CN101523652A - 燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101523652A
CN101523652A CNA2007800378935A CN200780037893A CN101523652A CN 101523652 A CN101523652 A CN 101523652A CN A2007800378935 A CNA2007800378935 A CN A2007800378935A CN 200780037893 A CN200780037893 A CN 200780037893A CN 101523652 A CN101523652 A CN 101523652A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
described fuel
fuel gas
gas supply
scavenging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007800378935A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101523652B (zh
Inventor
梶原滋人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN101523652A publication Critical patent/CN101523652A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101523652B publication Critical patent/CN101523652B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828Humidity; Water content
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231Purging of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04634Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04649Other electric variables, e.g. resistance or impedance of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04753Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828Humidity; Water content
    • H01M8/0485Humidity; Water content of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955Shut-off or shut-down of fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

提供能适当地进行燃料电池系统停止时的燃料电池的阻抗测量和扫气控制的燃料电池系统。在本实施方式中,在具有进行燃料电池1的状态的监视和控制的控制部50的燃料电池系统中,控制部50在停止对燃料电池1的燃料气体供给后,执行将燃料电池1中的水分排出到外部的扫气处理,在燃料电池1的扫气处理中,断续地测量燃料电池1的阻抗,其特征在于,在燃料电池1的扫气处理中,断续地向燃料电池1提供燃料气体。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统,尤其涉及用于掌握燃料电池的剩余水分量的阻抗测量。
背景技术
当外部温度低时,燃料电池系统停止后,其内部残存的水冻结,存在配管、阀等破损的问题。鉴于这一问题,提出了在燃料电池系统停止时通过进行扫气处理使燃料电池内部滞留的水分排出到外部的方法(参照日本特开2005-141943号公报)。
燃料电池的内部水分量与燃料电池的阻抗存在关联。目前,通过测量燃料电池的阻抗来间接地掌握燃料电池内部的水分量(日本特开2003-86220号公报)。
发明内容
但是,为了测量燃料电池的阻抗,需要从燃料电池输出电流,即需要发电。在燃料电池停止时的阻抗测量中,由于氢的供给停止,因此利用燃料电池内及供给配管内残留的氢检测输出的电流,从而测量阻抗。伴随着阻抗测量,氢被消耗,因此当残留氢变少时,存在无法测量阻抗的问题。
本发明鉴于以上情况而完成,其目的在于提供一种能适当地进行燃料电池系统停止时的燃料电池的阻抗测量和扫气控制的燃料电池系统。
为了实现上述目的,本发明的燃料电池系统具有:燃料电池;和控制部,进行上述燃料电池的状态的监视和控制,其特征在于,上述控制部在停止对上述燃料电池的上述燃料气体的供给后,执行将上述燃料电池中的水分排出到外部的扫气处理,在上述燃料电池的扫气处理中,断续地测量上述燃料电池的阻抗,在上述燃料电池的扫气处理中,断续地向上述燃料电池提供燃料气体。
在上述本发明中,在燃料电池系统停止时,停止对燃料电池的燃料气体供给。停止燃料气体的供给后,执行燃料电池的扫气处理。在此,扫气处理是指,向燃料电池提供气体并将燃料电池内的水分与所提供的气体一起排出到外部的处理。用于进行扫气处理的气体种类没有限定,例如可以是氧化气体(空气等),也可是燃料气体(氢等)。并且,此处,燃料电池停止时除了包括系统完全停止时外,也包括运转暂时中断时。
在燃料电池的扫气处理中,断续地测量燃料电池的阻抗。燃料电池的阻抗与燃料电池内的水分量相关。在该阻抗测量中,燃料电池内残留的燃料气体被消耗。因此,当燃料气体的残留量变少时,阻抗测量变得困难。
根据本发明的燃料电池系统,在燃料电池的扫气处理中,断续地向燃料电池提供燃料气体,从而能确保阻抗测量所需的量的燃料气体。因此,在燃料电池系统停止时,能稳定实施阻抗测量处理及扫气处理,因此能够适当地管理燃料电池的水分量。
具有上述燃料气体配管系统,其具有:具有主阀的燃料气体供给源;和连通上述燃料电池及上述燃料气体供给源的燃料气体供给路径,当上述燃料气体供给路径的压力在基准值以下时,开放上述燃料气体供给源的主阀,向上述燃料电池提供上述燃料气体。当与燃料电池连通的燃料气体供给路径内的压力在基准值以下时,通过开放燃料气体供给源的主阀,能够提供阻抗测量所需的量的燃料气体。
具有上述燃料气体配管系统,其具有:具有主阀的燃料气体供给源;连通上述燃料电池及上述燃料气体供给源的燃料气体供给路径;和通过阀与上述燃料气体供给路径连通的缓冲罐,当上述燃料气体供给路径的压力在基准值以下时,开放上述缓冲罐的阀,向上述燃料电池提供上述燃料气体。在因安全原因燃料电池系统停止后无法开放主阀时,本发明尤其有效。
当上述燃料气体供给路径的压力在规定的基准值以上时,关闭上述阀,使上述燃料气体的供给停止。或者也可以将上述阀开放一定时间,向上述燃料电池提供一定量的上述燃料气体。
具有氧化气体配管系统,向上述燃料电池提供氧化气体,通过上述氧化气体配管系统向上述燃料电池提供氧化气体,从而进行上述扫气处理。由此,能将燃料电池内的水分与氧化气体一起排出到外部。
为了实现上述目的,本发明的燃料电池系统具有:燃料电池;燃料气体供给源,收容提供到上述燃料电池的燃料气体,具有主阀;燃料气体供给路径,连接上述燃料电池和上述燃料气体供给源;压力检测器,检测上述燃料气体供给路径内的压力;氧化气体配管系统,向上述燃料电池提供氧化气体;和控制部,监视上述燃料电池及上述燃料气体供给路径内的状态,控制上述燃料气体供给源、上述氧化气体配管系统的动作,其中,上述控制部在关闭上述主阀后,控制来自上述氧化气体配管系统的氧化气体供给量,进行上述燃料电池的扫气处理,在上述燃料电池的扫气处理中,断续地测量上述燃料电池的阻抗,在上述燃料电池的扫气处理中,当由上述压力检测器检测出的压力在基准值以下时,通过上述燃料气体供给路径向上述燃料电池提供上述燃料气体。
在上述发明中,在燃料电池系统停止时,通过关闭燃料气体供给源的主阀,停止对燃料电池的燃料气体供给。停止燃料气体供给后,从氧化气体配管系统向燃料电池提供氧化气体,执行燃料电池的扫气处理。在此,燃料电池停止时除了系统完全停止时外,也包括运转暂时停止时。
在燃料电池的扫气处理中,通过控制部断续地测量燃料电池的阻抗。燃料电池的阻抗与燃料电池内的水分量相关。在该阻抗测量中,燃料电池内残留的燃料气体被消耗。因此,当燃料气体残留量变少时,阻抗测量变得困难。
根据本发明的燃料电池系统,在燃料电池的扫气处理中,当压力检测器检测出的燃料气体供给路径的检测压力在基准值以下时,通过燃料气体供给路径向燃料电池提供燃料气体,从而能确保阻抗测量所需的量的燃料气体。因此,当燃料电池系统停止时,能稳定实施阻抗测量处理及扫气处理,因此能够适当地管理燃料电池的水分量。
根据本发明,能适当地进行燃料电池系统停止时的燃料电池的阻抗测量和扫气控制。
附图说明
图1是表示第一及第二实施方式的燃料电池系统的构成的图。
图2是表示本实施方式的控制部的构成的图。
图3是系统结束处理的流程图。
图4是系统结束处理时的压力控制处理的流程图。
图5A是表示系统结束处理时的压力变化的图,图5B是表示系统结束处理时的阀的开关动作的图。
图6是表示第二实施方式的燃料电池系统的构成的图。
具体实施方式
接着,参照附图说明用于实施本发明的优选实施方式。以下实施方式仅是本发明的一个方式,本发明可不限于此地应用。
(第一实施方式)
图1是表示本实施方式的燃料电池系统的构成的图。在本实施方式中,说明作为一例的电动汽车等移动体上搭载的燃料电池系统。
如图1所示,燃料电池系统具有:燃料电池1;燃料气体配管系统10,将作为燃料气体的氢提供到燃料电池1;氧化气体配管系统20,将作为氧化气体的空气(氧)提供到燃料电池1;致冷剂配管系统30,向燃料电池提供致冷剂,冷却燃料电池1;电力系统40,进行系统电力的充电放电;和控制部50,进行系统整体的状态的监视及控制。
燃料电池1例如由固体高分子电解质构成,是层叠多个电池(单电池)而成的堆结构。各电池由具有氢气、空气、冷却水的流路的隔板和由一对隔板夹持的MEA(Membrane Electrode Assembly:膜电极组)构成。MEA具有由燃料极及空气极二个电极夹持高分子电解质膜的结构。燃料极由燃料极用催化剂层和多孔质支撑层的层压结构构成。空气极由空气极用催化剂层和多孔质支撑层的层压结构构成。燃料电池为了使水的电解的逆反应发生,向作为阴极(cathode)的燃料极侧提供作为燃料气体的氢气,向作为阳极(anode)的空气极侧提供含有氧的气体(空气),使在燃料极侧发生式(1)的反应、在空气极侧发生式(2)的反应,从而使电子循环,产生电流。
H2→2H++2e-  …(1)
2H++2e-+(1/2)O2→H2O  …(2)
燃料气体配管系统10具有:氢气供给源11;氢气供给路径(燃料气体供给路径)12,从氢气供给源11提供到燃料电池1的氢气在其中流动;循环路径13,用于使从燃料电池1排出的氢废气返回到氢气供给路径12;设置在循环路径13上的气液分离器14、氢泵15和回收罐16;和与循环路径13分支连接的排出路径17。氢气除了通过氢气供给路径12提供外,还通过循环路径13提供。
氢气供给源(燃料气体供给源)11由高压氢罐、使用了储氢合金的氢罐、液体氢罐、液化燃料罐等构成。在氢气供给源11的供给口上设置主阀SV1。通过控制部50的控制信号控制主阀SV1的开关,选择将氢气提供到氢气供给路径12还是截止。
氢气供给路径12上设有调压阀RG。调压阀RG的调整量由空气极侧的压缩机22的运转状态决定。即,通过利用控制部50驱动压缩机22、操作断开阀SV8及断开阀SV9,调整循环路径13的压力。例如,通过开放断开阀SV8提高对调压阀RG的供给空气压力,从而提高对氢气供给路径12的供给压力;通过开放断开阀SV9降低对调压阀RG的供给空气压力,从而降低对氢气供给路径12的供给压力。
燃料电池入口断开阀SV2在通常运转时开放,当燃料电池系统停止时或漏气时,根据控制部50的控制信号关闭。燃料电池出口断开阀SV3也在通常运转时开放,在燃料电池系统停止时,根据来自控制部50的控制信号关闭。在燃料电池系统停止时,压力传感器p1检测比调压阀RG靠近上游侧的氢气供给路径12内的压力。压力传感器p2检测比调压阀RG靠近下游侧的氢气供给路径12内的压力。
气液分离器14在通常运转时,从氢废气中除去因燃料电池1的电化学反应产生的水分等杂质,并通过气液分离器用断开阀SV4排出到外部。氢泵15根据来自控制部50的控制信号,使氢气在循环路径13中强制循环。尤其是循环路径13在发电停止时也进行动作,强制性地将氢气送出并储存在回收罐16内。
排出路径17上设有排气断开阀SV5。根据来自控制部50的控制信号,在通常运转时适时打开排气断开阀SV5,从而使氢废气中的水分等杂质与氢废气一起排出到稀释器18中。通过打开排气断开阀SV5,循环路径13中的氢废气中的杂质浓度下降,被循环提供的氢废气中的氢浓度上升。并且,排气断开阀SV5在燃料电池系统停止时开放,降低循环路径13内的压力。
回收罐16具有可储存循环路径13内滞留的氢的容积,在发电停止时,通过氢泵15的驱动储存滞留在循环路径13中的氢气。循环路径断开阀SV6在通常运转时开放,但在发电停止时,当氢气储存在缓冲罐16中后,通过氧化气体配管系统20的控制信号断开。并且,在起动时,在到缓冲罐16内的氢气被消耗为止的期间内也关闭。
氧化气体配管系统20具有气体清洁器21、压缩机22、加湿器23。空气清洁器21净化外部气体并将其取入到燃料电池系统中。压缩机22将取入的空气根据控制部50的控制信号压缩,从而改变提供到燃料电池1的空气量、空气压力。加湿器23在压缩后的空气与空气废气之间进行水分交换,从而增加适当的湿度。加湿器23对压缩后的空气的加湿程度是可调整的。因此,如后所述,使用氧化气体配管系统20进行燃料电池1的扫气处理。扫气处理是指,向燃料电池1提供气体并将燃料电池2内的水分与所提供的气体一起排出到外部的处理。由压缩机22压缩后的空气的一部分被提供用于调压阀RG的控制,断开阀SV8-SV9之间的区间的空气压力施加到调压阀RG的隔膜(diaphragm)上。从燃料电池1排出的空气废气被提供到稀释器18,以使氢废气稀释。
致冷剂配管系统30具有散热器31、风扇32、冷却水泵33,冷却水被循环提供到燃料电池1内部。
电力系统40具有:DC/DC转换器41、蓄电池42、逆变器43、牵引电动机44。DC/DC转换器41是直流的电压转换器,具有以下功能:调整从蓄电池42输入的直流电压并输出到逆变器43侧;调整从燃料电池1或牵引电动机44输入的直流电压并输出到蓄电池42。通过DC/DC转换器41的这些功能,能实现蓄电池42的充电放电。并且,通过DC/DC转换器41控制燃料电池1的输出电压。
蓄电池42是可充电放电的二次电池,例如由镍氢蓄电池等构成。也可以使用其他各种类型的二次电池。并且,也可取代蓄电池42而使用二次电池以外的可充电放电的蓄电器,例如电容器。蓄电池42插入到燃料电池1的充电放电路径中,与燃料电池1并联。逆变器43将直流电流转换为三相交流电流,提供到牵引电动机44。牵引电动机44例如是三相交流电动机,构成搭载燃料电池系统的例如车辆的主动力源。
控制部50以内部具有CPU、ROM、RAM的微机的形式构成。CPU根据控制程序执行所期望的计算,进行后述的阻抗测量及扫气控制等各种处理、控制。ROM存储CPU处理的控制程序、控制数据。RAM主要作为进行控制处理的各种操作区域使用。控制部50输入燃料气体配管系统10、氧化气体配管20及致冷剂配管系统30中使用的各种传感器等的检测信号,向各构成要素输出控制信号。控制部50利用各传感器信号进行如下所示的燃料电池1的阻抗测量,根据测量结果进行扫气控制。
图2是进行阻抗测量及扫气控制的控制部50的功能框图。
如图2所示,控制部50具有:目标电压决定部51、重叠信号生成部52、电压指令信号生成部53、阻抗计算部54、阻抗比较部55、扫气处理控制部56。
目标电压决定部51决定输出目标电压(例如300V等),将其输出到电压指令信号生成部53。
重叠信号生成部52生成与输出目标电压重叠的阻抗测量用信号(例如振幅值2V的低频区域的正弦波等),将其输出到电压指令信号生成部53。此外,输出目标电压、阻抗测量用信号的各参数(波形的种类、频率、振幅值)根据系统设计等适当设定即可。
电压指令信号生成部53将阻抗测量用信号与输出目标电压重叠,作为电压指令信号Vfcr输出到DC/DC转换器41。DC/DC转换器41根据所提供的电压指令信号Vfcr进行燃料电池1等的电压控制。
阻抗计算部54以规定的采样率对由电压传感器45检测出的燃料电池1的电压(FC电压)Vf及由电流传感器46检测出的燃料电池1的电流(FC电流)If进行采样,进行傅利叶变换处理(FFT计算处理、DFT计算处理)等。阻抗计算部54通过用傅利叶变换处理后的FC电压信号除以傅利叶变换后的FC电流信号等,求出燃料电池1的阻抗,输出到阻抗比较部55。
阻抗比较部55从阻抗计算部54获得燃料电池1的阻抗(以下称为测量阻抗Z)时,参照存储器中存储的阻抗基准值Z0。阻抗越高,燃料电池内的水分量越少。因此,一般情况下,阻抗基准值Z0是为了防止燃料电池内的水冻结等而设定的阻抗的下限值。阻抗基准值Z0优选预先按照每次的环境温度设定并存储到存储器中。
阻抗比较部55比较从阻抗计算部54输入的测量阻抗Z与阻抗基准值Z0。测量阻抗Z高于阻抗基准值Z0时,燃料电池1内的水分量少,因此将应结束扫气处理的信息(或一开始就不执行扫气处理的信息)通知扫气处理控制部56。并且,测量阻抗Z低于阻抗基准值Z0时,燃料电池1内的水分量多,因此将应继续进行扫气处理的信息(或应开始扫气处理的信息)通知扫气处理控制部56。
扫气处理控制部56按照来自阻抗比较部55的通知内容进行扫气控制。为了进行扫气控制,扫气处理控制部56控制压缩机22的转速。由此,向燃料电池1提供干燥空气,并且燃料电池1内的水与空气一起排出。
接着,说明上述燃料电池系统在通常运转中的动作。
在通常运转时(燃料电池1发电时),在该燃料电池系统中,开放主阀SV1,将氢气提供到氢气供给路径12的同时,通过断开阀SV8及断开阀SV9的开关,调整施加到调压阀RG的隔膜上的空气压力,将氢气供给路径12内的氢气的压力控制为所期望的燃料气体压力。开放燃料电池入口断开阀SV2及燃料电池出口断开阀SV3、循环路径断开阀SV6及循环路径断开阀SV7,使氢气在循环路径13内循环的同时,被提供到燃料电池1的燃料极。
并且,压缩机22被适当驱动,由加湿器23增加了湿度的空气被提供到燃料电池1的空气极,空气废气排出到稀释器18。在适当的时间点开放排气断开阀SV5,经过排出路径17,含有水分等的氢废气被提供到稀释器18,由空气废气稀释并排出。
接着,说明上述燃料电池系统的系统结束处理。图3是燃料电池系统结束处理时的扫气控制处理的流程图。
燃料电池系统的系统结束处理例如通过点火开关(IG)断开(OFF)而开始(步骤ST1)。并且,在除搭载到汽车上的燃料电池系统以外的情况下,只要以任意的系统结束信号为契机执行以下的处理即可。当点火开关断开时,通过来自控制部50的控制信号关闭主阀SV1及循环路径断开阀SV7(步骤ST2)。以停止来自氢气供给源11及缓冲罐16的氢气供给,从而停止发电。但是,即使来自氢气供给源11的氢气供给停止,通过残留在氢气供给路径12内的氢也可进行不同程度的发电。
接着,燃料电池1的扫气处理开始(步骤ST3)。在扫气处理中,由控制部50控制压缩机22的转速,调整了供给量的干燥空气被提供到燃料电池1。扫气开始后,进行后述的压力控制处理(步骤ST4)。通过压力控制处理,使氢气供给路径12的压力维持在规定范围。由此,氢气供给路径12内的氢气的残留量维持在一定范围。
在燃料电池1的扫气处理中,通过控制部50测量燃料电池1的阻抗(测量阻抗)Z(步骤ST5)。并且,当测量阻抗Z小于阻抗基准值Z0时(步骤ST6),燃料电池1内的水分量多,因此继续进行燃料电池1的扫气处理。确认是否经过了一定时间(步骤ST7),当经过了一定时间时,再次测量燃料电池1的阻抗(步骤ST5)。由此,在燃料电池1的扫气处理中,断续地测量阻抗。
燃料电池1的测量阻抗Z大于阻抗基准值Z0时(步骤ST6),由控制部60使压缩机22停止,从而停止扫气(步骤ST8)。并且,燃料电池系统的结束处理结束,燃料电池系统完全停止。此外,虽无特别限定,但在结束燃料电池系统的结束处理后,通过来自控制部50的控制信号,根据需要关闭燃料电池入口断开阀SV2及燃料电池出口断开阀SV3。
上述系统结束处理中的阻抗测量利用残留在氢气供给路径12内的氢来检测来自输出的燃料电池1的电流来进行。因此,在进行阻抗测量的期间氢被消耗。当氢气供给路径12内的残留氢变少时,燃料电池1的输出电流变小,无法通过电流传感器46检测出电流。在本实施方式中,为了防止这一点,在系统结束处理中进行氢气供给路径12的压力控制。
图4是表示系统结束处理中的压力控制处理的流程图。图5A是表示系统结束处理过程中的氢气供给路径12内的压力变化的图,图5B是表示本实施方式中的主阀SV1的开关状态的图。
如图4所示,在系统结束处理中,通过压力传感器p2检测出氢气供给路径12内的压力(步骤ST11)。所检测出的压力被输出到控制部50。如图5A所示,在点火开关(IG)断开(OFF)后(时刻t1),氢被燃料电池1消耗,因此氢气供给路径12内的压力逐渐减小。
控制部50,比较压力传感器p2检测出的检测压力P与压力下限值P1(步骤ST12)。当检测压力P大于压力下限值P1时,继续执行处理。压力下限值P1根据为了获得电流传感器46可检测出的电流下限值所需的氢量和氢气供给路径12的容积等求出。此外,通过实验也可事先求出为了得到电流下限值所需的压力。
当检测压力P小于压力下限值P1时(时刻t2),通过来自控制部50的控制信号使主阀SV1开放(步骤ST13)。此时,使主阀SV1仅开放一定时间后,可关闭。在本实施方式中,设定压力上限值P2,在控制部50中比较检测压力与压力上限值(步骤ST14),当检测压力达到压力上限值P2时,关闭主阀SV1(步骤ST15)。确定压力上限值P2,以确保存在一次阻抗测量所需的氢量的压力,但无特别限定。因此所需的氢提供到氢气供给路径12。在系统结束处理中,重复进行上述步骤ST11~步骤ST15的处理。
根据上述本实施方式的燃料电池系统,在燃料电池系统的结束处理中,通过将氢气供给路径12内的压力控制在一定范围内,能确保阻抗测量所需的量的氢。因此,在系统结束处理中,能稳定进行阻抗测量处理及扫气处理,因而能够适当地管理燃料电池的水分量。
(第二实施方式)
在第二实施方式中,说明氢气供给源11的主阀SV1不开放而从其他供给源补给氢气的例子。在本例中,利用缓冲罐16的氢。
图6是表示系统结束处理中的压力控制处理的流程图。
如图6所示,在系统结束处理中,由压力传感器p2检测氢气供给路径12内的压力(步骤ST21)。所检测出的压力被输出到控制部50。如图5A所示,在点火开关(IG)断开(OFF)后(时刻t1),氢被燃料电池1消耗,因此氢气供给路径12内的压力逐渐减小。并且,此时在燃料气体配管系统10中,为主阀SV1及循环路径断开阀SV7关闭,燃料电池入口断开阀SV2、燃料电池出口断开阀SV3及循环路径断开阀SV6开放的状态。
在控制部50中,比较压力传感器p2检测出的检测压力P与压力下限值P1(步骤ST22)。当检测压力P大于压力下限值P1时,继续进行处理。
当检测压力P小于压力下限值P1时(时刻t2),通过来自控制部50的控制信号开放循环路径断开阀SV7(步骤ST23)。此时,将循环路径断开阀SV7仅开放一定时间后,也可关闭。在本实施方式中,设定压力上限值P2,在控制部50中比较检测压力与压力上限值(步骤ST24),当检测压力达到压力上限值P2后,关闭循环路径断开阀SV7(步骤ST25)。压力上限值的确定方法没有限定。缓冲罐16中储存有一定量的氢,因此通过开放循环路径断开阀SV7,从缓冲罐16向氢气供给路径12提供必要的氢。在系统结束处理中,重复进行上述步骤ST21~ST25的处理。
上述本实施方式的燃料电池系统在因安全原因燃料在电池系统结束处理中无法开放主阀时尤其有效。
本发明不限于上述实施方式的说明。
例如,不仅在系统完全停止时、而且在断续地停止燃料电池1的间歇模式中也可以应用本发明。并且,不仅测定压力并补充氢,也可以按照提前适当地设定的间隔每次一定量(一定期间)地补充氢。
并且,调压阀RG也可是机械式的。此时,不需要连通压缩机22和调压阀RG的流路及断开阀SV8、SV9。
例如,在第一实施方式中,也可以没有缓冲罐16。并且,设置缓冲罐16的位置不限于第二实施方式中说明的位置,可进行各种设计变更。并且,本发明的压力检测器的位置可进行各种变更,作为压力检测器也可以使用压力传感器p1。并且,燃料电池系统的燃料气体配管系统10、氧化气体配管系统20、致冷剂配管系统30、电力系统40可进行各种变更。
此外,在不脱离本发明主旨的范围内还可进行各种变更。
产业上的利用可能性
如上所述,根据本发明,能够适当地进行燃料电池系统停止时的燃料电池的阻抗测量及扫气控制。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统,具有:燃料电池;和控制部,进行所述燃料电池的状态的监视和控制,其中,
所述控制部,
在停止对所述燃料电池的所述燃料气体的供给后,执行将所述燃料电池中的水分排出到外部的扫气处理,在所述燃料电池的扫气处理中,断续地测量所述燃料电池的阻抗,
在所述燃料电池的扫气处理中,断续地向所述燃料电池提供燃料气体。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统,具有燃料气体配管系统,该燃料气体配管系统具有:具有主阀的燃料气体供给源;和连通所述燃料电池及所述燃料气体供给源的燃料气体供给路径,
当所述燃料气体供给路径的压力在基准值以下时,开放所述燃料气体供给源的主阀,向所述燃料电池提供所述燃料气体。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统,具有燃料气体配管系统,该燃料气体配管系统具有:具有主阀的燃料气体供给源;连通所述燃料电池及所述燃料气体供给源的燃料气体供给路径;和通过阀与所述燃料气体供给路径连通的缓冲罐,
当所述燃料气体供给路径的压力在基准值以下时,开放所述缓冲罐的阀,向所述燃料电池提供所述燃料气体。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统,其中,当所述燃料气体供给路径的压力在规定的基准值以上时,关闭所述阀,使所述燃料气体的供给停止。
5.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统,其中,使所述阀开放一定时间,向所述燃料电池提供一定量的所述燃料气体。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统,其中,具有氧化气体配管系统,向所述燃料电池提供氧化气体,
通过所述氧化气体配管系统向所述燃料电池提供氧化气体,从而进行所述扫气处理。
7.一种燃料电池系统,具有:
燃料电池;
燃料气体供给源,收容向所述燃料电池提供的燃料气体,具有主阀;
燃料气体供给路径,连接所述燃料电池和所述燃料气体供给源;
压力检测器,检测所述燃料气体供给路径内的压力;
氧化气体配管系统,向所述燃料电池提供氧化气体;和
控制部,监视所述燃料电池及所述燃料气体供给路径内的状态,控制所述燃料气体供给源、所述氧化气体配管系统的动作,其中,
所述控制部,
在关闭所述主阀后,控制来自所述氧化气体配管系统的氧化气体供给量,进行所述燃料电池的扫气处理,在所述燃料电池的扫气处理中,断续地测量所述燃料电池的阻抗,
在所述燃料电池的扫气处理中,当由所述压力检测器检测出的压力在基准值以下时,通过所述燃料气体供给路径向所述燃料电池提供所述燃料气体。
CN2007800378935A 2006-10-23 2007-10-22 燃料电池系统 Expired - Fee Related CN101523652B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP287263/2006 2006-10-23
JP2006287263A JP4753164B2 (ja) 2006-10-23 2006-10-23 燃料電池システム
PCT/JP2007/070973 WO2008050882A1 (en) 2006-10-23 2007-10-22 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101523652A true CN101523652A (zh) 2009-09-02
CN101523652B CN101523652B (zh) 2012-07-25

Family

ID=39324663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800378935A Expired - Fee Related CN101523652B (zh) 2006-10-23 2007-10-22 燃料电池系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8216730B2 (zh)
JP (1) JP4753164B2 (zh)
KR (1) KR101085507B1 (zh)
CN (1) CN101523652B (zh)
DE (1) DE112007002408B4 (zh)
WO (1) WO2008050882A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102934272A (zh) * 2010-03-19 2013-02-13 日产自动车株式会社 燃料电池系统及其运转方法
CN104160538A (zh) * 2012-03-08 2014-11-19 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其控制方法
CN111224131A (zh) * 2020-01-16 2020-06-02 上海重塑能源科技有限公司 燃料电池系统及其低温吹扫方法
CN113707914A (zh) * 2020-05-22 2021-11-26 丰田自动车株式会社 燃料电池系统

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4868240B2 (ja) * 2007-05-10 2012-02-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4947362B2 (ja) * 2007-05-10 2012-06-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4894608B2 (ja) * 2007-05-10 2012-03-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4381443B2 (ja) 2007-11-08 2009-12-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
GB2482487A (en) * 2010-08-02 2012-02-08 Element Energy Ltd Hybridisation device
JP5454556B2 (ja) * 2011-11-22 2014-03-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および、燃料電池システムの制御方法
JP5790516B2 (ja) 2012-01-24 2015-10-07 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP5818160B2 (ja) * 2012-02-22 2015-11-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5672457B2 (ja) * 2012-02-24 2015-02-18 三菱自動車工業株式会社 燃料貯留装置
JP6442987B2 (ja) * 2014-10-31 2018-12-26 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP6137124B2 (ja) 2014-11-12 2017-05-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両
ITUB20169883A1 (it) * 2016-01-08 2017-07-08 Electro Power Systems Spa Dispositivo e procedimento di spurgo in una fuel cell
JP6350556B2 (ja) * 2016-02-15 2018-07-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池の掃気方法
JP6493323B2 (ja) * 2016-07-21 2019-04-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
TWI626783B (zh) * 2017-11-10 2018-06-11 財團法人工業技術研究院 燃料電池用氫氣循環系統
CN109411783B (zh) * 2018-10-12 2020-10-16 上海恒劲动力科技有限公司 一种燃料电池氢气回收装置
DE102021210110A1 (de) 2021-09-14 2023-03-16 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Trocknen einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellensystem

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3509168B2 (ja) * 1994-02-23 2004-03-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4759815B2 (ja) 2001-02-13 2011-08-31 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP5119565B2 (ja) 2001-09-12 2013-01-16 株式会社デンソー 燃料電池システム
US6888324B1 (en) * 2002-05-16 2005-05-03 Balboa Instruments, Inc. Ozone generator having a mercury lamp with a filament temperature detective circuit
JP2004179086A (ja) * 2002-11-28 2004-06-24 Nissan Motor Co Ltd 固体高分子型燃料電池システム及びその運転方法
JP2004186065A (ja) * 2002-12-05 2004-07-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2004253258A (ja) 2003-02-20 2004-09-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
JP2005141943A (ja) 2003-11-04 2005-06-02 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2005251434A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム、燃料電池の制御方法
JP5017783B2 (ja) * 2005-03-09 2012-09-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102934272A (zh) * 2010-03-19 2013-02-13 日产自动车株式会社 燃料电池系统及其运转方法
CN102934272B (zh) * 2010-03-19 2016-01-13 日产自动车株式会社 燃料电池系统及其运转方法
US9379401B2 (en) 2010-03-19 2016-06-28 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method for operating same
CN104160538A (zh) * 2012-03-08 2014-11-19 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其控制方法
CN104160538B (zh) * 2012-03-08 2016-10-12 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及其控制方法
US9570768B2 (en) 2012-03-08 2017-02-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method thereof
CN111224131A (zh) * 2020-01-16 2020-06-02 上海重塑能源科技有限公司 燃料电池系统及其低温吹扫方法
CN111224131B (zh) * 2020-01-16 2020-11-13 上海重塑能源科技有限公司 燃料电池系统及其低温吹扫方法
CN113707914A (zh) * 2020-05-22 2021-11-26 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN113707914B (zh) * 2020-05-22 2024-03-01 丰田自动车株式会社 燃料电池系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090055042A (ko) 2009-06-01
CN101523652B (zh) 2012-07-25
US8216730B2 (en) 2012-07-10
JP2008108434A (ja) 2008-05-08
KR101085507B1 (ko) 2011-11-23
DE112007002408T5 (de) 2009-07-30
DE112007002408B4 (de) 2017-10-05
US20100015482A1 (en) 2010-01-21
JP4753164B2 (ja) 2011-08-24
WO2008050882A1 (en) 2008-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101523652A (zh) 燃料电池系统
KR100955506B1 (ko) 연료전지시스템
US9509004B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
CN101490884B (zh) 燃料电池系统
CN102282710B (zh) 燃料电池系统
US20070269695A1 (en) Fuel Cell System
CN101622746B (zh) 燃料电池系统
CN112599819A (zh) 燃料电池系统的起动方法
CN101755355B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
CN101772854B (zh) 燃料电池系统
CN209029485U (zh) 一种商用车燃料电池发动机供气系统
CN101849313A (zh) 燃料电池系统
US11978932B2 (en) Method of detecting degradation of membrane electrode assembly in fuel cell system
CN108695529A (zh) 燃料电池系统
US10756364B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
CN114361512A (zh) 一种燃料电池排水、排杂控制系统及控制方法
CN115096368A (zh) 一种燃料电池综合测试平台及其电堆温度控制方法
CN101523654B (zh) 燃料电池系统
JP5720584B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
US20210359318A1 (en) Fuel cell system
US11081715B2 (en) Fuel cell system
JP7264110B2 (ja) 燃料電池システム
CN115149041A (zh) 燃料电池系统
JP2021180153A (ja) 燃料電池システム
CN116895782A (zh) 燃料电池系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120725

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee