[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810071595.8
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108390088B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石川裕司;山本隆士;長谷川茂樹
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/2457
• 分類號: H01M8/2457;H01M8/2465
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;陳煒

一種燃料電池系統(tǒng)包括：低頻疊加部，其將低頻信號疊加在燃料電池上；以及阻抗計算部，其被配置成計算在低頻疊加部將低頻信號疊加在燃料電池上時的燃料電池的低頻阻抗。該燃料電池系統(tǒng)包括：診斷部，其基于低頻阻抗來診斷燃料電池內(nèi)部的干燥程度；以及氧化劑氣體量調(diào)節(jié)部，其被配置成調(diào)節(jié)燃料電池中的氧化劑氣體的量。診斷部被配置成當(dāng)氧化劑氣體量調(diào)節(jié)部將氧化劑氣體的量調(diào)節(jié)為等于或小于基準(zhǔn)氣體量時基于低頻阻抗來診斷燃料電池內(nèi)部的干燥程度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種包括聚合物電解質(zhì)燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

已經(jīng)已知基于高頻范圍中的阻抗和低頻范圍中的阻抗來計算電解質(zhì)膜的水分含量和催化劑層的水分含量的技術(shù)，作為用于了解聚合物電解質(zhì)燃料電池內(nèi)部的干燥程度的技術(shù)(例如，參見日本專利申請公報第2010-165463號(JP 2010-165463A))。在該JP 2010-165463A中，描述了測量處于作為高頻的約1kHz處的燃料電池的阻抗作為高頻范圍中的阻抗。

發(fā)明內(nèi)容

需要具有高操作頻率的控制設(shè)備，以測量處于作為高頻的約1kHz處的燃料電池的阻抗。然而，這種控制設(shè)備的需求導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)的顯著成本增加，因此是不利的。

鑒于上述觀點，本發(fā)明提供了一種燃料電池系統(tǒng)，可以針對其了解聚合物電解質(zhì)燃料電池內(nèi)部的干燥程度，而無需具有高操作頻率的控制設(shè)備。

本發(fā)明人對在低頻信號疊加在燃料電池上時燃料電池的阻抗特性(下文中也稱為低頻阻抗)進行了研究。

作為結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在向燃料電池供給的氧化劑氣體的量不足的狀態(tài)下，低頻阻抗以類似于當(dāng)高頻信號疊加在燃料電池上時燃料電池的阻抗的方式改變。

鑒于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的一個方面是一種包括燃料電池的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池通過燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學(xué)反應(yīng)輸出電能。燃料電池是聚合物電解質(zhì)燃料電池。燃料電池系統(tǒng)包括：低頻疊加部，其被配置成將低頻信號疊加在燃料電池上，所述低頻信號處于等于或低于指定的基準(zhǔn)頻率的低頻處；阻抗計算部，其被配置成計算在低頻疊加部將低頻信號疊加在燃料電池上時的燃料電池的阻抗；診斷部，其被配置成基于由阻抗計算部計算出的阻抗來診斷燃料電池內(nèi)部的干燥程度；以及氧化劑氣體量調(diào)節(jié)部，其調(diào)節(jié)燃料電池中的氧化劑氣體的量。診斷部被配置成：當(dāng)氧化劑氣體量調(diào)節(jié)部將氧化劑氣體的量調(diào)節(jié)為等于或小于指定的基準(zhǔn)氣體量時，基于阻抗來診斷燃料電池內(nèi)部的干燥程度。

正如上所述，當(dāng)配置成在氧化劑氣體不足的狀態(tài)下計算燃料電池的阻抗時，不需要具有高操作頻率的控制設(shè)備，并且可以使用具有低操作頻率的控制設(shè)備，以了解聚合物電解質(zhì)燃料電池內(nèi)部的干燥程度。

附圖說明

下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施方式的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且其中：

圖1是根據(jù)實施方式的燃料電池系統(tǒng)的示意配置圖；

圖2是燃料電池中的電池的示意截面圖；

圖3是燃料電池中的電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖4是燃料電池系統(tǒng)中的診斷裝置的示意配置圖；

圖5是示出由AC分量ΔI加法部疊加在燃料電池的輸出電流上的低頻信號的曲線圖；

圖6是示出當(dāng)氧化劑氣體充分供給到燃料電池時在空氣電極側(cè)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的視圖；

圖7是示出當(dāng)向燃料電池供給的氧化劑氣體的量不足時在電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的視圖；

圖8包括示出在向燃料電池供給的空氣的量降低時低頻阻抗的變化的曲線圖；

圖9是由燃料電池系統(tǒng)中的診斷控制部執(zhí)行的診斷處理的流程圖；以及