[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)的控制裝置以及燃料電池系統(tǒng)的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580083043.3
• 申請(qǐng)日: 2015-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108028402B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 青木哲也;池田修久;小高敏和;巖崎大剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日產(chǎn)自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/04119
• 分類號(hào): H01M8/04119
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

燃料電池系統(tǒng)的控制裝置具備：陽(yáng)極氣體循環(huán)流量控制部，其基于由濕潤(rùn)狀態(tài)檢測(cè)部檢測(cè)出的電解質(zhì)膜的濕潤(rùn)狀態(tài)來(lái)控制陽(yáng)極氣體循環(huán)流量；以及優(yōu)先級(jí)設(shè)定部，其針對(duì)由濕潤(rùn)狀態(tài)控制部操作的多個(gè)物理量設(shè)定穩(wěn)定的操作的優(yōu)先級(jí)，并且，陽(yáng)極氣體循環(huán)流量控制部包括：陽(yáng)極氣體循環(huán)流量限制部，其在改變電解質(zhì)膜的濕潤(rùn)狀態(tài)的過(guò)渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)陽(yáng)極氣體循環(huán)流量的每單位時(shí)間的變化率進(jìn)行限制；以及控制量補(bǔ)充部，其在陽(yáng)極氣體循環(huán)流量的變化率被陽(yáng)極氣體循環(huán)流量限制部所限制的情況下，通過(guò)由優(yōu)先級(jí)設(shè)定部設(shè)定的穩(wěn)定的操作的優(yōu)先級(jí)比對(duì)陽(yáng)極氣體循環(huán)流量設(shè)定的穩(wěn)定的操作的優(yōu)先級(jí)低的物理量的操作，來(lái)對(duì)由于陽(yáng)極氣體循環(huán)流量的限制而不足的濕潤(rùn)狀態(tài)的控制量部分進(jìn)行補(bǔ)充。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通過(guò)對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行控制來(lái)控制燃料電池的電解質(zhì)膜的濕潤(rùn)狀態(tài)的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置及其控制方法。

背景技術(shù)

作為燃料電池系統(tǒng)，提出了陽(yáng)極氣體非循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)和陽(yáng)極氣體循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)，在該陽(yáng)極氣體非循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)中，不使作為燃料氣體的陽(yáng)極氣體循環(huán)，將反應(yīng)后的陽(yáng)極排氣與陰極排氣一起排出，在該陽(yáng)極氣體循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)中，使陽(yáng)極氣體循環(huán)，根據(jù)需要來(lái)從高壓罐追加供給陽(yáng)極氣體。

在燃料電池系統(tǒng)中，在陰極電極的電極反應(yīng)中生成的水、水蒸氣(下面稱為“水分”)通過(guò)交叉泄漏而流入到陽(yáng)極電極側(cè)的陽(yáng)極氣體流路。在陽(yáng)極氣體循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)中，能夠利用該水分來(lái)控制燃料電池內(nèi)的電解質(zhì)膜的濕潤(rùn)狀態(tài)(濕潤(rùn)度)，因此不需要在陽(yáng)極氣體供給通路、陽(yáng)極氣體循環(huán)通路設(shè)置加濕器。

在JP5104950B中公開(kāi)了如下一種燃料電池系統(tǒng)：在陽(yáng)極氣體循環(huán)型燃料電池系統(tǒng)中，測(cè)定燃料電池整體的電阻值，基于測(cè)定出的電阻值，來(lái)判定燃料電池的氧化劑氣體流路的入口附近和出口附近的水分量的過(guò)量與不足，在判定為該水分量過(guò)剩或者不足的情況下，對(duì)燃料氣體、氧化劑氣體的化學(xué)計(jì)量比(流量)、壓力進(jìn)行調(diào)整。

在如上所述的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料電池整體的電阻值大于規(guī)定值的情況下，判定為水分量不足，例如進(jìn)行以下控制：增加燃料氣體的化學(xué)計(jì)量比，并且減少燃料氣體的供給壓力。由此，燃料氣體與氧化劑氣體發(fā)生反應(yīng)而生成水，并且能夠增加陽(yáng)極氣體循環(huán)通路的體積流量。因而，能夠增加能夠保持在陽(yáng)極氣體循環(huán)通路側(cè)的水分量。

另一方面，在燃料電池整體的電阻值小于規(guī)定值的情況下，判定為水分量過(guò)剩，例如進(jìn)行以下控制：減少燃料氣體的化學(xué)計(jì)量比，并且增加燃料氣體的供給壓力。由此，抑制燃料氣體與氧化劑氣體的反應(yīng)來(lái)減少水的生成，并且能夠減少陽(yáng)極氣體循環(huán)通路的體積流量。因而，能夠增加通過(guò)包含于氧化劑氣體而排出到燃料電池外的水分量，從而減少能夠保持在陽(yáng)極氣體循環(huán)通路側(cè)的水分量。

在進(jìn)行如上所述的控制的情況下，在要增加燃料氣體的化學(xué)計(jì)量比時(shí)，啟動(dòng)設(shè)置于陽(yáng)極氣體循環(huán)通路的陽(yáng)極循環(huán)泵，使陽(yáng)極循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速上升，并且根據(jù)需要打開(kāi)設(shè)置于氫罐的下游的陽(yáng)極壓力調(diào)節(jié)閥，來(lái)供給燃料氣體。另外，在要減少燃料氣體的化學(xué)計(jì)量比時(shí)，使設(shè)置于陽(yáng)極氣體循環(huán)通路的陽(yáng)極循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速下降，并且根據(jù)需要打開(kāi)設(shè)置于陽(yáng)極氣體循環(huán)通路的放氣閥，來(lái)排出陽(yáng)極排氣。

發(fā)明內(nèi)容

然而，在這種情況下，有時(shí)會(huì)過(guò)渡性地變?yōu)榕c原本期望的控制相反的操作。即，當(dāng)想要使燃料電池內(nèi)的水分量增加而使陽(yáng)極循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速上升時(shí)，從使陽(yáng)極循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速上升的瞬間起，從燃料電池內(nèi)帶出的陽(yáng)極排氣的量過(guò)渡性地增加，燃料電池內(nèi)的水分量也過(guò)渡性地減少該陽(yáng)極排氣中包含的水或水蒸氣的量。另外，當(dāng)想要使燃料電池內(nèi)的水分量減少而使陽(yáng)極循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，從使陽(yáng)極循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速下降的瞬間起，流入到燃料電池內(nèi)的陽(yáng)極排氣的量過(guò)渡性地增加到比從燃料電池排出的陽(yáng)極排氣多，燃料電池內(nèi)的水分量過(guò)渡性地增加該陽(yáng)極排氣中包含的水或水蒸氣的量。

在這種過(guò)渡性的狀況下，存在以下問(wèn)題：不僅燃料電池的水分量控制延遲，而且有可能使燃料電池內(nèi)的電解質(zhì)膜損壞或劣化，并有可能由于所生成的水將陽(yáng)極氣體流路的出口附近堵塞而使燃料電池內(nèi)的氫(陽(yáng)極氣體)缺乏。