燃料电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统。
【背景技术】
[0002]作为现有的燃料电池系统，有如下的燃料电池系统:对经由逆变器将燃料电池和驱动电动机进行电连接的连接线，经由升降压转换器而并联连接了蓄电池。(参照JP2010-257928A)。
【发明内容】
[0003]现在正在开发的燃料电池系统中，成为如下系统结构:将燃料电池和驱动电动机通过连接线而连接，且对该连接线，经由转换器而连接蓄电池。在这样的系统结构中，燃料电池的输出电压和驱动电动机的施加电压成为同电位。
[0004]此外，成为如下控制结构:将基于驱动电动机等的电负载的状态而计算出的燃料电池的目标发电电力，根据燃料电池的IV特性而转换为目标输出电流。并且，成为如下控制结构:以输出电流成为目标输出电流的方式，对转换器进行开关控制而控制连接线的电压(连接线电压)，且实施基于目标输出电流而控制阴极气体供给量的空气系统的控制。
[0005]在此，在保证燃料电池或驱动电动机的性能或动作的基础上，对连接线电压设定有最低值(最低保证电压)。并且，在上述的系统结构中，调整连接线电压的功能由与上述的空气系统的控制部不同的控制系统的转换器负责。因此，考虑作为在转换器的控制系统中附加用于守住该最低保证电压的功能的控制结构。
[0006]然而，若作为这样的控制结构，则虽然根据基于转换器的连接线电压的控制而守住最低保证电压，但连接线电压被限制为不会成为小于最低保证电压这样的信息无法反映到空气系统的控制，想到会产生以下的问题。
[0007]在如上述的燃料电池系统中，若限制将连接线电压降低至小于上述最低保证电压，则即使根据空气系统的控制而增加了阴极气体供给量，也无法将燃料电池的输出电流增加一定以上，燃料电池的输出电流无法达到目标输出电流。然而，由于空气系统的控制与转换器的控制是单独的，被控制为连接线电压不会成为小于最低保证电压这样的信息无法反映到空气系统的控制，基于在连接线电压达到最低保证电压之前设定的目标输出电流，继续阴极气体的供给。其结果，导致将必要以上的阴极气体供应给燃料电池，产生燃料电池的电解质膜变得过于干燥而导致的发电不良。
[0008]本发明是着眼于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种能够守住最低保证电压、且能够将与实际的输出电流对应的适当的流量的阴极气体供应给燃料电池的燃料电池系统。
[0009]根据本发明的某一方式，提供一种将阳极气体以及阴极气体供应给燃料电池而发电的燃料电池系统。并且，该燃料电池系统包括:连接线，连接燃料电池和电负载;转换器，连接到连接线以及蓄电池，调整连接线的电压。并且，燃料电池系统根据电负载的负载，计算燃料电池的目标输出电流，根据目标输出电流，实施转换器的开关控制，且对供应给燃料电池的阴极气体的流量进行控制。此时，燃料电池系统基于燃料电池的发电电力、和用于保证燃料电池以及电负载的性能的连接线的最低保证电压，对目标输出电流设定上限。
[0010]根据这个方式，基于燃料电池的发电电力和连接线的最低保证电压，将连接线的电压不会低于最低保证电压的输出电流值设定为目标输出电流的上限。并且，基于设定了该上限的目标输出电流，通过开关控制而调整连接线的电压，且对供应给燃料电池的阴极气体的流量进行控制。
[0011]由此，由于能够设定对于连接线的电压不会低于最低保证电压的转换器的目标输出电流，还能够基于该目标输出电流而控制阴极气体的流量，所以能够守住最低保证电压，且能够将与实际的输出电流对应的适当的流量的阴极气体供应给燃料电池。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的第一实施方式的燃料电池系统的概略图。
[0013]图2是说明本发明的第一实施方式的控制程序的内容的框图。
[0014]图3是表示燃料电池堆的发电电力和输出电流的关系的PI特性图。
[0015]图4是基于检测堆温度而运算最低保证电压的表格。
[0016]图5是说明目标输出电流运算部的细节的框图。
[0017]图6是将到达目标输出电流急剧地增加时的连接线电压的变化在实施了低通滤波器处理的情况下和没有实施的情况下进行比较的图。
[0018]图7是说明本发明的第二实施方式的控制程序的发电电力运算部的细节的框图。
【具体实施方式】
[0019]以下，参照【附图说明】本发明的实施方式。
[0020](第一实施方式)
[0021]燃料电池组(cell)通过由阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)来夹持电解质膜，通过在阳极电极中供给含氢的阳极气体(燃料气体)、在阴极电极中供给含氧的阴极气体(氧化剂气体)而发电。在阳极电极以及阴极电极这两个电极中进行的电极反应如以下所述。
[0022]阳极电极:2H2—4H++4e—…(I)
[0023]阴极电极:4H++4e+O2—^21^0...(2)
[0024]通过该(I)、(2)的电极反应，燃料电池组产生I伏特左右的电动势。
[0025]在将这样的燃料电池组用作汽车用动力源的情况下，由于被请求的电力大，所以作为将几百块燃料电池组进行了层叠的燃料电池堆而使用。并且，构成对燃料电池堆供给阳极气体以及阴极气体的燃料电池系统，取出车辆驱动用的电力。
[0026]图1是本发明的第一实施方式的燃料电池系统I的概略图。
[0027]燃料电池系统I作为进行发电的发电系统2，具备作为燃料电池的燃料电池堆20、阴极气体供排装置21、阳极气体供排装置22、堆冷却装置23。
[0028]燃料电池堆20是将多个燃料电池组进行了层叠的电池堆，接受阴极气体以及阳极气体的供给而发出车辆的驱动所需的电力。
[0029]阴极气体供排装置21是对燃料电池堆20供给阴极气体，且将从燃料电池堆20排出的阴极废气向外部空气排出的装置。阴极气体供排装置21具备阴极气体供给通路211、压缩机212、阴极气体排出通路213、阴极调压阀214。
[0030]阴极气体供给通路211是供应给燃料电池堆20的阴极气体流过的通路。阴极气体供给通路211的一端与外部空气连通，另一端连接到燃料电池堆20的阴极气体入口孔。
[0031]压缩机212设置在阴极气体供给通路211中。压缩机212将作为阴极气体的空气(夕卜部空气)取入阴极气体供给通路211，并将该空气供应给燃料电池堆20。
[0032]阴极气体排出通路213是从燃料电池堆20排出的阴极废气流过的通路。阴极气体排出通路213的一端连接到燃料电池堆20的阴极气体出口孔，另一端成为开口端。
[0033]阴极调压阀214设置在阴极气体排出通路213中。阴极调压阀214将要对燃料电池堆20供应的阴极气体的压力调节为期望的压力。阴极调压阀214是能够连续地或者阶段性地调节开度的电磁阀。阴极调压阀214的开度通过控制器而被控制。
[0034]阳极气体供排装置22是对燃料电池堆20供给阳极气体，且将从燃料电池堆20排出的阳极废气向阴极气体排出通路213排出的装置。阳极气体供排装置22具备高压罐221、阳极气体供给通路222、阳极调压阀223、阳极气体排出通路224、净化阀225。
[0035]高压罐221将要对燃料电池堆20供应的阳极气体保持高压状态而储藏。
[0036]阳极气体供给通路222是用于将阳极气体从高压罐221对燃料电池堆20供给的通路。阳极气体供给通路222的一端连接到高压罐221，另一端连接到燃料电池堆20的阳极气体入口孔。
[0037]阳极调压阀223设置在阳极气体供给通路222中。阳极调压阀223将从高压罐221排出的阳极气体调节为期望的压力而供应给燃料电池堆20。阳极调压阀223是能够连续地或者阶段性地调节开度的电磁阀。阳极调压阀223的开度通过控制器8而被控制。
[0038]阳极气体排出通路224是从燃料电池堆20排出的阳极废气流过的通路。阳极气体排出通路224的一端连接到燃料电池堆20的阳极气体出口孔，另一端连接到阴极气体排出通路213。另外，阳极废气是未被使用于电极反应的剩余的阳极气体、和从燃料电池堆20内的阴极气体流路向阳极气体流路交叉泄漏的杂质气体的混合气体。杂质气体是在空气中包含的氮或伴随着发电的水蒸汽等。
[0039]净化阀225设置在阳极气体排出通路224中。净化阀225通过控制器8而被进行开闭控制，控制从阳极气体排出通路224向阴极气体排出通路224排出的阳极废气的流量。
[0040]堆冷却装置23是通过冷却水而冷却燃料电池堆20，将燃料电池堆20保持为适合发电的温度(例如，60°C)的装置。堆冷却装置23具备冷却水循环通路231、散热器232、旁路通路233、三通阀234、循环栗235、加热器236、水温传感器80。
[0041 ]冷却水循环通路231是用于冷却燃料电池堆20的冷却水循环的通路。
[0042]散热器232设置在冷却水循环通路231中。散热器232冷却从燃料电池堆20排出的冷却水。
[0043]旁路通路233的一端连接到冷却水循环通路231，另