[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: 201580078391.1
• 申請日: 2015-03-27
• 公開（公告）號: CN107431226B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 池田修久;青木哲也
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04492
• 分類號: H01M8/04492;H01M8/04746;H01M8/04701
• 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

燃料電池系統向燃料電池的電解質膜供給燃料和氧化劑，對氧化劑的供給和燃料的供給進行控制來控制燃料電池的發電。燃料電池系統檢測電解質膜的濕潤狀態，對向燃料電池供給的燃料的流量進行調整，對向燃料電池供給的氧化劑的溫度進行調整。燃料電池系統在根據與濕潤狀態有關的信號來減少電解質膜的水分時，與增加電解質膜的水分時相比，使燃料的流量減少，并且根據與濕潤狀態有關的信號來使氧化劑的溫度上升。

技術領域

本發明涉及一種對向燃料電池供給的燃料的流量和燃料電池的溫度進行調整的燃料電池系統以及燃料電池系統的控制方法。

背景技術

日本專利第5104950號公報中公開了如下一種燃料電池系統：當降低電解質膜的濕潤度(含水量)的烘干操作結束時，通過對向電解質膜供給的燃料的流量進行增減，來維持電解質膜的濕潤狀態。

發明內容

在如上所述的燃料電池系統中，向燃料電池供給的氧化劑氣體被伴隨發電而產生的水蒸氣所加濕，因此該水蒸氣與未被使用的氧化劑氣體一起從燃料電池排出。因此，在執行烘干操作時，為了使氧化劑氣體所能夠保持的水蒸氣量增加，而使燃料電池的溫度上升。

然而，隨著燃料電池的溫度上升，燃料氣體所能夠保持的水蒸氣量也增加，因此從氧化劑氣體透過電解質膜后混入到燃料氣體的水蒸氣量也增加。當燃料氣體中的水蒸氣增加時，由于燃料氣體的水分而電解質膜的濕潤度難以降低，因此存在烘干操作所需的時間變長的問題。

本發明是著眼于這種問題而完成的，其目的在于提供一種高效地控制燃料電池的濕潤狀態的燃料電池系統以及燃料電池系統的控制方法。

根據本發明的某個方式，燃料電池系統具備：燃料供給單元，其向燃料電池的電解質膜供給燃料；氧化劑供給單元，其向所述電解質膜供給氧化劑；以及發電控制單元，其對通過所述氧化劑供給單元進行的氧化劑的供給以及通過所述燃料供給單元進行的燃料的供給進行控制，來控制所述燃料電池的發電。燃料電池系統的特征在于，包括：濕潤狀態檢測單元，其檢測所述電解質膜的濕潤狀態；流量調整單元，其對通過所述燃料供給單元向所述燃料電池供給的燃料的流量進行調整；以及溫度調整單元，其對通過所述氧化劑供給單元向所述燃料電池供給的氧化劑的溫度進行調整。在根據從所述濕潤狀態檢測單元輸出的信號來減少所述電解質膜的水分時，與增加所述電解質膜的水分時相比，所述發電控制單元使所述燃料的流量減少，并且根據來自所述濕潤狀態檢測單元的信號來使所述氧化劑的溫度上升。

附圖說明

圖1是表示本發明的實施方式中的燃料電池的結構的立體圖。

圖2是圖1所示的燃料電池的II-II截面圖。

圖3是表示本實施方式中的燃料電池系統的結構的圖。

圖4是表示對燃料電池系統進行控制的控制器的功能結構的一例的框圖。

圖5是表示對燃料電池中的電解質膜的濕潤狀態進行檢測的功能結構的一例的圖。

圖6是表示連接于燃料電池的負載的大小與燃料電池的最低溫度之間的關系的一例的圖。

圖7是表示連接于燃料電池的負載的大小與電解質膜的作為目標的濕潤狀態之間的關系的圖。

圖8是表示對向燃料電池供給的陽極氣體的目標流量進行運算的功能結構的一例的圖。

圖9是表示向燃料電池供給的陽極氣體同陰極氣體的流量比與陰極氣體的相對濕度之間的關系的圖。

圖10是表示對向燃料電池堆供給的冷卻水的目標溫度進行運算的功能結構的一例的圖。

圖11是表示對第一實施方式中的燃料電池系統進行控制的控制方法的一例的流程圖。

圖12是表示執行減少電解質膜的水分的烘干操作時的燃料電池系統的狀態變化的時序圖。