[發明專利]燃料電池系統

有效

• 申請號: 200980161506.8
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN102511100A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 松末真明;田野裕;土屋尚久;木之本忠臣
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 段承恩;陳海紅

技術領域

本發明涉及向燃料電池供給含氫的燃料氣體和氧化氣體來使其發電的燃料電池系統。

背景技術

作為利用氫和氧的電化學反應而發電的燃料電池，例如有固體高分子型燃料電池。該固體高分子燃料電池具備層疊多個單電池(cell)而構成的層疊體。構成層疊體的單電池具備陽極(燃料極)和陰極(空氣極)，在這些陽極和陰極之間，插入具有磺酸基作為離子交換基的固體高分子電解質膜。

對陽極供給燃料氣體(氫氣或者對碳化氫改質使其富氫的改質氫)，對陰極供給含氧的氧化氣體(空氣作為一例)作為氧化劑。通過對陽極供給燃料氣體，包含于燃料氣體的氫與構成陽極的催化劑層的催化劑反應，由此產生氫離子。所產生的氫離子通過固體高分子電解質膜，在陰極與氧產生電反應。成為通過該電化學反應進行發電的構成。

作為這樣的燃料電池系統的一例，提出了下述專利文獻1所記載的方案。下述專利文獻1所記載的燃料電池系統中，在消除原料氣體以及原料供給動力的浪費的同時，抑制燃料電池本體的單電池電壓的不均。具體而言，在構成燃料電池本體的發電單電池的電壓發生不均時，判斷其原因是由在燃料電池本體內部的原料氣體分布引起的還是由單電池劣化引起的，根據判斷結果設定原料氣體的理想配比(化學計量比)。

另外，作為這樣的燃料電池系統的一例，提出了下述專利文獻2所記載的方案。下述專利文獻2所記載的燃料電池系統中，可恢復的燃料電池的電流電壓特性降低時，不催促使用者進行檢查、更換，而在不可恢復的燃料電池的電流電壓特性降低量達到預定值時，催促使用者進行檢查、更換，推定燃料電池本體的電流電壓特性，并進行燃料電池本體的劣化判定。具體而言，將從預先存儲的電流電壓特性的初始值V1到當前的電壓值V3的電流電壓特性降低量設為第1降低量，將停止運轉而可恢復的電流電壓特性的降低量設為第2降低量。從第1降低量減去第2降低量得到的第3降低量是不可恢復的降低量，當第3降低量達到預定值時，催促使用者進行燃料電池本體的檢查、更換。

另外，作為這樣的燃料電池系統的一例，提出了下述專利文獻3所記載的方案。下述專利文獻3所記載的燃料電池系統中，不引起輸出限制的波動而穩定地取出輸出。具體而言，在燃料電池的輸出電壓低于燃料電池能夠穩定地發電的電壓下限閾值的情況下，限制從燃料電池取出的電流，在輸出電壓上升而變為電壓下限閾值以上時，解除從燃料電池取出電流的限制，計算解除電流的限制時的電流的增加量上限。

現有技術文獻

專利文獻1：日本特開2004-207029號公報

專利文獻2：日本特開2006-147404號公報

專利文獻3：日本特開2006-309979號公報

發明內容

發明要解決的問題

然而，在對燃料電池供給含氫的燃料氣體和氧化氣體來使其發電的燃料電池系統中，由于燃料電池的電流和電壓的關系變動，有必要準確地推定并把握該電流和電壓的關系。作為推定該電流和電壓的關系(IV推定)的一種方法，存在從預先設定的IV推定圖中跟隨實測值的學習方式的IV推定方法。該方法中，可能會發生燃料電池系統的運轉控制趕不上該跟隨而電力分配不良和/或電池的過充電的情況。為了避免這樣的問題，考慮縮短跟隨間隔，但是存在電力分配起伏并發生波動的擔憂。另一方面，也考慮使燃料電池的電容分量吸收電力分配起伏的部分的方法，但是又擔心燃料電池的Pt催化劑的劣化。

本發明是鑒于這樣的問題而完成的發明，其目的在于提供能夠基于原理原則準確執行燃料電池的IV推定的燃料電池系統。

用于解決問題的手段

為了解決上述問題，本發明的燃料電池系統是對燃料電池供給含氫的燃料氣體和氧化氣體而使其發電的燃料電池系統，其特征在于，具備：運轉狀態取得單元，其取得所述燃料電池的運轉狀態；特性推定單元，其推定表示所述燃料電池的電流和電壓的關系的IV特性，所述特性推定單元根據所述運轉狀態取得單元取得的運轉狀態，求出所述燃料電池的電阻過電壓、活性化過電壓、電流/電壓滯后以及濃度過電壓中的至少一方，基于該求出的結果推定所述IV特性。