[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380037863.X
• 申請(qǐng)日: 2013-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN104508887B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 松末真明;相武將典
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/04828
• 分類號(hào): H01M8/04828;H01M8/04089;H01M8/0438;H01M8/04537;H01M8/04746;H01M8/04992
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 魯山,孫志湧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及包括燃料電池的燃料電池系統(tǒng)，以及用于該燃料電池系統(tǒng)的控制方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)有技術(shù)(日本專利申請(qǐng)公開No.2002-42839(JP-2002-42839?A)中可獲得響應(yīng)于由燃料電池的發(fā)電量的變化，將陰極入口側(cè)上的空氣流量控制到對(duì)應(yīng)于所要求的發(fā)電量的目標(biāo)空氣流量，并且控制陰極入口側(cè)上的空氣壓力的燃料電池系統(tǒng)。通過調(diào)整在陰極出口側(cè)上提供的背壓控制閥的開度控制陰極入口側(cè)上的空氣壓力(JP-2002-42839?A和日本專利申請(qǐng)公開No.2011-29158(JP-2011-29158?A))。

在相關(guān)技術(shù)中，然而，還未充分考慮在由于隨著燃料電池的使用，用作電極催化劑的鉑的表面積減小，由燃料電池的發(fā)電量也減少的情況下執(zhí)行的控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，通過該控制方法，根據(jù)用作電極催化劑的鉑的表面積減小，能控制該燃料電池系統(tǒng)。

本發(fā)明的第一方面是一種燃料電池系統(tǒng)，包括：燃料電池；氧化劑氣體供給單元，被配置成將氧化劑氣體供給到燃料電池的陰極電極；以及氣體壓力控制單元，被配置成檢測(cè)燃料電池的輸出的變化與氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度，在所檢測(cè)的氣體壓力靈敏度的基礎(chǔ)上，指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且在所指定的對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，控制氧化劑氣體的壓力。

通過根據(jù)該方面的燃料電池系統(tǒng)，當(dāng)在燃料電池使用期間，用作陰極電極的電極催化劑的鉑的表面積減少，導(dǎo)致燃料電池的輸出降低時(shí)，能在考慮氣體壓力靈敏度的同時(shí)，控制氧化劑氣體的壓力，因此，能更可靠在確保所需輸出。因此，通過根據(jù)該方面的燃料電池系統(tǒng)，能獲得高發(fā)電性能。

氣體壓力控制單元可以被配置成獲得燃料電池所需的所需輸出，通過將所需輸出與對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行比較，計(jì)算對(duì)應(yīng)于所需輸出的氧化劑氣體的壓力，作為目標(biāo)氣體壓力，并且將氧化劑氣體的壓力控制到目標(biāo)氣體壓力。根據(jù)該構(gòu)造，能更容易控制氧化劑氣體的壓力，因此，能獲得甚至更高的發(fā)電性能。

燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括存儲(chǔ)表數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，在表數(shù)據(jù)中，氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系分別與氣體壓力靈敏度的各個(gè)值關(guān)聯(lián)，并且氣體壓力控制單元可以被配置成通過從表數(shù)據(jù)選擇對(duì)應(yīng)于所檢測(cè)的氣體壓力靈敏度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，指定氧化劑氣體的壓力和燃料電池的輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)該構(gòu)造，能快速地指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括背壓調(diào)節(jié)閥，背壓調(diào)節(jié)閥被配置成調(diào)節(jié)從燃料電池的陰極電極出口排出的氧化劑氣體的壓力，并且氣體壓力控制單元可以被配置成通過調(diào)節(jié)背壓調(diào)節(jié)閥的開度，控制氧化劑氣體的壓力。根據(jù)該構(gòu)造，通過控制從陰極電極出口排出的氧化劑氣體的壓力(背壓)，能高響應(yīng)度地控制氧化劑氣體。

氣體壓力控制單元可以被配置成在開始增加氧化劑氣體的壓力的時(shí)刻，檢測(cè)氣體壓力靈敏度并且指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)發(fā)出增加燃料電池的輸出的請(qǐng)求時(shí)，能高響應(yīng)度地獲得所需輸出。

氣體壓力控制單元可以在燃料電池的負(fù)荷開始轉(zhuǎn)變到具有預(yù)定負(fù)荷的操作點(diǎn)的時(shí)刻，檢測(cè)氣體壓力靈敏度并且指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)發(fā)出高負(fù)荷請(qǐng)求或低負(fù)荷請(qǐng)求時(shí)，能高響應(yīng)度地獲得對(duì)應(yīng)于高負(fù)荷請(qǐng)求或低負(fù)荷請(qǐng)求的輸出。

燃料電池包括電極催化劑，氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以包括第一對(duì)應(yīng)關(guān)系和第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，第二對(duì)應(yīng)關(guān)系被設(shè)定成，使得對(duì)應(yīng)于燃料電池的相同輸出，第二對(duì)應(yīng)關(guān)系中的氧化劑氣體的壓力的大小大于在第一對(duì)應(yīng)關(guān)系中的氧化劑氣體的壓力的大小，并且氣體壓力控制單元可以通過當(dāng)燃料電池不處于預(yù)定操作狀態(tài)中時(shí)，選擇第一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且當(dāng)燃料電池處于預(yù)定操作狀態(tài)時(shí)，選擇第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，來指定對(duì)應(yīng)關(guān)系，在該預(yù)定操作狀態(tài)中，包含在電極催化劑中的鉑的利用率減小。根據(jù)該構(gòu)造，即使在鉑的利用率已經(jīng)降低的操作狀態(tài)中，也能更可靠地獲得所需輸出。

預(yù)定操作狀態(tài)可以是燃料電池的液泛狀態(tài)(flooded?condition)。根據(jù)該構(gòu)造，即使當(dāng)燃料電池處于液泛狀態(tài)時(shí)，也能更可靠地確保所需輸出。

預(yù)定操作狀態(tài)可以是燃料電池的空閑狀態(tài)。根據(jù)該構(gòu)造，即使當(dāng)燃料電池處于空閑狀態(tài)時(shí)，也能更可靠地確保所需輸出。