燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及为了消耗燃料电池的电力而使电加热器动作的燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]燃料电池系统是通过电化学过程使燃料氧化来将伴随氧化反应而释放的能量直接转换成电能的发电系统。燃料电池组具有通过由多孔质材料构成的一对电极夹持用于选择性地输送氢离子的高分子电解质膜的两侧面而成的膜一电极组件。一对电极分别具有以担载铂系的金属催化剂的碳粉为主成分并与高分子电解质膜接触的催化剂层、以及形成在催化剂层的表面并兼具通气性和电子导电性的气体扩散层。
[0003]搭载燃料电池系统作为电力源的燃料电池车辆通过由燃料电池发出的电来驱动牵引马达进行行驶。燃料电池车辆具备电加热器，为了消耗燃料电池的剩余电力而使电加热器动作。作为与具备电加热器的燃料电池车辆相关的技术，例如，公开有如下控制方法:是为了消耗燃料电池的剩余电力而使电加热器动作的燃料电池系统的控制方法，为了成为冷却水的热分解温度以下，使向电加热器循环的冷却水从燃料电池的冷却水路径绕过(参照专利文献I)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2013 — 099081号公报
【发明内容】
[0007]本发明要解决的问题
[0008]然而，电加热器在加热器温度成为高温时，随着温度上升而电阻增大，伴随于此电力消耗量降低。但是，若冷却水的温度过高，则会对相关部件(例如，电加热器和/或加热器芯等)产生不良的影响。为了应对这种影响，根据燃料电池系统，为了保护相关部件，在规定的设定温度以上主动地抑制向电加热器供给的电力，而急剧地减小电加热器的电力消耗量。然而，在专利文献I所公开的燃料电池系统的控制方法中，由于以成为作为冷却水的热分解温度的100°c以下的方式控制冷却介质的温度，因此，在冷却水的温度比热分解温度低的温度区域中以主动地降低电加热器的消耗电力量的方式进行控制的情况下，在该温度区域中由再生动作产生的剩余电力和/或在燃料电池的暖气运转时所产生的电力不能被电加热器充分消耗，有可能无法确保电力的消耗对象。
[0009]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法，其通过抑制在电力消耗量急剧降低的温度区域中电加热器被驱动，从而能够确保燃料电池的电力的消耗对象。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]为了实现上述目的，本发明涉及的燃料电池系统，为了消耗燃料电池的剩余电力而使电加热器动作，其特征在于，具备:燃料电池，接受反应气体的供给来进行发电；燃料电池冷却系统，使冷却介质循环至所述燃料电池来冷却所述燃料电池；电加热器，为了消耗所述燃料电池的电力而进行动作，以在比所述冷却介质的热分解温度低的温度下电力消耗量急剧下降的方式被驱动；加热器冷却系统，使所述冷却介质流通到所述电加热器的周围来冷却所述电加热器；以及控制装置，控制所述燃料电池系统，所述控制装置在所述加热器冷却系统的所述冷却介质的温度包含于所述电加热器的电力消耗量急剧变化的温度区域的情况下，使所述燃料电池冷却系统的冷却介质流通到所述加热器冷却系统来冷却所述电加热器。
[0012]另外，本发明涉及的燃料电池系统的控制方法是一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统为了消耗燃料电池的剩余电力而使电加热器动作，所述燃料电池系统的控制方法的特征在于，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；燃料电池冷却系统，使冷却介质循环至上述燃料电池来冷却上述燃料电池；电加热器，为了消耗上述燃料电池的电力而进行动作，以在比周围的冷却介质的热分解温度低的温度下电力消耗量急剧下降的方式被驱动；以及加热器冷却系统，使冷却介质流通到上述电加热器的周围来冷却该电加热器，在上述加热器冷却系统的冷却介质的温度包含于上述电加热器的电力消耗量急剧变化的温度区域的情况下，使上述燃料电池冷却系统的冷却介质流通到上述加热器冷却系统来冷却上述电加热器。
[0013]在此，“电力消耗量急剧变化的温度区域”是指以超过伴随温度上升的电加热器的电力消耗量的自然下降的程度地主动减小电力消耗量的方式进行控制的温度区域。
[0014]在本发明中，优选地，在上述加热器冷却系统的冷却介质的温度比上述燃料电池冷却系统的冷却介质的温度高规定值(例如，开始电加热器的消耗电力量减小控制的设定温度Ts)以上的情况下，使上述燃料电池冷却系统的冷却介质流通至上述加热器冷却系统来冷却上述电加热器。
[0015]在本发明中，优选地，在上述記加热器冷却系统的冷却介质的温度为规定值(例如，下限温度TLl)以下的情况下，切断冷却介质从上述燃料电池冷却系统向上述加热器冷却系统的流通。
[0016]另外，在本发明中，优选地，在上述加热器冷却介质的温度相对于上述燃料电池冷却系统的冷却介质的温度处于规定值的范围(例如，第一温度差ATI)外的情况下，使上述燃料电池冷却系统的冷却介质流通至上述加热器冷却系统来冷却上述电加热器。
[0017]在本发明中，优选地，在上述加热器冷却系统的冷却介质的温度相对于上述燃料电池冷却系统的冷却介质的温度处于规定值的范围(例如，第二温度差ΔΤ2)内的情况下，切断冷却介质从上述燃料电池冷却系统向上述加热器冷却系统的流通。
[0018]在本发明中，优选地，在为了空气调节而驱动上述电加热器且上述加热器冷却系统的冷却介质的温度为规定值(例如，设定温度Ts)以上的情况下，使上述燃料电池冷却系统的冷却介质流通至上述加热器冷却系统来冷却上述电加热器。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明，在电加热器周围的冷却介质处于电加热器的电力消耗量急剧变化的温度区域中的情况下，使燃料电池的冷却系统的冷却介质流通到加热器冷却系统来冷却电加热器，因此能够抑制在电力消耗量急剧下降的温度区域中电加热器被驱动并确保燃料电池的电力的消耗对象。
【附图说明】
[0021]图1是本发明的实施方式中的燃料电池系统的框图。
[0022]图2是本发明的实施方式涉及的燃料电池系统的控制方法的流程图。
[0023]图3是用于说明本发明的实施方式涉及的燃料电池系统的控制方法的图。
[0024]图4是用于说明本发明的实施方式涉及的燃料电池系统的控制方法的图。
[0025]图5是用于说明电加热器的消耗电力量和温度之间的关系的图。
【具体实施方式】
[0026]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，对相同或相似的部分使用相同或相似的附图标记表示。但是，附图是示意性的。因此，具体的尺寸等应该参照以下的说明来判断。另外，在附图相互之间当然也包含有彼此的尺寸的关系和/或比率不同的部分。
[0027]<系统结构>
[0028]首先，参照图1，对应用本发明的实施方式涉及的控制方法的燃料电池系统进行说明。图1是本发明的实施方式中的燃料电池系统的框图。如图1所示，燃料电池系统10作为搭载于燃料电池车辆的车载电源发挥功能，作为主要部件，具备燃料电池20、燃料电池冷却系统30、电加热器40、加热器冷却系统50、温度传感器61、62以及控制装置70。
[0029]燃料电池20通过电化学过程使作为燃料气体的氢氧化，来将伴随氧化反应而释放的能量直接转换成电能。搭载燃料电池系统10作为电力源的燃料电池车辆(未图示)通过由燃料电池20发出的电来驱动牵引马达进行行驶。
[0030]燃料电池20由层叠多个燃料电池单元的燃料电池组构成(以下，也称作“燃料电池组”)。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:膜电极组件)，其由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)以及阴极侧催化剂层(电极层)构成；以及气体扩散层，其用于向膜电极接合体供给燃料气体或氧化剂气体。燃料电池单元由一对分隔件夹持。
[0031]燃料电池冷却系统30是使冷却介质循环至燃料电池组20来冷却燃料电池组20的循环系统。具体而言，燃料电池冷却系统30具备散热器31、循环流路32、栗33、短路流路34以及三通阀35。在燃料电池组20的冷却介质的出口附近设有温度传感器61，以测定燃料电池组20的内部温度(燃料电池水温Tf)。
[0032]冷却介质是用于冷却燃料电池组20和/或电加热器40的流通介质，例如是乙二醇水溶液。在使用乙二醇水溶液作为冷却水的情况下，在存在氧的状态下达到热分解温度以上时，冷却水分解而生成甲酸等有机酸。这些有机酸在冷却水中离子化而使冷却水的导电率提高。因此，冷却介质的温度优选至少控制在热分解温度以内。
[0033]散热器31是大致由管道、散热片以及风扇(均未图示)构成，是冷却介质在管道内流通来进行热交换的散热设备，具有通过热交换降低通过散热器31的冷却介质的温度的功能。循环流路32是使冷却介质在散热器31和燃料电池组20之间循环的环状流路。栗33设置在循环流路3