[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210142261.1
• 申請(qǐng)日: 2022-02-16
• 公開（公告）號(hào): CN114976105A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佐藤博道
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/04007
• 分類號(hào): H01M8/04007;H01M8/04029
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王鑫

本發(fā)明提供能夠兼顧高溫時(shí)的燃料電池的迅速的冷卻和系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的燃料電池的迅速的加熱的燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)的特征在于，控制部通過控制三通閥來切換為散熱器循環(huán)或者第3流路循環(huán)中的任一方的循環(huán)系統(tǒng)，該散熱器循環(huán)供制冷劑通過第1流路流動(dòng)至散熱器，該第3流路循環(huán)供上述制冷劑繞過上述散熱器而通過第3流路流動(dòng)至第2流路，在上述制冷劑的溫度為低溫閾值以下時(shí)，上述控制部從上述散熱器循環(huán)切換為上述第3流路循環(huán)，且關(guān)閉第1閥，在上述制冷劑的溫度為高溫閾值以上時(shí)，上述控制部打開上述第1閥，使上述制冷劑以在儲(chǔ)存罐流動(dòng)的方式循環(huán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池(FC)是在層疊1個(gè)單電池或者多個(gè)單電池(以下，存在簡(jiǎn)稱為單元的情況)而成的燃料電池組(以下，存在簡(jiǎn)稱為電池組的情況)通過氫等燃料氣體與氧等氧化劑氣體的電化學(xué)反應(yīng)而取出電能的發(fā)電裝置。其中，實(shí)際向燃料電池供給的燃料氣體以及氧化劑氣體是與無助于氧化/還原的氣體的混合物的情況較多。特別是，氧化劑氣體是包括氧的空氣的情況較多。

其中，以下也存在將燃料氣體、氧化劑氣體簡(jiǎn)稱為“反應(yīng)氣體”或“氣體”而不特別區(qū)別的情況。另外，存在將單電池以及層疊單電池而成的燃料電池組均稱為燃料電池的情況。

該燃料電池的單電池通常具備膜電極接合體(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。

膜電極接合體具有在固體高分子型電解質(zhì)膜(以下，亦簡(jiǎn)稱為“電解質(zhì)膜”)的兩面分別依次形成有催化劑層以及氣體擴(kuò)散層(GDL，以下存在簡(jiǎn)稱為擴(kuò)散層的情況)的構(gòu)造。因此，存在膜電極接合體被稱為膜電極氣體擴(kuò)散層接合體(MEGA)的情況。

單電池根據(jù)需要而具有夾持該膜電極氣體擴(kuò)散層接合體的兩面的2張隔板。隔板通常具有在與氣體擴(kuò)散層相接的面形成有作為反應(yīng)氣體的流路的槽的構(gòu)造。其中，該隔板具有電子傳導(dǎo)性，還作為發(fā)出的電力的集電體發(fā)揮功能。

在燃料電池的燃料極(陽(yáng)極)中，從氣體流路以及氣體擴(kuò)散層供給的作為燃料氣體的氫(H₂)因催化劑層的催化劑作用而質(zhì)子化，并通過電解質(zhì)膜向氧化劑極(陰極)移動(dòng)。同時(shí)生成的電子通過外部電路進(jìn)行做功，向陰極移動(dòng)。供給至陰極的作為氧化劑氣體的氧(O₂)在陰極的催化劑層與質(zhì)子以及電子反應(yīng)，生成水。所生成的水對(duì)電解質(zhì)膜賦予適度的濕度，多余的水透過氣體擴(kuò)散層被向系統(tǒng)外排出。

對(duì)車載于燃料電池車輛(以下存在稱為車輛的情況)而使用的燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了各種研究。由于固體高分子電解質(zhì)膜通常在80℃左右的動(dòng)作溫度下工作，所以希望在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將在燃料電池主體產(chǎn)生的反應(yīng)熱經(jīng)由冷卻液向外部散熱來維持運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，并且在低溫啟動(dòng)時(shí)迅速地將冷卻液加熱至運(yùn)轉(zhuǎn)溫度。

例如在專利文獻(xiàn)1中公開了如下的技術(shù)：在散熱器與儲(chǔ)存罐之間設(shè)置有開閉閥，當(dāng)電池組溫度不高時(shí)，通過將閥關(guān)閉來將溫度低的冷卻水困在儲(chǔ)存罐內(nèi)，當(dāng)電池組溫度上升時(shí)，敞開閥來將儲(chǔ)存罐內(nèi)的低溫的冷卻水利用到電池組的冷卻中。

在專利文獻(xiàn)2中，公開了一種減輕對(duì)燃料電池主體進(jìn)行冷卻的防凍液的劣化且減輕散熱器的散熱負(fù)載的燃料電池系統(tǒng)。

在專利文獻(xiàn)3中公開了一種如下的冷卻系統(tǒng)：在搭載有燃料電池以及車輛控制系統(tǒng)的車輛中，當(dāng)因上述車輛的車輛控制系統(tǒng)所發(fā)出的截?cái)嘈盘?hào)指令而截?cái)嗔松鲜鋈剂想姵嘏c上述車輛的負(fù)載電路之間的連接時(shí)，將該燃料電池的溫度冷卻至氣氛溫度的水平。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2017－054648號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2004－039560號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2014－197543號(hào)公報(bào)