[發(fā)明專利]設(shè)計成用來確保工作穩(wěn)定性的燃料電池系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580050130.5
• 申請日: 2005-06-14
• 公開（公告）號: CN101199073A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 菊地哲郎;堀部和夫;高嶋博之;加藤豪俊;竹下直宏
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社電裝;豐田自動車株式會社;株式會社日本自動車部品綜合研究所
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥夌;廖凌玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及一種燃料電池系統(tǒng)，它被設(shè)計成能利用磁性傳感器監(jiān)測燃料電池組(fuel?cell?stack)中電流的分布，更具體地講，涉及這樣一種系統(tǒng)，它可以確定引起燃料電池組發(fā)電能力下降的原因和位置，并采取選定的措施以消除該原因。

背景技術(shù)

燃料電池，尤其是固態(tài)聚合物燃料電池正被研發(fā)用于固定動力系統(tǒng)或機動車輛的移動動力系統(tǒng)。

如本技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的，燃料電池用以將氫和氧電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能。具體地說，氫氣(燃料)和氧氣(空氣)被輸送至燃料電池并在電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其具有以下形式：

燃料電極????H₂→2H⁺+2e^-

空氣電極????2H⁺+1/2O₂+2e^-→H₂O

電池????????H₂+1/2O₂→H₂O

典型的燃料電池包括由電解質(zhì)薄膜和固定在電解質(zhì)薄膜兩個側(cè)面的空氣電極、燃料電極組成的裝置以及使裝置保持在它們之間的分隔器(separator)。分隔器中設(shè)有氣體流路。燃料電池中氧氣被輸送至空氣電極而氫氣被輸送至燃料電極以產(chǎn)生電力。通常單個燃料電池難以提供足夠?qū)嶋H使用的電力。多個燃料電池往往被裝配成一組并串聯(lián)起來以產(chǎn)生大量的電力。

燃料電池組的其中一個工作目的是要利用盡可能少的燃料氣體(氫氣)和空氣(氧氣)供應(yīng)來產(chǎn)生最大量的電力。固態(tài)聚合物燃料電池組通常需要有濕氣作為質(zhì)子傳輸?shù)拿浇椤榇耍剂蠚怏w在被輸送至燃料電池組之前應(yīng)該加濕。

燃料電池組中的反應(yīng)產(chǎn)生水。然而，燃料電池組中過量的濕氣會妨礙反應(yīng)進行，從而引起燃料電池組發(fā)電能力的下降。因此，燃料電池組中的濕氣量必須保持在有限范圍內(nèi)。

燃料電池組中的每個燃料電池也要求將濕氣量保持在有限范圍內(nèi)。即使輸送至燃料電池組氣體的溫度、壓力或濕度得到控制而使燃料電池組的工作保持在所要求的狀態(tài)，其中任何一個燃料電池也都有可能部分偏離所要求的狀態(tài)。在這種情況下，這個燃料電池就不能產(chǎn)生所要求的電量，從而導(dǎo)致其發(fā)電面積的減小。這會加快這個發(fā)電部位的老化，于是使燃料電池組總的使用壽命減小。因此，必須使每個燃料電池中的濕氣保持在所要求的值。

燃料電池組的工作狀態(tài)一般是通過測量每個燃料電池的輸出電壓來監(jiān)測的。具體地說，當其中某個燃料電池的輸出電壓發(fā)生不希望有的下降時，這個燃料電池可以被確定為出現(xiàn)故障。日本首次公報No.9-259913中介紹了一種燃料電池系統(tǒng)，它被設(shè)計成能分析燃料電池組中的電流分布以判定對于燃料電池組中的反應(yīng)來說氣體供應(yīng)是夠還是不夠。這種燃料電池系統(tǒng)可控制輸送至燃料電池組的氣體流率或燃料電池組上的電負荷從而使燃料電池組的故障減到最少。這種燃料電池系統(tǒng)能夠監(jiān)測燃料電池產(chǎn)生電力的能力，然而卻不能診斷其中某個燃料電池是否有一部分不能產(chǎn)生電力。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的主要目的是要提供一種燃料電池系統(tǒng)，它可監(jiān)測燃料電池組的發(fā)電狀態(tài)以確保其工作穩(wěn)定性。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種燃料電池控制裝置，它被設(shè)計成能診斷燃料電池組的工作情況以確保所要求數(shù)量的電力。這種裝置包括：(a)磁性傳感器，其用以輸出作為磁場的磁通量密度之函數(shù)的信號，所述磁場在燃料電池組的一部分周圍產(chǎn)生，每個燃料電池中電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流流過這一部分；和控制器，其被設(shè)計成能分析從磁性傳感器輸出的信號以檢測因該燃料電池組中局部出現(xiàn)發(fā)電能力下降而引起的磁通量密度的變化。控制器可采取預(yù)定的措施以控制燃料電池組的工作從而消除該燃料電池組發(fā)電能力下降的現(xiàn)象。具體地說，這種裝置被設(shè)計成能診斷燃料電池組性能的部分下降并能消除這一缺陷以確保燃料電池組的工作穩(wěn)定性。

在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，控制器把從磁性傳感器輸出的信號的值與一參考值作比較，該參考值是在所述燃料電池組正常工作以產(chǎn)生所要求電量的情況下預(yù)先確定的。當發(fā)現(xiàn)所述信號值與參考值之間有差異時，控制器采取預(yù)定的措施以消除該燃料電池組發(fā)電能力下降的現(xiàn)象。

磁性傳感器所處位置對于其中一個燃料電池周圍所產(chǎn)生磁場的選定部分是能夠進行感測的。

磁性傳感器可以固定于其中一個燃料電池的選定部分。

磁性傳感器或者可以安置在其中一個燃料電池的選定部分中。

磁性傳感器可以被安置在燃料電池組長度的中間。