层的外侧配置于通过多孔体形成的气体扩散层。作为多孔体，可使用例如碳纸及碳布等碳多孔体、或金属网及发泡金属等金属多孔体。在燃料电池10的内部，用于使燃料气体、氧化剂气体及冷却介质流通的未图示的歧管沿着单电池的层叠方向形成。
[0026]燃料气体供给排出系统120进行向燃料电池10的燃料气体的供给和从燃料电池10的阳极侧废气的排出。燃料气体供给排出系统120具备氢罐20、截止阀21、喷射器22、气液分离器23、循环用栗2