CN109768305B - 燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法 - Google Patents

燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109768305B
CN109768305B CN201811300561.8A CN201811300561A CN109768305B CN 109768305 B CN109768305 B CN 109768305B CN 201811300561 A CN201811300561 A CN 201811300561A CN 109768305 B CN109768305 B CN 109768305B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
compressor
cell stack
cathode gas
voltage
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.)
Active
Application number
CN201811300561.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109768305A (zh
Inventor
难波良一
石川智隆
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 CN109768305A publication Critical patent/CN109768305A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109768305B publication Critical patent/CN109768305B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary 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
    • H01M8/04228—Auxiliary 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 during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04947—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

公开了燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法。该燃料电池系统包括：燃料电池堆；压缩机，其向燃料电池堆供应阴极气体；以及控制器，其控制包括压缩机的燃料电池系统的组成部件。控制器控制压缩机，使得在不需要燃料电池组生成电力的情况下，压缩机供应阴极气体的供应时间段和停止阴极气体的供应的停止时间段交替出现，并且供应时间段长于停止时间段，并且使得在供应时间段中由压缩机供应的阴极气体的流量小于在需要燃料电池堆生成电力的情况下的流量。

Description

燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法。
背景技术
在例如日本未审查专利申请公布第2012-89523号(JP 2012-89523 A)中所描述的燃料电池系统中，在燃料电池堆中停止电力生成的情况下，即使在电力生成的停止期间，间歇地向燃料电池堆供应阴极气体，以防止燃料电池堆不能快速地响应电力生成的请求。以这种方式，单元电池的电压(将被称为“电池电压”)被保持为等于或大于给定值。
此外，在JP 2012-89523 A的系统中，在燃料电池堆中停止电力生成的情况下，空气从空气压缩机间歇地供应至燃料电池堆，以防止最大电池电压超过上限电压，并且抑制燃料电池堆的劣化。
发明内容
然而，本申请的发明人发现，在JP 2012-89523 A所描述的系统中，空气压缩机不供应空气的时间长度长于空气压缩机供应空气的时间长度，并且在空气压缩机的操作期间所供应的空气量大于必要量，导致电池电压的大的变化。当电池电压大时，燃料电池堆中的催化剂可能劣化。当电池电压小时，燃料电池堆可能不能快速地响应生成电力的请求。
本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统，其包括：燃料电池堆；压缩机，其向燃料电池堆供应阴极气体；以及控制器，其被配置成控制包括压缩机的燃料电池系统的组成部件。控制器被配置成控制压缩机，使得在不需要燃料电池堆生成电力的情况下，压缩机供应阴极气体的供应时间段和停止阴极气体的供应的停止时间段交替出现。控制器被配置成控制压缩机，使得供应时间段长于停止时间段，并且在供应时间段中由压缩机供应的阴极气体的流量小于在需要燃料电池堆生成电力的情况下的流量。在该方面的燃料电池系统中，可以减小电池堆的电压的变化量，从而可以抑制燃料电池堆中的催化剂的劣化，并且燃料电池堆可以快速地响应生成电力的请求。
燃料电池系统还可以包括二次电池。控制器可以被配置成在从供应时间段切换到停止时间段时，利用在压缩机的驱动停止时生成的再生电力对二次电池进行充电。利用如此配置的燃料电池系统，提高了燃料效率。
燃料电池系统还可以包括电压检测器，其检测燃料电池堆的电压。控制器可以被配置成控制压缩机，使得压缩机在燃料电池堆的电压小于预定电压时供应阴极气体，并且在燃料电池堆的电压大于预定电压时停止阴极气体的供应。在该燃料电池系统中，基于预定的一个电压控制压缩机。因此，可以简化控制。
压缩机可以是涡轮空气压缩机。与其他空气压缩机相比，涡轮空气压缩机在操作开始时消耗较少量的电力，并且具有较好的响应。因此，根据该燃料电池系统，供应时间段和停止时间段可以快速地彼此切换，并且可以降低电力消耗，从而提高燃料效率。
本发明的第二方面涉及一种控制燃料电池系统的方法，该燃料电池系统包括燃料电池堆以及将阴极气体供应至燃料电池堆的压缩机。该方法包括：控制压缩机，使得在不需要燃料电池堆生成电力的情况下，压缩机供应阴极气体的供应时间段和停止阴极气体的供应的停止时间段交替出现；以及控制压缩机，使得供应时间段长于停止时间段，并且在供应时间段中由压缩机供应的阴极气体的流量小于在需要燃料电池堆生成电力的情况下的流量。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：
图1是示出作为本发明的一个实施方式的燃料电池系统的示意图；
图2是由控制器执行的阴极气体间歇供应控制的流程图；
图3是表示阴极气体间歇供应控制的时序图；以及
图4是根据第三实施方式的阴极气体间歇供应控制的流程图。
具体实施方式
A.第一实施方式
图1示出了作为本发明的一个实施方式的燃料电池系统10。例如，燃料电池系统10安装在燃料电池车辆上。在该实施方式中，燃料电池系统10包括燃料电池堆100、控制器20、空气流量计32、压缩机34、阴极气体通道60和阳极气体通道80。
燃料电池堆100是聚合物电解质燃料电池，对其供应作为反应气体的阳极气体(例如，氢气)和阴极气体(例如，空气)以生成电力。燃料电池堆100由多个堆叠在一起的单元电池(未示出)组成。阳极气体从阳极气体罐(未示出)供应，并且通过阳极气体通道80，以被供应至燃料电池堆100的阳极100a，并用于电化学反应。未用于电化学反应的阳极气体的一部分作为废气被排放至燃料电池堆100的外部。另一方面，阴极气体通过阴极气体通道60被供应至燃料电池堆100的阴极100c，并用于电化学反应。未用于电化学反应的氧气作为废气被排放至燃料电池堆100的外部。
通过阴极气体通道60，阴极气体被供应至燃料电池堆100并从燃料电池堆100排放。阴极气体通道60包括：阴极气体供应通道62，阴极气体通过其被供应至燃料电池堆100；阴极气体排放通道64，阴极气体通过其被从燃料电池堆100排放；以及旁路通道66，其与阴极气体供应通道62和阴极气体排放通道64连通。
从上游侧看，空气流量计32、压缩机34和压力计44以此顺序设置在阴极气体供应通道62中。空气流量计32是测量进入阴极气体供应通道62的阴极气体的流量的装置。压力计44测量压缩机34的下游侧的压力。在该实施方式中，压力计44被设置在阴极气体供应通道62的连接至旁路通道66的一部分的上游，并且被设置在压缩机34的下游。然而，压力计44可以被设置在燃料电池堆100的下游，在阴极气体排放通道64的以下部分中：该部分在阴极气体排放通道64的连接至旁路通道66的部分的上游侧。
压缩机34是将阴极气体供应至燃料电池堆100的构件。在该实施方式中，涡轮空气压缩机用作压缩机34。涡轮空气压缩机的特征在于，操作开始时的电力消耗小于其他空气压缩机的电力消耗，并且压缩机快速操作以改变其转速。在这方面，例如，容积压缩机(volume compressor)也可以用作压缩机34。
在阴极气体通道60中设置有多个阀。在该实施方式中，在阴极气体通道60中设置关闭阀36、压力调节阀37和旁路阀38。关闭阀36控制进入燃料电池堆100的阴极气体的量。关闭阀36被设置在阴极气体供应通道62中，并且位于阴极气体供应通道62的连接至旁路通道66的部分的下游，并且位于燃料电池堆100的上游。压力调节阀37控制燃料电池堆100的下游侧的阴极气体的压力。压力调节阀37被设置在阴极气体排放通道64中，并且位于阴极气体排放通道64的连接至旁路通道66的部分的上游，并且位于燃料电池堆100的下游。旁路阀38被设置在旁路通道66中，用于控制通过旁路通道66的阴极气体的量。
由燃料电池堆100生成的电力经由DC/DC转换器90而存储在二次电池92中。各种负载(未示出)连接至包括燃料电池堆100、DC/DC转换器90和二次电池92的电源电路。燃料电池堆100和二次电池92还可以向压缩机34和各种阀供应电力。
电压检测器91检测燃料电池堆100的电压(也被称为“FC电压”)。在该实施方式中，平均电池电压被用作FC电压。“平均电池电压”是通过将跨燃料电池堆100的相对端的电压除以单元电池的数量而获得的值。
控制器20被配置成包括中央处理单元(CPU)、存储器和连接上述部件的接口电路的计算机。控制器20根据电子控制单元(ECU)21的命令而输出用于控制燃料电池系统10中的组成部件的启动和停止的信号。ECU 21是控制包括燃料电池系统10的整个系统的控制器。例如，在燃料电池车辆中，ECU 21根据多个输入值控制车辆，多个输入值例如是加速器踏板的下压量、制动踏板的下压量、以及车速。ECU 21可以被包括，作为控制器20的功能的一部分。CPU执行存储在存储器中的控制程序，以便控制燃料电池系统10的电力生成，并且实现后面将描述的阴极气体间歇供应控制。
例如，控制器20在正常操作模式与零需要输出(zero required output)操作模式之间切换燃料电池堆100的操作模式。在正常操作模式中，燃料电池系统10从ECU 21接收电力生成请求，并且燃料电池系统10根据所需要的电力执行操作。在零需要输出操作模式中，ECU 21要求燃料电池系统10生成的电力等于或小于预定值，并且不需要燃料电池堆100生成电力。在安装有燃料电池系统10的车辆停止时或在低负载操作期间(例如在低速行驶期间)，控制器20将燃料电池系统10的操作模式从正常操作模式切换至零需要输出操作模式。在零需要输出操作模式中，控制器20使二次电池供应电力。在零需要输出操作模式中，控制器20将氧气供应至燃料电池堆100，使得燃料电池堆100的电压落入预定范围内。就此而言，在零需要输出操作模式的操作期间，可以从燃料电池堆100生成小电流，以便防止电池电压等于开路电压。这种情况也包括在零需要输出操作模式中。在该实施方式中，控制器20控制燃料电池系统10的每个部分，以在零需要输出操作模式下执行阴极气体间歇供应控制(将在后面描述)。
图2是由控制器20执行的阴极气体间歇供应控制的流程图。当控制器20开始零需要输出操作模式时，其开始阴极气体间歇供应控制。当控制器20接收到停止零需要输出操作模式下的操作的命令时，更具体地，当ECU 21需要燃料电池堆100生成电力时，控制器20完成图2的控制。在阴极气体间歇供应控制下，控制器20停止阳极气体的供应，并将关闭阀36和压力调节阀37置于打开状态，同时将旁路阀38置于关闭状态。
当开始阴极气体间歇供应控制时，控制器20最初停止阴极气体的供应(步骤S110)。更具体地，控制器20将从压缩机34供应至燃料电池堆100的阴极气体的流量设置为零。
然后，控制器20确定FC电压是否小于目标电压V1(步骤S120)。目标电压V1是可以确保足够的输出响应同时抑制燃料电池堆100的劣化的电压，并且通过实验或模拟而预先获得。在该实施方式中，控制器20预先存储目标电压V1。通过电压检测器91检测FC电压。
当控制器20确定FC电压等于或大于目标电压V1时(步骤S120：否)，控制返回至步骤S110。另一方面，当控制器20确定FC电压小于目标电压V1时(步骤S120：是)，控制器20执行供应阴极气体的操作(步骤S130)。更具体地，控制器20使压缩机34将阴极气体供应至燃料电池堆100。关于阴极气体间歇供应控制，控制器20使压缩机34供应阴极气体的时间段将被称为“供应时间段P1”，控制器20停止阴极气体的供应的时间段将被称为“停止时间段P2”。
在供应时间段P1中由压缩机34馈送的空气的流量小于在需要燃料电池堆100生成电力时的空气的流量。因此，可以使FC电压不太可能快速上升。这里，空气的流量可以由空气流量计32测量。
在该实施方式中，在供应时间段P1中由压缩机34馈送的空气的流量等于或大于0.5Nl/min.，并且等于或小于30NL/min.。优选地，流量等于或大于3Nl/min.，并且等于或小于14NL/min.。另一方面，在该实施方式中，在不需要燃料电池堆100生成电力时空气的流量等于或大于150Nl/min.，并且等于或小于5000NL/min.。在这方面，1Nl/min.是指在基准条件下(压力：0.1013MPa，温度：0℃，湿度：0％)空气以每分钟1L的量流动。
在该实施方式中，在供应时间段P1中由压缩机34馈送的空气的流量等于或小于在需要燃料电池堆100生成电力时空气的最大流量的1％。因此，可以有效地使FC电压不太可能快速上升，因此，提高了燃料电池堆100的耐久性。
在开始阴极气体的供应之后(步骤S130)，控制器20确定FC电压是否等于或大于目标电压V1(步骤S140)。当控制器20确定FC电压小于目标电压V1时(步骤S140：否)，控制器20继续阴极气体的供应(步骤S130)。另一方面，当控制器20确定FC电压等于或大于目标电压V1时(步骤S140：是)，控制返回至步骤S110，并且控制器20停止阴极气体的供应。控制器20重复上述一系列的步骤，直到零需要输出操作模式结束。
图3的时序图表示阴极气体间歇供应控制。在图3中，横轴表示时间，纵轴在上部分表示FC电压的变化，在下部分表示压缩机34的驱动状态。在图3中，示出了阴极气体间歇供应控制的一部分的时间段。
在该实施方式中，从时间t0到时间t1，控制器20停止向燃料电池堆100供应阴极气体。即，控制器20使压缩机34停止。
然后，从时间t1到时间t2，FC电压小于目标电压V1；因此，控制器20向燃料电池堆100供应阴极气体。即，控制器20驱动压缩机34。这里，从时间t1到时间t2的时间段是压缩机34被驱动的供应时间段P1。
然后，在从时间t2到时间t3的时间段中，FC电压等于或大于目标电压V1；因此，控制器20停止向燃料电池堆100供应阴极气体。即，从时间t2到时间t3的时间段是压缩机34停止的停止时间段P2。
类似地，从时间t3到时间t4的时间段是压缩机34被驱动的供应时间段P1，并且从时间t4到时间t5的时间段是压缩机34停止的停止时间段P2。在该实施方式中，包括一个供应时间段P1和一个停止时间段P2的一个周期等于或长于两秒，并且等于或短于五秒。
如上所述，在不需要燃料电池堆100生成电力的时间段中，控制器20控制压缩机34，使得供应时间段P1和停止时间段P2交替出现。即，控制器20通过压缩机34交替地执行(或切换)阴极气体的供应和停止。此外，如图3所示，供应时间段P1长于停止时间段P2。在燃料电池系统10进入图3所示的状态的之前，可能存在着比供应时间段P1长的停止时间段P2。即，在初始供应时间段P1开始之前，可能存在着比供应时间段P1长的停止时间段P2。
在本实施方式的燃料电池系统10中，供应时间段P1长于停止时间段P2，并且在供应时间段P1中由压缩机34馈送的空气的流量小于在需要燃料电池堆100生成电力时的空气的流量。因此，根据本实施方式的燃料电池系统10，由于压缩机34馈送的空气而增大的FC电压的增大率可以被减小，从而可以减小FC电压的变化范围。因此，燃料电池堆100中的催化剂不太可能由于FC电压的过度增大而劣化，并且当存在生成电力的请求时，燃料电池堆100可以快速地响应这样的请求。此外，在供应时间段P1中由压缩机34馈送的空气的流量小于在需要燃料电池堆100生成电力时的空气的流量，因此，与使这些流量彼此相等的情况相比，可以提高燃料效率。
在该实施方式的燃料电池系统10中，供应时间段P1长于停止时间段P2。因此，改善了燃料电池堆100中的水蒸气和水的流动性，从而可以保持燃料电池系统10内的环境良好。
在该实施方式的燃料电池系统10中，当燃料电池堆100的电压小于预定目标电压V1时，控制器20驱动压缩机34，并且当燃料电池堆100的电压大于目标电压V1时，控制器20停止压缩机34。虽然步骤S120中使用的目标电压V1和步骤S140中使用的目标电压V1可以被设置为不同的值，但是如果步骤S120中使用的目标电压V1和步骤S140中使用的目标电压V1被设置为相同的值，则可以简化控制，如本实施方式这样。
在该实施方式的燃料电池系统10中，涡轮空气压缩机用作为压缩机34。关于涡轮空气压缩机，与其他类型的空气压缩机相比，操作开始时的电力消耗较小，并且响应较好。因此，根据该燃料电池系统10，供应时间段P1和停止时间段P2可以快速地切换，并且可以降低电力消耗，从而提高燃料效率。
B：第二实施方式
第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于，控制器20被配置成在从供应时间段P1切换到停止时间段P2时，利用在压缩机34的驱动停止时所生成的再生电力对二次电池92进行充电，但是，第一实施方式和第二实施方式在其他方面彼此相同。根据第二实施方式，利用再生电力对二次电池92进行充电，从而可以提高燃料效率。
C：第三实施方式
图4是根据第三实施方式的阴极气体间歇供应控制的流程图。第三实施方式与第一实施方式的不同之处在于步骤S150和步骤S160，但在其他方面与第一实施方式相同。
在第三实施方式中，当控制器20确定FC电压小于目标电压V1时(步骤S140：否)，控制器20确定FC电压是否小于下限电压V2(步骤S150)。下限电压V2例如是以下电压：在该电压处，燃料电池堆100中所包括的催化剂在氧化反应与还原反应之间切换，并且下限电压V2通过实验或模拟而预先获得。在该实施方式中，控制器20预先存储下限电压V2。在该实施方式中，下限电压V2小于目标电压V1。
当控制器20确定FC电压等于或大于下限电压V2时(步骤S150：否)，控制器20继续阴极气体的供应(步骤S130)。另一方面，当控制器20确定FC电压小于下限电压V2时(步骤S150：是)，控制器20执行清除处理(purge process)(步骤S160)。在清除处理(步骤S160)之后，控制返回至步骤S110。这里，执行清除处理以减少存在于燃料电池堆100内的阴极气体通道60中的水。在该实施方式中，空气以下述流量从压缩机34供应至燃料电池堆100：所述流量是在供应时间段P1中由压缩机34馈送的空气流量的10倍。在该实施方式中，执行清除处理几秒钟。
在第三实施方式中，清除处理使得可以恢复由于存在于燃料电池堆100内的阴极气体通道60中的水而减小的FC电压。
本发明不限于上述实施方式，而是可以在不脱离其范围的情况下以各种配置实现。例如，与“发明内容”中描述的技术特征对应的实施方式中的技术特征可以适当地用其他特征来代替或者被组合，以便解决上述问题的部分或全部，或者实现上述效果的部分或全部。如果在本说明书中存在没有被描述为必要的任何技术特征，则可以适当地删除该技术特征。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池堆；
压缩机，其向所述燃料电池堆供应阴极气体；
电压检测器，其检测所述燃料电池堆的电压，以及
控制器，其被配置成控制包括所述压缩机的所述燃料电池系统的组成部件，
其中，所述控制器被配置成控制所述压缩机，使得在不需要所述燃料电池堆生成电力的情况下，所述压缩机供应所述阴极气体的供应时间段和停止所述阴极气体的供应的停止时间段交替出现，
所述控制器被配置成控制所述压缩机，使得所述供应时间段长于所述停止时间段，并且在所述供应时间段中由所述压缩机供应的阴极气体的流量小于在需要所述燃料电池堆生成电力的情况下的流量，以及
所述控制器被配置成控制所述压缩机，使得所述压缩机在所述燃料电池堆的电压小于预定电压时供应所述阴极气体，并且在所述燃料电池堆的电压大于所述预定电压时停止所述阴极气体的供应。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
二次电池，
其中，所述控制器被配置成在从所述供应时间段切换到所述停止时间段时，利用在所述压缩机的驱动停止时生成的再生电力对所述二次电池进行充电。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述压缩机包括涡轮空气压缩机。
4.一种控制燃料电池系统的方法，所述燃料电池系统包括燃料电池堆、将阴极气体供应至所述燃料电池堆的压缩机、以及检测所述燃料电池堆的电压的电压检测器，所述方法的特征在于包括：
控制所述压缩机，使得在不需要所述燃料电池堆生成电力的情况下，所述压缩机供应所述阴极气体的供应时间段和停止所述阴极气体的供应的停止时间段交替出现，
控制所述压缩机，使得所述供应时间段长于所述停止时间段，并且在所述供应时间段中由所述压缩机供应的阴极气体的流量小于在需要所述燃料电池堆生成电力的情况下的流量，以及
控制所述压缩机，使得所述压缩机在所述燃料电池堆的电压小于预定电压时供应所述阴极气体，并且在所述燃料电池堆的电压大于所述预定电压时停止所述阴极气体的供应。
CN201811300561.8A 2017-11-09 2018-11-02 燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法 Active CN109768305B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-216002 2017-11-09
JP2017216002A JP6992420B2 (ja) 2017-11-09 2017-11-09 燃料電池システム及びその制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109768305A CN109768305A (zh) 2019-05-17
CN109768305B true CN109768305B (zh) 2022-08-09

Family

ID=63713723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811300561.8A Active CN109768305B (zh) 2017-11-09 2018-11-02 燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10693160B2 (zh)
EP (1) EP3483969A1 (zh)
JP (1) JP6992420B2 (zh)
KR (1) KR102140528B1 (zh)
CN (1) CN109768305B (zh)
BR (1) BR102018071878A2 (zh)
RU (1) RU2692475C1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7219170B2 (ja) * 2019-06-12 2023-02-07 株式会社Soken 燃料電池システム
JP7160025B2 (ja) * 2019-12-23 2022-10-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7294238B2 (ja) 2020-05-26 2023-06-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
AT523992B1 (de) * 2020-07-05 2022-06-15 Avl List Gmbh Verfahren zur Regelung einer Feuchtigkeit eines PEM-Brennstoffzellensystems eines Kraftfahrzeuges

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116402A (ja) * 2003-10-09 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの起動方法
CN103384934A (zh) * 2011-02-16 2013-11-06 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和搭载有该燃料电池系统的车辆
CN104205454A (zh) * 2012-04-06 2014-12-10 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
US20150004508A1 (en) * 2011-11-10 2015-01-01 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method for fuel cell system
CN105393391A (zh) * 2013-07-22 2016-03-09 日产自动车株式会社 燃料电池的制造方法和燃料电池
CN105591133A (zh) * 2014-11-12 2016-05-18 丰田自动车株式会社 燃料电池系统、燃料电池车辆及燃料电池系统的控制方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4182732B2 (ja) * 2002-11-22 2008-11-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、およびこれを搭載した移動体、および燃料電池システムの制御方法
JP4645937B2 (ja) 2004-05-12 2011-03-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4953151B2 (ja) * 2005-01-11 2012-06-13 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP4432958B2 (ja) * 2006-11-10 2010-03-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池を搭載した移動体
DE102007037096A1 (de) * 2007-08-07 2009-02-12 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einen Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse
US9005785B2 (en) * 2007-09-24 2015-04-14 GM Global Technology Operations LLC Open-loop system and method for fuel cell stack start-up with low-voltage source
JP5381427B2 (ja) 2009-07-07 2014-01-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5811790B2 (ja) 2011-11-10 2015-11-11 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP5811791B2 (ja) 2011-11-10 2015-11-11 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP5508382B2 (ja) 2011-12-28 2014-05-28 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2012134166A (ja) 2012-02-17 2012-07-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP6102882B2 (ja) * 2014-10-16 2017-03-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP6237583B2 (ja) * 2014-11-14 2017-11-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびエアコンプレッサの回転数制御方法
JP6507667B2 (ja) 2015-01-23 2019-05-08 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP6607404B2 (ja) * 2016-08-05 2019-11-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池セルの発電検査方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116402A (ja) * 2003-10-09 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの起動方法
CN103384934A (zh) * 2011-02-16 2013-11-06 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和搭载有该燃料电池系统的车辆
US20150004508A1 (en) * 2011-11-10 2015-01-01 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method for fuel cell system
CN104205454A (zh) * 2012-04-06 2014-12-10 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN105393391A (zh) * 2013-07-22 2016-03-09 日产自动车株式会社 燃料电池的制造方法和燃料电池
CN105591133A (zh) * 2014-11-12 2016-05-18 丰田自动车株式会社 燃料电池系统、燃料电池车辆及燃料电池系统的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
BR102018071878A2 (pt) 2019-06-04
KR102140528B1 (ko) 2020-08-03
JP2019087468A (ja) 2019-06-06
EP3483969A1 (en) 2019-05-15
RU2692475C1 (ru) 2019-06-25
KR20190053087A (ko) 2019-05-17
US20190140294A1 (en) 2019-05-09
JP6992420B2 (ja) 2022-02-04
US10693160B2 (en) 2020-06-23
CN109768305A (zh) 2019-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109768305B (zh) 燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法
US20060216555A1 (en) Fuel cell system and method for removing residual fuel gas
US8277990B2 (en) Fuel cell system
US9768457B2 (en) Driving control method and system of fuel cell system
JP5505024B2 (ja) 燃料電池自動車及びその制御方法
CN109768303B (zh) 燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法
US10411280B2 (en) Fuel cell system and method of shutting down the same
US11705561B2 (en) Method and system for controlling hydrogen purge
CN105609836A (zh) 燃料电池系统及燃料电池系统的运转控制方法
US7776481B2 (en) Fuel cell system and method of controlling electrical energy discharged in the fuel cell system
CN106207229B (zh) 燃料电池系统的控制方法和系统
JP5359621B2 (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
US20120225364A1 (en) Method of stopping operation of fuel cell system
JP5387180B2 (ja) 移動体用燃料電池システムおよびその制御方法
CN101326666B (zh) 燃料电池系统和移动体
JP6972941B2 (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
JP2020102420A (ja) 燃料電池システム
CN109935863B (zh) 燃料电池系统
US20120225365A1 (en) Method for controlling fuel cell system
JP6972920B2 (ja) 燃料電池システム
CN113745604B (zh) 燃料电池系统及其控制方法、非暂时性存储介质
JP6167864B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池車両、燃料電池システムの制御方法
CN113285105A (zh) 燃料电池系统及其控制方法
CN111628193A (zh) 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
US11450870B2 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant