[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110147165.8
• 申請日: 2008-05-26
• 公開（公告）號: CN102244282A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 濱田仁;窪英樹;能登博則
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 高培培;車文

本申請為2008年5月26日提交的、申請?zhí)枮?00880001082.4的、發(fā)明名稱為“燃料電池系統(tǒng)”的申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有接收燃料氣體和氧化氣體的供給而發(fā)電的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池組具有串聯(lián)地層積多個單體電池而構(gòu)成的堆疊構(gòu)造，各單體電池具有在電解質(zhì)膜的一側(cè)面上配置陽極，在另一側(cè)面上配置陰極而成的膜-電極配件。通過向膜-電極配件供給燃料氣體和氧化氣體產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。其中，將固體高分子膜作為電解質(zhì)使用的固體高分子電解質(zhì)型燃料電池組是低成本且易緊湊化，并且具有較高輸出密度，因此作為車載電力源的用途被期待。

在運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池系統(tǒng)時，仔細(xì)地進(jìn)行燃料電池組內(nèi)部的水分管理和溫度管理等，檢測出由溢流引起的反應(yīng)氣體供給不足、由電解質(zhì)膜的干燥引起的電阻增加等的發(fā)電異常，為了取出充分的輸出，需要管理單體電池的發(fā)電狀態(tài)。在日本特公平7-63020號公報中提及進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制以使電極電位不超過上限電壓并且單體電池電壓不低于下限電壓的方式(所謂電極電位是指陽極及陰極各自的電位，所謂單體電池電壓是指以陽極為基準(zhǔn)時的陰極的電位。)。如果使燃料電池組在電極電位變?yōu)檠趸瘏^(qū)域的高電位持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，則擔(dān)心催化劑離子化并溶出，因此設(shè)定上限電壓，以使電極電位不會達(dá)到引起催化劑惡化的高電位。另外，如果以一部分的單體電池變?yōu)槟骐娢?陽極電位比陰極電位高的現(xiàn)象)的狀態(tài)持續(xù)發(fā)電，則擔(dān)心由催化劑惡化等引起發(fā)電性能降低，因此設(shè)定下限電壓以使單體電池不會變?yōu)槟骐娢弧?/p>

專利文獻(xiàn)：日本特開平7-63020號公報

但是，在以往的運(yùn)轉(zhuǎn)方式中，由于下限電壓是預(yù)先設(shè)定的固定值，因此具有不能根據(jù)單體電池電壓降低原因靈活地改變發(fā)電允許范圍，發(fā)電允許范圍是固定性的這樣的難點(diǎn)。

另外，在使串聯(lián)地層積多個單體電池而成的燃料電池組運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，很難使全部的單體電池的發(fā)電性能、情況完全一致，因?yàn)橛筛稍?dry?up)現(xiàn)象引起的質(zhì)子導(dǎo)電性的降低、反應(yīng)氣體供給不足等的原因運(yùn)轉(zhuǎn)條件變嚴(yán)時，在發(fā)電性能較低的單體電池、情況惡劣的單體電池中可見單體電池電壓降低。單體電池電壓降低的原因中，燃料電池組受到電化學(xué)損壞是燃料氣體不足，在單體電池電壓降低的原因是氧化氣體不足時，燃料電池組不會受到電化學(xué)損壞。

但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，由于很難判斷單體電池電壓降低原因是燃料氣體不足還是氧化氣體不足，因此檢測出單體電池電壓降低時，即使單體電池電壓降低原因是氧化氣體不足也一律地限制輸出，因此使駕駛性能惡化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，以提供一種根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)靈活地改變發(fā)電允許范圍的燃料電池系統(tǒng)為課題。另外，本發(fā)明以提供一種判斷單體電池電壓降低的原因是燃料氣體不足還是氧化氣體不足，并能夠根據(jù)單體電池電壓降低原因適當(dāng)?shù)毓芾韱误w電池電壓的燃料電池系統(tǒng)。

為了解決上述問題，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有：燃料電池，接收燃料氣體和氧化氣體的供給而發(fā)電；判斷裝置，判斷燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是燃料氣體不足還是氧化氣體不足；下限電壓設(shè)定裝置，當(dāng)由判斷裝置判斷是燃料氣體不足時將下限電壓設(shè)定為比判斷是氧化氣體不足時高；和控制裝置，控制燃料電池的輸出電壓以使其不低于由上述下限電壓設(shè)定裝置設(shè)定的下限電壓。

在單體電池電壓降低的原因是燃料氣體不足的情況下，在單體電池變?yōu)槟骐娢坏臓顟B(tài)下的持續(xù)發(fā)電給予單體電池的損壞較大，因此優(yōu)選將下限電壓設(shè)定得較高，嚴(yán)格地限制單體電池電壓下降以不產(chǎn)生逆電位。另一方面，在單體電池電壓降低的原因是氧化氣體不足的情況下，在單體電池變?yōu)槟骐娢坏臓顟B(tài)下的持續(xù)發(fā)電給予單體電池的損壞與燃料氣體不足的情況下相比較較小，因此優(yōu)選將氧化氣體不足時的下限電壓設(shè)定為比燃料氣體不足時的下限電壓低以允許逆電位的產(chǎn)生，使單體電池電壓降低的限制相對放寬。

基于本發(fā)明的其他的觀點(diǎn)的燃料電池系統(tǒng)具有：燃料電池，接收燃料氣體和氧化氣體的供給而發(fā)電；下限電壓設(shè)定裝置，將低效率運(yùn)轉(zhuǎn)時的下限電壓設(shè)定為比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時的下限電壓低；和控制裝置，控制燃料電池的輸出電壓以使其不低于由上述下限電壓設(shè)定裝置設(shè)定的下限電壓。

在燃料電池的溫度較低時，由于給予燃料電池?fù)p壞的電化學(xué)反應(yīng)的活性降低，因此優(yōu)選燃料電池的溫度越低，將下限電壓設(shè)定得越低，使單體電池電壓降低的限制放寬。例如，優(yōu)選將低效率運(yùn)轉(zhuǎn)時的下限電壓設(shè)定為比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時的下限電壓低。

在此，控制裝置優(yōu)選在起動燃料電池系統(tǒng)時的溫度為規(guī)定值以下時實(shí)施低效率運(yùn)轉(zhuǎn)。通過實(shí)施低效率運(yùn)轉(zhuǎn)能夠控制燃料電池的熱損失，早期地預(yù)熱燃料電池。