[發明專利]燃料電池系統及其控制方法

有效

• 申請號: 200980146527.2
• 申請日: 2009-11-16
• 公開（公告）號: CN102224627A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 市川靖;池添圭吾;后藤健一;中山謙;熊田光德;富田要介
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明涉及一種燃料電池系統。

背景技術

以往，已知一種具備燃料電池的燃料電池系統，該燃料電池通過對燃料極供給燃料氣體(例如氫氣)并對氧化劑極供給氧化劑氣體(例如空氣)，使這些氣體進行電化學反應來進行發電。

在這種燃料電池系統中，空氣中含有的氮氣透到燃料極側，因而在燃料極側出現氮氣濃度較高的位置即氫氣濃度較低的位置。該氣體的不均勻化是導致燃料電池的部件劣化的主要原因。因此，在專利文獻1中，公開了一種通過使燃料極和氧化劑極的氣體壓力發生變動來清理燃料電池的水和蓄積的不反應氣體的方法。

專利文獻1：日本特表2007-517369號公報

發明內容

發明要解決的問題

然而，根據專利文獻1所公開的方法，為了清理液體以及不反應氣體，要求較大幅度的壓力變動，因此會有較大的壓力作用于構成燃料電池的電解質膜等，從而有可能使燃料電池的耐久性降低。

本發明是鑒于上述情況而完成的。本發明的目的在于抑制燃料電池的耐久性的降低，同時抑制反應氣體不均勻化。

本發明的目的還在于抑制燃料電池、燃料氣體供給系統部件中產生的壓力，從而抑制燃料電池系統的劣化。

用于解決問題的方案

本發明的方式所涉及的燃料電池系統具有：燃料電池，其通過使供給至氧化劑極的氧化劑氣體與供給至燃料極的燃料氣體進行電化學反應來產生電力；燃料氣體供給裝置，其對上述燃料極供給上述燃料氣體；以及控制裝置，其通過控制上述燃料氣體供給裝置來向上述燃料極供給上述燃料氣體，并且在上述燃料極側的出口被封閉時進行壓力變動，該控制裝置基于以第一壓力幅度進行上述壓力變動的第一壓力變動模式，使上述燃料極處的上述燃料氣體的壓力周期性地發生變動。

并且，本發明的方式所涉及的燃料電池系統的控制方法包括以下內容：通過使供給至氧化劑極的氧化劑氣體與供給至燃料極的燃料氣體進行電化學反應來產生電力；對上述燃料極供給上述燃料氣體；以及通過控制上述燃料氣體的上述供給來向上述燃料極供給上述燃料氣體，并且在上述燃料極側的出口被封閉時進行壓力變動，基于以第一壓力幅度進行上述壓力變動的第一壓力變動模式，使上述燃料極處的上述燃料氣體的壓力周期性地發生變動。

并且，本發明的方式所涉及的燃料電池系統具有：燃料電池，其通過使供給至氧化劑極的氧化劑氣體與供給至燃料極的燃料氣體進行電化學反應來產生電力；燃料氣體供給單元，其對上述燃料極供給上述燃料氣體；以及控制單元，其通過控制上述燃料氣體供給單元來向上述燃料極供給上述燃料氣體，并且在上述燃料極側的出口被封閉時進行壓力變動，該控制單元基于以第一壓力幅度進行上述壓力變動的第一壓力變動模式，使上述燃料極處的上述燃料氣體的壓力周期性地發生變動。

發明的效果

根據本發明，基于以第一壓力幅度進行壓力變動的第一壓力變動模式使燃料極處的燃料氣體的壓力周期性地發生變動，由此能夠攪拌燃料極側氣體。由此，實現燃料極側氣體的均勻化。

并且，根據本發明，使執行一次控制模式的期間內的燃料氣體供給量增加，因此能夠抑制每單位時間內壓力增減的執行次數的增加。由此，能夠緩和施加于燃料電池和燃料氣體供給系統部件的負擔，從而能夠抑制燃料電池系統的劣化。

附圖說明

圖1的(a)是示意性地表示第一實施方式所涉及的燃料電池系統的結構的框圖。圖1的(b)是示意性地表示第一實施方式所涉及的燃料電池系統的其它結構的框圖。

圖2的(a)是表示燃料電池單體內的燃料極側氫氣的狀態的說明圖，示出了燃料極側氣體流路中的氫氣流線。圖2的(b)示出了燃料極側氣體流路中的氫氣濃度分布。圖2的(c)示出了燃料極側反應面上的氫氣濃度分布。

圖3的(a)是示意性地表示燃料電池單體的說明圖，假設了八個電流測量點。圖3的(b)示出了各個測量點上的電流分布的時序變化。

圖4是示意性地表示燃料電池單體的結構的截面圖。

圖5是表示氧化劑極和燃料極的氮氣分壓差與漏氮量的關系的說明圖。

圖6是對應于周圍溫度來表示周圍濕度與漏氮量的關系的說明圖。

圖7的(a)是示意性地表示氫氣與不反應氣體的攪拌狀態的說明圖。圖7的(b)表示停止氫氣供給(閉閥操作)的定時。