燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]在JP2012 - 003957A中，作为以往的燃料电池系统，记载了通过在阴极气体供给通路中设置的压缩机控制阴极气体的流量，并通过阴极气体排出通路中设置的调压阀控制阴极气体的压力的系统。
【发明内容】
[0003]通常，阴极气体的压力以及流量被控制为根据目标输出电流分别单独地算出的目标值，使得即使从燃料电池组取出目标输出电流，燃料电池组内的氧分压也不低于规定的氧分压。
[0004]但是，为了燃料电池系统的热保护，有时必须暂时地使阴极气体的压力降低，使压缩机下游的温度降低。这样，如上所述，如果将阴极气体的压力以及流量控制为根据目标输出电流分别单独地算出的目标值，则可知产生以下那样的问题点。
[0005]S卩，即使为了燃料电池系统的热保护，阴极气体的压力被控制为小于根据目标输出电流算出的目标值的目标值，阴极气体的流量也被控制为根据目标输出电流算出的目标值，所以存在燃料电池组内的氧分压低于规定的氧分压的顾虑。
[0006]本发明着眼于这样的问题点而完成，目的是抑制燃料电池组内的氧分压低于规定的氧分压。
[0007]用于解决课题的手段
[0008]按照本发明的一个方式，提供对燃料电池供给阳极气体以及阴极气体而发电的燃料电池系统。并且，该燃料电池系统包括:压缩机，调节对燃料电池供给的阴极气体的流量；调压阀，调节对燃料电池供给的阴极气体的压力；目标压力计算单元，考虑燃料电池的负载和燃料电池系统的热保护要求，计算对燃料电池供给的阴极气体的目标压力；目标流量计算单元，根据燃料电池的负载和阴极气体的目标压力，计算对燃料电池供给的阴极气体的目标流量；以及控制单元，根据阴极气体的目标压力以及目标流量，控制压缩机以及调压阀。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的第I实施方式的燃料电池系统的概略图。
[0010]图2是说明本发明的第I实施方式的阴极系统的控制的控制方框图。
[0011]图3是计算组要求WRD入口压力的映射图。
[0012]图4是计算组要求供给流量的映射图。
[0013]图5是说明本发明的第I实施方式的阴极系统的控制的动作的定时图。
[0014]图6是表示本发明的第2实施方式的组要求供给流量计算单元的控制方框图。
【具体实施方式】
[0015]以下，参照附图等说明本发明的各实施方式。
[0016](第I实施方式)
[0017]燃料电池通过阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)夹持电解质膜，通过对阳极电极供给含有氢的阳极气体(燃料气体)，对阴极电极供给含有氧的阴极气体(氧化剂气体)来发电。阳极电极以及阴极电极的两电极中进行的电极反应如下。
[0018]阳极电极:2H2—4H ++4e...(I)
[0019]阴极电极:4H++4e+O2- 2H 20…(2)
[0020]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。
[0021]在将燃料电池作为汽车用动力源使用的情况下，由于要求的电力大，所以使用将数百张的燃料电池层积后的燃料电池组。于是，构成对燃料电池组供给阳极气体以及阴极气体的燃料电池系统，取出车辆驱动用的电力。
[0022]图1是本发明的第I实施方式的燃料电池系统100的概略图。
[0023]燃料电池系统100包括:燃料电池组I ;阴极气体给排装置2 ;阳极气体给排装置3;以及控制器4。
[0024]燃料电池组I是将数百张的燃料电池层积后的电池组，接受阳极气体以及阴极气体的供给，发电车辆的驱动所需要的电力。
[0025]阴极气体给排装置2对燃料电池组I供给阴极气体，同时将从燃料电池组I排出的阴极废气排出到外部大气。阴极气体给排装置2包括:阴极气体供给通路21 ;阴极气体排出通路22 ;过滤器23 ;阴极压缩机24 ;冷热气自动调节器25 ;水分回收装置(WaterRecovery Device ;以下称为“WRD”。)26 ;阴极调压阀27 ;气流传感器41 ;温度传感器42 ;压力传感器43。
[0026]阴极气体供给通路21是流过对燃料电池组I供给的阴极气体的通路。阴极气体供给通路21的一端连接到过滤器23，另一端连接到燃料电池组I的阴极气体入口孔。
[0027]阴极气体排出通路22是流过从燃料电池组I排出的阴极废气的通路。阴极气体排出通路22的一端连接到燃料电池组I的阴极气体出口孔，另一端为开口端。阴极废气是阴极气体、通过电极反应产生的水蒸气的混合气体。
[0028]过滤器23去除被取入到阴极气体供给通路21的阴极气体中的异物。
[0029]阴极压缩机24设置在阴极气体供给通路21中。阴极压缩机24经由过滤器23将作为阴极气体的空气(外部大气)取入阴极气体供给通路21，提供给燃料电池组I。阴极压缩机24通过压缩机驱动用电动机241进行驱动。在压缩机驱动用电动机241上，连接将从燃料电池组I供给的直流电力变换为交流电力的压缩机驱动用逆变器242。通过控制器控制压缩机驱动用逆变器242，从而控制压缩机驱动用电动机241，进而控制阴极压缩机24。
[0030]冷热气自动调节器25设置在阴极压缩机24下游的阴极气体供给通路21上。冷热气自动调节器25冷却从阴极压缩机24排出的阴极气体。
[0031]WRD26分别连接到阴极气体供给通路21以及阴极气体排出通路22，回收流过阴极气体排出通路22的阴极废气中的水分，通过该回收的水分对流过阴极气体供给通路21的阴极气体进行加湿。
[0032]阴极调压阀27设置在WRD26下游的阴极气体排出通路22上。阴极调压阀27通过控制器4进行开闭控制，将对燃料电池组I供给的阴极气体的压力调节为希望的压力。
[0033]气流传感器41被设置在阴极压缩机24上游的阴极气体供给通路21上。气流传感器41检测对阴极压缩机24供给，最终对燃料电池组I供给的阴极气体的流量(以下称为“组供给流量”。)。
[0034]温度传感器42设置在冷热气自动调节器25和WRD26之间的阴极气体供给通路21上。温度传感器42检测WRD26的阴极气体入口侧的温度(以下称为“WRD入口温度”。)。
[0035]压力传感器43设置在冷热气自动调节器25和WRD26之间的阴极气体供给通路21上。压力传感器43检测WRD26的阴极气体入口侧的压力(以下称为“WRD入口压力”。)。
[0036]阳极气体给排装置3对燃料电池组I供给阳极气体，同时将从燃料电池组I排出的阳极废气排出到阴极气体排出通路22。阳极气体给排装置3包括:高压罐31 ;阳极气体供给通路32 ;阳极调压阀33 ;阳极气体排出通路34 ;清洗阀35。
[0037]高压罐31将对燃料电池组I供给的阳极气体保持为高压状态进行储藏。
[0038]阳极气体供给通路32是用于将从高压罐31排出的阳极气体提供给燃料电池组I的通路。阳极气体供给通路32的一端连接到高压罐31，另一端连接到燃料电池组I的阳极气体入口孔。
[0039]阳极调压阀33设置在阳极气体供给通路32上。阳极调压阀33通过控制器4进行开闭控制，将对燃料电池组I供给的阳极气体的压力调节到希望的压力。
[0040]阳极气体排出通路34是从燃料电池组I排出的阳极废气流过的通路。阳极气体排出通路34的一端连接到燃料电池组I的阳极气体出口孔，另一端连接到阴极气体排出通路22。
[0041]经由阳极气体排出通路34排出到阴极气体排出通路22的阳极废气在阴极气体排出通路22内与阴极废气混合，被排出到燃料电池系统100的外部。由于在阳极废气中包含在电极反应中未使用的剩余的阳极气体(氢)，所以通过与阴极废气混合后排出到燃料电池系统100的外部，该排出气体中的氢浓度要成为预先确定的规定浓度以下。
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