CN101569045A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统(10)包括：燃料电池堆(20)，接收燃料气体和氧化气体的供给而发电；空气压缩机(32)，用于向燃料电池堆(20)提供氧化气体；以及控制器(70)，在使燃料电池堆(20)的输出电压下降时，考虑来自燃料电池堆(20)的电容成分的放电而减少从空气压缩机(32)向燃料电池堆(20)提供的氧化气体流量。燃料电池系统(10)在使燃料电池堆(20)的输出电压下降时能够考虑燃料电池堆(20)对外部负荷的放电而控制电池运转。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种在使燃料电池的输出电压下降时考虑来自燃料电池的电容成分的放电而进行运转控制的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是经过电化学处理使燃料氧化而将伴随氧化反应放出的能量直接转换成电能量的发电系统，并具有以下的堆结构，由重叠多个膜-电极部件而构成，该多个膜-电极部件由多孔质材料所构成的一对电极夹持着用于选择性地输送氢离子的电解质膜的两侧表面而构成。尤其是，固体高分子膜用作电解质的固体高分子电解质型燃料电池，由于成本低且容易实现紧凑化，并且具有高的输出密度，所以期待作为车载电力源的用途。

对这种燃料电池而言，一般70～80℃是发电最合适的温度范围，但是在寒冷地区等环境下，有时从启动到达到最合适的温度需要比较长的时间，因此考虑了各种暖机系统。例如，日本特开2004-030979号公报中公开了以下方法，通过进行发电效率低于正常运转的低效率运转而控制燃料电池的自发热量。根据这种方法，燃料电池能够自行进行暖机，因此不需要搭载暖机用的装置，具有优良的便利性。

专利文献1：日本特开2004-030979号公报

发明内容

然而，在低效率运转的过程中对燃料电池的要求电力下降时，不能够急剧减少从空气压缩机到燃料电池的空气流量，因此有时会产生超过发电指令值的多余电力。可以通过暂时使燃料电池的输出电压上升而将这种多余电力充电到燃料电池的电容成分。

并且，在多余电力充电到燃料电池的电容成分后，需要使燃料电池的输出电压下降到原来的电压。在使燃料电池的输出电压下降时，由于充电到燃料电池的电容成分中的电力开始向外部负荷放电，因此需要考虑适当地抑制燃料电池的发电量，以防止从燃料电池向外部负荷提供的电力超过要求电力。

这种问题是在从正常运转切换成低效率运转时及系统停止时等使燃料电池的输出电压下降时共同存在的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种燃料电池系统，在使燃料电池的输出电压下降时，考虑燃料电池的电容成分对外部负荷的放电而控制电池运转。

为了解决上述的问题，本发明涉及的一种燃料电池系统，包括：燃料电池，接收燃料气体和氧化气体的供给而发电；氧化气体供给装置，用于向燃料电池供给氧化气体；以及控制器，在使燃料电池的输出电压下降时，考虑来自燃料电池的电容成分的放电而减少从氧化气体供给装置向燃料电池供给的氧化气体流量。

在使燃料电池的输出电压下降时，从燃料电池的电容成分向外部负荷放电，因此通过考虑这种放电而减少向燃料电池提供的氧化气体，能够使从燃料电池向外部负荷提供的电力与外部负荷所要求的电力一致。

其中，燃料电池的电容成分是指在燃料电池的催化剂层和电解质膜的界面上寄生性地形成的双电层的电容成分。

本发明涉及的燃料电池系统，还可以包括旁通装置，用于使从氧化气体供给装置供给的氧化气体的一部分绕过燃料电池而排气。在使燃料电池的输出电压下降时，旁通装置调整氧化气体的旁通流量，从而减少向燃料电池供给的氧化气体流量。

在氧化气体供给装置用于大流量、且具有难以稳定地提供低流量气体的流量特性的情况下，为了在电压下降处理时适当地抑制燃料电池的发电而调整对燃料电池的氧化气体流量是困难的，但是根据上述的结构，通过调整流过旁通装置的旁通空气流量，能够适当地抑制燃料电池的发电，使得在电压下降处理时从燃料电池向外部负荷提供的电力与外部负荷所要求的电力一致。

另外，在氧化气体供给装置用于大流量、且具有难以稳定地提供低流量气体的流量特性的情况下，如果以在结束电压下降处理后产生与要求电力相应的电力为目的而从氧化气体供给装置向燃料电池提供氧化气体，则有可能向燃料电池提供所需以上的氧化气体而产生多余电力，但是根据上述的结构，除了氧化气体供给装置的驱动控制之外，还调整流过旁通装置的旁通空气流量，从而能够向燃料电池稳定地提供与要求电力相应的氧化气体。

而在氧化气体供给装置用于小流量、且具有能够稳定地提供低流量气体的流量特性的情况下，能够对提供给燃料电池的氧化气体流量进行微调整，使得在电压下降处理时从燃料电池向外部负荷提供的电力与外部负荷所要求的电力一致，而且也能够在结束电压下降处理后向燃料电池稳定地提供与要求电力相应的氧化气体。在这种情况下，控制器也可以在使燃料电池的输出电压下降时停止从氧化气体供给装置向燃料电池提供氧化气体。

作为使燃料电池的输出电压下降的情况，例如有以下情况：(1)为了将在进行发电效率比正常运转低的低效率运转的过程中所产生的多余电力充电到燃料电池的电容成分而使燃料电池的输出电压上升，在多余电力对电容成分的充电已结束的阶段使燃料电池的输出电压下降；(2)在通过发电效率比正常运转低的低效率运转对燃料电池进行暖机时，使燃料电池的输出电压下降到由燃料电池的电流-电压特性曲线所确定的电压值以下。

附图说明

图1是本实施方式的燃料电池系统的系统结构图。

图2是电池的分解透视图。

图3是燃料电池堆的C-V特性图。

图4是燃料电池堆的等效电路图。

图5是燃料电池堆的运转点的说明图。

图6是表示ΔV控制的控制过程的时序图。

具体实施方式

下面，参照各附图说明本发明的实施方式。

图1表示本实施方式的燃料电池系统10的系统结构。

燃料电池系统10作为搭载在燃料电池车辆上的车载电源系统发挥功能，包括：燃料电池堆20，接收反应气体(燃料气体、氧化气体)的供给而发电；氧化气体供给系统30，用于向燃料电池堆20提供作为氧化气体的空气；燃料气体供给系统40，用于向燃料电池堆20提供作为燃料气体的氢气体；电力系统50，用于控制电力的充放电；冷却系统60，用于冷却燃料电池堆20，以及控制器(ECU)70，控制整个系统。

燃料电池堆20是将多个电池串联层叠而构成的固体高分子电解质型电池堆。燃料电池堆20中阳极发生公式(1)的氧化反应，阴极发生公式(2)的还原反应。作为燃料电池堆20整个则发生公式(3)的发电反应。

H₂→2H⁺+2e^-…(1)

(1/2)O₂+2H⁺+2e^-→H₂O…(2)

H₂+(1/2)O₂→H₂O…(3)

燃料电池堆20安装有：电压传感器71，用于检测燃料电池堆20的输出电压；以及电流传感器72，用于检测发电电流。

氧化气体供给系统30包括：氧化气体通路34，流过向燃料电池堆20的阴极提供的氧化气体；以及氧化废气通路36，流过从燃料电池堆20排出的氧化废气。氧化气体通路34设有：空气压缩机32，经由过滤器31从大气中带进氧化气体；加湿器33，用于加湿向燃料电池堆20的阴极提供的氧化气体；以及节流阀35，用于调整氧化气体供给量。氧化废气通路36设有：背压调整阀37，用于调整氧化气体供给压力；以及加湿器33，用于对氧化气体(干气)和氧化废气(湿气)之间进行水分交换。

在氧化气体通路34和氧化废气通路36之间设置有：旁通通路38，绕过燃料电池堆20而连接两者之间；以及旁通阀39，调整流过旁通通路38的氧化气体流量。旁通阀39通常时闭阀，在后述的电压下降处理时开阀。旁通通路38和旁通阀39作为用于调整旁通空气流量的旁通装置发挥功能。

燃料气体供给系统40包括：燃料气体供给源41；燃料气体通路45，流过从燃料气体供给源41向燃料电池堆20的阳极提供的燃料气体；循环通路46，用于使从燃料电池堆20排出的燃料废气返回到燃料气体通路45；循环泵47，向燃料气体通路43压送循环通路46内的燃料废气；以及排气排水通路48，与循环通路47分支连接。

燃料气体供给源41，例如，由高压氢罐或储氢合金等构成，储存高压(例如，35MPa～70MPa)的氢气体。如果打开截止阀42，从燃料气体供给源41向燃料气体通路45流出燃料气体。燃料气体通过调节器43或喷射器44例如减压到200kPa左右提供给燃料电池堆20。

另外，燃料气体供给源41也可以包括：改质器，从碳化氢类燃料生成富含氢的改质气体；以及高压气体罐，使由该改质器生成的改质气体成为高压状态而蓄压。

调节器43是将其上游侧压力(一次压)调节为预先设定的二次压的装置，例如，由减压一次压的机械式的减压阀等构成。机械式的减压阀包括形成有被隔膜隔开的背压室和调压室的框体，在调压室内通过背压室内的背压将一次压减压为预定的压力而作为二次压。

喷射器44是电磁驱动式的开闭阀，能够通过以预定的驱动周期利用电磁驱动力直接驱动阀体而使之离开阀座从而调整气体流量或气体压力。喷射器44包括阀座，具有喷射燃料气体等气体燃料的喷射孔，并且包括：喷嘴主体，向喷射孔提供并引导气体燃料；以及阀体，以相对于该喷嘴主体沿着轴线方向(气体流过方向)可移动方式被收容保持、并开闭喷射孔。

排气排水通路48设有排气排水阀49。排气排水阀49通过按照来自控制器70的指令动作，而向外部排出含有循环通路46内的杂质的燃料废气和水分。通过排气排水阀49的开阀，可以降低循环通路46内的燃料废气中的杂质浓度，提高循环在循环系统内的燃料废气中的氢浓度。

经由排气排水阀49排出的燃料废气与流过氧化废气通路34的氧化废气混合，被稀释器(未图示)稀释。循环泵47通过电动机驱动向燃料电池堆20循环提供循环系统内的燃料废气。

电力系统50包括DC/DC转换器51、蓄电池52、牵引逆变器53、牵引电动机54以及辅助设备55。DC/DC转换器51具有以下功能，使从蓄电池52提供的直流电压升压并输出给牵引逆变器53，以及使燃料电池堆20所发电的直流电力或者通过再生制动由牵引电动机54回收的再生电力降压并充电到蓄电池52。通过DC/DC转换器51的这些功能控制蓄电池52的充放电。另外，通过DC/DC转换器51的电压转换控制而控制燃料电池堆20的运转点(输出电压、输出电流)。

蓄电池52作为多余电力的储存源、再生制动时的再生能量的储存源以及伴随燃料电池车辆的加速或减速的负荷变动时的能量缓冲而发挥功能。作为蓄电池52，例如，优选有镍-镉蓄电池、镍-氢蓄电池以及锂二次电池等二次电池。

牵引逆变器53例如是以脉冲幅度调制方式驱动的PWM逆变器，根据来自控制器70的控制指令，将从燃料电池堆20或蓄电池52输出的直流电压转换成三相交流电压，而控制牵引电动机54的转矩。牵引电动机54例如是三相交流电动机，构成燃料电池车辆的动力源。

辅助设备55是以下设备的总称，配置在燃料电池系统10内各部分的各电动机(例如，泵类等动力源)，或者用于驱动这些电动机的逆变器类，进一步各种车载辅助设备(例如，空气压缩机、喷射器、冷却水循环泵、散热器等)。

冷却系统60包括：冷媒通路61、62、63、64，用于流通循环在燃料电池系统20内部的冷媒；循环泵65，用于压送冷媒；散热器66，用于对冷媒和外部气体之间进行热交换；三通阀67，用于切换冷媒的循环通路，以及温度传感器74，用于检测冷媒温度。在结束暖机运转后的正常运转时，对三通阀67进行开闭控制，使得从燃料电池堆20流出的冷媒流过冷媒通路61、64并被散热器66冷却，然后流过冷媒通路63再流进燃料电池堆20。而在启动系统后立即进行暖机运转时，对三通阀67进行开闭控制，使得在从燃料电池堆20流出的冷媒流过冷媒通路61、62、63再流进燃料电池堆20。

控制器70是包括CPU、ROM、RAM以及输入输出接口等的计算机系统，作为用于控制燃料电池系统10的各部分(氧化气体供给系统30、燃料气体供给系统40、电力系统50以及冷却系统60)的控制装置发挥功能。例如，当控制器70接收到从点火开关输出的启动信号IG时开始燃料电池系统10的运转，根据从加速传感器输出的加速器开度信号ACC、或者从车速传感器输出的车速信号VC等求得整个系统的要求电力。

整个系统的要求电力是车辆行驶电力和辅助设备电力的合计值。辅助设备电力包括由车载辅助设备(加湿器、空气压缩机、氢泵以及冷却水循环泵等)所消耗的电力、由车辆行驶所需要的装置(变速器、车轮控制装置、操纵装置以及悬架装置等)所消耗的电力、以及由设在乘员空间内的装置(空调装置、照明装置以及音响等)所消耗的电力等。

并且，控制器70确定燃料电池堆20和蓄电池52的各输出电力的分配，计算发电指令值，并且控制氧化气体供给系统30和燃料气体供给系统40，从而使得燃料电池堆20的发电量与目标电力一致。进一步，控制器70通过控制DC/DC转换器51调整燃料电池堆20的输出电压，从而控制燃料电池堆20的运转点(输出电压、输出电流)。为了能够得到与加速器开度对应的目标转矩，控制器70例如将U相、V相以及W相的各交流电压指令值作为开关指令输出给牵引逆变器53，而控制牵引电动机54的输出转矩和转数。

图2是构成燃料电池堆20的电池21的分解透视图。

电池21包括电解质膜22、阳极23、阴极24以及隔板26、27。阳极23和阴极24是从两侧夹持电解质膜22而构成三明治结构的扩散电极。由不透气的导电性部件构成的隔板26、27进而从两侧夹持该三明治结构，并且在阳极23和阴极24之间分别形成燃料气体和氧化气体的流路。隔板26形成有剖面凹状的肋部26a。通过阳极23抵接肋部26a，使肋部26a的开口部闭塞，形成燃料气体流路。隔板27形成有剖面凹状的肋部27a。通过阴极24抵接肋部27a，使肋部27a的开口部闭塞，形成氧化气体流路。

阳极23包括接触电解质膜22的催化剂层23a、和形成在催化剂层23a的表面上且兼有通气性和电子导电性的气体扩散层23b，催化剂层以载持有铂类的金属催化剂(Pt、Pt-Fe、Pt-Cr、Pt-Ni以及Pt-Ru等)的碳粉末为主要成分。同样，阴极24具有催化剂层24a和气体扩散层24b。更详细说，催化剂层23a、24a是如下形成，将载持有铂或者铂和其他金属构成的合金的碳粉分散在合适的有机溶剂中，适量添加电解质溶液而成为糊状，然后在电解质膜22上进行丝网印刷。气体扩散层23b、24b是由碳纤维构成的丝线所织成的碳布、碳纸或者碳毡构成。电解质膜22是固体高分子材料，例如，由氟类树脂形成的质子传导性的离子交换膜，在湿润状态下发挥良好的导电性。由电解质膜22、阳极23以及阴极24形成膜-电极部件25。

图3表示燃料电池堆20的C-V特性(循环伏安曲线)。

该C-V特性表示燃料电池堆20的动态的电气特性，如果以恒定的电压上升率使燃料电池堆20的电压上升，则电流沿着从外部向燃料电池堆20流进的方向(-方向)流动，如果以恒定的电压下降率使燃料电池堆的电压下降，则电流沿着从燃料电池堆20向外部流出的方向(+方向)流动。已知这种动态的电气特性是由于燃料电池堆20寄生性所具有的电容成分导致的。

再参照图2，在电解质膜22和催化剂层23a的界面上、在电解质膜22和催化剂层24a的界面上，集合上述公式(1)～(2)所示的电化学反应相关的电子和氢离子，从而形成双电层。由集合在双电层的电子和氢离子所产生的电压，作为用于使处于基础状态的氢气体和氧气体分别活性化的能量源而消耗，因此一般称为活化过电位。已知的是形成在上述界面上的双电层作为电能量储存源发挥功能，其动态的电气特性与电容器等效。

如果急剧增减发电电流，电解质膜22的欧姆电阻所引起的欧姆电压降低以良好的响应性跟随于发电电流的变化，但是在双电层上产生的活化过电位不能够以良好的响应性跟随于发电电流的变化，需要花费一定的时间缓慢地稳定在平衡状态。产生这种差异的原因是因为电解质膜22的电气特性能够模型化为电阻元件，而双电层的电气特性能够模型化为电容器。

图4是使燃料电池堆20的动态的电气特性模型化的等效电路图。

燃料电池堆20具有理想燃料电池28和电容器29并列连接的电路结构。理想燃料电池28是将不具有上述C-V特性的假想性的燃料电池模型化的单元，在电气特性上与可变电源等效。电容器29是将形成在上述界面上的双电层的电气特性模型化为电容元件。外部负荷56是将电力系统50模型化的等效电路。假设从理想燃料电池28流出的电流为Ifc、理想燃料电池28的输出电压(燃料电池堆20的输出电压)为Vfc、流入电容器29的电流为Ic、从燃料电池堆20向外部负荷56流出的电流为Is、电容器29的电容为C、时间为t，则以下公式(4)～(5)成立。

Ifc＝Ic+Is…(4)

Ic＝C·ΔVfc/Δt…(5)

如公式(4)～(5)所示，如果输出电压Vfc上升，对应于每单位时间的变化量ΔVfc/Δt，流入电容器29的电流Ic增加，因此从燃料电池堆20向外部负荷56流出的电流Is下降。而如果输出电压Vfc下降，对应于每单位时间的变化量ΔVfc/Δt，流入电容器29的电流Ic下降，因此从燃料电池堆20向外部负荷56流出的电流Is增加。这样，通过控制输出电压Vfc的每单位时间的升降压量，能够升降从燃料电池堆20向外部负荷56流出的电流Is(下面，为了便于说明，称为ΔV控制)。

作为ΔV控制的应用例，例如有如下方法：在低效率运转的情况下当对燃料电池堆20的发电要求急剧减少时，通过控制输出电压Vfc而使电容器29吸收多余电力。低效率运转是指通过将空燃比设定为小于1.0并控制对于燃料电池堆20的反应气体供给量而提高发电损失，以低的发电效率运转。空燃比是指氧剩余率，表示相对于恰好与氢反应所需要的氧而剩余多少供给氧。如果将空燃比设定较低而进行低效率运转，则浓度过电压比正常运转时大，因此在通过氢和氧的反应能够取出的能量中热损失(发电损失)增大。

低效率运转，例如作为通过在低温启动时(堆温度为预定温度以下的状态下启动时)有意地增大热损失而迅速对燃料电池堆20进行暖机的方法，在车辆行驶前的启动准备阶段或车辆行驶的同时进行暖机运转时实施。

车辆行驶的同时进行低效率运转，使对燃料电池堆20的燃料气体供给量保持恒定，并且调整对燃料电池堆20的氧化气体流量，使得对应于加速器开度得到所希望的电力，并且实施到堆温度升温到预定温度(例如0℃)，堆温度当达到预定温度时切换成正常运转。

图5表示燃料电池堆20的I-V特性。

在正常运转时为了提高发电效率而进行运转控制，使得运转点(输出电流Ifc、输出电压Vfc)位于I-V特性曲线(电流-电压特性曲线)200上。而在低效率运转时，有意地降低发电效率而提高热损失，因此运转点设定在低于I-V特性曲线200的电压点，例如设定为输出电压Vfc＝V1。作为V1，例如优选燃料电池堆20的开放端电压OCV的1/2左右。在低效率运转中输出电压Vfc固定为V1，因此通过控制从空气压缩机32提供给燃料电池堆20的氧化气体流量而调整输出电流Ifc，进行与运转负荷(例如，加速器开度)对应的发电控制。

假如，将通过低效率运转在车辆行驶的同时进行暖机运转时的运转点设为OP1(I1、V1)。即使由于驾驶员断开加速器(Accelerator OFF)而对燃料电池堆20的发电指令值急剧减小，由于空气压缩机32不具备制动器等减速装置，因此也不能使转数急剧下降，暂时以比发电指令值所对应的转数多的转数继续旋转。由此，产生与燃料电池堆20的发电量和发电指令值的差分相应的多余电力。通过由ΔV控制使输出电压Vfc从V1上升到V2(此时运转点从OP1移动到OP2)，该多余电力可以充电到在燃料电池堆20内部寄生性地存在的电容器29，因此能够使从燃料电池堆20向外部负荷56提供的电力值与发电指令值基本上一致。

在将多余电力充电到电容器29后，使输出电压Vfc从V2下降到V1，从而使运转点从OP2返回到OP1。此时，充电到电容器29的电力随着输出电压Vfc的下降而向外部负荷56放电，因此需要抑制燃料电池堆20的发电，使得从燃料电池堆20向外部负荷56提供的电力(燃料电池堆20的发电电力和来自电容器29的放电电力的总和)与外部负荷56所要求的电力一致。

于是，使从空气压缩机32对燃料电池堆20的氧化气体供给降低到稳定极限流量(在能够确保低旋转区域中的流量稳定性及响应性的范围内能够提供空气的最低极限流量)，进一步调整旁通阀39的阀开度，从而将对燃料电池堆20的氧化气体供给减少到稳定极限流量以下。

在空气压缩机32的容量大的情况下，难以将提供给燃料电池堆20的氧化气体流量减少到稳定极限流量以下，使得在电压下降处理时从燃料电池堆20向外部负荷56提供的电力与外部负荷56所要求的电力一致，但是根据上述的结构，通过调整流过旁通通路38的旁通空气流量，能够将提供给燃料电池堆20的氧化气体流量减少到稳定极限流量以下。

在结束电压下降处理后，对空气压缩机32的转数和旁通阀39的阀开度进行调整，使得与要求电力相应的氧化气体提供到燃料电池堆20。在空气压缩机32的容量大的情况下，如果以在结束电压下降处理后产生与要求电力相应的电力为目的而驱动空气压缩机32，则有可能向燃料电池堆20提供所需以上的氧化气体而产生多余电力，但是根据上述的结构，除了空气压缩机32的驱动控制之外，还调整流过旁通通路38的旁通空气流量，从而能够向燃料电池堆20稳定地提供与要求电力相应的氧化气体。

另外，在空气压缩机32的容量较小，并且能够对提供给燃料电池堆20的空气流量进行微调整，使得在电压下降处理时从燃料电池堆20向外部负荷56提供的电力与外部负荷56所要求的电力一致，而且能够在结束电压下降处理后向燃料电池堆20稳定地提供与要求电力相应的氧化气体的情况下，未必需要旁通通路38。进而在这种情况下，也可以在电压下降处理时停止空气压缩机32的驱动。

另外，位于I-V特性曲线200上的运转点OP3(I1、V3)表示在输出电流为I1时理论上从燃料电池堆20能够输出的最大限度的电压为V3。在以运转点OP1进行低效率运转的过程中，将输出电流Ifc维持为I1，并且通过ΔV控制使输出电压Vfc上升的范围限于OP1～OP3的范围，因此如果接收到超过(V3-V1)的电压上升指令，则与所接收到的指令的电压值对应的I-V特性曲线200上的运转点成为新的运转点。

图6是表示ΔV控制的控制过程的时序图。

作为对燃料电池堆20的发电要求急剧减小的例子，假设在时刻t10～时刻t11期间加速器接通(Accelerator ON)的状态维持、并以时刻t11的时序断开加速器的情况，并对ΔV控制进行说明。

在断开加速器的时刻t11，燃料电池堆20的运转负荷(具体是车辆行驶所需要的电力)降低，因此控制器70运算发电指令值Pref，以产生与运转负荷的降低相应的电力。此时，只要能够产生提供给车载辅助设备等的电力即可，因此发电指令值Pref逐渐减小。在时刻t11时间点的运转点位于OP1(I1、V1)。

但是，由于空气压缩机32不具备制动器等减速装置，因此即使在时刻t11断开加速器，也不能立即限制转数，暂时靠惯性继续旋转，向燃料电池堆20提供比与发电指令值Pref相应的氧化气体供给量多的氧化气体。由此，燃料电池堆20的发电量Pmes比发电指令值Pref多，两者的差分Ws成为多余电力。

DC/DC转换器51使燃料电池堆20的输出电压Vfc上升ΔVfc＝(V2-V1)，将运转点设定为OP2(I1、V2)。这样，多余电力Ws充电到燃料电池堆20内部的电容成分即电容器29，因此向燃料电池堆20外部输出的电力(Pmes-Ws)与发电指令值Pred基本上一致。

在多余电力Ws对电容器29的充电结束的时刻t12，输出电压Vfc下降ΔVfc＝(V2-V1)，运转点从OP2(I1、V2)返回到OP1(I1、V1)。此时，使空气压缩机32对燃料电池堆20的氧化气体供给降低到稳定极限流量，进一步调整旁通阀39的阀开度，从而抑制燃料电池堆20的发电。在空气压缩机32的容量小、并且能够在结束电压下降处理后向燃料电池堆20稳定地提供与要求电力相应的氧化气体的情况下，也可以在电压下降处理时停止空气压缩机32的旋转。在运转点返回到OP1后，控制空气压缩机32的转数，使得与要求电力相应的氧化气体提供到燃料电池堆20。

另外，作为电压下降处理的例子，例示了使为了吸收多余电力Ws而上升的输出电压Vfc下降的例子，但上述的控制也可以适用于其他的情况，例如，在低温启动时，使输出电压Vfc从开放端电压OCV下降到所希望的运转点的电压值而实施低效率运转的情况。

如上所述，通过考虑在使燃料电池堆20的输出电压Vfc下降时电容器29对外部负荷56的放电而减少向燃料电池堆20提供的氧化气体，从而能够使从燃料电池堆20向外部负荷56供给的电力与外部负荷56所要求的电力一致。

根据上述实施方式，例示了燃料电池系统10用作车载电源系统的方式，但是燃料电池系统10的利用方式不限于此例。例如，可以作为燃料电池车辆之外的移动体(机器人、船舶、飞机等)的电力源而搭载燃料电池系统10。另外，也可以作为住宅或大厦等的发电设备(固定用的发电系统)而利用本实施方式的燃料电池系统10。

产生上利用的可能性

根据本发明，在使燃料电池的输出电压下降时，能够考虑燃料电池的电容成分对外部负荷的放电而控制电池运转。

Claims (6)

1.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池，接收燃料气体和氧化气体的供给而发电；

氧化气体供给装置，用于向所述燃料电池供给所述氧化气体；以及

控制器，在使所述燃料电池的输出电压下降时，考虑来自所述燃料电池的电容成分的放电而减少从所述氧化气体供给装置向所述燃料电池供给的氧化气体流量。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

还包括旁通装置，该旁通装置用于使从所述氧化气体供给装置供给的氧化气体的一部分绕过所述燃料电池而排气，

在使所述燃料电池的输出电压下降时，所述旁通装置调整所述氧化气体的旁通流量，从而减少向所述燃料电池供给的氧化气体流量。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

在使所述输出电压下降时，所述控制器停止从所述氧化气体供给装置向所述燃料电池供给氧化气体。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

为了将实施发电效率比正常运转低的低效率运转的过程中所产生的多余电力充电到所述电容成分，所述控制器使所述输出电压上升，在多余电力对所述电容成分的充电已结束的阶段使所述输出电压下降。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

在通过发电效率比正常运转低的低效率运转对所述燃料电池进行暖机时，所述控制器使所述输出电压下降到由所述燃料电池的电流-电压特性曲线所确定的电压值以下。

6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述电容成分是在所述燃料电池的催化剂层和电解质膜的界面上寄生性地形成的双电层的电容成分。

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