燃料电池系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]日本专利申请公布第2012-004138(JP 2012-004138A)号描述了一种如下配置的燃料电池系统:当确定燃料电池处于瞬时操作状态时，燃料电池系统执行用以增大氧化剂气体的压力目标值使其大于通常操作的压力目标值的控制，从而防止空气供应系统中出现异常时燃料电池的输出电压异常下降。公开的日本专利申请公布第2012-109182 (JP-A-2012-109182)号描述了一种如下配置的燃料电池系统:在负荷降低的瞬时下降的情况下，当检测到的燃料电池的干/湿状态是过度干状态或过度湿状态时，根据如此检测到的状态来控制阴极气体的流速或压力的降速以缓和状态，从而控制阴极气体带走的水的量，使得充分控制燃料电池的干/湿状态。国际公布第2012/117937号描述了一种如下配置的燃料电池系统:在操作状态改变的瞬时操作时，基于所设置的瞬时时间目标湿状态来控制电解质膜的湿状态以从在瞬时操作开始之前检测到的湿状态逐渐改变为稳定时间目标湿状态，从而防止反应气体的流速等的瞬时的大变化使燃料经济性和声音振动性能恶化。
[0003]然而，在JP 2012-004138A中，取决于瞬时操作后的操作状态，电池的湿状态可能进一步恶化。例如，在处于相对于燃料电池的适当湿状态的更湿侧的状态下请求输出下降的情况下，存在这样的可能:电池的湿状态变为过度湿状态。此外，当在干侧状态增加请求输出时，存在这样的可能:电池的湿状态变为过度干状态。因此，存在这样的可能:根据瞬时操作后的工作状态来限制燃料电池的可用输出，并且燃料电池不能输出请求输出。此外，如上所述，在JP-A-2012-109182中，可以根据检测到的状态来控制阴极气体要带走的水的量，使得可以控制燃料电池的干/湿状态。而且，如上所述，在第2012/117937号国际公布中，在操作状态改变的瞬时操作时，基于所设置的瞬时时间目标湿状态来控制电解质膜的湿状态以从瞬时操作开始之前检测到的湿状态逐渐改变为稳定时间目标湿状态。利用这样的配置，与JP-A-2012-109182的情况类似，可以控制燃料电池的干/湿状态。然而，通过JP-A-2012-109182和第2012/117937号国际公布的技术控制燃料电池的干/湿状态是复杂的，因此期望通过简单且容易的技术来实现该控制。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种燃料电池系统及其控制方法。
[0005]根据本发明的第一方面的燃料电池系统包括燃料电池、燃料气体供应/排出部、氧化剂气体供应/排出部、冷却部和控制器。燃料电池被配置成通过在燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应来产生电力。燃料气体供应/排出部被配置成向燃料电池供应燃料气体以及从燃料电池排出燃料气体。氧化剂气体供应/排出部被配置成向燃料电池供应氧化剂气体以及从燃料电池排出所述氧化剂气体。冷却部被配置成使冷却剂循环经过燃料电池。控制器被配置成控制冷却部以调节冷却剂的温度。控制器被配置成执行瞬时上升控制处理和瞬时下降控制处理中的至少之一。控制器被配置成在瞬时上升控制处理中确定冷却剂的温度是否处于瞬时上升状态，在所述瞬时上升状态下冷却剂的温度状态改变成偏离稳定控制状态的高温状态，在所述稳定控制状态下，冷却剂的温度被控制为稳定温度。控制器被配置成当控制器确定冷却剂的温度处于瞬时上升状态时执行氧化剂气体压力增加处理。控制器被配置成在氧化剂气体压力增加处理中在第一时段内控制氧化剂气体供应/排出部，使得要供应给燃料电池的氧化剂气体的压力的目标值变得比与稳定控制状态下燃料电池系统的工作状态相对应的工作目标值高，第一时段是冷却剂的温度上升的时段。控制器被配置成在瞬时下降控制处理中确定冷却剂的温度是否处于瞬时下降状态，在所述瞬时下降状态下，冷却剂的温度状态从偏离稳定控制状态的高温状态改变成稳定控制状态。控制器被配置成在控制器确定冷却剂的温度处于瞬时下降状态时在第二时段内执行氧化剂气体压力增加处理和输出增加处理中的至少之一，第二时段是冷却剂的温度状态从高温状态返回稳定温度状态的时段，稳定温度状态是冷却剂处于稳定温度的、冷却剂的温度状态。控制器被配置成在输出增加处理中控制燃料电池以生成比对应于请求输出的目标输出高的输出。
[0006]根据本发明的第一方面的燃料电池，通过在冷却剂的温度的瞬时上升状态的第一时段内增加氧化剂气体的压力，可以减少流经燃料电池的氧化剂气体的容积流量，从而减少从燃料电池内带走的水的量。由此，可以减少瞬时上升状态下燃料电池的湿状态不处于适当的状态(即，燃料电池进入干状态)的可能性。此外，通过在冷却剂的温度的瞬时下降状态的第二时段内增加氧化剂气体的压力，可以减少从燃料电池内带走的水的量，从而可以减少瞬时下降状态下燃料电池的湿状态不处于适当的状态(即，燃料电池进入干状态)的可能性。此外，在冷却剂的温度的瞬时下降状态的第二时段内，当燃料电池的输出的目标值被设置为比对应于请求输出的目标值高的值时，可以增加通过发电而产生的水，由此可以减少燃料电池进入干状态的可能性。因此，在根据本发明的第一方面的燃料电池系统中，可以减少在瞬时上升状态或瞬时下降状态下燃料电池的湿状态没有处于适当的状态(即，燃料电池进入干状态)的可能性，以及可以减少在随后的操作中限制燃料电池的可用输出以及燃料电池不能根据输出请求执行输出的可能性。
[0007]在本发明的第一方面，控制器可以被配置成执行瞬时上升控制处理和瞬时下降控制处理二者。
[0008]根据燃料电池系统，可以减少在瞬时上升状态或瞬时下降状态下燃料电池的湿状态没有处于适当的状态(即，燃料电池进入干状态)的可能性，以及可以减少在随后的操作中限制燃料电池的可用输出以及燃料电池不能根据输出请求执行输出的可能性
[0009]在本发明的第一方面，控制器可以被配置成执行瞬时下降控制处理中的氧化剂气体压力增加处理和输出增加处理二者。
[0010]根据燃料电池系统，在瞬时下降状态下，氧化剂气体压力增加以减小要带走的水的量，并且通过增加输出目标值来生成水从而进一步增加干燥抑制效果。
[0011 ] 在本发明的第一方面，控制器可以被配置成基于第一条件和第二条件中的任一个来确定冷却剂的温度的瞬时上升状态。第一条件是冷却剂的温度上升超过上升阈值温度。第二条件是对燃料电池的输出请求是上升阈值输出或更大。此外，控制器可以被配置成基于第三条件和第四条件中的任一个来确定冷却剂的温度的瞬时下降状态。第三条件是冷却剂的温度下降超过下降阈值温度。第四状况是对燃料电池的输出请求是下降阈值输出或更小。
[0012]根据燃料电池系统，可以容易地确定冷却剂的瞬时上升并且可以容易地确定冷却剂的瞬时下降。
[0013]在本发明的第一方面，第一时段是从控制器确定冷却剂的温度处于瞬时上升状态的时间点直到冷却剂的温度上升至上升终止阈值温度的时间点的时段。第二时段是从确定冷却剂的温度处于瞬时下降状态的时间点直到冷却剂的温度下降至下降终止阈值温度的时间点的时段。
[0014]根据燃料电池系统，可以容易地得到第一时段和第二时段。
[0015]本发明的第二方面是燃料电池系统的控制方法。该控制方法是用于控制向燃料电池供应燃料气体、氧化剂气体和冷却剂以产生电力的方法。该控制方法包括:执行瞬时上升控制处理和瞬时下降控制处理中的至少之一。在瞬时上升控制处理中，确定冷却剂的温度是否处于瞬时上升状态，在所述瞬时上升状态下，冷却剂的温度状态改变为偏离稳定控制状态的高温状态，在所述稳定控制状态下，冷却剂的温度被控制成稳定温度。当确定冷却剂的温度处于瞬时上升状态时，在冷却剂的温度上升的第一时段内执行氧化剂气体压力增加处理，氧化剂气体压力增加处理是如下处理:将要供应给燃料电池的氧化剂气体的压力的目标值设置为比与所述稳定控制状态下燃料电池系统的工作状态相对应的工作目标值高的值。在瞬时下降控制处理中，确定冷却剂的温度是否处于瞬时下降状态，在所述瞬时下降状态下，冷却剂的温度状态从偏离稳定控制状态的高温状态改变为稳定控制状态。当确定冷却剂的温度处于瞬时下降状态时，在第二时段内执行氧化剂气体压力增加处理和输出增加处理中的至少之一。第二时段是冷却剂的温度状态从高温状态返回至稳定温度状态的时段