专利名称：燃料电池系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。
背景技术：
以往，提出了具有接受反应气体(燃料气体及氧化气体)的供给 而进行发电的燃料电池的燃料电池系统并进行了实用化。从这样的燃 料电池系统的燃料电池的阳极排出包括发电时未被消耗而剩余的燃料 (氢)的燃料废气。将这样的燃料废气直接排出到系统外部时，存在 燃料废气中含有的氢的排出量高于规定的环境基准值的情况。因此， 提出了将从燃料电池的阳极排出的燃料废气与空气等稀释气体混合/稀 释以降低氢浓度的技术方案。
然而，现在提出了如下技术通过实施燃料电池的低效率运转(发 电效率比通常运转时低的状态下的运转)，将供给的反应气体的能量 较多地变换为热能而使燃料电池升温。已知在这样的低效率运转中， 不仅从燃料电池的阳极排出含有氢的燃料废气，而且在燃料电池的阴 极生成阳极气体(所谓泵氢)。因此，近些年来，提出了通过在燃料 电池的阴极侧设置稀释单元，降低排出的泵氢的浓度的技术(例如参 照特开2005—174645号公报)。
发明内容
但即使采用特开2005—174645号公报所述的技术，当阴极侧的稀 释单元产生了故障时，不能降低泵氢的浓度，因此担心不能将排出氢 浓度限制在规定的环境基准值以下。
本发明鉴于以上情况而作出，其目的在于提供一种能够不依赖稀释单元地抑制低效率发电时的泵氢的排出的燃料电池系统。
为了实现上述目的，本发明涉及的燃料电池系统具有进行发电 的燃料电池；及控制单元，通过使反应气体向该燃料电池的供给量比 通常发电时降低，实现燃料电池的低效率发电，控制单元设定燃料电 池的电压下限值，以使低效率发电时在燃料电池的阴极生成的阳极气 体(泵氢)的生成量为规定量以下。
并且，本发明涉及的控制方法是燃料电池系统的控制方法，具有 进行发电的燃料电池，通过使反应气体向燃料电池的供给量比通常发 电时降低而实现燃料电池的低效率发电，所述燃料电池系统的控制方 法具有设定燃料电池的电压下限值的工序，以使低效率发电时在燃料
电池的阴极生成的阳极气体(泵氢)的生成量为规定量以下。
当采用上述构成及方法时，在低效率发电时将燃料电池的电压下 限值设定为特定的值，从而可将泵氢的生成量抑制在规定量以下。因 此，可降低低效率发电时的泵氢的排出量，从而可省去用于稀释泵氢 的装置。
在上述燃料电池系统中，可具有稀释泵氢的稀释单元。并且，仅 在该稀释单元异常时，可采用，设定燃料电池的电压下限值的控制装 置，以使低效率发电时泵氢的生成量为规定量以下。
当采用上述构成时，在稀释单元正常时，可通过稀释单元稀释泵 氢的浓度，并且可无需特别设定电压下限值地实施低效率发电，因此 可有效地进行预热(自身发热)。另一方面，当稀释单元异常时，将 燃料电池的电压下限值设定为特定的值，并且实施低效率发电，从而 可将泵氢的生成量抑制到规定量以下。
并且，在上述燃料电池系统中可设置气体供给流路，用于将从
5氧化气体供给源所供给的氧化气体供给到燃料电池的阴极；及气体排出流路，使从燃料电池的阴极排出的气体流通。并且，可采用稀释单元，其具有旁通流路，使在气体供给流路中流动的氧化气体的一部分绕过燃料电池而引导到气体排出流路；及旁通阀，调整在该旁通流路中流通的氧化气体的流量，该稀释单元利用从气体供给流路经由旁通流路而流动到气体排出流路的氧化气体来稀释泵氢。
并且，在上述燃料电池系统中，可设置检测由氧化气体供给源供给的氧化气体的压力的压力传感器。在该情况下，可采用异常判断单元，根据在旁通流路中流通的氧化气体的流量的指令值及旁通阀的开度，推测由氧化气体供给源供给的氧化气体的压力，根据该推测压力和由压力传感器检测出的检测压力之间的偏差，判断稀释单元的异常。
并且，在上述燃料电池系统中，可采用异常判断单元，在推测压力小于检测压力且推测压力和检测压力之间的偏差的绝对值超过规定的阈值时，判断旁通阀产生关闭故障。
并且，在上述燃料电池系统中，可采用稀释单元，该稀释单元具有调整在气体排出流路中流通的气体的压力的背压阀。在该情况下，可采用异常判断单元，在推测压力大于检测压力且推测压力和检测压力之间的偏差的绝对值超过规定的阈值时，判断背压阀产生打开故障。
根据本发明，可提供一种能够不依赖稀释单元地抑制低效率发电时的泵氢的排出的燃料电池系统。
图1是本发明的实施方式涉及的燃料电池系统的构成图。图2A是表示图1所示的燃料电池系统的通常运转时的输出电力和电力损失的关系的说明图。
图2B是表示图1所示的燃料电池系统的低效率运转时的输出电力
6和电力损失的关系的说明图。
图3是图1所示的燃料电池系统的通常运转时及低效率运转时的
IV特性映射。
图4A及图4B是用于说明泵氢的产生原理的说明图。
图5是图1所示的燃料电池系统的低效率运转时(稀释单元异常
时)的电压下限值的设定中所使用的表格。
图6是标绘图5所示的表格的数据而做成的近似曲线映射。
图7是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法的流程图。
具体实施例方式
以下参照
本发明的实施方式涉及的燃料电池系统。在本实施方式中，说明将本发明适用于燃料电池车辆的车载发电系统的例子。
首先使用图1~图6说明本发明的实施方式涉及的燃料电池系统1的构成。
本实施方式涉及的燃料电池系统1如图1所示，具有燃料电池2，接受反应气体(氧化气体及燃料气体)的供给而产生电力；氧化气体配管系统3，将作为氧化气体的空气向燃料电池2供给；燃料气体配管系统4，将作为燃料气体的氢气向燃料电池2供给；电力系统5，进行系统电力的充电放电；及控制装置6，集中控制系统整体。
燃料电池2例如由固体高分子电解质型构成，具有层积多个单电池20(图4A)的堆叠构造。燃料电池2的单电池20在电解质膜21 (图4A)的一侧的面上具有阴极(空气极)，在另一侧的面上具有阳极(燃料极)，进一步具有从两侧夹住阴极及阳极的一对隔板。向~侧的隔板的燃料气体流路供给燃料气体，向另一侧的隔板的氧化气体流路供给氧化气体，通过该气体供给，燃料电池2产生电力。并且，从燃料电池2的阴极排出阴极废气。阴极废气中除了供于燃料电池2的电池反应后的氧废气外，还含有在阴极生成的泵氢(后述)。
燃料电池2上安装有电流传感器2a及电压传感器2b，检测出发电中的电流及电压(输出电流及输出电压)；及温度传感器2C,检测出燃料电池2的温度。由电流传感器2a检测出的输出电流的信息、由温度传感器2c检测出的温度的信息用于下述电压控制。此外，作为燃料电池2，除了固体高分子电解质型外，还可采用磷酸型、熔融碳酸盐型。
氧化气体配管系统3具有空气压縮机31、氧化气体供给流路32、加湿模块33、阴极废气流路34、旁通流路38、稀释器40、驱动空气压缩机31的电动机M1等。
空气压縮机31通过以控制装置6的控制指令进行动作的电动机Ml的驱动力被驱动，经由未图示的空气过滤器将从外部气体取入的氧(氧化气体)供给到燃料电池2的阴极，是本发明中的氧化气体供给源的一个实施方式。氧化气体供给流路32是用于将由空气压縮机31供给的氧引导到燃料电池2的阴极的气体流路。在氧化气体供给流路32上设有检测出由空气压缩机31所供给的氧化气体的压力及温度的压力传感器35及温度传感器36。由这些压力传感器35及温度传感器检测出的压力及温度的信息用于下述稀释单元的异常判断。
加湿模块33在流过氧化气体供给流路32的低湿润状态的氧化气体及流过阴极废气流路34的高湿润状态的阴极废气之间进行水分交换，适度地加湿向燃料电池2供给的氧化气体。阴极废气流路34是用于将阴极废气排出到系统外的气体流路，是本发明中的气体排出流路的一个实施方式。在阴极废气流路34的阴极出口附近设置有背压阀37。控制装置6控制背压阀37的开关动作，从而调整流过阴极废气流路34的阴极废气的压力，结果会调整泵氢的排出量。
8旁通流路38使在氧化气体供给流路32中流动的氧化气体的一部分绕过燃料电池2而引导到阴极废气流路34。在旁通流路38上设有旁通阀39。在旁通流路38中流通的氧化气体的流量通过旁通阀39来调整。控制装置6控制旁通阀39的开关动作，从而使氧化气体从氧化气体供给流路32经由旁通流路38而供给到阴极废气流路34，由此，在阴极废气流路34中流通的泵氢被稀释。即，旁通流路38、旁通阀39及控制装置6构成本发明中的稀释单元。此外，背压阀37也是调整泵氢的排出量的装置，因此构成本发明中的稀释单元。
稀释器40进行稀释，以使氢气的排出浓度抑制在预先设定的浓度(规定的环境基准值)以下。在稀释器40中，阴极废气流路34的下游及下述阳极废气流路44的下游连通，氢废气及氧废气混合稀释而排出到系统外。
燃料气体配管系统4具有燃料气体供给源41、燃料气体供给流路42、燃料气体循环流路43、阳极废气流路44、氢循环泵45、止回阀46、驱动氢循环泵45的电动机M2等。
燃料气体供给源41是将氢气等燃料气体供给到燃料电池2的单元，例如由高压氢罐、贮氢罐等构成。燃料气体供给流路42是用于将从燃料气体供给源41放出的燃料气体引导到燃料电池2的阳极的气体流路，在该气体流路上从上游到下游配置有罐阀H1、氢供给阀H2、FC入口阀H3等阀。罐阀H1、氢供给阀H2及FC入口阀H3是用于供给(或切断)向燃料电池2的燃料气体的关闭阓，例如由电磁阀构成。
燃料气体循环流路43是用于使未反应燃料气体回流到燃料电池2的回流气体流路，在该气体流路上从上游到下游分别配置有FC出口阀H4、氢循环泵45、止回阀46。从燃料电池2排出的低压的未反应燃料气体通过氢循环泵45被适度加压而引导到燃料气体供给流路42，上述氢循环泵45通过以控制装置6的控制指令进行动作的电动机M2的驱动力被驱动。从燃料气体供给流路42到燃料气体循环流路43的燃料气体的逆流通过止回阀46被抑制。阳极废气流路44是用于将含有从燃料电池2排出的氢废气的阳极废气排出到系统外的气体流路，在该气体流路上配置有排气阀H5。
电力系统5具有高压DC/DC转换器51、蓄电池52、牵引变换器53、辅机变换器54、牵引电动机M3、辅机电动机M4等。
高压DC/DC转换器51是直流的电压变换器，具有以下功能调整从蓄电池52输入的直流电压而输出到牵引变换器53侧的功能；以及调整从燃料电池2或牵引电动机M3输入的直流电压而输出到蓄电池52的功能。通过高压DC/DC转换器51的这些功能，实现蓄电池52的充放电。并且，通过高压DC/DC转换器51控制燃料电池2的输出电压。
蓄电池52是可充放电的二次电池(例如镍氢电池等)。蓄电池52可通过未图示的蓄电池计算机的控制进行剩余电力的充电或辅助性地供给电力。在燃料电池2发电的直流电力的一部分通过高压DC/DC转换器51升降压，向蓄电池52充电。此外，也可替代蓄电池52而采用二次电池以外的可充电放电的蓄电器(例如电容)。
牵引变换器53及辅机变换器54是脉冲宽度调制方式的PWM变换器，根据所给予的控制指令，将从燃料电池2或蓄电池52输出的直流电力变换为三相交流电力并供给到牵引电动机M3及辅机电动机M4。牵引电动机M3是用于驱动车轮7L、 7R的电动机。辅机电动机M4是用于驱动各种辅机类的电动机，是驱动空气压縮机31的电动机Ml、驱动氢循环泵45的电动机M2等的总称。
控制装置6由CPU、 ROM、 RAM等构成，根据所输入的各传感信号，集中控制该系统的各部分。具体而言，控制装置6根据从检测加速踏板开度的未图示的加速踏板传感器等发送的各传感信号，计算
燃料电池2的输出要求电力。并且，控制装置6控制燃料电池2的输 出电压及输出电流，以产生与该输出要求电力对应的输出电力。并且， 控制装置6控制牵引变换器53及辅机变换器54的输出脉冲宽度等， 控制牵引电动机M3及辅机电动机M4。
并且，控制装置6根据从设于燃料电池2上的温度传感器2c输出 的传感信号，检测燃料电池2的温度，通过比较检测出的温度和规定 的基准温度，从而判断是否需要预热。并且，控制装置6在燃料电池2 的温度超过基准温度而判断为无需预热时，进行通常运转处理。在此， 通常运转处理是指不用预热，以高效的运转动作点(即电力损失较小 的运转动作点)进行运转的处理。另一方面，控制装置6在燃料电池2 的温度为基准温度以下而判断为需要预热时，进行低效率运转处理(在 发电效率较低的运转动作点运转的处理)。
在此，使用图2A 图4B说明通常运转和低效率运转的关系及泵氢 的产生原理。
在图2A及图2B中，横轴表示输出电流，纵轴表示输出电压，OCV (Open Circuit Voltage:开路电压)表示电流不流入到燃料电池2的状 态下的电压。 一般情况下，在可获得图2A所示的电流/电压特性(IV 特性)的燃料电池2中，控制装置6在电力损失相对输出电力较小的 通常运转动作点(Io、 VQ)进行运转。与之相对，在进行预热运转时， 控制装置6如图2B所示，在电力损失较大的低效率运转动作点(^、 VJ进行运转，使燃料电池2的内部温度上升。在进行上述低效率运 转的过程中，通过氢和氧的反应取出的能量中，可积极增大电力损失 量(热能)，因此可实现迅速的预热。
此外，图3表示通常运转时的IV特性映射(实线)及低效率运转 时的IV特性映射(虚线)，在通常运转时及低效率运转时，可利用这些IV特性映射决定运转动作点。低效率运转时的IV特性映射(虚线)
可根据来自牵引电动机M3的输出要求适当设定，图3所示的是其一例。
在燃料电池2的通常运转时，为了抑制电力损失以获得较高的发 电效率，将空燃比设定为l.O以上。在此，所谓空燃比是指，实际的氧 化气体供给量相对于使燃料电池2发电所需的氧化气体供给量的理论 值的比(实际的氧化气体供给量除以理论值的值)。与之相对，在燃 料电池2的低效率运转时，为了增大电力损失并使燃料电池2的温度 上升，将空燃比设定为低于1.0。将空燃比设定得较低时，通过氢和氧 的反应可取出的能量中，可积极增大电力损失量(热能)，另一方面 在燃料电池2的阴极产生泵氢。
图4A及图4B是用于说明泵氢的产生原理的图。图4A是表示通 常运转时的电池反应的图，图4B是表示低效率运转时的电池反应的图。 燃料电池2的各单电池20具有电解质膜21和夹持该电解质膜21的阳 极及阴极。含有氢(H2)的燃料气体被供给到阳极，含有氧(02)的 氧化气体被供给到阴极。燃料气体被供给到阳极时，进行以下化学式 (A)的反应，氢乖离为氢离子和电子。在阳极生成的氢离子透过电解 质膜21向阴极移动，另一方面电子从阳极通过外部电路向阴极移动。 H2—2H+ + 2e_ …(A)
在此，在氧化气体向阴极的供给充分时(空燃比为1.0以上)， 进行以下化学式(B)的反应，如图4A所示，由氧、氢离子及电子生 成水。另一方面，当氧化气体向阴极的供给不足时(空燃比小于1.0)， 根据不足的氧化气体量进行以下化学式(C)的反应，如图4B所示， 氢离子和电子再次结合而生成氢。生成的氢与氧废气一起从阴极排出。 这样将乖离的氢离子和电子再次结合而在阴极生成的氢(即在阴极生
成的阳极气体)称为"泵氢"。
2H++2e—+ (1/2) 02—H20 …(B) 2H+十2e一—H2 …(C)
12控制装置6在生成这样的泵氢的低效率发电时，当稀释单元异常
时(背压阀37、旁通阔39故障时)，设定燃料电池2的输出电压的下 限值，以使泵氢的生成量为规定量以下。即，控制装置6作为本发明 中的控制单元的一个实施方式起作用。
对于低效率发电时/稀释单元异常时的控制装置6的具体的电压控 帝ij,参照图5及图6进行说明。图5是规定了燃料电池2的输出电流 (A)、燃料电池2的温度('C )、燃料电池2的输出电压的下限值(V) 的关系的表格，图6是标绘图5的表格的值而描绘的近似曲线的映射。 图5的表格所示的燃料电池2的输出电压的下限值是如下设定的值 在使燃料电池2的输出电流在I! Iu)变化且使燃料电池2的温度在 T, 丁6变化时，使泵氢的生成量为规定量以下。
控制装置6根据由电流传感器2a检测出的燃料电池2的输出电流、 由温度传感器2c检测出的燃料电池2的温度、图5及图6的表格/映射， 设定燃料电池2的输出电压的下限值。例如，控制装置6在燃料电池2 的温度为T3时，将燃料电池2的输出电压的下限值设定为V31、V32、...、 V36、...。并且，控制装置6在燃料电池2的温度为T6时，将燃料电池 2的输出电压的下限值设定为V61、 V62、 ...、 V6()。即，控制装置6在 燃料电池2的温度为TN (N: 1~6)时，在图6的映射中描绘的近似曲 线TN (N: 1~6)的上方的区域中，设定输出电流和输出电压。
并且，控制装置6根据在旁通流路38中流通的氧化气体的流量的 指令值、旁通阀39的开度、由温度传感器36检测出的氧化气体的温 度，推测由空气压縮机31所供给的氧化气体的压力。并且，控制装置 6根据该推测的压力和由压力传感器35检测出的氧化气体的压力之间 的偏差，判断稀释单元的异常(背压阀37、旁通阀39的故障)。艮P， 控制装置6作为本发明中的异常判断单元的一个实施方式起作用。具体说明基于控制装置6的稀释单元的异常判断方法。设在旁通
流路38中流通的氧化气体的流量的指令值为Q (L/min)、旁通阀39 的开度为A (mm2)、旁通阀39的下游压力为PL (kPa) ( = 101.3 (大 气压))、由空气压缩机31所供给的氧化气体的压力的推测值(推测 压力)为PE (kPa)、由空气压縮机31所供给的氧化气体的温度为To ('C)、单位变换系数为k (=0.226)时，推测压力PE通过以下数学 式计算。此外，在旁通流路38中流通的氧化气体的流量指令值Q及旁 通阀39的开度A是根据燃料电池2的低效率运转的动作点由控制装置 6决定的值。
控制装置6比较这样计算出的推测压力PE及由压力传感器35检 测出的压力(检测压力)PQ,计算出两者的偏差的绝对值e。并且，控 制装置6在计算出的偏差的绝对值e超过规定阈值时，判断背压阀37 或旁通阀39产生故障(稀释单元异常)。
具体而言，控制装置6在推测压力PE小于检测压力Po且这些推测 压力PE和检测压力Po之间的偏差的绝对值e超过规定阈值时，判断旁 通阀39产生关闭故障。这是因为，当旁通阀39产生关闭故障时，氧 化气体难以流入到旁通流路38，氧化气体供给流路32中的氧化气体的 压力(检测压力)变得有意义地比理论值(推测压力)高。另一方面， 控制装置6在推测压力PE大于检测压力Po且这些推测压力Pe和检测 压力P。之间的偏差的绝对值e超过规定阈值时，判断背压阀37产生打 开故障。这是因为，当背压阀37产生打开故障时，气体泄漏到背压阀 37的下游侧，因此背压阀37的上游侧的氧化气体供给流路32中的氧 化气体的压力(检测压力)变得有意义地比理论值(推测压力)低。
接着参照图7的流程图说明本实施方式涉及的 料电池系统1的控制方法。
首先，控制装置6根据由温度传感器2c输出的传感信号检测燃料
电池2的温度(温度检测工序Sl)，通过比较检测出的温度和规定 的基准温度，判断是否需要预热(预热判断工序S2)。控制装置6 在预热判断工序S2中，判断燃料电池2的温度超过基准温度、无需预 热时，实现通常运转(通常运转工序S14)。另一方面，控制装置6 在预热判断工序S2中，判断燃料电池2的温度为基准温度以下、需要 预热时，判断稀释单元是否异常(背压阀37或旁通阀39是否故障) (稀释单元异常判断工序S3)。
(异常时低效率运转) 控制装置6在稀释单元异常判断工序S3中判断计算出的推测压力 PE和由压力传感器35的检测压力Po之间的偏差的绝对值e超过规定阈 值(稀释单元异常)时，实施以下异常时低效率运转(电压下限值设 定工序S4 异常时电流电压控制工序S6)。
即，控制装置6根据由电流传感器2a检测出的燃料电池2的输出 电流、由温度传感器2c检测出的燃料电池2的温度、图5及图6的表 格/映射，设定燃料电池2的输出电压的下限值(电压下限值设定工序.-S4)。并且，控制装置6设定高于所设定的电压下限值的目标低效率 运转动作点(作为目标的输出电流指令值及输出电压指令值)(异常 时低效率动作点设定工序S5)。接着，控制装置6通过使用高压DC/DC 转换器51,进行使由电压传感器2b检测出的燃料电池2的输出电压接 近输出电压指令值的控制，并且使用空气压縮机31、背压阀37来縮小 向燃料电池2的空气供给量，从而进行使由电流传感器2a检测出的燃 料电池2的输出电流接近输出电流指令值的控制(异常时电流电压控 制工序S6)。
之后，控制装置6判断燃料电池2的温度是否超过规定的基准温度(温度判断工序S7)，当燃料电池2的温度超过基准温度时，结 束异常时低效率运转，当未超过时返回到稀释单元异常判断工序S3，
继续进行控制。在上述异常时低效率运转中，由旁通阀39等构成的稀
释单元的控制被停止。 (正常时低效率运转)
另一方面，控制装置6在稀释单元异常判断工序S3中判断计算出 的推测压力PE和由压力传感器35的检测压力Po之间的偏差的绝对值e 为规定阈值以下(稀释单元正常)时，实施以下正常时低效率运转(正 常时低效率动作点设定工序S8 氢稀释工序S12)。
艮P，控制装置6设定与规定的预热目标温度等对应的目标低效率 运转动作点(正常时低效率动作点设定工序S8)，进行利用了高压 DC/DC转换器51的电压控制，并且进行利用了空气压縮机31、背压 阀37的电流控制(正常时电流电压控制工序S9)。并且，控制装置 6根据映射等导出与设定的目标低效率运转动作点对应的清除氢量及 泵氢量，通过将它们相加计算出来自燃料电池2的总排氢量(总排氢 量计算工序S10)。接着，控制装置6根据计算出的总排氧量来计算 出使排氢浓度为规定的环境基准值以下所需的稀释信息(在旁通流路 38中流通的氧化气体的流量的指令值等)(稀释信息计算工序Sll)。 并且，控制装置6根据计算出的稀释信息调整空气压縮机31的转速、 背压阀37的开度、旁通阀39的开度等，稀释正常时低效率运转中所 排出的泵氢等(氢稀释工序S12)。
之后，控制装置6判断燃料电池2的温度是否超过规定的基准温 度(温度判断工序S13)，当燃料电池2的温度超过基准温度时结束 正常时低效率运转，当未超过时返回到稀释单元异常判断工序S3，继 续进行控制。在上述正常时低效率运转中，由旁通阀39等构成的稀释 单元对泵氢的稀释成为可能，因此电压的下限值不受限制。
16在以上说明的实施方式涉及的燃料电池系统1中，当稀释单元正 常时，可通过稀释单元稀释泵氢的浓度，且不用特别设定电压的下限 值地实施低效率发电，因此可有效地进行预热(自身发热)。另一方 面，当稀释单元异常时，将燃料电池2的电压下限值设定为特定的值， 并且实施低效率发电，从而可将泵氢的生成量抑制在规定量以下。
此外，在以上实施方式中，示例了当燃料电池2的温度下降时实 施以预热为目的的低效率运转的例子，在恢复燃料电池2的催化剂活 性时、检测燃料电池2的电极催化剂处于中毒状态时，也可实施低效 率运转。
并且，在以上实施方式中，使用安装于燃料电池2上的温度传感 器2c检测燃料电池2的温度来进行是否需要预热等的判断，也可取代 燃料电池2的温度，而检测外部气体温度、燃料电池周边的部件温度 来判断是否需要预热等。
本发明涉及的燃料电池系统如上述实施方式所示，可搭载在燃料 电池车辆上，另外，也可搭载在燃料电池车辆以外的各种移动体(机 器人、船舶、飞机等)上。另外，也可将本发明涉及的燃料电池系统 适用于作为建筑(住宅、大厦等)用的发电设备所使用的定置用发电 系统中。
权利要求
1.一种燃料电池系统，具有进行发电的燃料电池；及控制单元，通过使反应气体向上述燃料电池的供给量比通常发电时降低，实现上述燃料电池的低效率发电，上述控制单元设定上述燃料电池的电压下限值，以使上述低效率发电时在上述燃料电池的阴极生成的阳极气体的生成量为规定量以下。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池系统，具有稀释单元，对在上述燃料电池的阴极生成的阳极气体进行稀释，上述控制装置仅在上述稀释单元异常时，设定上述燃料电池的电压下限值，以使上述低效率发电时在上述燃料电池的阴极生成的阳极气体的生成量为规定量以下。
3. 根据权利要求2所述的燃料电池系统，具有气体供给流路，用于将从氧化气体供给源所供给的氧化气体供给到上述燃料电池的阴极；及气体排出流路，使从上述燃料电池的阴极排出的气体流通，上述稀释单元具有旁通流路，使在上述气体供给流路中流动的氧化气体的一部分绕过上述燃料电池而引导到上述气体排出流路；及旁通阀，调整在上述旁通流路中流通的氧化气体的流量，并且该稀释单元利用从上述气体供给流路经由上述旁通流路而流到上述气体排出流路的氧化气体，对在上述燃料电池的阴极生成的阳极气体进行稀释。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，具有压力传感器，检测由上述氧化气体供给源供给的氧化气体的压力；及异常判断单元，根据在上述旁通流路中流通的氧化气体的流量的指令值及上述旁通阀的开度，推测从上述氧化气体供给源供给的氧化 气体的压力，并根据该推测压力和由上述压力传感器检测出的检测压 力之间的偏差，判断上述稀释单元的异常。
5. 根据权利要求4所述的燃料电池系统，上述异常判断单元在上述推测压力小于上述检测压力且上述推测 压力和上述检测压力之间的偏差的绝对值超过规定的阈值时，判断上 述旁通阀产生关闭故障。
6. 根据权利要求4或5所述的燃料电池系统， 上述稀释单元具有调整在气体排出流路中流通的气体的压力的背压阀，上述异常判断单元在上述推测压力大于上述检测压力且上述推测 压力和上述检测压力之间的偏差的绝对值超过规定的阈值时，判断上 述背压阀产生打开故障。
7. —种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具有进行发 电的燃料电池，通过使反应气体向上述燃料电池的供给量比通常发电 时降低来实现上述燃料电池的低效率发电，所述燃料电池系统的控制方法包括如下的工序设定上述燃料电 池的电压下限值以使上述低效率发电时在上述燃料电池的阴极生成的 阳极气体的生成量为规定量以下。
全文摘要
一种燃料电池系统，具有进行发电的燃料电池；及控制单元，通过使反应气体向燃料电池的供给量比通常发电时降低，实现燃料电池的低效率发电。控制单元设定燃料电池的电压下限值，以使低效率发电时在燃料电池的阴极生成的阳极气体(泵氢)的生成量为规定量以下。
文档编号H01M8/10GK101675550SQ20088001417
公开日2010年3月17日 申请日期2008年7月3日 优先权日2007年7月3日
发明者今西启之, 小川朋也, 真锅晃太, 长沼良明 申请人:丰田自动车株式会社