[發明專利]燃料電池系統以及燃料電池系統的控制方法

有效

• 申請號: 201480050274.X
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN105531858B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 淺井祥朋;武田大
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/0438;H01M8/04746
• 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以及燃料電池系統的控制方法。

背景技術

在日本JP2012-003957A中，作為以往的燃料電池系統，公開了如下的燃料電池系統：對壓縮機和壓力調節閥進行控制，來將正極氣體的流量和壓力控制為目標值。

發明內容

在當前正在開發的燃料電池系統中，基于燃料電池的狀態來設定正極氣體的目標流量和目標壓力，對壓縮機的供給流量和壓力調節閥的開度進行控制，以使得成為該目標流量和目標壓力。例如，關于壓縮機，基于目標流量和目標壓力來控制壓縮機的轉速，以控制壓縮機的供給流量。

另外，在當前正在開發的燃料電池系統中，正在研究實施使負極氣體的壓力脈動的脈動運轉。在實施脈動運轉的情況下，燃料電池內的負極電極側與正極電極側的電解質膜間的壓力差(以下稱為“膜間壓力差”。)由于負極氣體的壓力發生脈動而變動。當該膜間壓力差變得過大時，預想外的應力施加于電解質膜，從而成為使燃料電池劣化的重要原因。

因而，期望的是，在基于燃料電池的狀態而設定的正極氣體的目標壓力低于從負極氣體的壓力減去容許膜間壓力差后得到的用于膜保護的下限壓力的情況下，將該用于膜保護的下限壓力設定為目標壓力。

然而，該用于膜保護的下限壓力是基于負極氣體的壓力而計算得到的，因此與負極氣體的壓力脈動連動地脈動(增減)。

因此，當將用于膜保護的下限壓力設定為正極氣體的目標壓力并基于該目標壓力和目標流量來控制壓縮機時，壓縮機的轉速會伴隨目標壓力的脈動而周期性地增減，從而存在從壓縮機產生蜂鳴聲(日語：うねり音)等異響的擔憂。

本發明是著眼于這種問題而完成的，其目的在于在基于正極氣體的目標流量和目標壓力來控制壓縮機的燃料電池系統中抑制從壓縮機產生異響。

根據本發明的某個方式，提供一種燃料電池系統，該燃料電池系統具備：壓縮機，其對向燃料電池供給的正極氣體的流量進行調節；壓力調節閥，其對向燃料電池供給的正極氣體的壓力進行調節；脈動運轉部，其使負極氣體的壓力脈動；目標流量設定部，其基于燃料電池的要求來設定正極氣體的目標流量；第一目標壓力設定部，其基于燃料電池的要求來設定正極氣體的第一目標壓力；第二目標壓力設定部，其設定用于將燃料電池內的負極與正極間的壓力差維持在規定的容許壓力差范圍內的正極氣體的第二目標壓力；目標壓力設定部，其將第一目標壓力和第二目標壓力中的較大一方設定為目標壓力；以及控制部，其基于目標流量和目標壓力來控制壓縮機和壓力調節閥。而且，在目標壓力伴隨負極氣體的壓力脈動而脈動時，控制部基于用于限制該目標壓力的脈動的限制壓力以及目標流量來控制壓縮機。

附圖說明

圖1是本發明的第一實施方式的燃料電池系統的概要圖。

圖2是說明本發明的第一實施方式的負極氣體供給控制的流程圖。

圖3是基于目標輸出電流來計算脈動時上限目標壓力和脈動時下限目標壓力的表。

圖4是說明本發明的第一實施方式的正極氣體供給控制的框圖。

圖5是說明本發明的第一實施方式的負極氣體供給控制和正極氣體供給控制的動作的時序圖。

圖6是說明本發明的第二實施方式的正極氣體供給控制的框圖。

圖7是說明本發明的第二實施方式的負極氣體供給控制和正極氣體供給控制的動作的時序圖。

圖8是說明本發明的其它實施方式的正極氣體供給控制的框圖。

具體實施方式

下面，參照附圖來說明本發明的實施方式。

(第一實施方式)

燃料電池通過用負極(anode)電極(燃料極)和正極(cathode)電極(氧化劑極)將電解質膜夾在中間并向負極電極供給含氫的負極氣體(燃料氣體)、向正極電極供給含氧的正極氣體(氧化劑氣體)來進行發電。在負極電極和正極電極這兩個電極處進行的電極反應如下。

負極電極：2H₂→4H⁺+4e^-…(1)

正極電極：4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O…(2)

通過該(1)、(2)的電極反應，燃料電池產生1伏特左右的電動勢。

在將燃料電池用作汽車用動力源的情況下，由于要求的電力大，因此作為將數百塊的燃料電池層疊所得的燃料電池堆來進行使用。然后，構成向燃料電池堆供給負極氣體和正極氣體的燃料電池系統，取出用于驅動車輛的電力。