燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]作为以往的燃料电池系统，在日本JP2000-357526A中公开了以下的燃料电池系统:基于一边改变燃料电池的输出电流一边检测得到的输出电压，来估计燃料电池的电流电压特性(IV特性)。
【发明内容】
[0003]在燃料电池系统启动后，通过以燃料电池的发电电力驱动辅机来使燃料电池暖机，在燃料电池的IV特性变为期望的IV特性后发出车辆的行驶允许。因此，正在研究以下技术:从燃料电池的暖机中起估计IV特性，在估计出的IV特性变为期望的IV特性的时间点发出车辆的行驶允许，由此尽可能早地发出车辆的行驶允许。
[0004]然而，为了确保IV特性的估计精度，需要基于以固定以上的电流幅度改变燃料电池的输出电流时的输出电压来估计IV特性。因此，当在因燃料电池内的水、冰的影响而发电不稳定的暖机中使燃料电池的输出电流急剧上升电流幅度的量以高精度地估计IV特性时，存在由于该急剧的电流变化而发生电压下降的担忧。
[0005]另一方面，当为了防止这种电压下降而想要基于使燃料电池的输出电流慢慢上升时的输出电压估计IV特性时，存在以下担忧:由于在燃料电池的暖机中IV特性时时刻刻发生变化，因此导致想要估计的IV特性在输出电流的上升过程中变化，从而无法确保估计精度。
[0006]本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于抑制电压下降的发生并确保IV特性的估计精度。
[0007]根据本发明的某个方式，提供一种向燃料电池供给负极气体和正极气体来使该燃料电池发电的燃料电池系统。而且，该燃料电池系统具备:辅机，其连接于燃料电池；暖机时电力控制单元，其在燃料电池暖机时调整向辅机供给的供给电力来控制燃料电池的发电电力；以及IV特性估计单元，其在燃料电池的暖机中使向辅机供给的供给电力暂时变小，并基于此时的至少两组电流值和电压值来估计燃料电池的IV特性。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统的概要图。
[0009]图2是表示燃料电池堆的温度与燃料电池堆的电流电压特性的关系的图。
[0010]图3是说明燃料电池系统启动时的燃料电池堆的IV特性的估计方法的图。
[0011]图4是说明一边使输出电流下降一边获取数据的理由的图。
[0012]图5是本发明的一个实施方式的设定目标输出电流的控制框图。
[0013]图6是表示根据图5的控制框图控制的输出电流和发电电力的动作的时序图。
[0014]图7是说明本发明的一个实施方式的IV特性估计控制的流程图。
[0015]图8是说明过渡时IV特性估计处理的流程图。
[0016]图9是说明稳定时IV特性估计处理的流程图。
【具体实施方式】
[0017]下面，参照附图等来说明本发明的各实施方式。
[0018]燃料电池通过用负极(anode)电极(燃料极)和正极(cathode)电极(氧化剂极)将电解质膜夹在中间并向负极电极供给含氢的负极气体(燃料气体)、向正极电极供给含氧的正极气体(氧化剂气体)来进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的电极反应如下。
[0019]负极电极:2H2—4H ++4e...(I)
[0020]正极电极:4H++4e+02— 2H 20..(2)
[0021]通过该(I)、(2)的电极反应，燃料电池产生I伏特左右的电动势。
[0022]在将燃料电池用作汽车用动力源的情况下，由于要求的电力大，因此作为将数百块的燃料电池层叠所得的燃料电池堆来使用。然后，构成向燃料电池堆供给负极气体和正极气体的燃料电池系统，取出用于驱动车辆的电力。
[0023]图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统100的概要图。
[0024]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、电力系统4以及控制器5。
[0025]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。
[0026]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以及正极压力调整阀25。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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，另一端为开口端。
[0031]正极压力调节阀25设置于正极气体排出通路22。正极压力调节阀25由控制器5来将其开度控制为任意的开度，将供给到燃料电池堆I的正极气体的压力调节为期望的压力。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]负极气体供给通路32是用于将从高压罐31排出的负极气体供给到燃料电池堆I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。
[0035]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5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。
[0036]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。
[0037]放气阀35设置于负极气体排出通路34。放气阀35由控制器5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。
[0038]电力系统4具备电流传感器41、电压传感器42、行驶马达43、逆变器44、蓄电池45以及DC/DC转换器46。
[0039]电流传感器41检测从燃料电池堆I取出的电流(以下称为“输出电流”。)。
[0040]电压传感器42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”。)。
[0041]行驶马达43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马达。行驶马达43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和蓄电池45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。
[0042]逆变器44 例如由 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘棚.双极型晶体管)等多个半导体开关构成。逆变器44的半导体开关由控制器5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。在使行驶马达43作为电动机而发挥功能时，逆变器44将燃料电池堆I的发电电力与蓄电池45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行驶马达43。另一方面，在使行驶马达43作为发电机而发挥功能时，逆变器44将行驶马达43的再生电力(三相交流电力)转换为直流电力来供给到蓄电池45。
[0043]蓄电池45被充入燃料电池堆I的发电电力(输出电流X输出电压)的剩余部分