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CN115133079A - 燃料电池系统 - Google Patents

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CN115133079A
CN115133079A CN202210151168.7A CN202210151168A CN115133079A CN 115133079 A CN115133079 A CN 115133079A CN 202210151168 A CN202210151168 A CN 202210151168A CN 115133079 A CN115133079 A CN 115133079A
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CN
China
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fuel cell
temperature
refrigerant
humidifier
cell stack
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CN202210151168.7A
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Inventor
赤堀涉
佐藤修二
井上智之
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明提供一种燃料电池系统，包括：反应气体供应单元，其配置成向燃料电池堆供应反应气体；加湿器，其配置成将水分从所述燃料电池堆排放的废气转移到所述反应气体；以及控制器，其配置成控制所述反应气体供应单元，以便调节所述反应气体的供应量，其中，所述控制器配置成获取所述加湿器的温度并基于所述燃料电池堆的目标发电量设定所述反应气体的供应量，并且在所述加湿器的温度等于或低于规定的预热确定值的情况下，与所述加湿器的温度高于所述预热确定值的情况相比，所述控制器执行预热控制以增加所述反应气体的供应量。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
JP2004-165062A公开了一种加湿器，该加湿器在供应给燃料电池堆的反应气体与从燃料电池堆排放的废气之间传递水分，因而将反应气体加湿。反应气体中含有的适当量的水分抑制燃料电池堆的恶化。加湿器设置有热水器，以升高反应气体的温度。通过升高加湿器中反应气体的温度，饱和蒸汽压增加，因此反应气体所含的水分量增加。
然而，当以这种方式提供热水器时，部件的数量和重量可能增加。
发明内容
鉴于以上背景，本发明的一个目的是提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统可以有效地加湿反应气体而不增加部件的数量。
为了实现这样的目的，本发明的一个方面提供一种燃料电池系统1，该燃料电池系统包括：反应气体供应单元5、6，其配置成向燃料电池堆4供应反应气体；加湿器46，其配置成将水分从所述燃料电池堆排放的废气转移到所述反应气体；以及控制器8，其配置成控制所述反应气体供应单元，以便调节所述反应气体对所述燃料电池堆的供应量，其中，所述控制器配置成获取所述加湿器的温度并基于所述燃料电池堆的目标发电量设定所述反应气体的供应量，并且在所述加湿器的温度等于或低于规定的预热确定值的情况下，与所述加湿器的温度高于所述预热确定值的情况相比，所述控制器执行预热控制以增加所述反应气体的供应量。
根据该方面，能够提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统可以有效地加湿反应气体而不增加部件的数量。当执行预热控制时，供应给加湿器的废气量增加，因此供应给加湿器的热量增加。因此，能够快速加热加湿器，从而有效地加湿反应气体。这种方法使得没有必要为加湿器提供加热器等，从而部件的数量不会增加。
在以上方面中，优选地，燃料电池系统进一步包括：制冷剂循环通道65，其用于使制冷剂流经所述燃料电池堆；以及制冷剂温度获取单元75、76，其配置成获取流经所述制冷剂循环通道的所述制冷剂的温度，其中，所述控制器配置成基于所述制冷剂的温度来估计所述加湿器的温度。
根据该方面，能够在不向加湿器提供温度传感器的情况下获取加湿器的温度。因此，能够减少部件的数量。
在以上方面中，优选地，所述制冷剂温度获取单元配置成获取流入所述燃料电池堆的所述制冷剂的温度，并且所述控制器配置成在发电开始时基于流入所述燃料电池堆的所述制冷剂的温度设定所述加湿器的温度的初始值，并在所述初始值等于或小于所述预热确定值的情况下执行所述预热控制。
根据该方面，能够获取加湿器的温度的初始值。
在以上方面中，优选地，该燃料电池系统进一步包括：电流获取单元77，其配置成获取所述燃料电池堆的发电电流，其中，所述制冷剂温度获取单元配置成获取从所述燃料电池堆排放的所述制冷剂的温度，并且所述控制器配置成基于所述发电电流和从所述燃料电池堆排放的所述制冷剂的温度，获取所述加湿器的温度在规定时段内的变化量，并基于所述加湿器的温度的所述初始值和所述变化量估计所述加湿器的温度。
根据该方面，能够准确估计加湿器的温度。
在以上方面中，优选地，所述反应气体供应单元包括配置成向所述燃料电池堆供应燃料气体的燃料气体供应单元5和配置成向所述燃料电池堆供应氧化剂气体的氧化剂气体供应单元6，所述氧化剂气体供应单元设置有所述加湿器，并且在所述加湿器的温度等于或低于所述预热确定值的情况下，与所述加湿器的温度高于所述预热确定值的情况相比，所述控制器控制所述氧化剂气体供应单元以增加所述氧化剂气体的供应量。
根据该方面，能够在不增加部件数量的情况下有效地加湿氧化剂气体。
因此，根据以上方面，能够提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统可以在不增加部件数量的情况下有效地加湿反应气体。
附图说明
图1是燃料电池系统的框图；
图2是燃料电池系统的框图；
图3是示出由燃料电池控制器执行的发电控制的程序的流程图；
图4是示出发电控制中制冷剂温度、发电电流、加湿器的温度和空气流速校正值之间关系的时序图；以及
图5是示出预热控制的效果图表。
具体实施方式
下文中，将描述根据本发明的一个实施方式的燃料电池系统1。该燃料电池系统1安装在车辆2上。如图1中所示，燃料电池系统1包括：燃料电池堆4；作为燃料气体供应单元的燃料气体供应装置5，其配置成向燃料电池堆4供应燃料气体；作为氧化剂气体供应单元的氧化剂气体供应装置6，其配置成向燃料电池堆4供应氧化剂气体；制冷剂供应装置7，其配置为向燃料电池堆4供应制冷剂；以及燃料电池控制器8。在本实施方式中，燃料气体是氢气，并且氧化剂气体是空气。燃料气体和氧化剂气体也可以称为“反应气体”。燃料气体供应装置5和氧化剂气体供应装置6构成反应气体供应单元。此外，氧化剂气体供应装置6构成氧化剂气体供应单元。
燃料电池堆4包括一个一个堆叠的多个发电电池10。每个发电电池10均包括：电解质膜和电极结构11(下文中简称为“结构11”)；以及第一隔膜12和第二隔膜13，第一隔膜12和第二隔膜13配置成将结构11保持在其间。第一隔膜12和第二隔膜13可以由金属或碳制成。
结构11包括：固体聚合物电解质膜15(下文中简称为“电解质膜15”)；以及阳极16(电极)和阴极17(电极)，阳极16和阴极17配置成将电解质膜15保持在其间。电解质膜15可以由含水分的氟基电解质(如全氟磺酸)的薄膜组成。另选地，电解质膜15可以由碳氢化合物基电解质的薄膜组成。
第一隔膜12和结构11之间形成有多个氢气通道21，用于将氢气供应给阳极16。第二隔膜13和结构11之间形成有多个空气通道22，用于将空气供应给阴极17。彼此相邻的第一隔膜12和第二隔膜13之间形成有供制冷剂经过的多个制冷剂通道23。
燃料电池堆4设置有氢气入口24、氢气出口25、空气入口26、空气出口27、制冷剂入口28以及制冷剂出口29。氢气入口24与每个氢气通道21的供应侧(氢气供应侧)连接。氢气出口25与每个氢气通道21的排放侧(氢气排放侧)连接。空气入口26与每个空气通道22的供应侧(空气供应侧)连接。空气出口27与每个空气通道22的排放侧(空气排放侧)连接。制冷剂入口28与每个制冷剂通道23的供应侧(制冷剂供应侧)连接。制冷剂出口29与每个制冷剂通道23的排放侧(制冷剂排放侧)连接。
燃料气体供应装置5包括氢气罐31，该氢气罐配置成储存高压氢气。氢气罐31经由氢气供应通道32与燃料电池堆4的氢气入口24连接。氢气供应通道32设置有串联布置的注射器33和喷射器34。当喷射器34内的压力变为负值时，喷射器34从氢气排放通道35抽吸氢气。
氢气排放通道35与燃料电池堆4的氢气出口25连接。氢气排放通道35配置成从燃料电池堆4排放阳极废气(排放氢气)，该阳极废气是阳极16中至少部分使用过的氢气。氢气排放通道35与喷射器34连接。
氢气排放通道35设置有气液分离装置37。气液分离装置37配置成从阳极废气中分离出液体，并将分离出的液体排放到排出通道38。排出通道38设置有排放阀39。由气液分离装置37分离的气体经由氢气排放通道35被抽吸到喷射器34中。
氧化剂气体供应装置6设置有空气供应通道41。空气供应通道41的一端设置有用于从大气(外部)引入空气的空气吸入口42。空气供应通道41的另一端与燃料电池堆4的空气入口26连接。空气供应通道41设置有空气泵44、温度调节器45和加湿器46，并且空气泵44、温度调节器45和加湿器46从空气吸入口42侧依次串联布置。空气泵44由电动马达驱动的压缩机组成。温度调节器45可以由包括加热丝的加热器组成。
空气排放通道48连接至燃料电池堆4的空气出口27处。空气排放通道48配置成从燃料电池堆4排放阴极废气，该阴极废气是在阴极17中至少部分使用过的压缩空气。
空气排放通道48设置有加湿器46。在加湿器46中，从空气泵44供应的压缩空气与阴极废气交换水分和热量。即，加湿器46配置成将水分从燃料电池堆4排放的阴极废气(废气)转移到压缩空气(反应气体)。从燃料电池堆4排出的阴极废气比通过空气供应通道41的压缩空气有更高的温度和湿度。从燃料电池堆4排放的阴极废气比经过空气供应通道41的压缩空气具有更高的温度和湿度。因此，从空气泵44供应的压缩空气的温度和湿度在加湿器46中增加。加湿器46可以由使用中空纤维膜的膜过滤加湿器构成。加湿器46可以设置有供压缩空气经过的一条通道和供阴极废气经过的另一条通道，并且这两条通道可以借助中空纤维膜分离。
空气供应通道41的位于温度调节器45和加湿器46之间的部分与空气排放通道48的位于加湿器46下游侧的部分经由空气旁路通道51连接。空气旁路通道51设置有空气流速调节阀52，该空气流速调节阀配置成调节流经空气旁路通道51的空气的流速。空气排放通道48的下游部分与排出通道38连接。空气排放通道48的出口配置成将阴极废气和从阳极废气中分离出的液体排放到外部。
氢气排放通道35的位于气液分离装置37与喷射器34之间的部分和空气供应通道41的位于加湿器46与空气入口26之间的部分经由阳极废气吸入通道55连接。阳极废气吸入通道55设置有开关阀56。阳极废气吸入通道55配置成向空气供应通道41供应阳极废气。
制冷剂供应装置7包括：制冷剂供应通道61，其与燃料电池堆4的制冷剂入口28连接；制冷剂排放通道62，其与燃料电池堆4的制冷剂出口29连接；以及散热器63，其与制冷剂供应通道61和制冷剂排放通道62连接。制冷剂供应通道61设置有制冷剂循环泵64，该制冷剂循环泵配置成用于循环制冷剂。制冷剂供应通道61、制冷剂排放通道62和散热器63构成供制冷剂循环的制冷剂循环通道65。制冷剂循环通道65与燃料电池堆4连接。
在制冷剂供应通道61的位于散热器63和制冷剂循环泵64之间的部分中，设置有恒温阀67。当流经制冷剂供应通道61的制冷剂处于相对较高的温度时，恒温阀67打开，而当流经制冷剂供应通道61的制冷剂处于相对较低的温度时，恒温阀67关闭。制冷剂排放通道62和制冷剂供应通道61经由制冷剂旁路通道68连接，该制冷剂旁路通道绕过散热器63和恒温阀67。制冷剂旁路通道68与制冷剂供应通道61的位于恒温阀67和制冷剂循环泵64之间的部分连接。当恒温阀67关闭时，制冷剂从制冷剂排放通道62经由制冷剂旁路通道68流至制冷剂供应通道61。
制冷剂供应通道61的位于恒温阀67和制冷剂循环泵64之间的部分经由调节阀71连接到贮存罐72。更具体地说，贮存罐72可以经由调节阀71连接到制冷剂供应通道61的位于与制冷剂旁路通道68连接的部分与制冷剂循环泵64之间的部分。下文中，制冷剂供应通道61的与制冷剂循环泵64的入口连接的部分处的制冷剂的压力将被称为“泵入口压力”。当泵入口压力变得等于或低于规定的第一压力时，调节阀71打开。因此，制冷剂从贮存罐72供应到制冷剂供应通道61。另外，当泵入口压力变得等于或高于规定的第二压力时，调节阀71打开，该第二压力高于第一压力。因此，制冷剂从制冷剂供应通道61排放到贮存罐72。
制冷剂供应通道61和制冷剂排放通道62由树脂或橡胶制成，以防止金属离子洗脱到冷却水中，并维持制冷剂的绝缘状态。
制冷剂供应通道61的位于制冷剂入口28与制冷剂循环泵64之间的部分设置有配置成检测制冷剂的温度的多个入口温度传感器75。每个入口温度传感器75均配置成检测流入制冷剂入口28的制冷剂的温度。制冷剂排放通道62的位于制冷剂出口29与制冷剂旁路通道68之间的部分设置有检测制冷剂的温度的多个出口温度传感器76。每个出口温度传感器76均配置成检测流出制冷剂出口29的制冷剂的温度。冗余地提供多个入口温度传感器75和多个出口温度传感器76。入口温度传感器75和出口温度传感器76用作制冷剂温度获取单元。
燃料电池堆4设置有作为电流获取单元的电流传感器77，该电流传感器配置成测量(获取)燃料电池堆4的发电电流。
燃料电池控制器8由电子控制单元(ECU)组成，该ECU包括CPU、非易失性存储器(只读存储器：ROM)、易失性存储器(随机存取存储器：RAM)等。如图2中所示，燃料电池控制器8配置成控制空气泵44、注射器33、制冷剂循环泵64、开关阀56、排放阀39、空气流速调节阀52和温度调节器45。
燃料电池控制器8与车辆控制器81连接，车辆控制器81配置成控制车辆2的行驶。与燃料电池控制器8一样，车辆控制器81由电子控制单元(ECU)构成，该ECU包括CPU、非易失性存储器、易失性存储器等。车辆控制器81配置成基于来自驾驶操作构件82(如加速踏板、制动踏板和方向盘)、车辆传感器84(如车辆速度传感器和温度传感器)以及开关86(如电力开关85(点火开关))的信号，控制作为驱动源的电动马达87、制动装置88和转向装置89。燃料电池控制器8和车辆控制器81可以整体形成。燃料电池控制器8和车辆控制器81与电池91连接。
电力开关85由用户接通和断开。车辆控制器81经由来自电力开关85的信号切换车辆2的电力供应状态。更具体地说，当电力开关85接通时，车辆控制器81将电力供应状态设定为“接通”，从而使来自燃料电池堆4和电池91的电力供应到电动马达87。另一方面，当电力开关85断开时，车辆控制器81将电力供应状态设定为“断开”，从而禁止从燃料电池堆4和电池91向电动马达87供应电力。
车辆控制器81配置成确定车辆2(更具体地说，电动马达87)的请求驱动力并基于请求驱动力控制电动马达87。例如，车辆控制器81可以基于加速踏板的按压量来确定请求驱动力。此外，车辆控制器81可以基于加速踏板的按压量和车辆速度来确定请求驱动力。另选地，车辆控制器81可以配置成执行自主驾驶控制并基于为此创建的行动计划来确定请求驱动力。
燃料电池控制器8从车辆控制器81接收关于请求驱动力以及电力供应状态的信息。此外，燃料电池控制器8连接到入口温度传感器75和出口温度传感器76，并配置成从入口温度传感器75和出口温度传感器76接收与制冷剂温度有关的信号。另外，燃料电池控制器8与电流传感器77连接，并配置成从电流传感器77接收与发电电流有关的信号。燃料电池控制器8配置成基于各种输入信号控制燃料气体供应装置5和作为反应气体供应单元的氧化剂气体供应装置6，以便调节对燃料电池堆4的反应气体供应量。
燃料电池控制器8配置成执行行驶期发电控制，以供应使车辆2行驶所需的动力(电力)。在行驶期发电控制中，燃料电池控制器8基于请求驱动力确定燃料电池堆4的目标发电量。请求驱动力和燃料电池堆4的目标发电量之间的关系可以由映射定义。此外，燃料电池控制器8基于目标发电量确定作为燃料气体供应给燃料电池堆4的氢气的流速(下文中称为“氢气流速”)和作为氧化剂气体供应给燃料电池堆4的空气的流速(下文中称为“空气流速”)。然后，燃料电池控制器8基于氢气流速和空气流速确定注射器33的开度和空气泵44的驱动量。目标发电量与氢气流速之间的关系以及目标发电量与空气流速之间的关系可以由映射定义。此外，氢气流速与注射器33的开度之间的关系可以由映射定义，并且空气流速与空气泵44的驱动量之间的关系可以由映射定义。燃料电池控制器8基于注射器33的开度和空气泵44的驱动量控制注射器33和空气泵44，并因此向燃料电池堆4供应氢气和空气。因此，在燃料电池堆4中发生氧化还原反应，从而由燃料电池堆4产生电力。通过由燃料电池控制器8执行的行驶期发电控制，燃料电池堆4根据车辆2的请求驱动力改变目标发电量。
当车辆2停止并且电池91的剩余量等于或小于规定值时，燃料电池控制器8执行停止期发电控制以给电池91充电。更具体地说，当车辆速度等于或低于停止确定值并且电池91的SOC等于或低于规定的SOC确定值时，燃料电池控制器8执行停止期发电控制。停止确定值设定为可将车辆2视为停止的车辆速度。SOC确定值是为确定电池91需要被充电而设定的值。在停止期发电控制中，燃料电池控制器8设定规定的目标发电量，并基于目标发电量确定注射器33的开度和空气泵44的驱动量。燃料电池控制器8基于注射器33的开度和空气泵44的驱动量控制注射器33和空气泵44，从而向燃料电池堆4供应氢气和空气。因此，在燃料电池堆4中发生氧化还原反应，并因此由燃料电池堆4产生电力。
在行驶期发电控制和停止期发电控制中，燃料电池控制器8获取加湿器46的温度，并基于燃料电池堆4的目标发电量设定反应气体的供应量。在加湿器46的温度等于或低于规定的预热确定值TL的情况下，与加湿器46的温度高于预热确定值TL的情况相比，燃料电池控制器8执行预热控制以增加反应气体的供应量。在本实施方式中，在加湿器46的温度等于或低于预热确定值TL的情况下，与加湿器46的温度高于预热确定值TL的情况相比，燃料电池控制器8控制氧化剂气体供应装置6，以便增加压缩空气作为氧化剂气体的供应量。
燃料电池控制器8可以基于由每个入口温度传感器75检测的制冷剂入口28处的制冷剂温度(下文中称为“制冷剂温度”)和由每个出口温度传感器76检测的制冷剂出口29处的制冷剂温度中的至少一者来估计加湿器46的温度。更具体地说，燃料电池控制器8可以基于由入口温度传感器75检测的制冷剂入口28处的制冷剂温度、由出口温度传感器76检测的制冷剂出口29处的制冷剂温度以及由电流传感器77检测的发电电流，估计加湿器46的温度。
在本实施方式中，燃料电池控制器8在包括行驶期发电控制和停止期发电控制的发电控制开始时(即在发电开始时)，基于制冷剂入口28处的制冷剂温度设定加湿器46的温度的初始值。上述的“加湿器46的温度”是指加湿器46在其压缩空气出口处的温度。燃料电池控制器8可以通过使用定义了制冷剂入口28的温度与加湿器46的温度的初始值之间的关系的初始值映射基于制冷剂入口28的温度来设定加湿器46的温度的初始值。初始值映射定义了其间的关系，使得加湿器46的温度的初始值随着制冷剂入口28的温度升高而升高。可以基于经验来创建初始值映射。
此外，每当经过规定时间，燃料电池控制器8基于制冷剂出口29处的制冷剂温度和发电电流，获取规定时段内加湿器46的温度变化量。燃料电池控制器8可以通过使用定义了制冷剂出口29处的制冷剂温度、发电电流和加湿器46的温度在规定时段内的变化量之间的关系的变化量映射，基于制冷剂出口29处的制冷剂温度和发电电流，设定加湿器46的温度在规定时段内的变化量。规定时段可以设定为例如一秒。可以根据经验来创建变化量映射。
燃料电池控制器8基于加湿器46的温度的初始值和加湿器46的温度在规定时段内的变化量，获取加湿器46在任意时间的温度。燃料电池控制器8可以通过将加湿器46的温度在规定时段内从上一次到当前时间的变化量与上一次获取的加湿器46的温度相加来获取加湿器46的当前温度。
在另一实施方式中，加湿器46可以设置有温度传感器，该温度传感器配置成检测其压缩空气出口的温度，并且燃料电池控制器8可以基于来自加湿器46的温度传感器的信号获取加湿器46的温度。此外，燃料电池控制器8可以基于制冷剂入口28处的制冷剂温度、制冷剂出口29处的制冷剂温度和发电电流根据经验来获取加湿器46的温度。
在加湿器46的温度等于或低于预热确定值TL的情况下，燃料电池控制器8启动预热控制。燃料电池控制器8可以在加湿器46的温度的初始值等于或低于预热确定值TL的情况下启动预热控制。在预热控制中，与不执行预热控制的情况(加湿器46的温度高于预热确定值TL的情况)相比，燃料电池控制器8增加空气流速(燃料电池控制器8将空气流速设定得更高)。例如，在预热控制中，与不执行预热控制的情况相比，燃料电池控制器8可以按规定值增加空气流速。此外，在预热控制中，燃料电池控制器8可以基于加湿器46的温度来设定要增加的空气流速。例如，要增加的空气流速可以设定为随着加湿器46的温度降低而增加。
接下来，将参照图3描述燃料电池控制器8的发电控制的程序。发电控制包括行驶期发电控制和停止期发电控制。燃料电池控制器8基于获取的电力供应状态，在电力供应状态变为“接通”时开始发电控制。燃料电池控制器8以规定时间间隔执行发电控制。首先，燃料电池控制器8获取目标发电量(S1)。在执行行驶期发电控制的情况下，可以基于请求的驱动力等来设定目标发电量。在执行停止期发电控制的情况下，可以对目标发电量设定规定值。
接下来，燃料电池控制器8基于来自使用中的入口温度传感器75的信号获取制冷剂入口28处的制冷剂温度，并基于来自使用中的出口温度传感器76的信号获取制冷剂出口29的制冷剂温度(S2)。
接下来，燃料电池控制器8确定制冷剂入口28处的制冷剂温度和制冷剂出口29处的制冷剂温度是否正常(S3)。例如，在制冷剂入口28处的制冷剂温度和制冷剂出口29处的制冷剂温度在规定的适当范围内的情况下，燃料电池控制器8可以确定制冷剂入口28处的制冷剂温度和制冷剂出口29处的制冷剂温度是正常的。
在制冷剂入口28处的制冷剂温度和制冷剂出口29处的制冷剂温度不正常的情况下(在S3的确定结果为“否”的情况下)，燃料电池控制器8从使用中的入口温度传感器75和出口温度传感器76切换到冗余提供的另一个入口温度传感器75和另一个出口温度传感器76(S4)。然后，燃料电池控制器8再次执行S2和S3的处理。
在制冷剂入口28处的制冷剂温度和制冷剂出口29处的制冷剂温度正常的情况下(在S3的确定结果为“是”的情况下)，燃料电池控制器8基于制冷剂入口28处的制冷剂温度、制冷剂出口29处的制冷剂温度和发电电流估计加湿器46的温度(S5)。如上所述，燃料电池控制器8可以基于制冷剂入口28处的制冷剂温度获取加湿器46的温度的初始值，基于制冷剂出口29的制冷剂温度和发电电流获取加湿器46的温度的变化量，并且基于加湿器46的温度的初始值和加湿器46的温度的变化量估计加湿器46的温度。
接下来，燃料电池控制器8确定加湿器46的温度是否等于或低于预热确定值TL(S6)。
在加湿器46的温度等于或低于预热确定值TL的情况下(在S6的确定结果为“是”的情况下)，燃料电池控制器8执行预热控制(S7)。在预热控制中，燃料电池控制器8基于目标发电量设定氢气流速和空气流速，然后，燃料电池控制器8设定空气流速的增加。空气流速的增加可以是事先设定的规定值。然后，燃料电池控制器8通过将该增加添加到基于目标发电量设定的空气流速而设定空气流速校正值，基于空气流速校正值设定空气泵44的驱动量，并因此控制空气泵44。此外，燃料电池控制器8根据基于目标发电量设定的氢气流速来设定喷射器33的开度，并由此控制注射器33。
在加湿器46的温度高于预热确定值TL的情况下(在S6的测定结果为“否”的情况下)，燃料电池控制器8执行正常控制(S8)。在正常控制中，燃料电池控制器8基于目标发电量设定氢气流速和空气流速。然后，燃料电池控制器8基于空气流速设定空气泵44的驱动量，并由此控制空气泵44。此外，燃料电池控制器8根据基于目标发电量设定的氢气流速设定注射器33的开度，并因此控制注射器33。
根据以上配置，在加湿器46的温度等于或低于预热确定值TL的情况下，燃料电池控制器8执行预热控制。因此，如图4中所示，在正执行预热控制时，供应给燃料电池堆4的压缩空气的空气流速与执行正常控制时相比以规定的增加量增加。在图4中，虚线表示在假定执行正常控制的情况下的空气流速(压缩空气的量)，实线表示在执行预热控制的情况下的空气流速(压缩空气的量)。根据预热控制，从燃料电池堆4排放并经过加湿器46的阴极废气的流速增加。因此，加湿器46从阴极废气中接收的热量增加，加湿器46的温度上升速度增加。相应地，从加湿器46供应到燃料电池堆4的压缩空气的温度升高，因此饱和蒸汽压力增加。结果，从加湿器46供应到燃料电池堆4的压缩空气中所包含的水分增加。通过这种方式，能够快速加热加湿器46，并因此有效地加湿压缩空气。发电电流根据请求驱动力的增加而增加。制冷剂入口28处的制冷剂温度和制冷剂出口29处的制冷剂温度根据燃料电池堆4的发电量而增加。
图5是说明图，示出了在执行正常控制和预热控制的情况下，加湿器46的温度与制冷剂出口29处的制冷剂温度之间的关系。众所周知，在加湿器46的温度低于20℃并且制冷剂出口29处的制冷剂温度高于40℃的区域(见图5中的加点区域)中，燃料电池堆4的耐用性会恶化。当燃料电池控制器8在发电控制中只执行正常控制时，加湿器46的温度上升是缓慢的，因此表示加湿器46的温度与制冷剂出口29处的制冷剂温度之间的关系的线会经过燃料电池堆4的耐用性会恶化的上述区域。在本实施方式中，燃料电池控制器8在发电控制中执行预热控制，因此与执行正常控制的情况相比，加湿器46的温度升高得更快。因此，能够防止燃料电池堆4的耐用性恶化。
上述方法使得没有必要为加湿器46提供加热器等，因此部件的数量不会增加。在执行预热控制时，氢气流速被设定为与执行正常控制时相同的值。
当加湿器46的温度变得高于预热确定值TL时，燃料电池控制器8结束预热控制，并执行正常控制。
在本实施方式中，加湿器46的温度是基于制冷剂入口28处的制冷剂温度、制冷剂出口29处的制冷剂温度和发电电流来估计的。相应地，能够不向加湿器46提供温度传感器而获取加湿器46的温度。因此，能够减少部件的数量。燃料电池控制器8通过将基于制冷剂出口29处的制冷剂温度和发电电流获取的加湿器46的温度在规定时段内的变化量与基于制冷剂入口28处的制冷剂温度获取的加湿器46的温度初始值相加来获取加湿器46的当前温度。因此，能够准确估计加湿器46的温度。
前文中已经描述了本发明的具体实施方式，但本发明不应受到前述实施方式的限制，并且在本发明的范围内可以进行各种变型和变更。例如，可以在燃料气体供应装置5中设置加湿器，并且可以在供应给燃料电池堆4的氢气与从燃料电池堆4排放的阳极废气之间进行热和水分交换。在这种情况下，燃料电池控制器8可以获取设置在燃料气体供应装置5中的加湿器的温度，并在设置在燃料气体供应装置5中的加湿器的温度等于或低于规定的预热确定值的情况下执行预热控制。在预热控制中，与执行正常控制的情况相比，燃料电池控制器8可以增加氢气流速。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：
反应气体供应单元，其配置成向燃料电池堆供应反应气体；
加湿器，其配置成将水分从所述燃料电池堆排放的废气转移到所述反应气体；以及
控制器，其配置成控制所述反应气体供应单元，以便调节所述反应气体对所述燃料电池堆的供应量，
其中，所述控制器配置成获取所述加湿器的温度并基于所述燃料电池堆的目标发电量设定所述反应气体的供应量，并且
在所述加湿器的温度等于或低于规定的预热确定值的情况下，与所述加湿器的温度高于所述预热确定值的情况相比，所述控制器执行预热控制以增加所述反应气体的供应量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，该燃料电池系统进一步包括：
制冷剂循环通道，其用于使制冷剂流经所述燃料电池堆；以及
制冷剂温度获取单元，其配置成获取流经所述制冷剂循环通道的所述制冷剂的温度，
其中，所述控制器配置成基于所述制冷剂的温度来估计所述加湿器的温度。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，所述制冷剂温度获取单元配置成获取流入所述燃料电池堆的所述制冷剂的温度，并且
所述控制器配置成在发电开始时基于流入所述燃料电池堆的所述制冷剂的温度设定所述加湿器的温度的初始值，并在所述初始值等于或小于所述预热确定值的情况下执行所述预热控制。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，该燃料电池系统进一步包括：电流获取单元，其配置成获取所述燃料电池堆的发电电流，
其中，所述制冷剂温度获取单元配置成获取从所述燃料电池堆排放的所述制冷剂的温度，并且
所述控制器配置成基于所述发电电流和从所述燃料电池堆排放的所述制冷剂的温度，获取所述加湿器的温度在规定时段内的变化量，并基于所述加湿器的温度的所述初始值和所述变化量估计所述加湿器的温度。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其中，所述反应气体供应单元包括配置成向所述燃料电池堆供应燃料气体的燃料气体供应单元和配置成向所述燃料电池堆供应氧化剂气体的氧化剂气体供应单元，
所述氧化剂气体供应单元设置有所述加湿器，并且
在所述加湿器的温度等于或低于所述预热确定值的情况下，与所述加湿器的温度高于所述预热确定值的情况相比，所述控制器控制所述氧化剂气体供应单元以增加所述氧化剂气体的供应量。
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