燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及实施用于提高燃料电池组的耐久性的高电位避免控制的燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法。
【背景技术】
[0002]燃料电池组是通过电化学工艺使燃料氧化，从而将随着氧化反应而放出的能量直接变换为电能的发电系统。燃料电池组具有通过由包含多孔质材料的一对电极将用于选择性地输送氢离子的高分子电解质膜的两侧面夹持而成的膜-电极结合体。一对电极分别具有:催化剂层，其以担载铂系的金属催化剂的碳粉末为主成分，与高分子电解质膜接触；和气体扩散层，其形成于催化剂层的表面，同时具有通气性和电子导电性。
[0003]在搭载燃料电池系统作为电力源的燃料电池车辆中，进行如下的运转控制:在发电效率高的高输出区域中，使燃料电池组发电，从燃料电池组和二次电池的双方或者仅从燃料电池组向牵引电动机供给电力，另一方面，在发电效率低的低输出区域中，暂时休止燃料电池组的发电，仅从二次电池向牵引电动机供给电力。将这样在燃料电池系统的发电效率低的低负荷区域中暂时休止燃料电池组的运转称作间歇运转。通过在燃料电池系统的发电效率降低的低负荷区域中，实施间歇运转，能够使燃料电池组在能量变换效率高的范围内运转，能够提高燃料电池系统整体的效率。
[0004]在燃料电池系统中，实施用于提高燃料电池组的耐久性的高电位避免控制。例如，专利文献I公开了一种燃料系统，具备:燃料电池，其接受反应气体的供给而发电；和控制器，其将比燃料电池的开放端电压低的高电位避免电压作为上限，来对燃料电池的输出电压进行高电位避免控制。该燃料电池系统，在将燃料电池发出的电力的一部分蓄积到二次电池时，考虑二次电池的蓄电量来对二次电池的充放电进行反馈控制。此时，在高电位避免控制被禁止时允许反馈控制，在高电位控制被允许时禁止反馈控制，由此来避免超过二次电池的要求电力而蓄电从而对反馈控制的积分项进行误积分的情况。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2009-129639号公报
【发明内容】
[0008]发明所要解决的问题
[0009]专利文献I的燃料电池系统的反馈控制中，在燃料电池的当前电压比高电位避免目标电压低的情况下，判定为高电压避免电力足够大，进行减少高电位避免电力的运算来计算反馈控制的积分项。但是，在当前电压的降低不是由高电位避免电力的效果引起而是由暂时的发电状态的变化引起的情况下，若减少高电位避免电力，则在发电状态恢复时无法施加足够的高电位避免电力，会产生高电位。
[0010]本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于提供一种燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法，在实施用于提高燃料电池组的耐久性的的高电位避免控制的燃料电池系统中，能够防止高电位避免电力的不必要的误计算而高精度地实施用于避免高电位的电力算出。
[0011]用于解决问题的手段
[0012]为了达成上述目的，本发明的燃料电池系统的特征在于，具备:燃料电池，接受反应气体的供给来进行发电；二次电池，蓄积由所述燃料电池发出的电力的一部分；计算单元，在对所述燃料电池的输出加上避免高电位用的剩余电力来避免高电位时，基于所述燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压；判定单元，判定所述燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件；以及反馈控制条件决定单元，在符合所述禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合所述许可条件的情况下实施积分项的更新。
[0013]另外，本发明的燃料电池系统，具备:燃料电池，接受反应气体的供给来进行发电；二次电池，蓄积由所述燃料电池发出的电力的一部分；以及控制单元，控制燃料电池系统，所述控制单元被编程为执行如下步骤:在对所述燃料电池的输出加上避免高电位用的剩余电力来避免高电位时，基于所述燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压的步骤；判断所述燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件的步骤；以及在符合所述禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合所述许可条件的情况下实施积分项的更新的步骤。
[0014]所述积分项更新的禁止条件是如下条件中的任一条件:所述燃料电池系统的发电要求功率比高电位避免电力大；所述运转状态是间歇运转刚停止后的空气欠缺状态；车辆处于再生制动期间或再生制动刚停止后；以及所述运转状态是所述车辆的启动处理期间或启动处理刚结束后的状态。
[0015]另外，本发明的燃料电池系统的运转方法对燃料电池的输出施加避免高电位用的剩余电力来避免高电位，其特征在于，基于燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压，判断燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件，在符合禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合许可条件的情况下实施积分项的更新，进行反馈控制而进行高电位避免控制。
[0016]发明效果
[0017]本发明的燃料电池系统，在单电池电压的降低不是由高电位避免电力的效果引起而是由暂时的运转条件引起的情况下，不进行反馈控制的积分项的更新。因此，能够避免高电位避免电力的不必要的误计算而高精度地实施用于避免高电位的电力算出。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的实施方式的燃料电池车辆的示意图。
[0019]图2是本发明的实施方式的燃料电池系统的框图。
[0020]图3是本发明的实施方式的燃料电池系统的运转方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]以下，对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，对于相同或类似的部分，用相同或类似的标号来表示。但是，附图是示意图。因此，具体的尺寸等应该参照以下的说明来判断。另外，附图彼此之间当然也包括彼此的尺寸的关系、比例不同的部分。
[0022]首先，参照图1，对本发明的实施方式的燃料电池系统进行说明。图1是本发明的实施方式的燃料电池车辆的示意图。图2是本发明的实施方式的燃料电池系统的框图。
[0023]如图1和图2所示，燃料电池系统100作为搭载于燃料电池车辆10的车载电源系统发挥功能，具备燃料电池20、二次电池50、计算单元60、判定单元70、以及反馈控制条件决定单元80。
[0024]燃料电池20接受反应气体(燃料气体、氧化气体)的供给而发电。燃料电池车辆10利用由燃料电池20发出的电来驱动牵引电动机30和/或未图示的辅机类，从而行驶。此外，图1中的40是用于储存作为燃料气体的氢的高压氢罐。
[0025]燃料电池20具有多个单电池层叠而成的组构造(均未图示)ο例如，固体高分子型燃料电池的燃料电池单元至少具备:膜电极接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly),其包括离子透过性的电解质膜和夹持该电解质膜的阳极侧催化剂层(电极层)和阴极侧催化剂层(电极层)；和气体扩散层，其用于向该膜电极接合体供给燃料气体或氧化剂气体。燃料电池的所述组构造的单电池由一对分隔件夹持。
[0026]二次电池50是用于蓄积由燃料电池20发出的电力的一部分的蓄电池(电池)。二次电池50作为剩余电力的储存源、再生制动时的再生能量储存源、与燃料电池车辆10的加速或减速相伴的负荷变动时的能量缓冲器发挥功能。作为二次电池50，例如优选是镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等蓄电池，但不限于例示的电池。
[0027]燃料电池20 由电子控制单元(ECU-Electronic control Unit) 90 控制。ECU90 例如具备 CPU (Central Processing Unit:中央处理单元)、ROM (Read Only Memory:只读存储器)、RAM (Random Access Memory:随机存取存储器)以及输入输出接口，通过执行用于实现本发明的燃料电池系统的运转方法的软件程序而功能性地具有计算单元60、判定单元70以及反馈控制条件决定单元80。
[0028]计算单元60通过反馈控制算出用于避免高电位的高电位避免电压。具体而言，在对燃料电池20的输出加上高电位避免用的剩余电力来避免高电位时，基于燃料电池20的发电电压与高电位避免目标电压的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压。
[0029]判定单元70判断燃料电池20的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件A还是许可条件。作为禁止条件A，可举出:A1)燃料电池系统的发电要求功率比高电位避免电力大；A2)处于间歇运转刚停止后(例如间歇运转停止后的2秒以内)的空气欠缺状态；A3)车辆处于再生制动期间或再生制动刚停止后(例如再生制动停止后的2秒以内)；或者，A4)处于车辆的启动处理期间或启动处理刚结束后(例如启动开始后的2秒以内)。
[0030]在判定单元70中判断为燃料电池20的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件的情况下，反馈控制条件决定单元80停止积分项的更新。另一方面，在判定单元70中判断为燃料电池20的运转状态符合反馈控制的积分项更新的许可条件的情况下，反馈控制条件决定单元80实施积分项的更新。
[0031]接着，