CN101331635A - 燃料电池系统及其运行停止方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池系统，包括：具有催化剂层并接收反应气体供应以发电的燃料电池(20)；和向燃料电池供应制冷剂以控制燃料电池温度的制冷系统(73)，本发明也涉及用于停止该系统的运行的方法。当该系统在低温环境中运行时，则系统由于燃料电池中冻结而不能重起动。因此，在系统停止期间，已经执行控制使得：到燃料电池的冷却剂的流量被减小以降低冷却性能；并且继续燃料电池的运行以提高燃料电池等的温度。然而，执行这种控制不考虑下次系统起动期间的状态，从而已经存在该控制可能无用的问题。根据本发明，在推测下次系统起动期间燃料电池(20)的温度是预定温度或更低的情况下，在系统停止期间停止冷却剂的供应，并且在经过预定时间之后重新开始供应制冷剂，由此解决以上问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种设有燃料电池的燃料电池系统，该燃料电池在其中具有催化剂层，并且该燃料电池接收反应气体的供应以发电，并且本发明涉及一种用于停止系统运行的方法。
背景技术
近年来，燃料电池系统已经受到关注，其中利用燃料气体与氧化气体(这些气体在以后将被称为反应气体)的电化学反应发电的燃料电池被用作能量源。例如，当固态聚合物型燃料电池被置于0℃或者更低的低温环境中时，由于在燃料电池中的冻结，特别是催化剂层的冻结，电化学反应的进行受到干扰。在这种情形中，当在停止燃料电池的运行之后燃料电池不能被重起动时或者即使当燃料电池能够被起动时，发电效率被显著降低。
例如，在日本专利申请公开No.2003-151601中披露了一种技术，其中为了停止燃料电池系统，到燃料电池的冷却剂流量被减小以降低冷却性能并且其中燃料电池继续运行以通过使用电化学反应产生的热量升高燃料电池的温度。而且，在日本专利申请公开No.2005-322527中披露了一种技术，其中在燃料电池停止发电之后并且当在堆内部温度传感器探测到的温度和堆周边温度传感器探测到的温度之间的温差超过预定值时，冷却剂被冷却并且然后被引入燃料电池堆中。
发明内容
然而，在以上公开中披露的技术中，执行上述制冷剂控制而不考虑下次系统起动的任何状态，因此有可能执行无用的制冷剂控制。
为了解决该问题，本发明的一个目的在于提供一种燃料电池系统，它能够消除在系统停止期间在制冷剂控制中的浪费，以及一种用于停止系统运行的方法。
为了实现该目的，本发明的燃料电池系统是这样一种燃料电池系统，它包括：在其中具有催化剂层并且接收反应气体供应以发电的燃料电池；和向该燃料电池供应制冷剂以控制燃料电池温度的制冷系统，其中在假定在下次系统起动期间燃料电池的温度或者与燃料电池温度相关的温度是预定温度或者更低的情形中，在系统停止期间制冷系统停止制冷剂的供应，并且在经过预定时间之后重新开始制冷剂的供应。
根据该构造，根据在下次系统起动期间燃料电池的温度假定结果控制制冷剂供应的停止和重新开始(制冷剂控制)。应该指出与燃料电池温度相关的温度的实例是外部空气温度。
在本发明的燃料电池系统中，在系统停止期间，可以允许燃料电池在其中到燃料电池的反应气体供应受阻的状态下发电。
根据该构造，即使在制冷剂供应停止之后，也继续燃料电池的发电，由此在燃料电池中的水分蒸发由于伴随发电的发热而得以促进。
在本发明的燃料电池系统中，制冷系统可以例如向燃料电池间歇地供应制冷剂以控制向燃料电池的制冷剂供应从而在燃料电池和供应到燃料电池的制冷剂之间的温差具有预定值或者更低。
当在燃料电池和供应到燃料电池的制冷剂之间的温差具有预定值或者更高时，由于这种温差引起的热冲击，有可能在燃料电池中产生破裂例如裂纹。然而，根据该构造，例如，制冷剂被间歇地供应到燃料电池以将温差降低到预定值或者更低，由此在燃料电池上的热冲击可被减轻。应该指出燃料电池的温度可以是从燃料电池排出的制冷剂的温度。
本发明的燃料电池系统可包括异常判断部分，该部分基于从燃料电池排出的制冷剂温度判断制冷系统的异常。
当制冷剂正常循环通过制冷系统并且冷却燃料电池时，与供应到燃料电池的制冷剂温度相比，从燃料电池排出的制冷剂的温度应该升高。因此，根据该构造，从燃料电池排出的制冷剂的温度被监视，并且当温度未升高时，可以考虑制冷系统存在特定异常例如在制冷剂路径中发生堵塞。
应该指出其中制冷剂温度不升高的情形不仅包括其中制冷剂温度根本不升高的情形，而且还包括其中每单位时间温度升高宽度或者温度升高比率是预定值或者更低的情形。
根据本发明的用于停止燃料电池系统的运行的方法是这样一种用于停止燃料电池系统的运行的方法，该燃料电池系统包括：在其中具有催化剂层并且接收反应气体供应以发电的燃料电池；和向该燃料电池供应制冷剂以控制燃料电池的温度的制冷系统，其中在假定在下次系统起动期间燃料电池的温度或者与燃料电池温度相关的温度是预定温度或者更低的情形中，在系统停止期间停止制冷剂的供应，并且在经过预定时间之后重新开始制冷剂的供应。
根据该构造，根据在下次系统起动期间燃料电池的温度假定结果控制制冷剂供应的停止和重新开始(制冷剂控制)。
根据本发明，根据在下次系统起动期间燃料电池的温度假定结果控制制冷剂供应的停止和重新开始(制冷剂控制)，从而可以消除在系统停止期间的制冷剂控制中的浪费。
附图说明
图1是概略地示出根据本发明的燃料电池系统的一个实施例的系统构造图表；和
图2是示出由图1示出的控制部分执行的燃料电池系统停止运行的流程图。
具体实施方式
下面，将描述根据本发明的燃料电池系统的一个实施例。将在下面描述其中该燃料电池系统被应用于燃料电池车辆的车载发电系统的一种情形，但是本发明并不限于这种应用实例。本发明可被应用于任何移动体例如船、飞机或者火车或者行走机器人，并且另外地可被应用于其中燃料电池被用作用于建筑物(房屋、高楼等)的发电设备的固定发电系统。
如图1所示，空气(外部空气)作为氧化气体(反应气体)经由空气供应路径71被供应到燃料电池20的空气供应端口。空气供应路径71设有从空气移除细小颗粒的空气过滤器A1、加压空气的压缩机A3、探测供应空气压力的压力传感器P4、和向空气添加所需水分的增湿器A21。压缩机A3被电机(辅助器件)驱动。该电机被以后描述的控制部分50驱动和控制。应该指出空气过滤器A1设有探测空气流量的空气流量计(未示出)。
经由排气路径72排出从燃料电池20排出的空气废气。排气路径72设有探测排气压力的压力传感器P1、压力调节阀A4和增湿器A21的热交换器。压力传感器P1设于燃料电池20的空气排气端口的附近。压力调节阀A4用作设定到燃料电池20的供应空气压力的压力调节(压力降低)单元。
压力传感器P4、P1的探测信号(未示出)被发送到控制部分50。控制部分50调节压缩机A3的电机旋转速度和压力调节阀A4的开口面积以设定关于燃料电池20的供应空气压力和供应空气流量
氢气作为燃料气体(反应气体)从氢供应源30经由燃料供应路径74被供应到燃料电池20的氢供应端口。氢供应源30相应于例如高压氢罐，但是可以是燃料重整器，氢夹附合金等。
燃料供应路径74设有从氢供应源30供应氢或者停止供应的隔断阀H100、探测来自氢供应源30的氢气的供应压力的压力传感器P6、降低至燃料电池20的氢气的供应压力以调节压力的氢压力调节阀H9、探测氢压力调节阀H9的下游侧上的氢气压力的压力传感器P9、在燃料电池20的氢供应端口和燃料供应路径74之间打开和关闭的隔断阀H21，和探测燃料电池20的氢气的进口压力的压力传感器P5。
当可以使用降低压力的氢压力调节阀H9，例如，机械压力调节阀时，但是可以使用阀开度被脉冲电机线性或者连续调节的阀。压力传感器P5、P6和P9的探测信号(未示出)被供应到控制部分50。
未被燃料电池20消耗的氢气作为氢废气被排出到氢循环路径75，并且被返回到燃料供应路径74的氢压力调节阀H9的下游侧。氢循环路径75设有探测氢废气的温度的温度传感器T31、将燃料电池20连接到氢循环路径75或者从氢循环路径75断开的隔断阀H22、从氢废气收集水分的气体-液体分离器H42，将形成的和收集到的水分返回到氢循环路径75外部的罐(未示出)等的水分排出阀H41、加压氢废气的氢泵H50和止回阀H52。
隔断阀H21、H22在阳极侧上关闭燃料电池20。温度传感器T31的探测信号(未示出)被供应到控制部分50。利用控制部分50控制氢泵H50的运行。
氢废气加入燃料供应路径74中的氢气，被供应到燃料电池20并且被再次使用。止回阀H52防止在氢循环路径75一侧上燃料供应路径74的氢气的回流。响应于来自控制部分50的信号驱动隔断阀H100、H21和H22。
氢循环路径75经由排出控制阀H51被净化通道76连接到排气路径72。排出控制阀H51是电磁隔断阀，并且根据来自控制部分50的命令运行以从系统排出(净化)氢废气。该净化运行间歇地执行，由此能够防止氢废气的循环重复进行从而由于在燃料极侧上的氢气的杂质浓度升高而降低电池电压。
燃料电池20的冷却水出口/进口设有循环冷却水(制冷剂)通过那里的冷却路径73。冷却路径73设有探测从燃料电池20排出的冷却水的温度的温度传感器T1、从系统散出冷却水的热量的散热器(热交换器)C2、加压并且循环冷却水的泵C1、和探测将被供应到燃料电池20的冷却水的温度的温度传感器T2。散热器C2设有被电机驱动和旋转的冷却风扇C13。
温度传感器T1、T2的探测信号被供应到控制部分50，并且由控制部分50控制泵C1和冷却风扇C13的驱动。即，在该实施例中，冷却路径73、温度传感器T1、散热器C2、泵C1、温度传感器T2、冷却风扇C13和控制部分50构成本发明的制冷系统。
燃料电池20被构造为燃料电池堆，其中用于接收燃料气体和氧化气体的供应以发电的预定数目的单体电池被层叠。每一个单体电池由具有流体通道(反应气体通道、制冷剂通道)并且由导电材料形成的一对分离器、和保持在该对分离器之间的膜电极组件(MEA)构成。MEA由电解质薄膜和在该薄膜的相对表面上布置的一对电极构成，并且每一个电极均具有其中催化剂层和扩散层从电解质薄膜一侧被层叠的结构。
催化剂层邻近电解质薄膜布置，并且包括例如固态电解质、碳颗粒(载有催化剂的碳)和由碳颗粒携带的催化剂。作为催化剂，优选使用例如铂、铂合金等。在另一方面，扩散层是具有通过流体(燃料气体、氧化气体和形成的水)的功能以及通过催化剂层和分离器导电的功能的导体。
燃料电池20设有气体通道，该气体通道经由MEA在燃料电池的相对表面上由扩散层和分离器的流体通道凹槽形成，由此氢气作为燃料气体并且空气作为氧化气体被供应到气体通道，并且氢气经由MEA与空气中的氧发生电化学反应以发电。
由燃料电池20产生的电力被供应到电力控制单元(未示出)。电力控制单元包括向车辆的驱动电机供应电力的逆变器，向任何辅助器件例如压缩机电机或者用于氢泵的电机供应电力的逆变器，向蓄电装置例如二次电池充电以从蓄电装置向电机等供应电力的DC-DC转换器。
控制部分50从所需负载例如车辆加速信号(未示出)和燃料电池系统1的多个部分的传感器(压力传感器、温度传感器、流量传感器、输出电流计、电压计等)接收控制信息以控制多个阀和系统多个部分的电机的运行。
另外，例如，在使用者(驾驶员)熄火等以接收系统停止命令之后，控制部分50估计燃料电池20在下次系统起动期间的温度，并且基于估计结果对设于冷却路径73中的泵C1等执行间隙运行以降低燃料电池20中的水分。
而且，在该实施例中，使用者能够任意地选择是否需要通过执行这种泵C1等的间隙运行而实现的水分降低处理(在下面有时将被简称为“水分降低处理”)，而与控制部分50的估计结果无关。例如，在其中使用者将选择开关设为“开”的情形中，即使当假定温度超过预定阈值时，控制部分50也执行水分降低处理。
在另一方面，在其中使用者将选择开关设为“关”的情形中，即使当假定温度具有预定阈值或者更低时，控制部分50也不执行水分降低处理。而且，在其中使用者将选择开关设为“自动”的情形中，控制部分50基于估计的温度执行水分降低处理。
关于在下次系统起动期间燃料电池20的温度，通过使用从外部智能交通系统(ITS)获得的在相应场地中的过去的温度过渡信息和估计的温度过渡信息、日历信息(月、日等)和时间信息从使用例如GPS等测得的车辆位置坐标估计从现在开始预计将由车辆接收的外部空气温度的变化。该控制部分也被称为映射等，其示意在预先存储于控制部分50的存储单元等中的外部空气温度和燃料电池20的内部温度(在以后将被称为电池内部温度)之间的关系以估计燃料电池的温度。
例如，在其中假定电池内部温度为0度或者更低的情形中执行水分降低处理。如下描述，水分降低处理允许燃料电池20在其中到燃料电池20的冷却水供应和反应气体供应均被停止的状态下发电。更具体地，在其中沿着冷却路径73设置的散热器C2的泵C1和冷却风扇C13被停止的状态下，允许燃料电池20发电。
应该指出控制部分50由控制计算机系统(未示出)构成。这个控制计算机系统具有已知的构造，包括CPU、ROM、RAM、HDD和输入/输出接口、显示器等，并且由可通过商业途径获得的用于控制的计算机系统构成。
下面，将描述利用控制部分50的燃料电池系统1的停止运行。在主控制程序(未示出)中，在其中控制部分50判断指示进行停止运行(例如，点火关)的命令已被发出或者标志已被设定(事件发生)的情形中，执行图2流程图中示出的处理。
首先，控制部分50从车载GPS接收(获得)根据本实施例的燃料电池系统1在其上安装的车辆的位置坐标(步骤S1)。随后，在步骤S1中接收到的位置坐标被发送到ITS，并且从ITS接收(获取)在相应场地中的过去温度过渡信息和估计温度过渡信息(步骤S3)。随后，基于在步骤S3中接收的温度过渡信息和估计温度过渡信息、日历信息(月、日等)和时间信息估计从现在开始预计将由车辆接收的温度变化，并且参考示出在外部空气温度和电池内部温度之间的关系的映射估计在下次系统起动期间的电池内部温度(步骤S5)。
在这之后，判断估计的电池内部温度是否具有预定阈值(例如0℃)或者更低，换言之，在下次系统起动期间电池特别是催化剂层是否被冻结(步骤S7)。在该判断结果为″是″的情形中，该处理前进到步骤S9，其中判断使用者是否选择选择开关的“开”，“关”或者“自动”的设定，即，判断使用者设置。
在其中使用者设置为“关”的情形中，即使当步骤S7的判断结果为“是”时，换言之，即使当在下次系统起动期间电池未被冻结时，根据使用者的意愿，作为水分降低处理的一个实例执行的步骤S11的处理，即，泵C1的间隙运行等被跳过。在另一方面，在其中使用者设定为“自动”的情形中，根据步骤S7的判断结果“是”执行步骤S11的处理。在其中使用者设置为″开″的情形中，根据使用者意向执行该处理。
在步骤S11的水分降低处理中，首先压缩机A1的运行停止以阻止到燃料电池20的氧化气体供应。而且，隔断阀H100被关闭以阻止到燃料电池20的燃料气体供应，由此允许燃料电池20在反应气体供应被阻止的状态下发电。
然后，沿着冷却路径73设置的泵C1的运行，和散热器C2的冷却风扇C13的运行被停止。结果，允许燃料电池20在其中冷却水循环被停止的状态下发电，从而燃料电池20的温度快速地升高，并且促进了在燃料电池10中停留的水分的蒸发。结果，在下次系统起动期间电池中的冻结，特别是催化剂层的冻结被有效地禁止。
然而，当向燃料电池20的冷却水供应被停止并且燃料电池20的温度升高到预定的催化剂氧化温度时，催化剂层有时被氧化。因此，在间隙运行期间泵C1和冷却风扇C13的运行被停止，然后，在经过预定时间之后，泵C1和冷却风扇C13的运行重新开始。结果，能够禁止在催化剂层中使用的载有催化剂的碳的氧化，从而能够提高燃料电池20的耐用性。
在另一方面，当在间隙运行期间泵C1和冷却风扇C13的运行重新开始并且在燃料电池20和供应到燃料电池20的冷却水之间的温差ΔT是预定值或更高时，可能在燃料电池20中由于该温差ΔT引起的热冲击而产生破裂例如裂纹。因此，泵C1和冷却风扇C13间歇地运行从而温差ΔT不高于预定值，由此防止燃料电池20的温度过度升高。
此时，泵C1和冷却风扇C13可以根据燃料电池20或者催化剂层的温度间歇地运行，或者可以在每一预定时间之后间歇地运行。如上所述，当在间隙运行期间泵C1和冷却风扇C13继续运行时产生的温差ΔT被降低到预定值或者更低，由此在间隙运行期间赋予燃料电池20的热冲击能被减轻。应该指出作为燃料电池20或者催化剂层的温度的替代，可以使用利用温度传感器T1测量的冷却水的温度。
而且，在泵C1和冷却风扇C13的间隙运行期间，控制部分50也用作判断冷却水系统(制冷系统)异常例如冷却路径73堵塞的异常判断部分。如果冷却水正常地循环通过冷却路径73并且冷却燃料电池20，则与供应到燃料电池20的冷却水的温度相比，从燃料电池20排出的冷却水的温度应该升高。
因此，在该实施例的燃料电池系统1中，利用温度传感器T1监视从燃料电池20排出的冷却水的温度，并且在其中温度不升高的情形中，判断在冷却水系统中产生某种异常，例如，冷却路径73被堵塞。应该指出其中冷却水的温度不升高的情形不仅包括其中冷却水温度根本不升高的情形，而且还包括其中每单位时间温度升高宽度或者温度升高比率是预定值或者更低的情形。
在其中步骤S7的判断结果是″否″的情形中，换言之，在其中在下次系统起动期间电池未被冻结的情形中，处理前进到步骤S21，其中判断使用者选择选择开关的设置″开″，″关″或者“自动”，即，判断使用者设置。使用者设置的该判断处理类似于步骤S9的处理，并且因此省去其描述。
作为步骤S21的判断结果，在其中使用者设置为“开”的情形中，即使当步骤S7的判断结果为“否”时，换言之，即使当在下次系统起动期间电池未冻结时，也根据使用者意愿执行步骤S11的处理。
在另一方面，在其中使用者设置为“自动”的情形中，根据步骤S7的判断结果“否”，步骤S11的处理被跳过。当使用者设置为“关”时，根据使用者意向，处理被跳过。
如上所述，根据该实施例的燃料电池系统1和用于停止系统运行的方法，在系统停止期间停止向燃料电池20的冷却水供应，由此促进了通过燃料电池20保持的热导致的在燃料电池20中的水分的蒸发，该燃料电池由于发电而产生热。因此，在下次系统起动期间在燃料电池20中的催化剂层的冻结可被禁止。
而且，向燃料电池20的冷却水供应被停止，然后在经过预定时间之后，重新开始向燃料电池20的冷却水供应。即，泵C1等间歇地运行，由此在系统停止时和系统停止期间催化剂层的氧化可被禁止。如从上述可以清楚，根据该实施例，根据在下次系统起动期间燃料电池20的温度估计结果控制制冷剂供应的停止和重新开始(制冷剂控制)，从而在系统停止期间可以消除制冷剂控制的浪费。
而且，使用者能够根据例如在下次系统起动期间使用者计划或者假定的状态(例如，月、日、时间、光照、阴暗、山区、平原地区等)任意地选择是否执行步骤S11的水分降低处理。因此，即使在其中控制部分50判断需要水分降低处理的情形中(步骤S7：“是”)，也可以强制地禁止这种处理。在另一方面，相反，即使在其中控制部分50判断不需要水分降低处理的情形中(步骤S7：“否”)，这种处理也可被强制地执行，并且提高方便性。
应该指出以上实施例仅仅用于示意本发明，并且本发明不限于该实施例。例如，对于较短时期，学习其中例如用户每天早晨基本在预定时间乘车往返上班的用户行为模式，或者学习对于中等或者较长时期例如以月为单位或者以年为单位的用户行为模式。在运行或者运行停止期间时，获得下次起动时刻(月、日、时间等)，并且可以根据其中燃料电池的温度或者与该温度相关的温度与时刻相关联的时刻和天气(温度)映射估计在下次系统起动期间的温度。可以从燃料电池系统1或者车辆外部给出该天气映射，或者可以被学习。
工业实用性
根据本发明，根据在下次系统起动期间燃料电池的温度估计结果控制制冷剂供应的停止和重新开始(制冷剂控制)，从而在系统停止期间能够消除制冷剂控制的浪费。因此，本发明可被广泛应用于具有这种要求和用于停止系统运行的方法的燃料电池系统中。
Claims (6)
1.一种燃料电池系统，包括：燃料电池，所述燃料电池中具有催化剂层，并且所述燃料电池接收反应气体的供应以发电；和制冷系统，所述制冷系统将制冷剂供应到该燃料电池以控制所述燃料电池的温度，
其中在假定在下次系统起动期间所述燃料电池的温度或者与所述燃料电池的温度相关的温度是预定温度或更低温度的情形中，在系统停止期间所述制冷系统停止所述制冷剂的供应，并且在经过预定时间之后所述制冷系统重新开始所述制冷剂的供应。
2.根据权利要求1的燃料电池系统，其中在所述系统停止期间，在阻断对所述燃料电池的反应气体供应的状态下允许所述燃料电池发电。
3.根据权利要求1或2的燃料电池系统，其中所述制冷系统控制对所述燃料电池的制冷剂供应，从而在所述燃料电池和供应到所述燃料电池的所述制冷剂之间的温差具有预定值或更小值。
4.根据权利要求3的燃料电池系统，其中所述制冷系统间歇地将所述制冷剂供应到所述燃料电池。
5.根据权利要求1到4中任一项的燃料电池系统，还包括：
异常判断部分，所述异常判断部分基于从所述燃料电池排出的所述制冷剂的温度判断所述制冷系统的异常。
6.一种用于停止燃料电池系统的运行的方法，所述燃料电池系统包括：燃料电池，所述燃料电池中具有催化剂层，并且所述燃料电池接收反应气体的供应以发电；和制冷系统，所述制冷系统将制冷剂供应到该燃料电池以控制所述燃料电池的温度，
其中在假定在下次系统起动期间所述燃料电池的温度或者与所述燃料电池的温度相关的温度是预定温度或更低温度的情形中，在系统停止期间停止所述制冷剂的供应，并且在经过预定时间之后重新开始所述制冷剂的供应。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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