CN103401007B - 燃料电池系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料电池系统(100)的特征在于，具有：燃料电池(1)，其通过使供给至氧化剂极(34)的氧化剂气体与供给至燃料极(67)的燃料气体进行电化学反应来产生电力；燃料气体供给装置HS，其对上述燃料极(67)供给上述燃料气体；以及控制装置(40)，其控制上述燃料气体供给装置HS对上述燃料极(67)供给上述燃料气体，并且在上述燃料极(67)侧的出口被封闭时进行压力变动，该控制装置(40)基于以第一压力幅度ΔP1进行上述压力变动的第一压力变动模式，使上述燃料极(67)处的上述燃料气体的压力周期性地发生变动。

Description

燃料电池系统及其控制方法
本申请是申请日为2009年11月16日，申请号为200980146527.2，发明名称为“燃料电池系统及其控制方法”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
以往，已知一种具备燃料电池的燃料电池系统，该燃料电池通过对燃料极供给燃料气体(例如氢气)并对氧化剂极供给氧化剂气体(例如空气)，使这些气体进行电化学反应来进行发电。
在这种燃料电池系统中，空气中含有的氮气透到燃料极侧，因而在燃料极侧出现氮气浓度较高的位置即氢气浓度较低的位置。该气体的不均匀化是导致燃料电池的部件劣化的主要原因。因此，在专利文献1中，公开了一种通过使燃料极和氧化剂极的气体压力发生变动来清理燃料电池的水和蓄积的不反应气体的方法。
专利文献1：日本特表2007-517369号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，根据专利文献1所公开的方法，为了清理液体以及不反应气体，要求较大幅度的压力变动，因此会有较大的压力作用于构成燃料电池的电解质膜等，从而有可能使燃料电池的耐久性降低。
本发明是鉴于上述情况而完成的。本发明的目的在于抑制燃料电池的耐久性的降低，同时抑制反应气体不均匀化。
本发明的目的还在于抑制燃料电池、燃料气体供给系统部件中产生的压力，从而抑制燃料电池系统的劣化。
用于解决问题的方案
本发明的方式所涉及的燃料电池系统具有：燃料电池，其通过使供给至氧化剂极的氧化剂气体与供给至燃料极的燃料气体进行电化学反应来产生电力；燃料气体供给装置，其对上述燃料极供给上述燃料气体；以及控制装置，其通过控制上述燃料气体供给装置来向上述燃料极供给上述燃料气体，并且在上述燃料极侧的出口被封闭时进行压力变动，该控制装置基于以第一压力幅度进行上述压力变动的第一压力变动模式，使上述燃料极处的上述燃料气体的压力周期性地发生变动。
并且，本发明的方式所涉及的燃料电池系统的控制方法包括以下内容：通过使供给至氧化剂极的氧化剂气体与供给至燃料极的燃料气体进行电化学反应来产生电力；对上述燃料极供给上述燃料气体；以及通过控制上述燃料气体的上述供给来向上述燃料极供给上述燃料气体，并且在上述燃料极侧的出口被封闭时进行压力变动，基于以第一压力幅度进行上述压力变动的第一压力变动模式，使上述燃料极处的上述燃料气体的压力周期性地发生变动。
并且，本发明的方式所涉及的燃料电池系统具有：燃料电池，其通过使供给至氧化剂极的氧化剂气体与供给至燃料极的燃料气体进行电化学反应来产生电力；燃料气体供给单元，其对上述燃料极供给上述燃料气体；以及控制单元，其通过控制上述燃料气体供给单元来向上述燃料极供给上述燃料气体，并且在上述燃料极侧的出口被封闭时进行压力变动，该控制单元基于以第一压力幅度进行上述压力变动的第一压力变动模式，使上述燃料极处的上述燃料气体的压力周期性地发生变动。
发明的效果
根据本发明，基于以第一压力幅度进行压力变动的第一压力变动模式使燃料极处的燃料气体的压力周期性地发生变动，由此能够搅拌燃料极侧气体。由此，实现燃料极侧气体的均匀化。
并且，根据本发明，使执行一次控制模式的期间内的燃料气体供给量增加，因此能够抑制每单位时间内压力增减的执行次数的增加。由此，能够缓和施加于燃料电池和燃料气体供给系统部件的负担，从而能够抑制燃料电池系统的劣化。
附图说明
图1的(a)是示意性地表示第一实施方式所涉及的燃料电池系统的结构的框图。图1的(b)是示意性地表示第一实施方式所涉及的燃料电池系统的其它结构的框图。
图2的(a)是表示燃料电池单体内的燃料极侧氢气的状态的说明图，示出了燃料极侧气体流路中的氢气流线。图2的(b)示出了燃料极侧气体流路中的氢气浓度分布。图2的(c)示出了燃料极侧反应面上的氢气浓度分布。
图3的(a)是示意性地表示燃料电池单体的说明图，假设了八个电流测量点。图3的(b)示出了各个测量点上的电流分布的时序变化。
图4是示意性地表示燃料电池单体的结构的截面图。
图5是表示氧化剂极和燃料极的氮气分压差与漏氮量的关系的说明图。
图6是对应于周围温度来表示周围湿度与漏氮量的关系的说明图。
图7的(a)是示意性地表示氢气与不反应气体的搅拌状态的说明图。图7的(b)表示停止氢气供给(闭阀操作)的定时。
图8的(a)是表示液体排出状态的说明图。图8的(b)表示停止氢气供给(闭阀操作)的定时。图8的(c)表示停止氢气供给(闭阀操作)的定时的其它例。图8的(d)表示停止氢气供给(闭阀操作)的定时的另一例。
图9是表示发电面内的电流分布的说明图。
图10是表示第二实施方式所涉及的燃料电池系统的控制方法的处理过程的流程图。
图11是表示第一控制方法的控制模式的说明图。
图12是表示第二控制方法的控制模式的说明图。
图13是表示第三控制方法的控制模式的说明图。
图14是表示燃料极处的压力增减的变化的说明图。
图15是第一保持时间Tp1的说明图。
图16是第二保持时间Tp2的说明图。
图17是第一保持时间Tp1/第二保持时间Tp2和负荷的说明图。
图18是第一保持时间Tp1/第二保持时间Tp2和负荷的说明图。
图19是负荷电流和上限压力P1/下限压力P2的说明图。
图20的(a)是示意性地表示燃料电池堆叠体中的燃料极侧容积Rs和容积部的容积Rt的说明图。图20的(b)表示流入了燃料系统的容积的1/4左右的新的氢气。
图21是上限压力P1和下限压力P2的说明图。
图22是压力下降速度的说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1的(a)是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的燃料电池系统100的结构的框图。燃料电池系统100例如被装载在作为移动物体的车辆上，该车辆利用从燃料电池系统100供给的电力来进行驱动。
燃料电池系统100具备层叠多个燃料电池单体而构成的燃料电池堆叠体1作为主体。构成燃料电池堆叠体1的各燃料电池单体是以一对隔板夹持燃料电池结构体而构成的，其中，该燃料电池结构体以如下的方式形成：燃料极67(参照后述的图4)和氧化剂极34(参照后述的图4)隔着固体高分子电解质膜相对置。
在燃料电池堆叠体1中，对应于燃料气体和氧化剂气体分别构成有一对沿燃料电池单体的层叠方向延伸的内部流路。在与燃料气体对应的一对内部流路(Manifold：歧管)中作为第一内部流路的供给用内部流路中，通过各燃料电池单体的燃料极67侧气体流路(单体流路)将燃料气体分别供给至燃料极67侧反应面，而从各燃料电池单体的燃料极67侧气体流路中分别排出的气体(以下称为“燃料极排气”)流入作为第二内部流路的排出用内部流路。同样地，在与氧化剂气体对应的一对内部流路中作为第一内部流路的供给用内部流路中，通过各燃料电池单体的氧化剂极34侧气体流路(单体流路)将氧化剂气体分别供给至氧化剂极34侧反应面，而从各燃料电池单体的氧化剂极34侧气体流路中分别排出的气体(以下称为“氧化剂极排气”)流入作为第二内部流路的排出用内部流路。本第一实施方式的燃料电池堆叠体1采用了燃料气体以及氧化剂气体相向流动的所谓的逆流式(CounterFlowType)。
燃料电池堆叠体1使在每个燃料电池单体中被分别供给至燃料极67和氧化剂极34的燃料气体和氧化剂气体进行电化学反应来产生发电电力。
在本第一实施方式中，说明将氢气用作燃料气体、将空气用作氧化剂气体的情况。此外，在本说明书中，“燃料电池单体”、“燃料极”或“氧化剂极”这样的词语并不是只用于指明单一的燃料电池单体或者其燃料极或氧化剂极，也用于对燃料电池堆叠体1的各燃料电池单体、或者它们的燃料极或氧化剂极进行总称。
燃料电池系统100还具有用于对燃料电池堆叠体1供给氢气的氢气系统以及用于对燃料电池堆叠体1供给空气的空气系统。
在氢气系统中，作为燃料气体的氢气被贮存在燃料罐10(例如高压氢气瓶)中，从该燃料罐10经由氢气供给流路(燃料极入口流路)L1被供给至燃料电池堆叠体1。具体地说，氢气供给流路L1的第一端部与燃料罐10相连接，并且其第二端部与燃料电池堆叠体1的燃料气体供给用内部流路的入口侧相连接。在该氢气供给流路L1中，在燃料罐10的下游设置有气罐阀(在图1中未示出)，当该气罐阀变为开放状态时，来自燃料罐10的高压氢气通过设置于燃料罐10的下游的减压阀(在图1中未示出)以机械方式减少到规定压力。减压后的氢气通过设置于减压阀下游的氢气压力调节阀11进一步减压，之后被供给至燃料电池堆叠体1。能够通过控制氢气压力调节阀11的开度来调整被供给至燃料电池堆叠体1的氢气压力即燃料极67中的氢气压力。在本第一实施方式中，由燃料罐10、氢气供给流路L1以及设置在该氢气供给流路L1上的氢气压力调节阀11构成向燃料电池堆叠体1的燃料极67供给氢气的氢气供给装置HS(燃料气体供给装置HS)。
在本第一实施方式中，燃料电池堆叠体1构成采用所谓封闭式的燃料电池系统100，即，燃料电池堆叠体1中的燃料气体排出用内部流路的出口侧基本上是闭塞的，对燃料极排气从燃料电池堆叠体1的排出进行限制。但是，这并不是指严格意义上的闭塞，为了从燃料极67排出氮气等惰性气体、液体等杂质，设置有能够例外地开放燃料气体排出用内部流路的出口侧的排出系统。具体地说，燃料气体排出用内部流路的出口侧连接有燃料极排气流路(排出流路)L2。燃料极排气流路L2的第二端部与后述的氧化剂极排气流路L6相连接。
燃料极排气流路L2中设置有容积部(容积装置)12，该容积部12具备规定容积Rs(后述的图20)作为空间，其中，该规定容积Rs例如是与构成燃料电池堆叠体1的所有燃料电池单体所需的燃料极67侧容积相同程度或者其80%左右的容积Rs。该容积部12作为暂时储存从燃料极7侧流入的燃料极排气中所包含的杂质的缓冲器而发挥功能。在图1中，容积部12的铅垂方向的下部连接有排水流路L3，该排水流路L3的第一端部是开放的，该排水流路L3中设置有排水阀13。流入到容积部12的燃料极排气中所包含的杂质(主要为液体)在容积部12的下部积存。所积存的杂质能够通过控制排水阀13的开闭状态而排出。另外，在燃料极排气流路L2中，在容积部12的下游侧设置有净化阀(阻断装置)14。流入到容积部12的燃料极排气，具体地说，是含有杂质(主要是氮气等惰性气体)和未反应氢气的气体，其能够通过控制净化阀14的开闭状态而排出。
燃料极排气流路(排出流路)L2和容积部(容积装置)12、净化阀(阻断装置)14形成限制装置70。
另一方面，对空气系统的作为氧化剂气体的空气进行叙述。例如，当大气被压缩机20取入时对大气进行加压，经由空气供给流路L5将空气供给至燃料电池堆叠体1。空气供给流路L5的第一端部与压缩机20相连接，并且其第二端部与燃料电池堆叠体1中的氧化剂气体供给用内部流路的入口侧相连接。另外，在空气供给流路L5中设置有用于将向燃料电池堆叠体1供给的空气加湿的加湿装置21。
燃料电池堆叠体1中的氧化剂气体排出用内部流路的出口侧连接有氧化剂极排气流路L6。由此，来自燃料电池堆叠体1中的氧化剂极34的氧化剂极排气经由氧化剂极排气流路L6排出到外部。在该氧化剂极排气流路L6中设置有上述加湿装置21，来对发电所生成的水分进行除湿(该除湿水分被用于对供给空气进行加湿)。另外，在氧化剂极排气流路L6中，在加湿装置21的下游侧设置有空气压力调节阀22。被供给至燃料电池堆叠体1的空气压力即氧化剂极34中的空气压力能够通过控制空气压力调节阀22的开度来进行调整。在本第一实施方式中，由压缩机20、空气供给流路L5以及设置于氧化剂极排气流路L6上的空气压力调节阀22来构成向燃料电池堆叠体1的氧化剂极34供给空气的氧化剂气体供给装置OS。
另外，对从燃料电池堆叠体1取出的输出(例如电流)进行控制的输出取出装置30与燃料电池堆叠体1相连接。燃料电池堆叠体1所发出的电力通过输出取出装置30被提供至例如车辆驱动用的电动马达(在图1中未示出)、二次电池、需要燃料电池堆叠体1的发电动作的各种辅机中。另外，在输出取出装置30中，所发出的电力也被提供至二次电池(在图1中未示出)。该二次电池用于在燃料电池系统100启动时或过度响应时等补充从燃料电池堆叠体1供给的电力的不足。
控制部(控制装置)40具备将整个燃料电池系统100统一进行控制的功能，通过按照控制程序进行动作来控制燃料电池系统100的运转状态。作为控制部40，能够使用以CPU、ROM、RAM、I/O接口为主体构成的微计算机。该控制部40按照保存在ROM中的控制程序进行各种运算，将该运算结果作为控制信号输出到各种驱动器(在图1中未示出)中。由此，控制部40对氢气压力调节阀11、排水阀13、净化阀14、压缩机20、空气压力调节阀22、输出取出装置30这样的各种要素进行控制，从而进行燃料电池堆叠体1的发电动作。
为了检测燃料电池系统100的状态，来自各种传感器等的传感器信号被输入到控制部40中。在本第一实施方式中，作为上述的各种传感器，列举出氢气压力传感器41、空气压力传感器42、堆叠体温度传感器43。氢气压力传感器41检测被供给至燃料电池堆叠体1的氢气压力。空气压力传感器42检测被供给至燃料电池堆叠体1的空气的压力。堆叠体温度传感器43检测燃料电池堆叠体1的温度。
在本第一实施方式中，控制部40以下面的方式控制燃料电池系统100。首先，控制部40对燃料电池堆叠体1供给空气和氢气，由此进行燃料电池堆叠体1的发电。供给至燃料电池堆叠体1的空气和氢气各自的压力(运转压力)被预先设定为与运转负荷无关的固定基准值或与运转负荷相应的可变值。于是，控制部40通过以规定的运转压力供给空气和氢气来进行燃料电池堆叠体1的发电。在此，作为本第一实施方式的特征之一，控制部40在向燃料电池堆叠体1的燃料极67供给氢气时，基于以第一压力幅度(压力差)进行压力变动的第一压力变动模式和以大于第一压力幅度的第二压力幅度(压力差)进行压力变动的第二压力变动模式，使燃料电池堆叠体1的燃料极67处的氢气压力周期性地发生变动。具体地说，控制部40反复进行以下的基本控制模式：在多次执行第一压力变动模式之后，执行第二压力变动模式。在进行压力变动的情况下，控制部40停止对燃料电池堆叠体1的氢气供给，并且以燃料电池堆叠体1的燃料极67处的氢气压力降低规定压力幅度(第一压力幅度或第二压力幅度)为条件，重新开始对燃料电池堆叠体1的氢气供给，从而将燃料电池堆叠体1的燃料极67处的氢气压力恢复至运转压力。能够通过氢气压力调节阀11的开闭操作来进行对燃料电池堆叠体1的氢气供给的停止和重新开始。通过参照氢气压力传感器41的检测值，能够监视氢气压力降低，而该氢气压力降低与压力幅度是相当的。
而图1的(b)是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的燃料电池系统100的其它结构的框图。在此，构成为废弃排水阀13而仅设有净化阀14。通过形成这种结构，能够通过控制净化阀14的开闭状态来排出含有燃料极排气所包含的杂质(主要是氮气等惰性气体和液体)以及未反应氢气的气体。
下面，对采用这种结构和控制方法的燃料电池系统100及其概念进行说明。
在基于提高燃烧消耗率和降低使燃料电池堆叠体进行动作的各种辅机等的动力等观点、以低化学计量比(或者“低反应气体供给过量率”)、低流量进行燃料电池系统100的运转的情况下，燃料电池堆叠体1的各燃料电池单体内的气体流路(单体流路)中流动的反应气体(氢气或空气)的流速变低。因此，发电反应中不需要的杂质例如液体、不反应气体(主要是氮气)容易在流路中进行累积，这有可能会妨碍发电所需的反应气体的流通。在这种情况下，燃料电池堆叠体1的输出降低，进而可能导致不能发电，甚至引起反应所需的催化剂的劣化。
例如，考虑了以下的状态：对燃料电池堆叠体1的氧化剂极34供给空气，并对燃料极排气从燃料电池堆叠体1的排出进行限制，从而稳定地供给燃料极67所消耗的量的氢气，由此燃料电池堆叠体1进行发电。在各燃料电池单体中，空气中的氮气经由构成燃料电池单体的固体高分子电解质膜，从氧化剂极34侧气体流路渗漏到燃料极67侧气体流路中。另一方面，与发电反应的氢气的消耗量同等量的氢气通过对流流入到燃料极67侧气体流路中。然而，燃料气体排出用内部流路的出口侧是闭塞的，因此渗漏过来的氮气被氢气的对流推到气体流路的下游侧(出口侧)。燃料极67的氮气不但不能被发电反应消耗，反而会由于来自氧化剂极34侧的渗漏而不断增加，直到氧化剂极34侧分压与燃料极67侧分压变得相等。
图2的(a)～图2的(c)是表示燃料电池单体内的燃料极67侧氢气的状态的说明图。图2的(a)表示燃料极67侧气体流路中的氢气流线。在此，横轴表示气体流路的距离(气体流路方向)，横轴的左侧与气体流路的入口侧相对应，横轴的右侧与气体流路的出口侧相对应。而纵轴表示气体流路的高度，纵轴的下侧与反应面相对应。另外，图2的(b)表示燃料极67侧气体流路中的氢气浓度分布。与图2的(a)同样地，横轴表示气体流路的距离(气体流路方向)，纵轴表示气体流路的高度。在图2的(b)中，区域a1表示氢气浓度为93%～100%的范围，区域a2表示氢气浓度为83%～93%的范围，区域a3表示氢气浓度为73%～83%的范围。另外，区域a4表示氢气浓度为63%～73%的范围，区域a5表示氢气浓度为53%～63%的范围，区域a6表示氢气浓度为43%～53%的范围，区域a7表示氢气浓度为33%～43%的范围。并且，图2的(c)表示燃料极67侧反应面上的氢气浓度分布。在此，横轴表示气体流路的距离，横轴的左侧与气体流路的入口侧相对应，横轴的右侧与气体流路的出口侧相对应。而纵轴表示氢气浓度。
如上所述，由于所渗漏的氮气的流入以及所流入的氢气，在燃料极67中会形成氮气浓度较高的位置即氢气浓度较低的位置。具体地说，在燃料电池单体中，存在越靠近气体流路的下游(出口侧)氢气浓度越低的趋势。另外，如果基于该状态继续发电，则氢气浓度低的位置的浓度会进一步变低。
图3是示意性地表示燃料电池单体的说明图。如图3的(a)所示，沿反应气体的流向，在燃料电池单体的发电面内分别假设有#1～#8这八个电流测量点。图3的(b)表示各测量点#1～#8中的电流分布的时序变化。具体地说，如虚线箭头所示，各测量点#1～#8中的电流分布的变化从点划线变化为虚线、然后变化为实线。即，在发电初始阶段，由于气体流路中的氢气浓度是大致均匀的，因此如点划线所示那样，各测量点#1～#8处的电流值大致相对应。然而，通过继续进行发电，气体流路的出口侧处的氢气浓度降低，因此如虚线或实线所示那样，气体流路的出口侧处的电流值降低，并且在气体流路的入口侧引起电流集中。在这种状态下，难以继续进行稳定的发电，最终可能会陷入无法发电的状态。另外，这种局部电流降低是难以检测到的，从而也会导致未意识到电流正在降低而继续从燃料电池堆叠体取出输出。
图4是示意性地表示燃料电池单体的结构的截面图。构成燃料电池单体的燃料电池结构体150是通过以一对电极(反应极)即燃料极67和氧化剂极34夹持固体高分子电解质膜2而构成的。固体高分子电解质膜2例如由氟树脂系离子交换膜这样的离子传导性高分子膜构成，通过饱和含水而作为离子传导性电解质发挥功能。氧化剂极34由承载铂等催化剂的铂系的催化剂层3和由碳纤维等多孔体构成的气体扩散层4构成。燃料极67由承载铂等催化剂的铂系的催化剂层6和由碳纤维等多孔体构成的气体扩散层7构成。另外，在从两侧夹持燃料电池结构体150的隔板(在图4中未示出)中，分别形成有用于对各反应极供给反应气体(氢气或空气)的气体流路5、8。
在继续发电的情况下，由于氧气也与氮气同时从氧化剂极34侧渗漏到燃料极67侧，因此氧气向燃料极67侧移动。另外，氧化剂极34侧存在由于发电反应而生成的水。并且，气体扩散层4、隔板(未图示)等构成燃料电池单体内的气体流路的部件和支承催化剂的部件主要是由碳构成的。因此，在缺乏氢气的区域(图4中为区域B)中，以下的反应加速。
[式1]
燃料极67侧：O2+4H++4e-→2H2O
氧化剂极34侧：C+2H2O→CO2+4H++4e-
参照式1，燃料电池单体的结构物中的碳与氧化剂极34侧生成的水进行反应，从而在氧化剂极34侧生成二氧化碳。这意味着会侵蚀燃料电池单体内部的结构物。形成气体流路的要素、承载引起反应的催化剂的结构体、构成气体扩散层4的结构体、以及构成隔板的结构体所包含的碳变化为二氧化碳，从而导致燃料电池单体的劣化。
另外，在燃料极67侧中也存在以下的情况：发电反应生成水由于逆扩散现象而从氧化剂极34侧移动到固体高分子电解质膜2，或者，加湿后供给的氢气中的冷凝水残留在气体流路内。在液体以水滴状存在于气体流路中的情况下，不会引起特别大的问题。然而，在液体膜状地展开从而覆盖气体扩散层7的气体流路面的情况下，会由于液体而阻碍对反应面的氢气供给，从而产生氢气浓度低的位置。由此，与上述氧化剂极34侧的情况同样地，有可能导致燃料电池的劣化。
气体流路中的液体所导致的不便是众所周知的，要实施用于排出该液体的方法。然而，即使没有液体也会产生燃料电池单体的劣化。即，燃料电池单体(催化剂)的劣化现象是由于燃料极67的氢气缺乏所引起的，重要的是要抑制该缺乏位置(例如以体积浓度来说约5%以下的位置)的产生。在此，燃料极67侧气体中的氢气浓度变低的原因是氧化剂极34侧气体中所含有的氮气透到燃料极67侧。因此，需要事先适当地掌握氮气透过量。因此，首先，通过试验、模拟来调查与各物理量(氮气分压、温度、湿度)相对的每单位时间的氮气透过量(透过固体高分子膜的漏氮量)，其结果如图5和图6所示。
图5是表示氧化剂极34和燃料极67的氮气分压差与漏氮量的关系的说明图。图6是对应于周围温度来表示周围湿度与漏氮量的关系的说明图，如虚线箭头所示，随着周围温度Temp1、Temp2、Temp3、Temp4的增加，周围湿度与漏氮量的关系相对来说值变大。如图5所示，氮气分压差越大，从氧化剂极34侧透到燃料极67侧的氮气量(漏氮量)越大，另外如图6所示，燃料极67中的湿度越高、温度越高，该漏氮量越大。
如上所述，在燃料电池单体中，透到燃料极67的氮气随着所供给的氢气的流动被推到下游侧(出口侧)，从而残留下来。因此，在本第一实施方式中，引起强制对流来对氢气和氮气进行搅拌，由此抑制这种氢气浓度局部降低的缺乏位置的产生。
图7是示意性地表示氢气与不反应气体(主要是氮气)的搅拌状态的说明图。作为利用强制对流来进行搅拌的方法，例如使燃料电池堆叠体1的燃料极67侧氢气压力低于氢气供给压力，从而在燃料电池堆叠体1的内外制作出规定压力差。然后，通过瞬间释放该固定压力差，可以确保氢气瞬间以较大的供给量(流速)流入燃料电池堆叠体1内。由此，如图7的(a)所示，能够进行氢气与氮气的搅拌。虽然会依赖于燃料电池单体内的气体流路的大小，但是产生乱流时该搅拌效果会变大。另外，即使存在层流，在氢气系统中，也可以将氮气推到设置于燃料电池堆叠体1的下游的容积部12内，因此燃料电池单体内被置换成氢气。另外，整个气体流路中压力下降，因此在燃料极67的压力变得与供给压力相同之前，氢气遍布整个气体流路。
为了得到固定压力差，也能够以瞬间产生大压力的方式对正在发电的燃料电池堆叠体1供给氢气。然而，为了更简单地得到压力差，如图7的(b)所示，在保持燃料电池堆叠体1继续发电的状态下，在定时T1利用氢气压力调节阀11停止氢气供给(闭阀操作)。然后，设置保持时间直到变为规定压力差(压力幅度)ΔP1，来确保压力差。如果得到了规定压力差ΔP1(定时T2)，则利用氢气压力调节阀11供给氢气(开阀操作)。由此，瞬间产生较大的供给量(流速)，从而能够进行搅拌。另外，当以周期C重复这种压力变动模式(第一压力变动模式)时，在定时T3进行闭阀操作，在定时T4进行开阀操作。由此，以脉冲方式供给氢气。该压力差ΔP1例如为5～8kPa左右。能够在考虑到燃料电池堆叠体1的特性以及气体的搅拌特性等的基础上，通过试验、模拟来设定压力差ΔP1的最佳值。气体搅拌所需的压力差ΔP1被设定为小于后述的液体排出所需的压力差的值。
虽然通过上述的气体搅拌能够抑制氢气的缺乏位置的产生，但是在长时间持续发电的情况下，生成水、冷凝水进行累积，有时会阻塞燃料电池单体内的燃料极67侧气体流路。因此，在本第一实施方式中，通过使氢气流入燃料极67，来将阻塞气体流路的液体排出到燃料电池单体外。
图8是表示液体排出状态的说明图。作为利用供给氢气来进行液体排出的方法，例如使燃料电池堆叠体1的燃料极67侧氢气压力低于氢气供给压力，从而在燃料电池堆叠体1的内外制作出规定压力差。然后，通过瞬间释放该固定压力差，可以确保燃料气体瞬间以较大的供给量(流速)流入燃料电池堆叠体1内。由此，如图8的(a)所示，能够将液体从气体流路排出。
要求液体排出所需的压力差大于上述气体搅拌所需的压力差。另一方面，液体排出所要求的频率低于气体搅拌所要求的频率。因此，如图8的(b)所示，在多次执行气体搅拌所要求的压力变动模式之后，在定时Tm利用氢气压力调节阀11停止氢气供给(闭阀操作)。然后，设置保持时间直到变为规定压力差(压力幅度)ΔP2，来确保压力差。如果得到了规定压力差ΔP2(定时Tn)，则利用氢气压力调节阀11供给氢气(开阀操作)。由此，瞬间产生较大的流速，从而能够进行液体排出。其中，这种压力变动模式(第二压力变动模式)与气体搅拌所要求的第一压力变动模式相同，都是周期性地进行反复。然而，与气体搅拌所要求的第一压力变动模式相比，液体排出所要求的第二压力变动模式的执行频率较低。该压力差ΔP2例如为20～30kPa左右。能够在考虑到燃料电池堆叠体1的特性以及液体排出特性等的基础上，通过试验、模拟来设定压力差ΔP2的最佳值。液体排出所需的压力差ΔP2被设定为大于上述的气体搅拌所需的压力差ΔP1的值。
另外，如图8的(c)所示，在多次执行气体搅拌所要求的压力变动模式之后，在定时Tm利用氢气压力调节阀11停止氢气的供给(闭阀操作)。然后，设置保持时间直到变为规定压力差(压力幅度)ΔP1，来确保压力差。如果得到了规定压力差ΔP1(定时Tn)，则将氢气压力调节阀11的开度设为比定时Tm时的开度大来进行供给氢气的操作(开阀操作)。由此，以比Tm时的压力更高的压力来供给气体，以达到规定的压力差(压力幅度)ΔP2(定时To)。接着在定时Tp利用氢气压力调节阀11进行停止氢气的供给的操作(闭阀操作)。然后，设置保持时间直到变为规定的压力差(压力幅度)ΔP2，来确保压力差。如果得到了规定压力差ΔP2(定时Tq)，则利用氢气压力调节阀11进行供给氢气的操作(开阀操作)。此时，优选以与定时Tm相同的开度来供给氢气。这样，在定时Tr恢复到与定时Tm相同的压力，在定时Tr以后实施与定时Tm以前相同的压力变动模式。在进行这种操作的情况下也会瞬间产生较大的流速，从而能够进行液体排出。
并且，如图8的(d)所示，在多次执行气体搅拌所要求的压力变动模式之后，在定时Tm利用氢气压力调节阀11停止氢气的供给(闭阀操作)。然后，设置保持时间直到变为比规定的压力差(压力幅度)ΔP1更大的压力差。如果得到了比压力差ΔP1更大的压力差(定时Tn)，则将氢气压力调节阀11的开度设为比定时Tm时的开度大来进行供给氢气的操作(开阀操作)。由此，以比Tm时的压力更高的压力供给气体，以达到规定的压力差(压力幅度)ΔP2(定时To)。接着在定时Tp利用氢气压力调节阀11进行停止氢气的供给的操作(闭阀操作)。然后，设置保持时间直到变为规定的压力差(压力幅度)ΔP3，来确保压力差。此外，优选将确保该压力差ΔP3时的压力下限值设为确保压力差ΔP1时的压力下限值。接着，如果得到了压力差ΔP3(定时Tq)，则利用氢气压力调节阀11进行供给氢气的操作(开阀操作)。此时，优选以与定时Tm相同的开度来供给氢气。这样，在定时Tr恢复到与定时Tm相同的压力，在定时Tr以后实施与定时Tm以前相同的压力变动模式。在进行这种操作的情况下也会瞬间产生较大的流速，从而能够进行液体排出。
这样在本第一实施方式中，控制部40通过控制燃料气体供给装置HS(10、11、L1)来向燃料电池堆叠体1的燃料极67供给氢气，并且基于以第一压力幅度ΔP1进行压力变动的第一压力变动模式和以第二压力幅度ΔP2进行压力变动的第二压力变动模式，使燃料电池堆叠体1的燃料极67处的氢气压力周期性地发生变动。
根据上述结构，除了第二压力变动模式以外还具有压力幅度较小的第一压力变动模式，由此不对燃料电池堆叠体1的各燃料电池单体施加较大压力就能够对燃料极67侧气体进行搅拌。由此，能够实现燃料极67侧气体的均匀化。因此，能够抑制由氢气浓度部分降低所引起的燃料电池堆叠体1的劣化。另外，通过也具备第二压力变动模式，能够排出以第一压力变动模式无法排出的液体等。由此，能够抑制由液体引起的燃料电池堆叠体1的劣化。
另外，本第一实施方式的燃料电池系统100采用了对从燃料电池堆叠体1的燃料极67侧排出的燃料极排气进行限制的封闭系的系统。根据上述结构，燃料极67侧气体流路中容易由于杂质而产生氢气浓度的降低，但是通过实施上述控制，能够实现燃料极67侧气体的均匀化。
另外，在本第一实施方式中，控制部40在多次执行第一压力变动模式之后，执行第二压力变动模式。根据上述结构，减少了对燃料电池堆叠体1的各燃料电池单体施加较大压力的频率，同时在燃料极67侧能够兼顾气体搅拌和液体排出。另外，进行气体搅拌的第一压力变动模式的执行频率较高，因此即使在持续进行发电的情况下也能够有效地进行气体搅拌。由此，如图9所示，即使在持续进行发电的情况下，发电面内的电流值也大致对应，能够抑制气体流路的出口侧处的电流值降低以及气体流路的入口侧处的电流集中。
另外，在本第一实施方式中，控制部40在通过以规定运转压力供给氢气来进行燃料电池堆叠体1的发电的状态下，停止对于燃料电池堆叠体1的氢气供给，并且以燃料极67的氢气压力降低到规定压力幅度(ΔP1、ΔP2)为条件，重新开始氢气供给，由此使燃料极67处的氢气压力发生变动。根据上述结构，能够利用氢气压力调节阀11简单地进行压力变动，因此能够实现简单的控制系统。
另外，本第一实施方式的燃料电池系统100具备燃料极排气流路L2、容积部12、以及净化阀14。在这种情况下，容积部12作为贮存来自燃料极67侧的燃料极排气即氮气和液体的空间(容积Rs：后述的图20)而发挥功能。由此，虽然实质上构建了封闭系的系统，但是通过根据需要开放净化阀14，也能够将相对上升的氮气等杂质排出到外部。即，在氮气分压差消失之前都会产生氮气渗漏，但是在想要在燃料极67侧保持规定以上的氢气浓度的情况下，能够将与渗漏量相当的流量排出到外部。此外，此时的流量十分小，因此很少会对燃料极67内的气体搅拌所需的压力变动产生影响，另外，利用氧化剂极34排气进行的稀释也能够简单地进行。不过，也可以在氮气分压变为平衡状态时也提高燃料极67侧的整体压力以能够进行发电，这种情况下就可以采用单纯的封闭系系统了。
此外，在停止氢气供给时，燃料极67的氢气压力下降的速度是由燃料电池堆叠体1内的流路容积所决定的。在基于燃料电池系统100控制上的要求等而不期望急剧的压力下降的情况下，能够通过在燃料电池堆叠体1中改变氢气供给流路L1、或者燃料极排气流路L2的容积部12的容量来控制压力变化时间。
(第二实施方式)
下面，说明本发明的第二实施方式所涉及的燃料电池系统100。第二实施方式所涉及的燃料电池系统100与第一实施方式的燃料电池系统100的不同点在于，根据燃料电池系统100的运转状态来将因压力变动模式的压力变动而供给至燃料电池堆叠体1的燃料极67的氢气量设定为可变。此外，燃料电池系统100的结构与第一实施方式相同，因此省略重复的说明，下面以不同点为中心进行说明。
图10是表示本发明的第二实施方式所涉及的燃料电池系统100的控制方法，具体地说是向燃料极67供给氢气的方法的处理过程的流程图。由控制部40执行该流程图所示的处理。
首先，在步骤1(S1)中，控制部40检测燃料电池堆叠体1的运转状态。在该步骤1中要检测的运转状态是指：燃料电池堆叠体1的运转负荷、燃料电池堆叠体1的运转温度、燃料电池堆叠体1的运转压力(氧化剂极34的运转压力)。能够通过考虑基于车辆车速、加速部开度而确定的车辆侧要求电力、辅机等的要求电力等来计算出燃料电池堆叠体1的运转负荷。另外，能够由堆叠体温度传感器43来检测燃料电池堆叠体1的运转温度。燃料电池堆叠体1的运转压力则被预先设定为与上述运转负荷无关的固定基准值或与运转负荷相应的可变值。因而通过参照这一点，能够检测出燃料电池堆叠体1的运转压力。
在步骤2(S2)中，控制部40判断本次检测出的运转状态与预先检测出的运转状态相比是否发生改变。在该判断为肯定判定的情况下，即在运转状态发生了改变的情况下，进入步骤3(S3)。另一方面，在步骤2中为否定判定的情况下，即在运转状态未发生改变的情况下，跳过步骤3的处理，进入步骤4(S4)的处理。
在步骤3中，控制部40根据运转状态设定压力变动模式。如第一实施方式所示，控制部40在多次执行气体搅拌所需的第一压力变动模式之后，执行液体排出所需的第二压力变动模式，并将其作为一组动作来反复进行，由此进行氢气供给。但是，在伴随压力变动的供给状态下，因压力变动而供给至燃料极67的氢气量以脉冲方式进行变化，因此会对固体高分子电解质膜2重复施加负载，该负载作为负担而进行作用。因此，在来自氧化剂极34的渗漏较少的情形下，优选减少因这种压力变动而供给至燃料极67的氢气量，来降低对固体高分子电解质膜2的负载。另一方面，在渗漏较多的情形下，优选积极地进行压力变动，使因压力变动而供给至燃料极67的氢气量以脉冲方式进行变化，来进行气体搅拌和液体排出。
一般来说，燃料电池堆叠体1的运转负荷越小，燃料电池堆叠体1的运转温度越低，或者，燃料电池堆叠体1的运转压力(具体地说是氧化剂极34的运转压力)越低，则渗漏的氮气量越少。因此，在对应于上述任一种情况而运转状态发生改变的情况下，减小因压力变动而供给至燃料极67的氢气量。相反，燃料电池堆叠体1的运转负荷越大，燃料电池堆叠体1的运转温度越高，或者，燃料电池堆叠体1的运转压力(具体地说是氧化剂极34的运转压力)越高，则渗漏的氮气量越多。因此，在对应于上述任一种情况而运转状态发生改变的情况下，增大因压力变动而供给至燃料极67的氢气量。
在将因压力变动而供给至燃料极67的氢气量设定为较小的情况下，如下那样对基本控制模式进行修正。
作为第一控制方法，如图11所示，将氢气压力调节阀11的闭阀时间T设定为比基本控制模式的闭阀时间长。换言之，以将压力变动的执行周期设定为较大的方式对基本控制模式进行修正。
作为第二控制方法，如图12所示，将压力控制模式的压力差(压力幅度)ΔP11、ΔP12设定为小于基本控制模式下的压力控制模式的压力差(压力幅度)ΔP1、ΔP2。
作为第三控制方法，如图13所示，将液体排出所需的第二压力变动模式相对于气体搅拌所需的第一压力变动模式的执行频率设定为低于基本控制模式的执行频率。
与此相对地，在将因压力变动而供给至燃料极67的氢气量设定为较大的情况下，只要将第一至第三控制方法分别按逆向控制即可。
控制部40根据改变后的运转状态，基于第一至第三控制方法中的任一个或它们的组合来修正基本控制模式。然后，控制部40将该修正后的控制模式设定为当前的控制模式。
在步骤4中，控制部40基于当前设定的控制模式来进行氢气供给。
在步骤5(S5)中，控制部40判断是否结束燃料电池系统100的运转。具体地说，控制部40判断是否从点火开关输入了关闭信号。在该步骤5中为肯定判定的情况下，即在燃料电池统100的运转结束的情况下，结束本控制。另一方面，在步骤5中为否定判定的情况下，即燃料电池系统100的运转未结束的情况下，返回到步骤1的处理。
这样，在本第二实施方式中，在燃料电池系统100中，根据燃料电池系统100的运转状态将因压力变动而供给至燃料极67的氢气量设定为较小。根据上述结构，在进行燃料极67的气体搅拌和液体排出的同时，也能够降低对燃料电池堆叠体1的各燃料电池单体重复施加负载。
(第三实施方式)
下面，说明本发明的第三实施方式所涉及的燃料电池系统100。此外，燃料电池系统100的结构与第一至第二实施方式相同，因此省略重复的说明，下面以不同点为中心进行说明。
控制部40以下面的方式控制燃料电池系统100。控制部40对燃料电池堆叠体1供给空气和氢气，由此利用燃料电池堆叠体1进行发电。在这种情况下，控制部40以使供给至燃料电池堆叠体1的空气/氢气各自的压力为规定运转压力的方式来供给空气和氢气。该运转压力例如被设定为与燃料电池堆叠体1的发电电力无关的固定基准值或者与燃料电池堆叠体1的发电电力相应的可变值。
在本第三实施方式中，控制部40按照规定运转压力对向氧化剂极34的空气供给进行压力控制。与此相对，控制部40按照如下的控制模式来对燃料极67的氢气供给进行氢气的供给和停止的控制：在上限压力P1与下限压力P2之间的范围内进行压力的增加和减少。然后，控制部40通过反复进行遵循控制模式的动作，来如图14所示那样使燃料电池堆叠体1的燃料极67处的氢气压力周期性地发生变动，同时向燃料极67供给氢气。
具体地说，控制部40以燃料极67的氢气压力已达到上限压力P1且在燃料极67内确保了用于进行发电的充足的氢气浓度为前提，将氢气压力调节阀11控制为最小开度，停止对燃料电池堆叠体1的氢气供给。当控制部40继续通过输出取出装置30从燃料电池堆叠体1取出与对燃料电池系统100所要求的要求负荷相对应的负荷电流时，由于发电反应消耗氢气，因此燃料极67的氢气压力降低。
接着，控制部40以燃料极67的氢气压力降低到下限压力P2为条件，将氢气压力调节阀11控制为最大开度，重新开始对燃料电池堆叠体1的氢气供给。由此，燃料极67处的氢气压力增加。然后，以氢气压力达到(恢复)上限压力P1为条件，将氢气压力调节阀11控制为最小开度，由此控制部40再次停止氢气供给。通过将这样的一系列处理作为一周期控制模式来反复进行，控制部40在使氢气压力周期性地发生变动的同时向燃料电池堆叠体1的燃料极67供给氢气。
在此，例如以规定运转压力为基础来分别设定上限压力P1和下限压力P2。通过参照氢气压力传感器41的检测值，能够监视燃料电池堆叠体1的燃料极67的氢气压力。另外，在进行压力增加的情况下，期望使氢气压力调节阀11的上游侧的氢气压力足够高，来极力加快压力增加速度。比如将从下限压力P2达到上限压力P1的压力增加期间设定为0.1～0.5秒左右。另一方面，从上限压力P1达到下限压力P2的时间为1秒～10秒左右，而上述时间依赖于上限压力P1、下限压力P2以及从燃料电池堆叠体1取出的电流值即氢气消耗速度。
在这种伴随着周期性压力增减的氢气供给控制中，本第三实施方式的特征之一在于，能够在控制模式中设定将燃料极67的压力保持为上限压力P1的第一保持时间Tp1和将燃料极67的压力保持为下限压力P2的第二保持时间Tp2。控制部40能够在零到规定值之间的范围内任意地设定上述第一保持时间Tp1和第二保持时间Tp2。
如图15所示，第一保持时间Tp1是在执行将燃料极67的压力从上限压力P1降低到下限压力P2的第一过程之前，将燃料极67的压力保持在上限压力P1的时间。具体地说，控制部40以将燃料极67的压力降低到下限压力P2为条件，通过将氢气压力调节阀11的开度Ot控制为最大开度O1来重新开始对燃料电池堆叠体1的氢气供给，从而使燃料极67的压力增加。控制部40以燃料极67的压力已达到上限压力P1为条件，将氢气压力调节阀11的开度Ot从最大开度O1减少到规定开度，来将燃料极67的压力保持为上限压力P1。然后，控制部40以从燃料极67的压力达到上限压力P1的定时起经过了第一保持时间Tp1为条件，通过将氢气压力调节阀11的开度Ot控制为最小开度O2来停止对燃料电池堆叠体1的氢气供给。
与此相对地，如图16所示，第二保持时间Tp2是在执行将燃料极67的氢气压力从下限压力P2增加到上限压力P1的第二过程之前，将燃料极67的压力保持在下限压力P2的时间。具体地说，控制部40以燃料极67的压力已达到上限压力P1为条件，通过将氢气压力调节阀11的开度Ot控制为最小开度O2来停止对燃料电池堆叠体1的氢气供给。控制部40以燃料极67的氢气压力降低到下限压力P2为条件，将氢气压力调节阀11的开度Ot从最小开度O2增加到规定开度，来将燃料极67的压力保持为下限压力P2。然后，控制部40以从燃料极67的压力达到下限压力P2的定时起经过了第二保持时间Tp2为条件，通过将氢气压力调节阀11的开度Ot控制为最大开度O1来重新开始对燃料电池堆叠体1的氢气供给，从而使燃料极67的压力增加。
图17是表示负荷与第一保持时间Tp1/第二保持时间Tp2各自的对应关系的说明图。例如，作为燃料电池系统100的运转情形，在低负荷(例如，相对于额定负荷电流取出1/3左右以下的负荷电流的状态)的情况下，第一保持时间Tp1和第二保持时间Tp2被分别设定为零。然后，在中负荷(例如，相对于额定负荷电流取出大于1/3左右且小于2/3左右之间的范围的负荷电流的状态)的情况下，第一保持时间Tp1被设定为零，第二保持时间Tp2被设定为以零为起始点，负荷越高该第二保持时间Tp2的值越增加。另外，在高负荷(例如，相对于额定负荷电流取出2/3左右以上的负荷电流的状态)的情况下，第一保持时间Tp1被设定为以零为起始点，负荷越高，该第一保持时间Tp1的值越增加，而第二保持时间Tp2被设定为固定值。这样，控制部40能够根据负荷状态来确定第一保持时间Tp1、第二保持时间Tp2。换言之，能够根据负荷来选择将燃料极67的压力保持在上限压力P1还是保持在下限压力P2。
这样，在本第三实施方式中，如图17所示，与要求负荷较低的情况(负荷电流较小的情况)相比，控制部40在要求负荷较高的情况下(负荷电流较大的情况下)使执行一次控制模式的期间内的氢气供给量增加。在高负荷这样的运转情形下，有氢气消耗量较多的倾向。因此，为了维持氢气供给，有可能使与一次控制模式对应的压力增减的执行次数增加。然而，根据本第三实施方式，由于使执行一次控制模式的期间内的氢气供给量增加，因此能够抑制每单位时间内压力增减的执行次数的增加。由此，能够缓和施加于燃料电池堆叠体1、氢气系统部件的负担，因此能够抑制燃料电池系统100的劣化。
另外，在本第三实施方式中，如图16那样，能够在控制模式中设定在执行第一过程之前将燃料极67的压力保持在上限压力P1的第一保持时间Tp1、在执行第二过程之前将燃料极67的压力保持在下限压力P2的第二保持时间Tp2。然后，要求负荷越高，控制部40将第一保持时间Tp1或第二保持时间Tp2设定得越长。当要求负荷变高时，氢气消耗量增加，因此第一过程中的压力下降速度加快，但是根据本第三实施方式，要求负荷越大，将第一保持时间Tp1、第二保持时间Tp2设定得越长。由此，能够将燃料极67的压力达到上限压力P1的定时到将燃料极67的压力从下限压力P2恢复到上限压力P1的定时之间的期间设定得较长。即，通过将第一保持时间Tp1、第二保持时间Tp2设定得较长，来延长执行一次控制模式的期间，因此能够抑制每单位时间内压力增减的执行次数的增加。由此，能够缓和施加于燃料电池堆叠体1、氢气系统部件的负担，因此能够抑制燃料电池系统100的劣化。
特别是，较为理想的是，要求负荷越高，控制部40将第一保持时间Tp1设定得越长。当要求负荷增大时，有可能难以确保燃料极67处的氢气分压。因此，通过将上限压力P1的第一保持时间Tp1设定得较长，起到即使在要求负荷较高的状态下也会容易地确保氢气分压的效果。
另外，在本第三实施方式中，在要求负荷为低负荷到中负荷的区域内，要求负荷越高，将第二保持时间Tp2设定得越长(图17下)。在低负荷到中负荷，存在液体容易在燃料极67内积存的倾向。通过将下限压力P2的第二保持时间Tp2设定得较长，能够提高液体排出处理的执行精确度。并且，对于控制部40，较为理想的是，在要求负荷为中负荷到高负荷的区域内，要求负荷越高，将第一保持时间Tp1设定得越长(图17上)。当要求负荷增大时，有可能难以确保燃料极67处的氢气分压。因此，通过将上限压力P1的第一保持时间Tp1设定得较长，起到即使在要求负荷较高的状态下也会容易地确保氢气分压的效果。
此外，如图18所示，也可以在起动燃料电池系统100之后立即进行如下的操作来确保氢气分压：在燃料极67内的氮气等的杂质浓度较高的情形下将保持上限压力P1的第一保持时间Tp1设定得较长。此时，从停止燃料电池系统100起到将其起动为止的时间越长，燃料极67内的惰性气体浓度越高。因此，也可以通过测量燃料电池系统100的停止时间或测量起动燃料电池系统100时的燃料极67内的氮气浓度，来将保持上限压力P1的第一保持时间Tp1设为可变。
并且，在采用在低负荷时等暂时停止燃料电池堆叠体1的发电、以二次电池的电力来行驶的怠速停止方式的燃料电池系统100中，也存在处于从怠速停止恢复之后燃料极67内的氮气浓度较高的状况。因此，也可以在这种情形下也将第一保持时间Tp1设定得较长。
(第四实施方式)
下面，说明本发明的第四实施方式所涉及的燃料电池系统100。此外，燃料电池系统100的结构与第一至第三实施方式相同，因此省略重复的说明，在本第四实施方式中，对上限压力P1和下限压力P2的设定方法进行说明。
(第一设定方法)
在第一设定方法中，能够根据负荷电流来设定上限压力P1和下限压力P2。控制部40根据车辆速度、驱动器的加速操作量、还有关于二次电池的信息来确定燃料电池堆叠体1的目标发电电力以作为燃料电池系统100所要求的要求负荷。控制部40根据目标发电电力来计算要从燃料电池堆叠体1取出的电流值即负荷电流。
图19是表示负荷电流Ct与上限压力P1和下限压力P2之间的对应关系的说明图。能够通过考虑燃料电池堆叠体1、氢气系统以及空气系统等燃料电池系统100的特性，经过试验、模拟来定义用于供给从燃料电池堆叠体1取出负荷电流Ct所需的反应气体的运转压力Psa。图19的Cr表示额定负荷电流Cr(后述的图20的(b)也同样)。
在向氧化剂极34供给空气的情况下，该运转压力Psa被设定为目标运转压力。
与此相对地，在向燃料极67供给氢气的情况下，以运转压力Psa为基础，分别设定上限压力P1和下限压力P2。在此，将上限压力P1和下限压力P2设定为以下的关系：负荷电流Ct越大，上限压力P1与下限压力P2之间的压力差即供给气体时的压力变动幅度越大。
根据上述结构，在要求负荷较高时，能够相对地使执行一次控制模式的期间内的氢气供给量增加。由此，能够抑制每单位时间内压力增减的执行次数的增加。由此，能够抑制燃料电池系统100的劣化。
(第二设定方法)
作为第二设定方法，也可以考虑燃料电池堆叠体1的发电稳定性来设定上限压力P1和下限压力P2。在低负荷的情况下，即在负荷电流较小的情况下，例如设定为50kPa左右以使得上限压力P1与下限压力P2的压力差相对变小。在这种情况下，各燃料电池单体中的平均氢气浓度为40%左右。与此相对地，在高负荷的情况下，即在负荷电流较大的情况下，增大气体压力会使发电效率提高，因此将氧化剂极34侧和燃料极67侧的供给压力整体升高。另外，上限压力P1与下限压力P2的压力差被设定为100kPa左右。在这种情况下，各燃料电池单体中的平均氢气浓度为75%左右，以此进行燃料电池堆叠体1的运转。
在进行周期性压力增减的本第四实施方式中，燃料电池堆叠体1的内部(燃料极67)的气体环境如下：在下限压力P2的定时处于氢气浓度较低的状态，在上限压力P1的定时处于氢气浓度较高的状态。即，通过将压力从下限压力P2增加到上限压力P1，高氢气浓度气体被导入燃料极67，由此低氢气浓度气体被从燃料电池堆叠体1推到容积部12内。另外，利用高氢气浓度气体对燃料极67内的气体进行搅拌。
图20的(a)、图20的(b)是示意性地表示燃料电池堆叠体1中的燃料极67侧容积Rs和容积部12的容积Rt的说明图。例如，在将上限压力P1设为200kPa(绝对压力)、将下限压力P2设为150kPa(绝对压力)的情况下，上限压力P1与下限压力P2的压力比P1/P2大致为1.33。在这种情况下，如图20的(a)所示，通过将压力从下限压力P2增加到上限压力P1，燃料系统(=氢气系统)的容积(具体地说是燃料电池堆叠体1的容积和容积部12的容积)中的1/4左右，即燃料电池堆叠体1的一半的地点流入新的氢气(下面，将该状态表现为氢气交换率0.5(参照图20的(b)))。
由于低负荷的情况下氢气消耗速度较慢，因此大致以这个程度的氢气交换率就能够进行燃料电池堆叠体1的发电。在该情形下，例如，时间平均后的燃料极排气中的氢气浓度约为40%。与此相对，在高负荷的情况下，期望以新的氢气对整个燃料电池堆叠体1的燃料极67内进行置换的程度的压力比P1/P2(例如2以上)即氢气交换率为1左右。虽然想要将排出的氢气浓度抑制为较低，但是由于氢气消耗速度较快，因此为了稳定地进行发电，需要规定以上的氢气浓度(例如需要约75%以上)。
在这种情形下，为了调整氢气浓度，利用净化阀14开放燃料极排气流路L2。由此，以对采取周期性压力增减方式的氢气供给不产生妨碍的程度的微小流量连续地或间歇地从净化阀14进行排出。由净化阀14排出的气体为微小流量，因此可利用正极侧排气对其进行稀释而安全地排出到系统外。净化阀14的开放是为了从燃料极67排出杂质(氮气、水蒸气)而进行的，但是燃料极67处也混有氢气。因此，较为理想的是抑制氢气排出，有效地排出杂质。
因此，在本第四实施方式中，在氢气供给中，对应于将氢气压力从下限压力P2增加到上限压力P1的过程(第二过程)来将净化阀14控制为开放状态，来开放净化阀14(净化处理)。具体地说，控制部40对燃料电池堆叠体1的燃料极67的压力进行监视，对应于监视到的压力达到下限压力P2的定时来将净化阀14控制为开放状态，另外，对应于监视到的压力达到上限压力P1的定时来将净化阀14控制为封闭状态(基本控制模式)。由此，低氢气浓度气体被从燃料电池堆叠体1推到容积部12内，并且，在高浓度氢气到达净化阀14之前，低氢气浓度气体从容积部12经由净化阀14排出。由此，能够高效地排出大量的杂质。
但是，净化阀14的开闭控制并不限定于该基本控制模式。只要控制为净化阀14为开放状态的期间至少包括将压力从下限压力P2增加到上限压力P1的过程(第二过程)，净化阀14的开闭控制就足够了。因此，将净化阀14控制为封闭状态的定时也能够修正为比氢气压力达到上限压力P1的定时(以下称为“基准封闭定时”)延迟的定时。例如，在考虑到扩散速度的情况下，如果是短时间范围则能够将高浓度氢气与低浓度氢气的边界辨别为一个固定面。于是，通过试验、模拟来预测出在供给氢气时边界面(所谓的氢气前面)在燃料电池堆叠体1和容积部12中用多长时间到达哪个位置。然后，在该边界面到达净化阀14之前，能够使将净化阀14控制为封闭状态的定时比基准封闭定时延迟。
另外，不需要在每次执行控制模式时，具体来说，在每个压力增加过程(第二过程)都完全对应地进行净化处理。例如，只要以燃料极67处的氢气浓度变为规定判断阈值以下为条件，对应于之后的压力增加过程来开放净化阀14即可。
另外，考虑到了液体也是阻碍发电反应的主要原因，因此能够将液体也一并排出。但是，与惰性气体的存在相比，达到液体会造成影响所需的时间较长，因此优选在多次周期性压力增减后执行一次该液体排出处理、或者每隔固定时间执行一次该液体排出处理，而不是在每次周期性压力增减时执行该液体排出处理。液体只要从燃料电池堆叠体1去除即可，因此考虑将液体从燃料电池堆叠体1排出到容积部12。在这种情况下，需要提高流速，因此优选将上限压力P1与下限压力P2之间的压力差设为100kPa左右。
另外，对于上限压力P1和下限压力P2，除了之前叙述的根据要求负荷将它们设为可变的方法以外，也能够进行添加以下的附加方法的设定。
首先，作为第一附加方法，也可以根据燃料电池单体中的氧化剂极34与燃料极67之间的允许极间压力差来设定上限压力P1和下限压力P2。
另外，作为第二附加方法，也可以对上限压力P1和下限压力P2进行限制，以在为了排出累积在燃料极67内的惰性气体而进行净化处理的燃料电池系统100中确保为了可靠地进行净化所需的最低压力。
并且，作为第三附加方法，在燃料极67内的氮气浓度(杂质浓度)较高时将上限压力P1设定为较大的值，在预测到燃料极67内的液体滞留量或液体生成量较多的状态下将下限压力P2设定为较小的值。由此，在判断为实际上积存有液体时确保较大的压力差，因此能够可靠地排出液体。
另外，作为第四附加方法，在估计为燃料电池堆叠体1的液体滞留量较多的情形下，如图21所示，对上限压力P1和下限压力P2进行设定使得上限压力P1与下限压力P2之间的压力比(P1/P2)暂时为较大的值(P1w/P2w)。排出燃料极67内的液体所需的压力幅度ΔP2(=P1w-P2w)例如为100kPa以上，用于排出燃料极67内的惰性气体的压力幅度ΔP1(=P1-P2)例如为50kPa以上。这样，两者的压力幅度不同，因此可基于液体排出的观点来如上述那样设定上限压力P1和下限压力P2。
在此，在如第三、第四附加方法那样提高上限压力P1即设定为P1w的情况下，在低负荷区域，氢气消耗速度较小，因此压力从上限压力P1降低到下限压力P2的速度变慢。在这种情况下，在达到下限压力P2之前需要时间，因此可能暂时无法执行将压力从下限压力P2增加到上限压力P1的第二过程。
因此，如图22所示，在低负荷时将上限压力P1设定为较高的值(例如压力P1w)的情况下，控制部40也可以暂时增加从燃料电池堆叠体1取出的电流，来加快压力下降速度。比如，在不增加电流的情况下，从上限压力P1w降低到下限压力P2所需的时间为时间Tm2，与此相对，通过增加电流，从上限压力P1w降低到下限压力P2所需的时间为比时间Tm2短的时间Tm3(=Tm1)。由此，能够抑制对用于惰性气体排出的压力增减控制、用于下次液体排出的压力增减控制的干涉。
此外，在燃料电池堆叠体1的电压降低的情形下等暂时增加从燃料电池堆叠体1取出的电流有可能导致发电状态不稳定、或者蓄积所取出的电流的二次电池的充电电平较高，在上述情况下，也能够以其它方法代替增加取出电流的方法来加快压力下降速度。
作为加快压力下降速度的其它方法，例如如下：使从净化阀14排出的燃料极排气的流量增加。另外，也可以通过扩大燃料极67的容积来加快压力下降速度。作为扩大燃料极67的容积的方法，举出了降低燃料极67中的液体控制水平，排出燃料极67内的液体。
此外，作为估计燃料极67内的液体滞留量的方法，考虑根据液体生成量与负荷电流大致呈比例这个特性，基于负荷电流的累计来进行估计。另外，也可以基于之前进行的液体排出的定时起经过的时间来估计上述液体滞留量。另外，还可以测量燃料电池单体的电压，根据电压异常降低的情况来估计出液体滞留量较多。另外，还可以在估计液体滞留量时基于冷却燃料电池堆叠体1的冷却水的温度对该液体滞留量进行校正。这是由于，即使是相同的负荷电流，冷却水温度越低液体滞留越多。同样地，也能够基于压力脉冲次数、正极的空气量来对液体滞留量进行校正。
(第五实施方式)
下面，说明本发明的第五实施方式所涉及的燃料电池系统100。在第三实施方式中，叙述了在燃料电池堆叠体1中进行与负荷电流相对应的发电的通常运转时处理，而在本第五实施方式中，分别说明燃料电池系统100起动时/停止时的处理。此外，燃料电池系统100的结构与第一至第四实施方式相同，因此省略重复的说明，下面以不同点为中心进行说明。
(起动处理)
首先，说明燃料电池系统100的起动处理。在停止燃料电池系统100之后不立即起动燃料电池堆叠体1而暂时将其放置的情况下，在燃料极67内充满了低氢气浓度气体。当在这种状况下起动燃料电池系统100时，为了将该低氢气浓度气体从燃料电池堆叠体1的燃料极67排出，从燃料罐10以规定起动时上限压力瞬间供给高氢气浓度气体，来升高燃料极67处的气体压力。此时，净化阀14也被控制为开放状态。由此，能够加快低氢气浓度气体与高氢气浓度气体的边界面即氢气前面的通过速度，并且将氢气前面从燃料极67推出。
接着，在氢气前面到达净化阀14的定时之前，将氢气压力调节阀11和净化阀14控制为封闭状态，进行发电，使得氢气被消耗，由此降低燃料极67中的氢气压力。然后，如果氢气压力达到规定起动时下限压力，则将氢气压力再次升高到规定起动时上限压力。然后，反复进行这种压力增减，直到燃料电池堆叠体1的燃料极67的浓度变为规定平均氢气浓度。
此外，在实际的车辆中，有可能在执行这种起动处理的期间就已开动了，但是在这种情况下，只要利用所装载的二次电池的输出即可。
(停止处理)
接着，说明燃料电池系统100的停止处理。假设一个低温环境作为燃料电池系统100停止后的起动情形。在这种情况下，如果在燃料电池系统100停止时在燃料电池堆叠体1、氢气压力调节阀11、排水阀13、净化阀14等中存在液体，则有可能由于冻结等原因而使燃料电池系统100陷入无法起动的情况。因此，需要在燃料电池系统100停止时进行用于去除该液体的处理。首先，在对氧化剂极34供给空气的同时以低负荷状态进行发电。在燃料极67侧与第三实施方式同样地按照控制模式反复进行压力增减。在这种情况下，例如将上限压力P1设为200kPa(绝对压力)，将下限压力P2设为101.3kPa，来预先设定足以从燃料极67排出液体的值。另外，对于该反复次数，通过试验、模拟来预先获取能够充分排出液体的次数，基于该次数进行。由此结束发电。
接着，将排水阀13控制为开放状态来排出从燃料电池堆叠体1向容积部12排出的液体。然后，使用之前产生的电力使加热器等加热装置在上述排水后进行动作，对净化阀14和排水阀13进行加热来烘干排出的液体。
这样，根据本第五实施方式，在燃料电池系统100中，通过停止处理来实现起动时的起动性能，并且即使在起动时的处理中也能够较之氢气优先排出杂质。
日本专利申请2008-298191(申请日2008年11月21日)和日本专利申请2008-302465(申请日2008年11月27日)的全部内容被引用至此，保护本申请免于误译、漏记的影响。
以上，利用实施方式说明了本发明的内容，但是本发明并不限定于这些记载，本领域技术人员当然明白能够进行各种变形和改良。
产业上的可利用性
根据本发明，通过基于以第一压力幅度进行压力变动的第一压力变动模式来使燃料极处的燃料气体的压力周期性地发生变动，能够对燃料极侧气体进行搅拌。由此，实现燃料极侧气体的均匀化。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，具有：
燃料电池，其通过使供给至氧化剂极的氧化剂气体与供给至燃料极的燃料气体进行电化学反应来产生电力；
燃料气体供给装置，其对上述燃料电池的上述燃料极供给上述燃料气体；
输出取出装置，其从上述燃料电池取出输出；以及
控制装置，其控制上述输出取出装置来从上述燃料电池取出与对上述燃料电池系统所要求的要求负荷相对应的输出，并且控制上述燃料气体供给装置来以使上述燃料极处的上述燃料气体的压力按预定的压力变动范围发生周期性变动的方式对上述燃料极供给上述燃料气体，其中上述控制装置对上述压力变动范围进行设定，使得在上述要求负荷高的情况下的压力变动范围大于在上述要求负荷低的情况下的压力变动范围。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，上述控制装置对上述燃料电池的运转压力进行设定，使得上述要求负荷越高，上述运转压力越高。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，上述控制装置基于上述燃料电池的运转压力来对上述燃料极处的上述燃料气体的压力的上限压力和下限压力进行设定，并且使上述燃料极处的上述燃料气体的压力在上述上限压力和上述下限压力之间发生变动，以使上述燃料极处的上述燃料气体的压力按预定的压力变动范围发生变动。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，对相对于上述要求负荷的增加的上述下限压力的增加速度进行设定，使得在上述要求负荷高的情况下上述下限压力的增加速度大于在上述要求负荷低的情况下上述下限压力的增加速度。
5.一种燃料电池系统，其特征在于，具有：
燃料电池，其通过根据上述燃料电池系统的负荷使供给至氧化剂极的氧化剂气体与供给至燃料极的燃料气体进行电化学反应来产生电力，并且消耗上述燃料极中的上述燃料气体；
非再循环型燃料气体系统，具有：
燃料气体供给装置，其对上述燃料电池的上述燃料极的入口侧供给上述燃料气体；
容积装置，其设置在上述燃料电池的上述燃料极的出口侧；以及
净化阀，其设置在上述燃料电池的上述燃料极的出口侧；以及
压力增减控制装置，其在针对给定负荷控制上述燃料气体供给装置以使上述燃料极处的上述燃料气体的压力按预定的压力增减范围周期性增减的情况下，使上述燃料极处的上述燃料气体的压力随着上述负荷的增大而增加，其中在上述负荷高的情况下，与上述负荷低的情况相比，上述压力增减控制装置将上述压力增减范围设定得大。
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102473945B (zh) * 2009-07-07 2014-08-20 日产自动车株式会社 燃料电池发电设备的运转控制装置以及运转控制方法
CN103081196B (zh) 2010-10-21 2015-05-13 日产自动车株式会社 燃料电池系统的运转方法
CN103392253A (zh) * 2011-02-23 2013-11-13 日产自动车株式会社 燃料电池系统
JP5737395B2 (ja) 2011-06-02 2015-06-17 日産自動車株式会社 燃料電池システム
CA2851089A1 (en) * 2011-10-04 2013-04-11 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system with anode gas pressure control at start-up thereof
JP2013114860A (ja) * 2011-11-28 2013-06-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
US20150004512A1 (en) * 2011-12-28 2015-01-01 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
CA2860492A1 (en) * 2012-01-05 2013-07-11 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell with buffered reactant supply and control
EP2822074A4 (en) * 2012-02-29 2015-04-08 Nissan Motor FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
CN104160539A (zh) * 2012-02-29 2014-11-19 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
JP5835461B2 (ja) * 2012-03-12 2015-12-24 日産自動車株式会社 燃料電池システム
CA2867091A1 (en) * 2012-03-13 2013-09-19 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method of fuel cell system
EP2827422A4 (en) * 2012-03-13 2015-05-06 Nissan Motor FUEL CELL SYSTEM
JP6028347B2 (ja) * 2012-03-13 2016-11-16 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP6035797B2 (ja) 2012-03-15 2016-11-30 日産自動車株式会社 燃料電池システム
CN104170143B (zh) * 2012-03-15 2017-05-03 日产自动车株式会社 燃料电池系统
WO2013137334A1 (ja) * 2012-03-15 2013-09-19 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US9256842B2 (en) * 2012-06-27 2016-02-09 International Business Machines Corporation Determining fuel economy by fuel source location
WO2014192486A1 (ja) * 2013-05-30 2014-12-04 日産自動車株式会社 燃料電池システム
EP3018744B1 (en) * 2013-07-05 2018-11-28 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
CA2926746C (en) * 2013-10-08 2019-07-09 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
AT517685B1 (de) 2015-11-17 2017-04-15 Avl List Gmbh Messverfahren und Messvorrichtung zur Ermittlung der Rezirkulationsrate
JP6376184B2 (ja) * 2016-07-21 2018-08-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび車両
DE102017115871A1 (de) * 2017-07-14 2019-01-17 Elringklinger Ag Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung
JP6911716B2 (ja) * 2017-11-09 2021-07-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
JP7223282B2 (ja) 2019-12-25 2023-02-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2022134843A (ja) * 2021-03-04 2022-09-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003173807A (ja) * 2001-12-05 2003-06-20 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御装置
CN1791995A (zh) * 2003-05-16 2006-06-21 丰田自动车株式会社 燃料电池系统的运转控制

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3742256C1 (de) 1987-12-12 1989-03-02 Daimler Benz Ag Vorrichtung zum Auffangen von Kraftstoffdaempfen beim Betanken eines Kraftstoffbehaelters
US5191867A (en) 1991-10-11 1993-03-09 Caterpillar Inc. Hydraulically-actuated electronically-controlled unit injector fuel system having variable control of actuating fluid pressure
RU2076405C1 (ru) 1993-11-09 1997-03-27 Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева Система энергопитания постоянного тока
US5629104A (en) 1994-11-23 1997-05-13 Detroit Center Tool Modular electrical energy device
JP2000012048A (ja) 1998-06-18 2000-01-14 Toyota Motor Corp 燃料電池用ガスセパレータと該燃料電池用セパレータを用いた燃料電池、並びに燃料電池用ガスセパレータの製造方法
DE10106536A1 (de) 2000-02-17 2001-08-23 Denso Corp Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle zum Erzeugen elektrischer Energie durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff
JP2001229946A (ja) 2000-02-17 2001-08-24 Denso Corp 燃料電池システム。
JP4788018B2 (ja) 2000-06-08 2011-10-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用燃料補給システムおよび移動体
US6393354B1 (en) 2000-12-13 2002-05-21 Utc Fuel Cells, Llc Predictive control arrangement for load-following fuel cell-powered applications
WO2002059993A2 (en) 2001-01-24 2002-08-01 Casio Computer Co., Ltd. Integrated fuel pack, reformer and gas purification device for fuel cell power generation system____________
JP3972675B2 (ja) * 2002-02-15 2007-09-05 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2004039322A (ja) 2002-07-01 2004-02-05 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2004055346A (ja) 2002-07-19 2004-02-19 Nissan Motor Co Ltd 組電池、複合組電池およびそれを搭載した車両
CA2518364C (en) * 2003-03-07 2010-07-20 Ballard Power Systems Inc. Methods of operating fuel cells having closed reactant supply systems
DE10347793A1 (de) * 2003-10-14 2005-05-19 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellenanlage sowie Verfahren zum Betreiben der Brennstoffzellenanlage
US20050142400A1 (en) * 2003-12-31 2005-06-30 Nuvera Fuel Cells Safe purging of water from fuel cell stacks
JP4583793B2 (ja) 2004-03-31 2010-11-17 日本電気株式会社 フィルム外装電池用の電池加圧部材および固定保持方法
JP4632683B2 (ja) 2004-03-31 2011-02-16 日本電気株式会社 フィルム外装電池用の電池加圧部材
US20050260463A1 (en) * 2004-05-21 2005-11-24 Chapman Ivan D Fluid flow pulsing for increased stability in PEM fuel cell
KR100891079B1 (ko) 2005-02-07 2009-03-30 주식회사 엘지화학 전지 모듈용 전지 카트리지 연결 시스템
JP4992188B2 (ja) * 2005-03-11 2012-08-08 株式会社エクォス・リサーチ セパレータユニット及び燃料電池スタック
JP2007103344A (ja) 2005-09-12 2007-04-19 Nissan Motor Co Ltd 組電池
JP4895648B2 (ja) 2005-10-25 2012-03-14 ダイハツ工業株式会社 燃料電池システム
KR100748537B1 (ko) 2005-11-29 2007-08-13 엘지전자 주식회사 연료전지시스템
JP4788322B2 (ja) * 2005-12-08 2011-10-05 株式会社デンソー 燃料電池システム
JP4780390B2 (ja) 2005-12-15 2011-09-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び移動体
JP5224080B2 (ja) * 2006-04-07 2013-07-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムとオフガスパージ方法
DE112007000575T5 (de) 2006-04-11 2009-02-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Brennstoffzellensystem
JP4786438B2 (ja) 2006-06-30 2011-10-05 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP4963400B2 (ja) 2006-10-25 2012-06-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および、その制御方法
JP4313828B2 (ja) 2007-05-31 2009-08-12 三菱自動車工業株式会社 左右駆動力配分装置
JP5072442B2 (ja) 2007-06-07 2012-11-14 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッドの製造方法および研磨パッド

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003173807A (ja) * 2001-12-05 2003-06-20 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御装置
CN1791995A (zh) * 2003-05-16 2006-06-21 丰田自动车株式会社 燃料电池系统的运转控制

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