[發明專利]燃料電池系統和燃料電池系統的控制方法

有效

• 申請號: 201811184278.3
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109698369B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 貞光貴裕
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04111
• 分類號: H01M8/04111;H01M8/0438;H01M8/04746
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;董娟

本發明涉及燃料電池系統和燃料電池系統的控制方法。一種燃料電池系統，包括驅動將空氣供應至燃料電池的壓縮機的電機、輔助壓縮機的渦輪機、打開和關閉旁路流動路徑的旁路閥以及控制器。當所需空氣流量等于或高于預定閾值時，控制器關閉旁路閥并控制電機以使空氣以與所需空氣流量相對應的流量流過燃料電池。當所需空氣流量低于閾值時，控制器打開旁路閥以使空氣還流過旁路流動路徑，并且將電機控制成使空氣以與所需空氣流量相對應的流量流過燃料電池。

技術領域

本發明涉及燃料電池系統和燃料電池系統的控制方法。

背景技術

關于燃料電池系統，例如，日本未審查專利申請公布第2013-182781號(JP 2013-182781A)公開了一種由驅動電機驅動的氣體供應旋轉機器和由陰極廢氣的能量旋轉的膨脹機，以將空氣供應至燃料電池的陰極。

發明內容

在JP 2013-182781A中描述的燃料電池系統中，在燃料電池的所需輸出功率小的操作狀態下，燃料電池所需的空氣的流量小。因此，由氣體供應旋轉機器(壓縮機)排放的空氣的流量減少。在這種情況下，供應到膨脹機(渦輪機)的陰極廢氣的供應流量也減少，并且渦輪機的驅動力減少。因此，存在壓縮機的效率降低并且燃料電池系統的燃料經濟性劣化的可能性。

已經做出本發明以解決上述問題，并且可以以下面的形式實現。

(1)本發明的第一方面涉及一種燃料電池系統，包括：燃料電池、空氣供應流動路徑、空氣排放流動路徑、壓縮機、電機、渦輪機、旁路流動路徑、旁路閥以及控制器?？諝夤鲃勇窂奖慌渲贸蓪⒖諝夤寥剂想姵??？諝馀欧帕鲃勇窂奖慌渲贸蓪⒖諝鈴娜剂想姵嘏欧拧嚎s機被配置成將空氣供應至空氣供應流動路徑。電機被配置成驅動壓縮機。渦輪機被設置在空氣排放流動路徑中，以輔助電機對壓縮機的驅動。旁路流動路徑被配置成使空氣供應流動路徑中壓縮機的下游側與空氣排放流動路徑中渦輪機的上游側連通。旁路閥被配置成打開和關閉旁路流動路徑?？刂破鞅慌渲贸筛鶕杩諝饬髁?其為燃料電池的發電所需的空氣流量)來控制電機的驅動以及旁路閥的打開和關閉。當所需空氣流量等于或高于預定閾值時，控制器執行第一控制，在第一控制中，(i)關閉旁路閥，并且(ii)電機的驅動被控制成使空氣以與所需空氣流量相對應的流量流過燃料電池，并且當所需空氣流量低于預定閾值時，控制器執行第二控制，在第二控制中，(i)打開旁路閥以使空氣還流過旁路流動路徑，并且(ii)電機的驅動被控制成使空氣以與所需空氣流量相對應的流量流過燃料電池。利用這種形式的燃料電池系統，當所需空氣流量低時，由壓縮機供應的空氣不僅被直接供應至燃料電池而且還被供應至渦輪機，用于輔助通過旁路流動路徑驅動壓縮機。因此，在不降低供應至燃料電池的空氣流量的情況下，可以降低用于驅動壓縮機的電機的功率消耗。這使得可以改善燃料電池系統的燃料經濟性。

(2)在根據上述方面的燃料電池系統中，預定閾值可以是基于流量來確定的值，在該流量下，電機的功率消耗相對于從燃料電池系統中的壓縮機排放的空氣的流量變得最小。利用該燃料電池系統，可以進一步改善燃料電池系統的燃料經濟性。

(3)在根據上述方面的燃料電池系統中，當每單位時間所需空氣流量的增加量等于或大于預定增加量時，無論所需空氣流量是否低于預定閾值，控制器都可以關閉旁路閥。利用該燃料電池系統，當每單位時間所需空氣流量的增加量增加至預定增加量或高于預定增加量時，可以防止具有與增加的所需空氣流量相對應的流量的空氣朝向旁路流動路徑流動。因此，當每單位時間所需空氣流量的增加量增加至預定增加量或高于預定增加量時，可以抑制向燃料電池供應空氣的延遲。

(4)根據上述方面的燃料電池系統還可以包括儲蓄罐，該儲蓄罐連接至旁路流動路徑中旁路閥的下游側，并且被配置成存儲流過旁路流動路徑的空氣。利用該燃料電池系統，在第二控制期間，流過旁路流動路徑的一部分空氣可以被存儲在儲蓄罐中。因此，即使當切換控制并且關閉旁路閥時，在第二控制期間存儲在儲蓄罐中的空氣可以被供應至渦輪機。因此，即使當旁路閥處于關閉狀態時，也可以增加渦輪機的驅動力，以用于輔助電機對壓縮機的驅動。