CN101933184A - 燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
在在燃料泵的下游侧具有喷射器的燃料电池系统中，以简单的结构使氢气排气高效地升压。具备：喷射器(45)，其使从氢气罐(40)向燃料电池(2)供给的氢气与从燃料电池排出的氢气排气合流而向燃料电池供给；氢气泵(46)，其对氢气循环流路(42)内的氢气排气加压而向氢气供给流路(41)侧送出；控制部(5)，其在通过喷射器以及氢气泵使氢气循环流路内的氢气排气升压时，以由喷射器产生的氢气排气的升压值为0以上的方式，控制向喷射器供给的氢气的压力以及由氢气泵产生的氢气排气的升压；并设计成将使氢气排气升压时的喷射器的升压比例处于根据燃料电池的负载状态而设计的预定的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统通过向阳极供给的燃料气体与向阴极供给的氧化气体的电化学反应而产生电力。从阳极排出的燃料排气通过燃料循环流路返回到燃料供给流路，与从燃料供给源供给的燃料气体混合而向阳极再供给。在下述专利文献1所记载的燃料电池系统中，利用燃料泵与喷射器使向燃料循环流路排出的燃料排气返回到燃料供给流路，与燃料气体混合。
在这里，燃料泵通过电动使燃料循环，所以能够迅速应对负载变动，但相反具有在效率低下的运行区域消耗电力增大的问题。喷射器能够利用燃料气体的压力能使燃料循环，但相反由于喷嘴的响应延迟而具有难以应对急剧的负载变动的问题。鉴于这样的状况，在下述专利文献1中，在燃料电池系统中设置燃料泵与喷射器双方，通过喷射器覆盖燃料泵的效率低下而消耗电力增大的运行区域。
专利文献1：特开2003-151588号公报
发明内容
但是，在在燃料循环流路中具有燃料泵、在位于燃料泵的下游侧的燃料循环流路与燃料供给流路的合流点具有喷射口的燃料电池系统中，在设计喷射器与燃料泵的燃料排气的升压比例时，需要在充分地考虑喷射器的能力的基础上设计。这是因为，喷射器的能力具有峰值，越偏离峰值，效率越低下，如果从峰值偏离太大，则有时燃料排气被喷射器降压。即，如果不在考虑喷射器的能力的基础上设计升压比例。则通过燃料泵升压的燃料排气的压力的一部分通过喷射器而损失。另外，例如在喷射器的能力较低等情况下，即使考虑该能力而设计升压比例，在一部分负载区域有时燃料排气也由喷射器降压。在这样的情况下，需要调整喷射器的能力。因此，在在燃料泵的下游侧具有喷射器的燃料电池系统中，为了使燃料排气高效地升压，需要以不会通过喷射器将燃料排气降压的方式，一边调整喷射器的能力、喷射器与燃料泵的燃料排气的升压比例一边设计。
在上述专利文献1中，公开了在燃料电池的高负载区域使喷射器运行，在燃料电池的低负载区域使燃料泵运行(参照文献1的图13)。然而，在该专利文献1中，只不过公开了使低负载区域与高负载区域中哪一方优先运行。在专利文献1中，对于喷射器的能力、喷射器与燃料泵的升压比例没有任何公开。因此，在专利文献1的燃料电池系统中，由于喷射器的能力、喷射器与燃料泵的燃料排气的升压比例的不同，通过燃料泵升压的燃料排气的压力的一部分由于喷射器而损失掉。为了避免这样的不良，也考虑过另外设置迂回过喷射器或者燃料泵的旁通流路，或者另外设置新的流路而将喷射器与燃料泵分别设置在不同的流路上。然而，如果追加这样的结构，则系统复杂化。
本发明为了消除上述的以往技术的问题点，其目的在于提供一种在在燃料泵的下游侧具有喷射器的燃料电池系统中，能够以简单的结构使燃料排气高效地升压的燃料电池系统。
为了解决上述的课题，与本发明有关的燃料电池系统，其特征在于，包括：燃料电池，其接收作为反应气体的氧化气体以及燃料气体的供给，并通过该反应气体的电化学反应产生电力；燃料供给流路，其用于从燃料供给源向燃料电池供给燃料气体；喷射器，其设置于燃料供给流路，使从燃料供给源供给的燃料气体与从燃料电池排出的燃料排气合流而向燃料电池供给；调压阀，其设置于燃料供给流路中的喷射器的上游侧，调整向喷射器供给的燃料气体的压力；燃料循环流路，其用于使燃料排气经由喷射器返回燃料气体供给流路；燃料泵，其设置于燃料循环流路，将该燃料循环流路内的燃料排气加压而向燃料供给流路侧送出；和控制单元，其在通过喷射器以及燃料泵使燃料循环流路内的燃料排气升压时控制向喷射器供给的燃料气体的压力以及采用燃料泵进行的燃料排气的升压，使得由喷射器实现的燃料排气的升压值为0以上。
根据本发明，在在燃料循环流路中具有燃料泵、在位于燃料泵的下游侧的燃料循环流路与燃料供给流路的合流点具有喷射器的燃料电池系统中，在通过燃料泵以及喷射器使燃料排气升压时，能够将向喷射器供给的燃料气体的压力以及由燃料泵产生的燃料排气的升压控制为由喷射器产生的燃料排气的升压值为0以上。因此，能够避免通过燃料泵升压的燃料排气的压力的一部分因喷射器失去这一事态，能够通过喷射器以及氢气泵高效地使燃料排气升压。另外，不需要另外设计旁通流路等新的流路，所以能够使系统的结构简易。
在上述燃料电池系统中，也可以设置为：上述控制单元在通过喷射器以及燃料泵使燃料排气升压时，根据与燃料排气的要求升压值相对的喷射器和燃料泵的升压比例，控制向喷射器供给的燃料气体的压力以及采用燃料泵进行的燃料排气的升压；喷射器的上述升压比例设定在根据燃料电池的运行状态而设置的预定的范围内。
由此，能够根据喷射器与氢气泵的升压比例执行燃料排气的升压控制，其中该升压比例根据燃料电池的运行状态而设置，所以能够根据运行状态高效地使燃料排气升压。
在上述燃料电池系统中，也可以设置为：上述预定的范围的下限值具有下述关系：燃料电池的运行状态为第1负载状态时的下限值＜燃料电池的运行状态为第2负载状态时的下限值＜燃料电池的运行状态为第3负载状态时的下限值。另外，在上述燃料电池系统中，也可以设置为：上述预定的范围的上限值具有下述关系：燃料电池的运行状态为第1负载状态时的上限值＜燃料电池的运行状态为第2负载状态时的上限值＜燃料电池的运行状态为第3负载状态时的上限值。
在上述燃料电池系统中，也可以设置为：上述预定的范围，在燃料电池的运行状态为第1负载状态时，为喷射器的升压比例为50％以下的范围，在燃料电池的运行状态为比第1负载状态高负载的第2负载状态时，为喷射器的升压比例为20～75％的范围，在燃料电池的运行状态为比第2负载状态高负载的第3负载状态时，为喷射器的升压比例为40％以上的范围。
由此，在燃料电池的低负载区域侧，将喷射器抑制为不阻碍由燃料泵进行的升压的程度而使其运行；在燃料电池的高负载区域侧，能够提高喷射器的有效利用程度来助长燃料泵。
在上述燃料电池系统中，也可以设置为：上述第1负载状态为对燃料电池的要求发电量为燃料电池的允许发电量的50％以下的负载状态；上述第2负载状态为对燃料电池的要求发电量为燃料电池的允许发电量的30～80％的负载状态；上述第1负载状态为对燃料电池的要求发电量为燃料电池的允许发电量的60％以上的负载状态。
在上述燃料电池系统中，上述喷射器可以为喷嘴直径一定的喷射器。由此，能够使系统的结构更简易。
根据本发明，在在燃料泵的下游侧具有喷射器的燃料电池系统中，能够通过简单的结构使燃料排气高效地升压。
附图说明
图1是示意性表示实施方式中的燃料电池系统的结构图。
图2是表示对燃料电池的负载与氢气排气的要求升压值的关系的曲线图。
图3是表示对燃料电池的负载与氢气排气的要求升压值的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图，对与本发明有关的燃料电池系统的优选的实施方式进行说明。在各实施方式中，对于将本发明有关的燃料电池系统用作燃料电池车辆(FCHV：Fuel Cell Hybrid Vehicle)的车载发电系统而使用的情况进行说明。
首先，对于实施方式中的燃料电池系统的结构进行说明。图1是示意性表示燃料电池系统的结构图。
如该图所示，燃料电池系统1具有：燃料电池2，其接收作为反应气体的氧化气体以及燃料气体的供给，通过电化学反应产生电力；氧化气体配管系统3，其向燃料电池2供给作为氧化气体的空气；氢气配管系统4，其向燃料电池2供给作为燃料气体的氢气；和控制部5，其统一控制系统整体。
燃料电池2为例如高分子电解质型燃料电池，形成为将多个单电池层叠的堆叠构造。单电池在由离子交换膜构成的电解质的一面上具有阴极，在另一面上具有阳极。进而单电池形成为以从两侧将阴极以及阳极夹在内的方式具有一对隔板的构造。此时，向一方的隔板的氢气流路供给氢气，向另一方的隔板的氧化气体流路供给氧化气体，通过这些反应气体进行化学反应而产生电力。
氧化气体配管系统3具有：压缩机30，其获取大气中的氧化气体，压缩后送出；空气供给流路31，其用于向燃料电池2供给氧化气体；空气排出流路32，其用于将从燃料电池2排出的氧化排气排出。在空气供给流路31以及空气排出流路32上，设有使用从燃料电池2排出的氧化排气将从压缩机30压送的氧化气体加湿的加湿器33。通过该加湿器33进行了水分交换等的氧化排气最终作为排气向系统外的大气中排气。
氢气配管系统4具有：作为燃料供给源的氢气箱40，其储存高压的氢气；作为燃料供给流路的氢气供给流路41，其用于向燃料电池2供给氢气箱40的氢气；作为燃料循环流路的氢气循环流路42，其用于使从燃料电池2排出的氢气排气返回到氢气供给流路41。在氢气供给流路41上，从上游侧按顺序设有：调压器43，其将氢气的压力调压为预先设定的二次压；调压阀44，其调整氢气的供给量(氢气的压力)；和喷射器45，其使氢气循环流路42的氢气排气向氢气供给流路41回流。
喷射器45使从氢气箱40供给的氢气与从燃料电池2排出的氢气排气合流，将合流后的混合气体向燃料电池2供给。本实施方式中的喷射器45是喷嘴直径一定的喷射器。在该喷射器45，将从氢气箱40供给的氢气从位于流入口的喷嘴向扩散器(デイフユ一ザ)喷射，由此在扩散器内产生负压。从而，利用该负压将氢气排气从吸入口吸引到扩散器内，将该被吸引的氢气排气与从喷嘴喷射的氢气从流出口混合而排出。
在氢气供给流路41中的喷射器45的流入口侧与流出口侧，分别设有用于检测氢气的压力的压力传感器P1以及P2。压力传感器P1检测调压阀44与喷射器45之间的氢气供给流路41中的氢气的压力。压力传感器P2检测喷射器45与燃料电池2之间的氢气供给流路41中的氢气的压力。
在氢气循环流路42上，设有对氢气循环流路42内的氢气排气加压而向氢气供给流路41侧送出的氢气泵46(燃料泵)。另外，在氢气循环流路42上，经由气液分离器47连接有排出流路48。气液分离器47从氢气排气回收水分。在排出流路48上，设有排气排水阀49。排气排水阀49通常关闭，根据来自控制部5的指令而适当打开，由此将通过气液分离器47回收的水分与氢气循环流路42内的包含杂质的氢气排气排出(purge)。
控制部5检测设置于燃料电池车辆的加速操作构件(例如加速踏板)的操作量，接收加速要求值(例如，来自牵引电机等电力消耗装置的要求发电量)等控制信息，控制系统内的各种设备的动作。另外，在电力消耗装置中，除了牵引电机，也包含例如：为了使燃料电池2工作所需要的辅机装置(例如压缩机30、氢气泵46的电机等)，在与车辆的行驶有关的各种装置(变速机、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等)中使用的致动器，乘员空间的空调装置(空调)，照明，音响等。
控制部5(控制单元)在通过喷射器45以及氢气泵46使氢气循环流路42内的氢气排气升压时，以由喷射器45产生的氢气排气的升压值为0以上的方式，控制向喷射器45供给的氢气的压力以及由氢气泵产生的氢气排气的升压(下面，称作氢气排气的升压控制)。
具体地说，控制部5在执行氢气排气的升压控制时，根据喷射器45与氢气泵46的相对于对燃料电池系统要求的氢气排气的要求升压值的升压比例，控制对喷射器45的供给的氢气的压力以及由氢气泵产生的氢气排气的升压。上述升压比例被设定在根据对燃料电池2的负载而设置的预定的范围内。该预定的范围是能够确保由喷射器45产生的氢气排气的升压值在燃料电池的所有的负载区域都为0以上的上述升压比例的范围。预定的范围能够如下所述那样设定。
在对燃料电池2的负载为低负载(第1负载状态)时，喷射器45的升压比例为0～50％的范围。如果作为氢气泵46侧的比例换而言之，则氢气泵46的升压比例为50～100％的范围。在负载为中负载(第2负载状态)时，喷射器45的升压比例为20～75％的范围。如果作为氢气泵46侧的比例换而言之，则氢气泵46的升压比例为25～80％的范围。在负载为高负载(第3负载状态)时，喷射器45的升压比例为40～100％的范围。如果作为氢气泵46侧的比例换而言之，则氢气泵46的升压比例为0～60％的范围。
根据对燃料电池2的负载，以处于上述预定的范围的方式设定升压的分担比例，由此在低负载区域，能够一边将喷射器45抑制为不阻碍由氢气泵46进行的升压的程度一边使其运行，在高负载区域，能够提高喷射器45的活用程度而辅助氢气泵46。
如果用曲线图表示该情况，如图2所示。图2是表示对燃料电池的负载与燃料电池系统要求的氢气排气的要求升压值的关系的曲线图。实线Gp是表示根据负载而由燃料电池系统要求的氢气排气的要求升压值的推移的线。斜线部分Ge是与上述预定的范围相当的部分。
虚线Gb是表示上述升压比例的一例的线。此时，实线Gp与横轴包围的区域中的虚线Gb下侧的区域，是表示喷射器45承担的升压量的区域，实线Gp与横轴包围的区域中虚线Gb上侧的区域是表示氢气泵46承担的升压量的区域。
在这里，由于喷射器45的能力，具有不能使上述升压比例Gb处于预定的范围Ge内的情况。这是因为：喷射器的能力由例如喷嘴直径、扩散器直径、扩散器长度等确定，所以有时由于物理的原因，不能根据所设定的升压比例升压。因此，在这样的情况下，需要以能够根据升压比例升压的方式调整喷射器45的喷嘴直径、扩散器直径、扩散器长度等。
但是，即使在调整了喷射器45的情况下，喷射器能够高效运行的范围也有限度，所以难以高效地覆盖燃料电池的所有的负载区域。例如，如图3所示，在将喷射器45的峰值设定为低负载区域侧的情况下，在高负载区域，具有氢气排气由喷射器45降压的情况。另外，与此同样，在将喷射器45的峰值设定为高负载区域侧的情况下，在低负载区域，也具有氢气排气由喷射器45降压的情况。在这些情况下，包含由喷射器45降压的量(图3中的Pa部分)而通过氢气泵46单体将氢气排气升压到要求升压值Gp，所以需要较大的消耗电力，效率低下。
因此，本申请发明者着眼于即使在喷射器的效率变低下的区域、只要能够提高向喷射器供给的氢气的压力、便能够使由喷射器产生的升压增大这一情况，反复进行了实验。结果发现：通过以上述升压比例Gb处于上述的图2所示的预定的范围Ge内的方式控制向喷射器45供给的氢气的压力以及由氢气泵46产生的氢气排气的升压，能够避免氢气排气由喷射器45降压这一事态。
即，判明了：通过在适当调整喷射器45的能力之后，将喷射器45与氢气泵46的升压比例Gb设定为预定的范围Ge内，根据该升压比例Gb执行氢气排气的升压控制，能够将由喷射器45产生的氢气排气的升压值维持为0以上。
另外，如图2所示，根据对燃料电池2的负载设置的各预定的范围Ge的下限值具有“处于低负载时的下限值＜处于中负载时的下限值＜处于高负载时的下限值”的关系。另外，根据对燃料电池2的负载设置的各预定的范围Ge的上限值具有“处于低负载时的上限值＜处于中负载时的上限值＜处于高负载时的上限值”的关系。
上述的对燃料电池2的负载可以通过例如对燃料电池的要求发电量如下所述那样分类。将对燃料电池的要求发电量为燃料电池的允许发电量的50％以下时设为低负载，将对燃料电池的要求发电量为燃料电池2的允许发电量的30～80％时设为中负载，将对燃料电池的要求发电量为燃料电池2的允许发电量的60％以上时设为高负载。
在这里，控制部5在物理上具有例如：CPU，储存通过CPU处理的控制程序和/或控制数据的ROM，主要作为用于控制处理的各种作业区域而使用的RAM；和输入输出接口。这些元件互相经由总线连接。在输入输出接口上，连接有压力传感器P1、P2等各种传感器，并且连接有用于驱动压缩机30、调压阀44、氢气泵46以及排气排水阀49等的各种驱动器。
CPU根据储存于ROM的控制程序，经由输入输出接口接收各种传感器的检测结果，使用RAM内的各种数据等进行处理，由此控制例如氢气排气的升压控制等。另外，CPU经由输入输出接口向各种驱动器输出控制信号，由此控制燃料电池系统1整体。
如上所述，根据本实施方式中的燃料电池系统，在在氢气循环流路42上具有氢气泵46、在位于氢气泵46的下游侧的氢气循环流路42与氢气供给流路41的合流点具有喷射器45的燃料电池系统1中，在通过喷射器45以及氢气泵46使氢气排气升压时，能够根据预定的升压比例执行氢气排气的升压控制。由此，能够将向喷射器45供给的氢气的压力以及由氢气泵46产生的氢气排气的升压控制为由喷射器45产生的氢气排气的升压值为0以上。
由此，能够避免氢气排气由喷射器45降压这一事态，所以通过氢气泵46升压的氢气排气的压力的一部分不会通过喷射器45失去，能够通过喷射器45以及氢气泵46高效地使氢气排气升压。
另外，不需要另外设计旁通流路等新的流路，所以能够使燃料电池系统1的结构简易。
另外，在上述的实施方式中，根据对燃料电池的要求发电量对对燃料电池的负载分类，但对负载分类的要素并不限定于要求发电量。例如，也可以根据燃料电池的输出电流和/或反应气体量等对对燃料电池的负载分类。
另外，在上述的实施方式中，作为喷射器使用喷嘴直径一定的喷射器进行说明，但并不将喷射器限定于喷嘴直径一定的喷射器。例如，也可以使用喷嘴直径根据针阀的位置可变的喷射器。但是，通过使用喷嘴直径一定的喷射器，能够使系统的结构更简易。
另外，在上述的实施方式中，对于将与本发明有关的燃料电池系统搭载于燃料电池车辆的情况进行了说明，但也可以将与本发明有关的燃料电池系统应用于燃料电池车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、航空器等)。另外，也可以将与本发明有关的燃料电池系统应用于作为建筑物(住宅、大楼等)用的发电设备而使用的固定区域用发电系统。
与本发明有关的燃料电池系统是在燃料泵的下游侧具有喷射器的燃料电池系统，适于通过简单的结构使燃料气体高效地升压。
符号说明
1：燃料电池系统
2：燃料电池
3：氧化气体配管系统
4：氢气配管系统
5：控制部
40：氢气箱(水素タンク)
41：氢气供给流路
42：氢气循环流路
44：调压阀(调压弁)
45：喷射器(エゼクタ)
46：氢气泵
Claims (7)
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池，其接收作为反应气体的氧化气体以及燃料气体的供给，并通过该反应气体的电化学反应产生电力；
燃料供给流路，其用于从燃料供给源向所述燃料电池供给所述燃料气体；
喷射器，其设置于所述燃料供给流路，使从所述燃料供给源供给的所述燃料气体与从所述燃料电池排出的燃料排气合流而向所述燃料电池供给；
调压阀，其设置于所述燃料供给流路中的所述喷射器的上游侧，调整向所述喷射器供给的所述燃料气体的压力；
燃料循环流路，其用于使所述燃料排气经由所述喷射器返回所述燃料气体供给流路；
燃料泵，其设置于所述燃料循环流路，将该燃料循环流路内的所述燃料排气加压而向所述燃料供给流路侧送出；和
控制单元，其在通过所述喷射器以及所述燃料泵使所述燃料循环流路内的所述燃料排气升压时控制向所述喷射器供给的所述燃料气体的压力以及采用所述燃料泵进行的所述燃料排气的升压，使得由所述喷射器实现的所述燃料排气的升压值为0以上。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制单元在通过所述喷射器以及所述燃料泵使所述燃料排气升压时，根据与所述燃料排气的要求升压值相对的所述喷射器和所述燃料泵的升压比例，控制向所述喷射器供给的所述燃料气体的压力以及采用所述燃料泵进行的所述燃料排气的升压；
所述喷射器的所述升压比例设定在根据所述燃料电池的运行状态而设置的预定的范围内。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述预定的范围的下限值具有下述关系：
所述燃料电池的运行状态为第1负载状态时的所述下限值＜所述燃料电池的运行状态为第2负载状态时的所述下限值＜所述燃料电池的运行状态为第3负载状态时的所述下限值。
4.如权利要求2或3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述预定的范围的上限值具有下述关系：
所述燃料电池的运行状态为第1负载状态时的所述上限值＜所述燃料电池的运行状态为第2负载状态时的所述上限值＜所述燃料电池的运行状态为第3负载状态时的所述上限值。
5.如权利要求2～4的任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述预定的范围，在所述燃料电池的运行状态为第1负载状态时，为所述喷射器的所述升压比例为50％以下的范围，在所述燃料电池的运行状态为比所述第1负载状态高负载的第2负载状态时，为所述喷射器的所述升压比例为20～75％的范围，在所述燃料电池的运行状态为比所述第2负载状态高负载的第3负载状态时，为所述喷射器的所述升压比例为40％以上的范围。
6.如权利要求3～5的任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第1负载状态为对所述燃料电池的要求发电量为所述燃料电池的允许发电量的50％以下的负载状态；所述第2负载状态为对所述燃料电池的要求发电量为所述燃料电池的允许发电量的30～80％的负载状态；所述第3负载状态为对所述燃料电池的要求发电量为所述燃料电池的允许发电量的60％以上的负载状态。
7.如权利要求1～6的任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述喷射器为喷嘴直径一定的喷射器。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106575778A (zh) * | 2014-07-24 | 2017-04-19 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 |
| CN108736041A (zh) * | 2017-04-18 | 2018-11-02 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
| CN108780905A (zh) * | 2016-03-15 | 2018-11-09 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统及其控制装置以及燃料电池系统的控制方法 |
| CN110137532A (zh) * | 2018-02-09 | 2019-08-16 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池系统 |
| CN110299546A (zh) * | 2018-03-22 | 2019-10-01 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池系统及其控制方法 |
| CN112615026A (zh) * | 2019-10-04 | 2021-04-06 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池车辆 |
| CN114914469A (zh) * | 2021-02-08 | 2022-08-16 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010043618A1 (de) * | 2010-11-09 | 2012-05-10 | Robert Bosch Gmbh | Proportionalventil zum Steuern und Ansaugen von gasförmigem Medium |
| JP5694117B2 (ja) * | 2010-11-22 | 2015-04-01 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| DE102012017567A1 (de) | 2012-09-06 | 2014-03-06 | Daimler Ag | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems |
| 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 |
| JP7420650B2 (ja) * | 2020-06-04 | 2024-01-23 | 本田技研工業株式会社 | ガス供給システム |
| DE102020212077A1 (de) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Steuergerät |
| JP2022063412A (ja) * | 2020-10-12 | 2022-04-22 | 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 |
| JP7435496B2 (ja) | 2021-02-03 | 2024-02-21 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001266922A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-09-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の燃料供給装置 |
| JP2003017101A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の加湿システム |
| US20030096145A1 (en) * | 2001-11-20 | 2003-05-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel-circulating fuel cell system |
| US20030148167A1 (en) * | 2001-11-09 | 2003-08-07 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel circuit of the fuel cell system |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006099993A (ja) | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム及び燃料電池システムの故障診断装置 |
-
2008
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-
2009
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001266922A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-09-28 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の燃料供給装置 |
| JP2003017101A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池の加湿システム |
| US20030148167A1 (en) * | 2001-11-09 | 2003-08-07 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel circuit of the fuel cell system |
| US20030096145A1 (en) * | 2001-11-20 | 2003-05-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel-circulating fuel cell system |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106575778B (zh) * | 2014-07-24 | 2019-05-28 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 |
| CN106575778A (zh) * | 2014-07-24 | 2017-04-19 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 |
| CN108780905A (zh) * | 2016-03-15 | 2018-11-09 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统及其控制装置以及燃料电池系统的控制方法 |
| CN108780905B (zh) * | 2016-03-15 | 2021-10-08 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统及其控制装置以及燃料电池系统的控制方法 |
| CN108736041B (zh) * | 2017-04-18 | 2021-05-07 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
| CN108736041A (zh) * | 2017-04-18 | 2018-11-02 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
| CN110137532B (zh) * | 2018-02-09 | 2022-04-22 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池系统 |
| CN110137532A (zh) * | 2018-02-09 | 2019-08-16 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池系统 |
| CN110299546A (zh) * | 2018-03-22 | 2019-10-01 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池系统及其控制方法 |
| CN110299546B (zh) * | 2018-03-22 | 2022-08-30 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池系统及其控制方法 |
| CN112615026A (zh) * | 2019-10-04 | 2021-04-06 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池车辆 |
| CN112615026B (zh) * | 2019-10-04 | 2024-04-16 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池车辆 |
| CN114914469A (zh) * | 2021-02-08 | 2022-08-16 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池系统 |
Also Published As
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