[發明專利]燃料電池系統

有效

• 申請號: 201480074610.4
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN105960728B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 青木哲也;松本充彥;金子庸平
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04828
• 分類號: H01M8/04828;H01M8/04992;H01M8/0444;H01M8/04492;H01M8/04537;H01M8/04791
• 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

本發明涉及一種具備接受負極(anode)氣體和正極(cathode)氣體的供給來進行發電的燃料電池的燃料電池系統。

背景技術

日本JP2009-210314A公開如下一種燃料電池系統：計算燃料電池的電容器成分的靜電容量，基于計算出的靜電容量來診斷燃料電池的電解質膜的濕潤度(含水量)。

發明內容

另一方面，本申請發明人們發現了：燃料電池的負極電極側的雙電層電容量和正極電極側的雙電層電容量的合成電容量不僅基于電解質膜的濕潤度發生變化，還基于燃料電池內的負極氣體濃度發生變化。

因此，在未考慮到燃料電池的合成電容量受負極氣體濃度的影響的上述燃料電池系統中，無法將燃料電池的電解質膜的干涸(干燥異常)、燃料電池內的負極氣體濃度的降低相區別地進行檢測。

本發明的目的在于提供如下一種燃料電池系統：能夠與燃料電池的電解質膜的濕潤度相區別地檢測燃料電池內的負極氣體濃度的狀態，從而能夠做出與負極氣體濃度狀態相應的適當應對。

根據本發明的某個方式，提供一種具備接受負極氣體和正極氣體的供給來進行發電的燃料電池的燃料電池系統。燃料電池系統具備：濕潤控制狀態判定部，其判定對燃料電池的電解質膜的濕潤度進行控制的濕潤控制是否被正常執行；合成電容量計算部，其計算燃料電池的合成電容量；以及負極氣體濃度控制部，其在判定為濕潤控制正常時燃料電池的合成電容量小于規定值的情況下，判定為燃料電池內的負極氣體濃度正在降低、或者執行負極氣體濃度的上升控制。

附圖說明

圖1是本發明的實施方式的燃料電池的立體圖。

圖2是圖1的燃料電池的II-II截面圖。

圖3是本發明的實施方式的燃料電池系統的概要結構圖。

圖4是表示燃料電池的等效電路的圖。

圖5是燃料電池系統的控制器所執行的管理控制的流程圖。

圖6是表示控制器所執行的濕潤度判定用內部阻抗HFR計算處理的流程圖。

圖7是用于說明燃料電池堆的合成電容量的計算原理的圖。

圖8是表示控制器所執行的合成電容量C計算處理的流程圖。

具體實施方式

下面，參照附圖等來說明本發明的實施方式。

燃料電池構成為用作為燃料極的負極電極和作為氧化劑極的正極電極將電解質膜夾在中間。燃料電池使用供給到負極電極的含有氫的負極氣體和供給到正極電極的含有氧的正極氣體來進行發電。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1V(伏特)左右的電動勢。

圖1和圖2是用于說明本發明的一個實施方式的燃料電池10的結構的圖。圖1是燃料電池10的立體圖，圖2是圖1的燃料電池10的II-II截面圖。

如圖1和圖2所示，燃料電池10具備膜電極組件(MEA)11以及以將MEA 11夾在中間的方式配置的負極隔板12和正極隔板13。

MEA 11由電解質膜111、負極電極112以及正極電極113構成。MEA 11在電解質膜111的其中一面側具有負極電極112，在另一面側具有正極電極113。

電解質膜111是由氟系樹脂形成的質子傳導性的離子交換膜。電解質膜111在濕潤狀態下表現出良好的電傳導性。

負極電極112具備催化劑層112A和氣體擴散層112B。催化劑層112A是由鉑或承載有鉑等的炭黑粒子形成的構件，設置成與電解質膜111接觸。氣體擴散層112B配置于催化劑層112A的外側。氣體擴散層112B是由具有氣體擴散性和導電性的碳布形成的構件，設置成與催化劑層112A及負極隔板12接觸。

與負極電極112同樣地，正極電極113也具備催化劑層113A和氣體擴散層113B。催化劑層113A配置于電解質膜111與氣體擴散層113B之間，氣體擴散層113B配置于催化劑層113A與正極隔板13之間。

負極隔板12配置于氣體擴散層112B的外側。負極隔板12具備用于向負極電極112供給負極氣體(氫氣)的多個負極氣體流路121。負極氣體流路121形成為槽狀通路。