CN101529638A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

燃料电池系统(10)具有：冷却水泵(24)，设置在向燃料电池(12)输送冷却水的冷却水配管(22)上，以压送冷却水；燃料气体供给配管(30)，与燃料电池(12)连接，以向燃料电池(12)提供燃料气体；燃料气体循环配管(32)，与燃料电池(12)及燃料气体供给配管(30)连接，并使从燃料电池(12)排出的燃料气体在燃料气体供给配管(30)中循环；以及燃料气体泵(42)，设置在燃料气体循环配管(32)上，将从燃料电池(12)排出的燃料气体压送到燃料气体供给配管(30)；并且，在燃料电池(12)停止运行后，利用燃料气体泵(42)压送从燃料电池(12)排出的燃料气体，并利用冷却水泵(24)压送冷却水以冷却燃料电池(12)，使得燃料电池温度低于燃料气体泵温度。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，尤其涉及如下的燃料电池系统，其具有：冷却水泵，设置在向燃料电池输送冷却水的冷却水配管上，以压送冷却水；燃料气体供给配管，与燃料电池连接，以向燃料电池提供燃料气体；燃料气体循环配管，与燃料电池及燃料气体供给配管连接，并使从燃料电池排出的燃料气体在燃料气体供给配管中循环；以及燃料气体泵，设置在燃料气体循环配管上，并将从燃料电池排出的燃料气体压送到燃料气体供给配管；并且，在燃料电池停止运行后，利用燃料气体泵压送从燃料电池排出的燃料气体。
背景技术
燃料电池作为高效及具有良好环境特性的电池近些年来受到青睐。一般而言，燃料电池使作为燃料气体的氢气与作为氧化剂气体的空气中的氧气发生化学反应，以产生电能。并且，氢气和氧气进行电化学反应的结果是生成了水。
燃料电池的种类包括磷酸型、熔融碳酸盐型、固体电解质型、碱型、固体高分子型等。其中，使用了具有在常温下起动且起动时间迅速等优点的固体高分子型燃料电池的燃料电池系统受到关注。这种燃料电池系统例如被用作车辆、特别是电动汽车等的动力源。
在燃料电池系统中，例如当燃料电池在寒冷地带的室外等低温环境下持续处于较长时间的停止状态时，由于残留在燃料电池系统内的生成水等水分，可能使燃料电池系统内的阀、泵等发生冻结。因此，一直以来，开发、提出了各种防止燃料电池系统中的阀、泵等发生冻结的方法。
例如，在日本特开2004-193102号公报中记载了如下的燃料电池运行方法：切断自燃料电池的电力供给，检测出外部气体温度，根据外部气体温度向反应气体流路提供反应气体，从而排出反应气体流路内的水，以使燃料电池停止运行。
而在燃料电池系统中，当燃料电池运行时，从燃料电池排出的燃料气体被氢泵等燃料气体泵压缩，并且压缩后的燃料气体被压送到燃料电池以进行再利用。当燃料电池运行时，由于从燃料电池排出的燃料气体中含有水分，因此存在燃料电池系统内的阀等中残留水的情况。因此，在燃料电池停止运行后，驱动燃料气体泵，压送燃料气体，从而进行干燥处理。
其中，在进行干燥处理时，残留在燃料电池系统内的水分被从燃料电池排出的燃料气体吸收。因此，存在从燃料电池排出的燃料气体中含有的水分在燃料氢泵内凝结并结露的情况。此外，例如燃料电池在低温环境下持续处于停止状态时，燃料气体泵可能发生冻结。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，其在燃料电池停止运行后，抑制燃料气体泵内的水分结露，并利用燃料气体泵压送从燃料电池排出的燃料气体。
本发明涉及的燃料电池系统具有：冷却水泵，设置在向燃料电池输送冷却水的冷却水配管上，以压送冷却水；燃料气体供给配管，与燃料电池连接，以向燃料电池提供燃料气体；燃料气体循环配管，与燃料电池及燃料气体供给配管连接，并使从燃料电池排出的燃料气体在燃料气体供给配管中循环；以及燃料气体泵，设置在燃料气体循环配管上，将从燃料电池排出的燃料气体压送到燃料气体供给配管；并且，在燃料电池停止运行后，利用燃料气体泵压送从燃料电池排出的燃料气体，该燃料电池系统的特征在于，在燃料电池停止运行后，利用冷却水泵压送冷却水以冷却燃料电池，使燃料电池温度低于燃料气体泵温度。
本发明涉及的燃料电池系统的特征在于，在使冷却水泵停止后，使燃料气体泵停止。
本发明涉及的燃料电池系统的特征在于，在燃料电池温度低于燃料气体泵温度后，使冷却水泵停止，并使燃料气体泵停止。
本发明涉及的燃料电池系统的特征在于，具有散热器，其设置在冷却水配管上，以冷却从燃料电池排出的冷却水，在燃料电池停止运行后，压送由散热器冷却的冷却水，以冷却燃料电池。
根据上述本发明涉及的燃料电池系统，在燃料电池停止运行后，使燃料电池温度低于燃料气体泵温度，从而可抑制燃料气体泵内的水分结露，并利用燃料气体泵压送从燃料电池排出的燃料气体。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的燃料电池系统的构成的图。
图2(A)是表示在本发明的实施方式中，在燃料电池停止运行后不驱动冷却水泵而使燃料电池冷却时的燃料电池温度与燃料气体泵温度的变化(燃料电池停止运行时：燃料电池温度＞燃料气体泵温度)的图。
图2(B)是表示在本发明的实施方式中，在燃料电池停止运行后驱动冷却水泵而使燃料电池冷却时的燃料电池温度与燃料气体泵温度的变化(燃料电池停止运行时：燃料电池温度＞燃料气体泵温度)的图。
图3(A)是表示在本发明的实施方式中，在燃料电池停止运行后不驱动冷却水泵而使燃料电池冷却时的燃料电池温度与燃料气体泵温度的变化(燃料电池停止运行时：燃料电池温度＜燃料气体泵温度)的图。
图3(B)是表示在本发明的实施方式中，在燃料电池停止运行后驱动冷却水泵而使燃料电池冷却时的燃料电池温度与燃料气体泵温度的变化(燃料电池停止运行时：燃料电池温度＜燃料气体泵温度)的图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明涉及的实施方式。
图1是表示燃料电池系统10的构成的图。燃料电池系统10包括：燃料电池12、具有散热器14等的冷却水系统、具有燃料气体供给装置16等的燃料气体系统、具有氧化剂气体供给装置18等的氧化剂气体系统、控制部20。
燃料电池12具有通过氢气等燃料气体和氧气等氧化剂气体的电化学反应进行发电的功能。燃料电池12、例如固体高分子型燃料电池12包括层叠多个单电池而组装成的电池组。其中，单电池被如下进行组装：在电解质膜的两侧分别层叠了催化剂层、且在各催化剂层上层叠了气体扩散层而成的膜电极结合体上，进一步层叠隔板。并且，通过在该电池组的两侧设置集电板，可从集电板导出电流。
电解质膜具有将阳极侧产生的氢离子移动到阴极侧的功能等。电解质膜的材料使用化学性能稳定的氟类树脂，例如全氟磺酸的离子交换膜。作为全氟磺酸的离子交换膜，可使用ナフイオン膜(デユポン公司的注册商标)。
催化剂层具有促进阳极侧的氢气的氧化反应、阴极侧的氧气的还原反应的功能。并且，催化剂层含有催化剂和催化剂的载体。为了增大反应的电极面积，催化剂一般制成粒子状，附着到催化剂的载体上进行使用。在氢气的氧化反应、氧气的还原反应中，催化剂使用具有小的激活过压的铂族元素的铂等。作为催化剂的载体，使用碳材料，例如碳黑等。
气体扩散层具有使作为燃料的氢气或作为氧化剂的氧气扩散到催化剂层的功能、使电子移动的功能等。并且，气体扩散层可使用作为具有导电性的材料的碳纤维织布、碳纸等。并且，膜电极结合体可通过层叠电解质膜、催化剂层及气体扩散层并进行热压成型等来制造。
隔板层叠在膜电极结合体的气体扩散层上，其具有分离相邻的单电池中的作为燃料气体的气和作为氧化剂的空气的功能。并且，隔板具有电连接一个单电池和另一个单电池的功能。隔板例如可通过对钛板、不锈钢板等进行冲压加工而形成。
燃料电池系统10的冷却水系统具有在燃料电池12中循环并输送冷却水的冷却水配管22。冷却水配管22具有：向燃料电池12提供冷却水的冷却水供给配管22a、从燃料电池12排出冷却水的冷却水排出配管22b以及与冷却水供给配管22a和冷却水排出配管22b连接的冷却水旁通配管22c。其中，冷却水中可含有水箱宝(long life coolant)等。
散热器14具有将冷却水的热量释放到外部的功能，其设置在冷却水配管22上，与冷却水供给配管22a和冷却水排出配管22b连接。通过使由冷却水排出配管22b输送的从燃料电池12排出的冷却水流入散热器14，来释放从燃料电池12排出的冷却水的热量，从而可冷却从燃料电池12排出的冷却水。经散热器14冷却后的冷却水由冷却水供给配管22a输送并提供到燃料电池12。
冷却水泵24具有对冷却水进行加压并进行压送的功能，其设置在冷却水配管22上。利用冷却水泵24压送冷却水并之循环，可冷却燃料电池12。冷却水泵24可设置在冷却水供给配管22a或冷却水排出配管22b上。冷却水泵24例如可使用由电机的旋转进行驱动的泵等。并且，根据控制部20的控制来进行冷却水泵24的起动及停止等。
冷却水温度传感器26具有测定冷却水的温度的功能，其设置在冷却水排出配管22b上。通过将冷却水温度传感器26设置在冷却水排出配管22b上，可测定从燃料电池12排出的冷却水的温度。冷却水温度传感器26例如可使用热电偶等温度传感器。并且，由冷却水温度传感器26测定的冷却水温度数据被发送到控制部20。
其中，在燃料电池12停止运行后，可将从燃料电池12排出的冷却水的温度用作燃料电池温度。这是因为，在燃料电池12停止运行后，燃料电池12停止发电，因此从燃料电池12排出的冷却水的冷却温度和燃料电池温度基本相同。当然，也可在燃料电池12的规定部位设置温度传感器等来测定燃料电池温度。
冷却水切换阀28具有切换从燃料电池12排出的冷却水的水流方向的功能，与冷却水排出配管22b和冷却水旁通配管22c连接。冷却水切换阀28可根据控制部20的控制将从燃料电池12排出的冷却水的水流切换到散热器14一侧或冷却水旁通配管22c一侧。例如，在进一步冷却燃料电池12时，根据控制部20的控制，将冷却水切换阀28切换到散热器14一侧，从而可使从燃料电池12排出的冷却水流入散热器14，将经散热器14冷却后的冷却水提供给燃料电池12。另一方面，在抑制燃料电池12的冷却时，根据控制部20的控制，将冷却水切换阀28切换到冷却水旁通配管22c一侧，从而可使从燃料电池12排出的冷却水流入冷却水旁通配管22c，并提供到燃料电池12。冷却水切换阀28例如可使用三通阀等。
燃料电池系统10的燃料气体系统具有：燃料气体供给配管30，与燃料电池12连接，以将燃料气体输送并提供到燃料电池12的阳极；和燃料气体循环配管32，与燃料电池12及燃料气体供给配管30连接，输送从燃料电池12的阳极排出的燃料气体并使其在燃料气体供给配管30中循环。
燃料气体供给装置16具有提供氢气等燃料气体的功能，与燃料气体供给配管30连接。燃料气体供给装置16例如可由高压氢罐等高压燃料气体罐构成。当然，燃料气体供给装置16也可由储氢合金或重整器等构成。并且，燃料气体供给配管30上设有：截止阀36，控制燃料气体供给装置16对燃料气体的供给或停止；检测燃料气体压力的压力传感器38；进行燃料气体压力调整的燃料气体用压力调整阀40；开关燃料电池12的燃料气体供给口的截止阀(未图示)等。
燃料氢泵42具有将从燃料电池12排出的燃料气体压送到燃料气体供给配管30的功能，设置在燃料气体循环配管32上。可通过燃料气体泵42压缩通过燃料电池12阳极时产生压力损失的燃料气体，使其升压至适当的气体压力，并回流到燃料气体供给配管30中。并且，从燃料电池12排出的燃料气体与从燃料气体供给装置16提供的燃料气体在燃料气体供给配管30中合流后，被提供到燃料电池12以进行再利用。燃料气体泵42例如使用通过电机的旋转进行驱动的泵等。并且，可根据控制部20的控制来进行燃料气体泵42的起动及停止等。
燃料气体温度传感器44具有测定燃料气体温度的功能，设置在燃料气体循环配管32上。并且，通过将燃料气体温度传感器44设置在燃料气体泵42中的燃料气体的排出侧，可测定从燃料气体泵42排出的燃料气体的温度。燃料气体温度传感器44例如使用热电偶等温度传感器。并且，由燃料气体温度传感器44测定的燃料气体温度数据被发送到控制部20。
其中，可将从燃料气体泵42排出的燃料气体的温度用作燃料气体泵温度。这是因为，从燃料气体泵42排出的燃料气体的温度和燃料气体泵温度基本相同。当然，也可在燃料气体泵42的规定部位上设置温度传感器等，以测定燃料气体泵温度。
燃料气体循环配管32上设有：排出燃料气体的截止阀(未图示)、检测燃料气体的压力的压力传感器48、防止由燃料气体供给配管30输送的燃料气体逆流到燃料气体循环配管32一侧的止回阀50等。并且，燃料气体循环配管32中分支出燃料气体排气配管52，其用于将从燃料气体循环系统排出的燃料气体经由氢浓度降低装置等稀释器(未图示)排出到车外。燃料气体排气配管52上设有排气阀53，通过开关排气阀53反复进行燃料电池12内的循环，可以将杂质浓度增大的燃料气体排出到外部，导入新的燃料气体，防止燃料电池12的电压下降。
燃料电池系统10的氧化剂气体系统具有：氧化剂气体供给配管54，具有向燃料电池12的阴极输送并提供氧化剂气体的功能；和氧化剂气体排出配管56，具有输送从燃料电池12的阴极排出的氧化剂气体的功能。
氧化剂气体供给装置18具有提供压缩空气等氧化剂气体的功能，与氧化剂气体供给配管54连接。氧化剂气体供给装置18例如具有：空气过滤器58，用于去除从大气导入的空气中所含有的粉尘等；泵或空气压缩机60，由电机驱动，具有作为压送空气的压送单元的功能。
加湿器62与氧化剂气体供给配管54和氧化剂气体排出配管56连接，配置在氧化剂气体供给装置18和燃料电池12之间，其具有下述功能：在因通过燃料电池12的电化学反应产生的生成水而变为高湿润状态的氧化剂气体与从大气导入的低湿润状态的氧化剂气体之间进行水分交换。并且，可通过加湿器62对从大气导入的低湿润状态的氧化剂气体进行加湿。
氧化剂气体用压力调整阀64配置在氧化剂气体供给配管54或氧化剂气体排出配管56上，具有调整阴极的氧化剂气体压力的功能。氧化剂气体用压力调整阀64一般可使用用于对空气等气体进行调压的电磁阀等。并且，检测氧化剂气体压力的压力传感器66等设置在氧化剂气体供给配管54或氧化剂气体排出配管56上。并且，在氧化剂气体排出配管56中流动的氧化剂气体例如经由气液分离器、消音器等被排出到车外。
外部气体温度传感器68具有作为测定外部气体温度的温度测定单元的功能，设置在燃料电池系统10中。外部气体温度传感器68例如可使用热电偶等。由外部气体温度传感器68测定的外部气体温度数据被发送到控制部20。
控制部20由内部具有CPU、RAM、ROM的微型计算机构成，根据ROM中存储的程序，执行燃料电池系统10的各部分动作的控制。控制部20接收来自配置在各配管上的冷却水温度传感器26、燃料气体温度传感器44、外部气体温度传感器68等温度传感器及压力传感器38、48、66的检测信号，根据燃料电池12的运行状态(例如电力负载)驱动各电机，调整冷却水泵24、燃料气体泵42、空气压缩机60等的转速。并且，控制部20进一步进行冷却水切换阀28等各种阀的开关控制或阀开度的调整等。控制部20例如通过未图示的电缆等与各个泵、温度传感器、压力传感器等各个传感器及切换阀等各个阀连接。
接着，说明燃料电池系统10的动作。
在燃料电池12停止运行后，利用燃料气体泵42压送从燃料电池12排出的燃料气体，并进行干燥处理。首先，从燃料气体供给装置16提供的燃料气体由燃料气体供给配管30输送并提供到燃料电池12。并且，从燃料电池12排出的燃料气体由燃料气体循环配管32输送，并由燃料气体泵42压送而回流到燃料气体供给配管30。从燃料电池12排出的燃料气体吸收设置在燃料气体循环配管32或燃料气体循环配管32上的阀等中残留的水蒸气等水分，因此对设置在燃料气体循环配管32或燃料气体循环配管32上的阀等进行干燥处理。
控制部20接收由冷却水温度传感器26发送的冷却水温度数据及由燃料气体温度传感器44发送的燃料气体温度数据，并比较冷却水温度和燃料气体温度。并且，当从燃料电池12排出的冷却水的温度高于从燃料气体泵42排出的燃料气体的温度时，控制部20判断为燃料电池温度高于燃料气体泵温度。
在燃料电池温度高于燃料气体泵温度时，控制部20驱动冷却水泵24。冷却水被冷却水泵24压送并提供到燃料电池12，因此燃料电池12被冷却，燃料电池温度下降。并且优选：与燃料电池12运行时相比，使电机更高速地旋转来驱动冷却水泵24。这样一来，冷却水的循环变得更快，可使燃料电池12的冷却速度更快。
在此，优选：控制部20将冷却水切换阀28切换到散热器14一侧，使从燃料电池12排出的冷却水向散热器14流动。由于从燃料电池12排出的冷却水被散热器14冷却，因此可使燃料电池12的冷却速度更快。并且，此时优选：使散热器14的风扇旋转。这样一来，可进一步加快燃料电池12的冷却速度。
优选：与燃料电池12运行时相比，使电机更高速地旋转来驱动燃料气体泵42。这样一来，燃料气体泵42通过电机的排热等被加热，因此，可抑制燃料气体泵温度下降。
由于燃料电池12被冷却水冷却，因此燃料电池温度下降至低于比燃料气体泵温度。这样一来，在燃料电池12、燃料气体供给配管30及燃料气体循环配管32中循环的含有水分的燃料气体，其水分在燃料电池12内凝结，抑制了燃料气体泵42内的水分凝结。
在燃料电池温度下降至低于燃料气体泵温度、例如燃料电池温度下降至由外部气体温度传感器68测定的外部气体温度附近后，通过控制部20的控制使冷却水泵24停止。由于燃料电池温度低于燃料气体泵温度，因此从燃料电池12排出的燃料气体中含有的水分在燃料电池12内凝结，抑制了在燃料气体泵42内的结露。
在此，优选：在驱动燃料气体泵42的状态下，使冷却水泵24停止。这是因为，通过在停止冷却水泵24的状态下仍驱动燃料气体泵42，即使在因冷却水泵24停止而引起燃料电池温度略微上升的情况下，也可保持燃料气体泵温度高于燃料电池温度。并且，控制部20在停止冷却水泵24后，停止燃料气体泵42。
在上述构成中，表示了下述情况：在燃料电池12停止运行后，当燃料电池温度高于燃料气体泵温度时，驱动冷却水泵24以冷却燃料电池12。但是，当然也可是以下情况：在燃料电池12停止运行后，即使在燃料电池温度低于燃料气体泵温度时，也可驱动冷却水泵24以冷却燃料电池12。通过在燃料电池温度低于燃料气体泵温度时也可驱动冷却水泵24以冷却燃料电池12，能够切实确保燃料电池温度低于燃料气体泵温度。
图2是表示燃料电池12停止运行后的燃料电池温度和燃料气体泵温度的变化(燃料电池12停止运行时：燃料电池温度＞燃料气体泵温度)的图，图2(A)是表示燃料电池12停止运行后不驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时的图，图2(B)是表示燃料电池12停止运行后驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时的图。在图2中，横轴表示燃料电池12停止运行后的经过时间，纵轴表示燃料电池温度和燃料气体泵温度，实线表示燃料电池温度随着时间发生的变化，虚线表示燃料气体泵温度随着时间发生的变化。此外，在图2中表示在燃料电池12停止运行时燃料电池温度高于燃料气体泵温度的情况。
当在燃料电池12停止运行后不驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时，如图2(A)所示，燃料电池温度缓慢下降。并且，由于燃料电池温度高于燃料气体泵温度，因此，与燃料电池12内相比，燃料气体中含有的水分在燃料气体泵42内更多地凝结。
当在燃料电池12停止运行后驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时，如图2(B)所示，和不驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时相比，燃料电池温度较快地下降。这样一来，燃料电池温度变得低于燃料气体泵温度，燃料气体中含有的水分在燃料电池12内凝结。其结果是，可抑制燃料气体泵42内的水分凝结。
图3是表示燃料电池12停止运行后的燃料电池温度和燃料气体泵温度的变化(燃料电池12停止运行时：燃料电池温度＜燃料气体泵温度)的图，图3(A)是表示在燃料电池12停止运行后不驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时的图，图3(B)是表示在燃料电池12停止运行后驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时的图。在图3中，横轴表示燃料电池12停止运行后的经过时间，纵轴表示燃料电池温度和燃料气体泵温度，实线表示燃料电池温度随着时间发生的变化，虚线表示燃料气体泵温度随着时间发生的变化。此外，在图3中表示在燃料电池12停止运行时燃料电池温度低于燃料气体泵温度的情况。
当在燃料电池12停止运行后不驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时，如图3(A)所示，燃料电池温度缓慢下降。由于燃料气体泵42的热容一般小于燃料电池12的热容，因此，与燃料电池12的冷却速度相比，燃料气体泵42的冷却速度更快。因此，有时即使在燃料电池12停止运行时燃料电池温度比燃料气体泵温度低的情况下，从燃料电池12停止运行时开始经过规定时间后，燃料电池温度也会变得高于燃料气体泵温度。其结果是，与燃料电池12内相比，燃料气体中含有的水分在燃料气体泵42内更多地凝结。
当在燃料电池12停止运行后驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时，如图3(B)所示，与不驱动冷却水泵24而使燃料电池12冷却时相比，燃料电池温度更快地下降。因此，即使在燃料电池12停止运行时燃料电池温度低于燃料气体泵温度的情况下，通过驱动冷却水泵24以冷却燃料电池12，也可切实将燃料电池温度保持得低于燃料气体泵温度。这样一来，燃料气体中含有的水分在燃料电池12内凝结。其结果是，可抑制燃料气体泵42内的水分凝结。
根据上述构成，在燃料电池停止运行后，利用冷却水泵压送冷却水以燃料电池冷却，使燃料电池温度低于燃料气体泵温度，从而可抑制燃料气体泵内的水分结露，可利用燃料气体泵压送从燃料电池排出的燃料气体，并进行干燥处理。并且，由于抑制了燃料气体泵内的水分结露，因此，即使燃料电池在低温环境下较长时间地持续处于停止状态时，也可抑制燃料气体泵的冻结。
根据上述构成，在燃料电池停止运行后，通过在停止冷却水泵后再停止燃料气体泵，可更为切实地使燃料电池温度低于燃料气体泵温度。
根据上述构成，在燃料电池停止运行后，通过压送经散热器冷却后的冷却水以冷却燃料电池，可更为迅速地冷却燃料电池，使燃料电池温度低于燃料气体泵温度。
本发明的燃料电池系统，对于使用燃料电池的各种用途均有效，尤其可适用于车辆用燃料电池。

Claims (6)

1.一种燃料电池系统，
具有：冷却水泵，设置在向燃料电池输送冷却水的冷却水配管上，以压送冷却水；
燃料气体供给配管，与燃料电池连接，以向燃料电池供给燃料气体；
燃料气体循环配管，与燃料电池及燃料气体供给配管连接，并使从燃料电池排出的燃料气体在燃料气体供给配管中循环；以及
燃料气体泵，设置在燃料气体循环配管上，并将从燃料电池排出的燃料气体压送到燃料气体供给配管，
在燃料电池停止运行后，利用燃料气体泵压送从燃料电池排出的燃料气体，
该燃料电池系统的特征在于，
在燃料电池停止运行后，利用冷却水泵压送冷却水以冷却燃料电池，使燃料电池温度低于燃料气体泵温度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
在使冷却水泵停止后，使燃料气体泵停止。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
在燃料电池温度低于燃料气体泵温度后，使冷却水泵停止，并使燃料气体泵停止。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
具有散热器，其设置在冷却水配管上，以冷却从燃料电池排出的冷却水，
在燃料电池停止运行后，压送经散热器冷却后的冷却水，以冷却燃料电池。
5.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
具有散热器，其设置在冷却水配管上，以冷却从燃料电池排出的冷却水，
在燃料电池停止运行后，压送经散热器冷却后的冷却水，以冷却燃料电池。
6.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，
具有散热器，其设置在冷却水配管上，以冷却从燃料电池排出的冷却水，
在燃料电池停止运行后，压送经散热器冷却后的冷却水，以冷却燃料电池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106505230A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN111697255A (zh) * 2020-06-23 2020-09-22 上海重塑能源科技有限公司 控制燃料电池系统关机的方法、燃料电池系统及存储介质

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4530176B2 (ja) * 2006-10-26 2010-08-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
CN102264948B (zh) * 2008-11-06 2014-08-13 曳达研究和发展有限公司 一氧化碳的电化学生产方法和设备及其应用
US9190679B2 (en) 2009-07-21 2015-11-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
FR2952232B1 (fr) * 2009-10-30 2011-12-16 Michelin Soc Tech Pile a combustible et procedure d'arret d'une pile a combustible.
JP6087192B2 (ja) * 2013-04-03 2017-03-01 京セラ株式会社 発電システムおよび発電システムの制御方法ならびに燃料電池
JP6123774B2 (ja) 2014-11-11 2017-05-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
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
US11034605B2 (en) 2018-03-29 2021-06-15 Katz Water Tech, Llc Apparatus system and method to extract minerals and metals from water
US10864482B2 (en) 2017-08-24 2020-12-15 Katz Water Tech, Llc Apparatus system and method to separate brine from water
KR102505723B1 (ko) * 2018-11-20 2023-03-03 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지의 활성화 방법
JP6800258B2 (ja) * 2019-02-12 2020-12-16 本田技研工業株式会社 高圧タンクの残圧判定システム、高圧タンクの残圧判定方法、燃料電池車両

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3203150B2 (ja) * 1995-05-18 2001-08-27 三洋電機株式会社 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池システム
US6186254B1 (en) * 1996-05-29 2001-02-13 Xcelliss Fuel Cell Engines Inc. Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle
US5798186A (en) * 1996-06-07 1998-08-25 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for commencing operation of a fuel cell electric power generation system below the freezing temperature of water
US6179986B1 (en) * 1998-11-05 2001-01-30 Giner Electrochemical Systems Llc Solid polymer electrolyte electrochemical oxygen control system with integral reactor feedback sensing
JP3950562B2 (ja) * 1998-11-26 2007-08-01 株式会社東芝 固体高分子型燃料電池システム
EP2178149B1 (en) * 2001-05-23 2012-07-04 Panasonic Corporation Fuel cell power generating system
JP2003178782A (ja) 2001-12-12 2003-06-27 Honda Motor Co Ltd 水素ポンプおよび水素ポンプを用いた燃料電池システム
US7282285B2 (en) * 2002-04-05 2007-10-16 Utc Fuel Cells, Llc Method and apparatus for the operation of a cell stack assembly during subfreezing temperatures
US6864000B2 (en) 2002-06-28 2005-03-08 Utc Fuel Cells, Llc Shutdown procedure to improve startup at sub-freezing temperatures
JP3835362B2 (ja) * 2002-07-05 2006-10-18 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP4498707B2 (ja) 2002-11-25 2010-07-07 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの運転方法と燃料電池運転装置
JP4066361B2 (ja) * 2003-07-30 2008-03-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の冷却システム
JP4622313B2 (ja) * 2003-08-26 2011-02-02 トヨタ自動車株式会社 移動体
JP4633354B2 (ja) * 2003-12-19 2011-02-16 本田技研工業株式会社 燃料電池の停止方法
US20050181245A1 (en) * 2005-03-28 2005-08-18 Honeywell International Inc. Hydrogen and electrical power generator
CN100481595C (zh) * 2004-02-12 2009-04-22 丰田自动车株式会社 燃料电池系统以及残留燃料气体的去除方法
JP2005251411A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4993241B2 (ja) * 2004-03-17 2012-08-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2005317224A (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システムおよびその掃気方法
JP2005322426A (ja) * 2004-05-06 2005-11-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN100448083C (zh) * 2004-05-19 2008-12-31 松下电器产业株式会社 燃料电池系统
JP4929600B2 (ja) * 2005-03-04 2012-05-09 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの停止方法
JP5425358B2 (ja) * 2005-10-20 2014-02-26 株式会社日立製作所 固体高分子形燃料電池システムの停止方法及び固体高分子形燃料電池システム
US20070205111A1 (en) * 2005-10-31 2007-09-06 Nanscopic Technologies, Inc. Apparatus And Method For Producing Hydrogen
JP4677892B2 (ja) * 2005-12-07 2011-04-27 トヨタ自動車株式会社 ルーツ型ポンプおよび燃料電池システム
JP5044969B2 (ja) * 2006-04-07 2012-10-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁の凍結防止方法
JP2007328972A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Toyota Motor Corp 燃料電池システム

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106505230A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN106505230B (zh) * 2015-09-03 2019-02-12 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN111697255A (zh) * 2020-06-23 2020-09-22 上海重塑能源科技有限公司 控制燃料电池系统关机的方法、燃料电池系统及存储介质

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Publication number Publication date
US20100068578A1 (en) 2010-03-18
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US8206856B2 (en) 2012-06-26
JP4830852B2 (ja) 2011-12-07
WO2008081979A1 (ja) 2008-07-10
JP2008166126A (ja) 2008-07-17

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