燃料电池系统以及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃料电池系统以及控制方法。
【背景技术】
[0002]已知表示燃料电池的发电特性的IV特性根据燃料电池的温度而发生变化。因此，能够通过测量燃料电池的温度来获知燃料电池的IV特性。但是，燃料电池的温度根据测量位置、湿润状态而发生变化，因此难以仅通过测量出的温度来正确地获知燃料电池的IV特性。
[0003]在日本JP2000-357526A中，公开了以下方法:检测燃料电池的电流、电压，基于检测出的值来估计IV特性。
[0004]在日本JP2000-357526A中，对从燃料电池接受电力供给的负载进行控制，改变从燃料电池取出的电流，根据此时的燃料电池的电压与所取出的电流之间的关系来估计IV特性。
【发明内容】
[0005]但是，在极低温环境下IV特性变得极差。因此，当在极低温环境下从燃料电池取出电流以估计IV特性时，有可能发生所谓的电压下降、即燃料电池的电压变得低于最小电压。
[0006]本发明是为了解决这种问题而发明的，其目的在于抑制在极低温环境下发生电压下降的情况。
[0007]本发明的某个方式所涉及的燃料电池系统具备:燃料电池；外部负载，其被供给由燃料电池发电而产生的电力；辅机，其被供给由燃料电池发电而产生的电力；第一允许部，其在燃料电池的发电特性成为规定特性的情况下，允许从燃料电池向外部负载供给电力；暖机时控制部，其在第一允许部输出允许之前，通过从燃料电池向辅机供给电力来进行燃料电池的暖机运转；估计部，其改变辅机的负载来以规定幅度改变从燃料电池取出的电流，并且基于伴随着改变的燃料电池的发电电压来估计上述发电特性；温度检测部，其检测燃料电池的温度；以及禁止部，其在燃料电池的温度为第一规定温度以下时，限制或者禁止估计部对发电特性的估计。
【附图说明】
[0008]图1是燃料电池系统的概要结构图。
[0009]图2是表示燃料电池堆的IV特性的映射图。
[0010]图3是说明启动控制的流程图。
【具体实施方式】
[0011]下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0012]使用图1来说明本发明的实施方式。图1是燃料电池系统100的概要结构图。
[0013]燃料电池系统100具备燃料电池堆1、正极气体供排装置2、负极气体供排装置3、堆冷却装置4、电力系统5以及控制器6。
[0014]燃料电池堆I是层叠数百块燃料电池而得的，接受负极气体和正极气体的供给，来发出驱动车辆所需的电力。燃料电池堆I具备负极电极侧输出端子11和正极电极侧输出端子12作为取出电力的端子。
[0015]正极气体供排装置2是向燃料电池堆I供给正极气体、并且将从燃料电池堆I排出的正极排气排出到外部大气的装置。正极气体供排装置2具备正极气体供给通路21、过滤器22、正极压缩机23、正极气体排出通路24以及正极气体压力调整阀25。
[0016]正极气体供给通路21是流通向燃料电池堆I供给的正极气体的通路。正极气体供给通路21的一端连接于过滤器22，另一端连接于燃料电池堆I的正极气体入口孔。
[0017]过滤器22将取入到正极气体供给通路21的正极气体中的异物去除。
[0018]正极压缩机23设置于正极气体供给通路21。正极压缩机23经由过滤器22将作为正极气体的空气(外部大气)取入到正极气体供给通路21，供给到燃料电池堆I。
[0019]正极气体排出通路24是流通从燃料电池堆I排出的正极排气的通路。正极气体排出通路24的一端连接于燃料电池堆I的正极气体出口孔，经过正极气体压力调整阀25，另一端为开口端。
[0020]在此虽未进行图示，但是也可以在正极气体供给通路21中设置加湿装置以进行燃料电池堆I的加湿。
[0021]负极气体供排装置3是向燃料电池堆I供给负极气体、并且将从燃料电池堆I排出的负极排气排出到正极气体排出通路24的装置。负极气体供排装置3具备高压罐31、负极气体供给通路32、压力调节阀33、负极气体排出通路34以及放气阀35。
[0022]高压罐31将要向燃料电池堆I供给的负极气体保持为高压状态来贮存。
[0023]负极气体供给通路32是用于从高压罐31向燃料电池堆I供给负极气体的通路。负极气体供给通路32的一端连接于高压罐31，另一端连接于燃料电池堆I的负极气体入口孔。
[0024]压力调节阀33设置于负极气体供给通路32。压力调节阀33由控制器6来控制开闭，将从高压罐31流出到负极气体供给通路32的负极气体的压力调节为期望的压力。
[0025]负极气体排出通路34是流通从燃料电池堆I排出的负极排气的通路。负极气体排出通路34的一端连接于燃料电池堆I的负极气体出口孔，另一端连接于正极气体排出通路24。
[0026]放气阀35设置于负极气体排出通路34。放气阀35由控制器6来控制开闭，对从负极气体排出通路34排出到正极气体排出通路24的负极排气的流量进行控制。
[0027]堆冷却装置4是对燃料电池堆I进行冷却以将燃料电池堆I保持为适于发电的温度的装置。堆冷却装置4具备冷却水循环通路41、散热器42、旁路通路43、三通阀44、循环泵45、PTC加热器46、第一水温传感器47以及第二水温传感器48。
[0028]冷却水循环通路41是循环用于冷却燃料电池堆I的冷却水的通路。
[0029]散热器42设置于冷却水循环通路41。散热器42对从燃料电池堆I排出的冷却水进行冷却。
[0030]旁路通路43的一端连接于冷却水循环通路41，另一端连接于三通阀44，使得冷却水能够绕过散热器42而进行循环。
[0031]三通阀44设置于比散热器42更靠下游侧的冷却水循环通路41。三通阀44根据冷却水的温度来切换冷却水的循环路径。具体地说，在冷却水的温度相对高时，以使从燃料电池堆I排出的冷却水经由散热器42再次供给到燃料电池堆I的方式切换冷却水的循环路径。反之，在冷却水的温度相对低时，以使从燃料电池堆I排出的冷却水不经由散热器42而流过旁路通路43来再次供给到燃料电池堆I的方式切换冷却水的循环路径。
[0032]循环泵45设置于比三通阀44更靠下游侧的冷却水循环通路41，使冷却水循环。
[0033]PTC加热器46设置于旁路通路43。PTC加热器46在燃料电池堆I暖机时被通电，使冷却水的温度上升。
[0034]第一水温传感器47设置于比散热器42更靠上游侧的冷却水循环通路41。第一水温传感器47检测从燃料电池堆I排出的冷却水的温度。
[0035]第二水温传感器48设置于循环泵45与燃料电池堆I之间的冷却水循环通路41。第二水温传感器48检测向燃料电池堆I供给的冷却水的温度。
[0036]电力系统5具备电流传感器51、电压传感器52、驱动电动机53、逆变器54、电池55、DC/DC转换器56以及辅机类57。
[0037]电流传感器51检测从燃料电池堆I取出的电流(以下称为“输出电流”。)。
[0038]电压传感器52检测负极电极侧输出端子11与正极电极侧输出端子12之间的端子间电压(以下称为“输出电压”。)。
[0039]驱动电动机53是在转子埋设永磁体并且在定子缠绕定子线圈的三相交流同步电动机。驱动电动机53具有作为电动机的功能和作为发电机的功能，该作为电动机的功能是从燃料电池堆I和电池55接受电力的供给来进行旋转驱动，该作为发电机的功能是在使转子因外力而进行旋转的车辆减速时使定子线圈的两端产生电动势。
[0040]逆变器54 例如由 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极型晶体管)等多个半导体开关构成。逆变器54的半导体开关由控制器6来控制开闭，由此将直流电力转换为交流电力，或者将交流电力转换为直流电力。在使驱动电动机53作为电动机而发挥功能时，逆变器54将燃料电池堆I的发电电力与电池55的输出电力的合成直流电力转换为三相交流电力来供给到驱动电动机53。另一方面，在使驱动电动机53作为发电机而发挥功能时，逆变器54将驱动电动机53的再生电力(三相交流电力)转换为直流电力来供给到电池55。
[0041]对电池55充入驱动电动机53的再生电力。充入电池55的电力根据需要被供给到辅机类57和驱动电动机53。
[0042]DC/DC转换器56是使燃料电池堆I的输出电压升降的双向性的电压转换机。通过利用DC/DC转换器56对燃料电池堆I的输