CN110010937A - 燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110010937A
CN110010937A CN201811424299.8A CN201811424299A CN110010937A CN 110010937 A CN110010937 A CN 110010937A CN 201811424299 A CN201811424299 A CN 201811424299A CN 110010937 A CN110010937 A CN 110010937A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
fuel cell
fuel gas
gas
supply line
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
CN201811424299.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110010937B (zh
Inventor
田中诚一
户井田政史
常川洋之
松本峻
丸尾刚
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 CN110010937A publication Critical patent/CN110010937A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110010937B publication Critical patent/CN110010937B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01M8/04313—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
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04671—Failure or abnormal function of the individual fuel cell
    • 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
    • H01M8/04253—Means for solving freezing problems
    • 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
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • 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
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • 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
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • 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
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04723—Temperature of the coolant
    • 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
    • H01M8/04298—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
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

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

Abstract

本发明提供一种燃料电池系统，在燃料电池系统的燃料气体供给系统中，能够不使燃料电池的运转停止而有效地抑制由水分的冻结引起的配管的阻塞，从而能够得到较高的可靠性。当在喷射器(33)的下游检测/推断出存在水分冻结的可能性的情况下，使从设置于循环流路(36)的循环泵(38)供给的燃料气体的气体量与从喷射器(33)供给的燃料气体的气体量相比相对增加。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
一直以来，公知有具备通过空气等氧化气体与氢气等燃料气体的反应气体的电化学反应而发电的燃料电池(燃料电池堆)的燃料电池系统。
在上述燃料电池系统中，在发电时会生成水，该水如果在发电停止后也残存于燃料电池，则例如在外部空气温度降低的情况下冻结，会导致下次发电启动时的效率降低。
例如，在向燃料电池供给氢气等燃料气体的燃料气体供给系统中，具备存积有高压的燃料气体的燃料气体供给源(氢气罐)、用于将燃料气体供给源的燃料气体向燃料电池供给的燃料气体供给流路(配管)、用于使从燃料电池排出的燃料废气(未消耗的燃料气体)返回至燃料气体供给流路的循环流路等，在燃料气体供给流路(详细而言，比燃料气体供给流路与循环流路的合流部靠上游侧的位置)，设置有用于对燃料气体的气体流量、气体压力进行调整后向燃料电池供给的喷射器等。在这样的燃料电池系统的燃料气体供给系统中，存在如下担忧：从燃料电池排出并从循环流路向燃料气体供给流路供给的燃料气体所包含的水分例如因外部空气温度的降低等而在连结喷射器和燃料电池的配管(即，喷射器的下游)中冻结，从而导致该配管阻塞。
因此，为了防止上述那样的由冻结引起的效率降低，提出了一种进行吹扫处理(净化处理)的技术，其中在燃料电池的发电停止后立即将干燥气体供给至燃料电池，将残留于燃料电池的水分、附着于燃料电池系统的配管等的水分预先排出(例如，参照下述专利文献1等)。
专利文献1：日本特开2008－218164号公报
然而，在上述专利文献1等所记载的现有技术中，为了进行吹扫处理，需要停止燃料电池的运转，并且难以将在低温环境下暂时冻结的水分(冰)向外部排出。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种在燃料电池系统的燃料气体供给系统中，能够不停止燃料电池的运转而有效地抑制由水分的冻结引起的配管的阻塞，从而能够得到较高的可靠性的燃料电池系统。
为了解决上述课题，本发明所涉及的燃料电池系统的特征在于，具备：燃料电池；燃料气体供给流路，其用于向上述燃料电池供给燃料气体；燃料供给装置，其将燃料气体经由上述燃料气体供给流路向上述燃料电池供给；循环流路，其用于使从上述燃料电池排出的燃料废气循环至上述燃料气体供给流路；循环泵，其设置于上述循环流路，对上述燃料废气进行加压输送而使其循环至上述燃料气体供给流路；以及控制装置，其对上述燃料供给装置以及上述循环泵的至少一方的动作进行控制，当在上述燃料供给装置的下游推断出水分的冻结的情况下，上述控制装置使从上述循环泵供给的燃料气体的气体量相对于从上述燃料供给装置供给的燃料气体的气体量的比率相对增大。
优选在上述燃料气体供给流路中的上述燃料供给装置的下游且与上述循环流路的合流部的上游的位置，设置有压力传感器，上述控制装置根据从上述压力传感器得到的压力的上升程度，推断上述燃料供给装置的下游的水分的冻结。
优选对于上述控制装置而言，当在上述燃料供给装置的下游推断出水分的冻结的情况下，使从上述循环泵供给的燃料气体的气体量增加，并且当在上述燃料供给装置的下游推断出水分的冻结阻塞的情况下，使上述燃料供给装置驱动停止。
优选当在上述燃料供给装置的下游推断出水分的冻结的情况下，上述控制装置使向上述燃料电池供给的制冷剂的制冷剂温度目标值上升。
优选上述燃料气体供给流路与上述循环流路通过T字型连接管连接，从而上述循环流路相对于上述燃料气体供给流路在正交的方向上连接，在上述燃料气体供给流路中的与上述循环流路的合流部的上游的位置设置上述燃料供给装置。
根据本发明，通常，从设置于循环流路的循环泵供给的燃料气体与从配置于燃料气体供给流路的燃料供给装置供给的燃料气体相比更热，因此当在燃料供给装置的下游检测/推断出存在水分的冻结的可能性的情况下，使从设置于循环流路的循环泵供给的燃料气体的气体量与从燃料供给装置供给的燃料气体的气体量相比相对增加，从而能够有效地加热冻结部位，能够有效地抑制由水分的冻结引起的配管的阻塞。
另外，将燃料气体供给流路与循环流路通过T字型连接管连接，从而能够使从循环流路供给的燃料气体向设置于燃料气体供给流路与循环流路的合流部的上游的燃料供给装置侧高效地(更多地)流动，由此能够更加有效地抑制由水分的冻结引起的配管的阻塞。
附图说明
图1是本发明所涉及的燃料电池系统的系统结构图。
图2是表示设置于图1所示的燃料气体供给流路与循环流路的合流部的T字型连接管的主要部分的剖视图。
图3是对图1所示的控制装置的控制进行说明的流程图。
图4是以时间序列表示燃料气体的气体压(压力传感器的检测值)、连接管冻结判定标志、循环泵转速、制冷剂温度目标值、连接管冻结阻塞判定标志、以及喷射器驱动状态的时间图。
附图标记的说明
1...燃料电池系统；10...燃料电池(燃料电池堆)；20...氧化气体供给系统；30...燃料气体供给系统；33...喷射器(燃料供给装置)；33P...压力传感器(次级侧压力传感器)；35...燃料气体供给流路(配管)；35J...T字型连接管；35R...安全阀；36...循环流路；37...气液分离器；38...循环泵；40...制冷剂供给系统；41...散热器；42...制冷剂泵；45...制冷剂流路；50...控制装置。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式的一个例子对本发明的结构进行详细的说明。以下，作为一个例子，例示出将本发明应用于在燃料电池车搭载的燃料电池或者包含它的燃料电池系统的情况而进行说明，但应用范围并不限定于这样的例子。
[燃料电池系统的系统结构]
首先，使用图1对具备本发明所涉及的燃料电池的燃料电池系统的系统结构进行概略说明。
图1所示的燃料电池系统1例如具备：使多个作为单位电池的燃料电池单电池层叠而构成的燃料电池(燃料电池堆)10；向燃料电池10供给空气等氧化气体的氧化气体供给系统20；向燃料电池10供给氢气等燃料气体的燃料气体供给系统30；使冷却水等制冷剂流动来进行燃料电池10的温度调节的制冷剂供给系统40、以及统一控制系统整体的控制装置(控制ECU)50。
例如，固体高分子型燃料电池10的燃料电池单电池具备膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)，该膜电极接合体由离子渗透性的电解质膜、夹持该电解质膜的阳极侧催化剂层(阳极电极)以及阴极侧催化剂层(阴极电极)构成。在MEA的两侧，形成有用于提供燃料气体或氧化气体并且收集通过电化学反应产生的电力的气体扩散层(GDL：Gas Diffusion Layer)。在两侧配置有GDL的膜电极接合体被称为MEGA(MembraneElectrode&Gas Diffusion Layer Assembly：膜电极和气体扩散层混合体)，MEGA被一对隔板夹持。这里，MEGA是燃料电池的发电部，当不存在气体扩散层的情况下，MEA成为燃料电池的发电部。
氧化气体供给系统20例如具有：用于向燃料电池10(的阴极电极)供给氧化气体的氧化气体供给流路(配管)25；将被供给至燃料电池10且在各燃料电池单电池中提供给电化学反应后的氧化废气从燃料电池10排出的氧化气体排出流路(配管)29；以及将经由氧化气体供给流路25供给的氧化气体不经过(绕过)燃料电池10地向氧化气体排出流路29流通的旁通流路26。氧化气体供给系统20的各流路例如能够由橡胶软管、金属制的管道等构成。
在氧化气体供给流路25，从上游侧起装备有空气净化器21、空气压缩机(涡轮压缩机)(以下，简称为压缩机)22、中间冷却器23等，在氧化气体排出流路29装备有消声器28等。此外，在氧化气体供给流路25(的空气净化器21)，例如设置有省略图示的大气压传感器、空气流量计等。
在氧化气体供给流路25中，空气净化器21将从大气中获取的氧化气体(空气等)中的尘埃除去。
压缩机22对经由上述空气净化器21导入的氧化气体进行压缩，并将压缩后的氧化气体向中间冷却器23加压输送。
中间冷却器23在使从压缩机22加压输送而导入的氧化气体通过时，例如通过与制冷剂的热交换对其进行冷却，并将其向燃料电池10(的阴极电极)供给。
另外，在氧化气体供给流路25，设置有用于截断中间冷却器23与燃料电池10之间的氧化气体的流动的入口阀25V。此外，入口阀25V也可以是通过从中间冷却器23朝向燃料电池10的氧化气体的流动而开阀从而流过氧化气体，并且通过从燃料电池10朝向中间冷却器23的氧化气体的流动而闭阀从而截断氧化气体的流动的逆止阀。
旁通流路26构成为一端与氧化气体供给流路25(的中间冷却器23或其下游侧)连接，另一端与氧化气体排出流路29连接。换言之，从氧化气体供给流路25(的中间冷却器23或其下游侧)朝向氧化气体排出流路29，分支连接有旁通流路26。在旁通流路26中，由压缩机22加压输送且由中间冷却器23冷却而排出的氧化气体绕过燃料电池10地向氧化气体排出流路29流动。在该旁通流路26，设置有用于截断朝向氧化气体排出流路29流动的氧化气体而调整在该旁通流路26流动的氧化气体的流量的旁通阀26V。
在氧化气体排出流路29中，消声器28将在氧化气体排出流路29流动的氧化废气(排出气体)例如分离成气相和液相而向外部排出。
另外，在氧化气体排出流路29，设置有用于调整向燃料电池10供给的氧化气体的背压的调压阀29V。在调压阀29V的下游侧连接有上述的旁通流路26。
另一方面，燃料气体供给系统30例如具有：对氢气等高压的燃料气体进行存积的氢气罐等燃料气体供给源31；将来自燃料气体供给源31的燃料气体向燃料电池10(的阳极电极)供给的燃料气体供给流路(配管)35；将从燃料电池10排出的燃料废气(未消耗的燃料气体)回流到燃料气体供给流路35的循环流路36；以及与循环流路36分支连接并将循环流路36内的燃料废气向外部排出(大气释放)的燃料气体排出流路(配管)39。燃料气体供给系统30的各流路例如能够由橡胶软管、金属制的管道等构成。
在燃料气体供给流路35，从上游侧起设置有：用于对燃料气体供给流路35进行开闭而截断朝向燃料电池10流动的燃料气体的截断阀35V；用于对在燃料气体供给流路35流动的燃料气体的压力进行调整(减压)的调节器34；以及用于将调压后的燃料气体向燃料电池10供给的喷射器(燃料供给装置)33。若将截断阀35V打开，则存积于燃料气体供给源31的高压的燃料气体从燃料气体供给源31向燃料气体供给流路35流出，通过调节器34、喷射器33而被调压(减压)，然后供给至燃料电池10(的阳极电极)。
另外，在燃料气体供给流路35中的喷射器33的上游侧(详细而言，调节器34与喷射器33之间)，设置有对燃料气体的压力以及温度进行检测的压力传感器(初级侧压力传感器)34P以及温度传感器34T。另外，在喷射器33的下游侧且燃料气体供给流路35与循环流路36的合流部(连接部)的上游侧的位置，设置有对燃料气体的压力(喷射器33的出口压)进行检测的压力传感器(次级侧压力传感器)33P以及在燃料气体供给流路35内达到规定的工作压时敞开的安全阀35R。
在循环流路36，从上游侧(燃料电池10侧)起装备有气液分离器37、循环泵(也称为氢泵)38等。
气液分离器37将在循环流路36中流动的燃料气体(氢等)所包含的生成水气液分离而存积起来。从该气液分离器37分支而设置有燃料气体排出流路39。
循环泵38将通过气液分离器37气液分离后的燃料废气加压输送(加压)而向燃料气体供给流路35(的喷射器33的下游侧)循环。
在燃料气体排出流路39，设置有用于对燃料气体排出流路39进行开闭，以便将由气液分离器37分离出的生成水和已从燃料电池10排出的燃料废气的一部分排出的净化阀39V。
经由燃料气体排出流路39的净化阀39V的开闭调整而排出的燃料废气与流经氧化气体排出流路29的氧化废气混合，并经由消声器28向外部释放到大气中。
具有上述结构的燃料电池系统1通过由氧化气体供给系统20供给至燃料电池10(的阴极电极)的空气等氧化气体、和由燃料气体供给系统30供给至燃料电池10(的阳极电极)的氢气等燃料气体的电化学反应来进行发电。
制冷剂供给系统40例如具有将设置在燃料电池10内的冷却流路的入口和出口相连而使制冷剂循环的制冷剂流路(配管)45。
在制冷剂流路45，设置有对从燃料电池10排出的制冷剂进行冷却的散热器41、以及将制冷剂流路45的制冷剂从出口侧吸引并向入口侧排出的制冷剂泵42，并且设置有对制冷剂流路45内的制冷剂温度进行检测的制冷剂温度传感器45T。
控制装置50从设置于车辆的各种设备接收控制信息，控制系统内的各种设备的动作。例如，控制装置50对设置于车辆的加速操作装置(加速器等)的操作量等进行检测，运算应当从燃料电池10获取的电力(要求发电量)，使与该发电量对应的量的燃料气体以及氧化气体从燃料气体供给系统30以及氧化气体供给系统20向燃料电池10内供给。
控制装置50由未图示的计算机系统构成。上述计算机系统具备CPU、ROM、RAM、HDD、输入输出接口以及显示器等，CPU读入并执行记录于ROM的各种控制程序，从而实现各种控制动作。
这里，在本实施方式中，如图2所示，燃料气体供给流路35与循环流路36经由T字型连接管35J而连接。详细而言，在燃料气体供给流路35与循环流路36的合流部(连接部)设置有T字型连接管35J，使得循环流路36相对于燃料气体供给流路35在正交的方向上合流(连接)。在该T字型连接管35J中，燃料气体供给流路35侧的上游端(比与循环流路36的合流部靠上游侧的端部)连结于喷射器33，燃料气体供给流路35侧的下游端(比与循环流路36的合流部靠下游侧的端部)连结于燃料电池10，循环流路36侧的端部连结于循环泵38。即，在本例中，燃料电池10与喷射器33作为分开个体(不同部件)而设置，它们经由T字型连接管35J而连结。另外，在本例中，在T字型连接管35J的燃料气体供给流路35侧的上游端，喷射器33相对于该T字型连接管35J内的燃料气体供给流路35在正交的方向上连结。即，在本例中，来自喷射器33的燃料气体与来自循环流路36(的设置在其中的循环泵38)的燃料气体(燃料废气)相对于T字型连接管35J内的燃料气体供给流路35，在偏置的位置且均在垂直方向上被供给。
因此，来自循环流路36的燃料气体(燃料废气)的喷流(蒸气)与T字型连接管35J内的壁面相碰，其一部分会回绕到T字型连接管35J的燃料气体供给流路35的上游端侧(喷射器33侧)(参照图2的箭头)。来自喷射器33的燃料气体是冰冷的冰点下气体，因此回绕的蒸气被冷却，从而在喷射器33侧的内壁冻结。上述蒸汽随着燃料电池10的运转时间的增加而积蓄，有可能冻结进而产生由冻结引起的阻塞。
在本实施方式中，为了防止因上述T字型连接管35J(即，将燃料气体供给系统30中的喷射器33和燃料电池10连结的配管)引起的冻结或者冻结阻塞，上述控制装置50使用从设置于喷射器33的下游侧的压力传感器(次级侧压力传感器)33P得到的检测值(燃料气体的气体压)，控制设置于燃料气体供给流路35的喷射器33、设置于循环流路36的循环泵38、以及设置于制冷剂流路45的散热器41等的动作。
[燃料电池系统的控制装置的控制]
使用图3的流程图以及图4的时间图，对上述燃料电池系统1的控制装置50的控制(冻结或者冻结阻塞防止控制)进行具体的说明。
控制装置50首先判断外部空气温度是否在冰点下以下(S11)。
在判断为外部空气温度在冰点下以下的情况下(S11：是)，判断根据从设置于喷射器33的下游侧的压力传感器33P得到的检测值(压力)计算出的压力上升的斜率(预先决定的压力上升判定时间下的压力的上升程度)是否在预先设定的冻结判定阈值以上(S12)。另外，当判断为该压力上升的斜率在冻结判定阈值以上的情况下(S12：是)，判断该压力上升的斜率是否连续三次地在冻结判定阈值以上(S13)。由此，防止误判定地进行冻结的推断。
当判断为压力上升的斜率连续三次在冻结判定阈值以上的情况下(S13：是)，设置连接管冻结判定标志(S14)。
基于S14的设置信息，控制装置50使循环泵38的转速增加而使流量(气体量)增加(S15)，并且控制散热器41等而使流过燃料电池10的制冷剂的制冷剂温度目标值上升(S16)。由此，使循环流路36的燃料气体(燃料废气)的热量增加，避免上述的T字型连接管35J的冻结。
此外，这里使循环泵38的转速增加而使流量(气体量)(相对于来自喷射器33的燃料气体的流量(气体量)相对地)增加，但是例如也可以通过控制喷射器33侧而使来自该喷射器33的燃料气体的流量(气体量)减少，而使从循环泵38供给的燃料气体的气体量相对于从喷射器33供给的燃料气体的气体量的比率相对增大。
接着，控制装置50判断压力上升的斜率是否在预先设定的冻结阻塞判定阈值以上(S17)。另外，当判断为压力上升的斜率在冻结阻塞判定阈值以上的情况下(S17：是)，判断压力上升的斜率是否连续三次在冻结阻塞判定阈值以上(S18)。
当判断为压力上升的斜率连续三次在冻结阻塞判定阈值以上的情况下(S18：是)，设置连接管冻结阻塞判定标志(S19)。
基于S19的设置信息，控制装置50停止喷射器33的驱动(故障防护)(S20)。由此，抑制由来自喷射器33的燃料气体引起的热量降低，从而避免上述的T字型连接管35J的冻结阻塞。
此外，当判断为外部空气温度不在冰点下以下的情况下(S11：否)、或判断为压力上升的斜率不在冻结判定阈值以上的情况下(S12：否)，取消连接管冻结判定标志(S21)，执行正常控制(S22)。
这样，控制装置50在冰点下运转中，对设置于喷射器33的下游侧的压力传感器33P的压力上升的斜率进行检测，当在喷射器33的下游推断出水分的冻结的情况下，使循环泵38的流量增加或者使制冷剂温度目标值上升，从而使循环流路36的燃料气体(燃料废气)的热量增加，避免T字型连接管35J的冻结阻塞。另外，在判断为无法抑制压力上升的斜率的情况下，在达到溢流压前使喷射器33驱动停止，从而停止冰冷的气体的供给，抑制由来自喷射器33的燃料气体引起的热量降低，避免T字型连接管35J的冻结阻塞。
如以上说明的那样，在本实施方式的燃料电池系统1中，通常，从设置于循环流路36的循环泵38供给的燃料气体比从配置于燃料气体供给流路35的喷射器(燃料供给装置)33供给的燃料气体热，因此在喷射器33的下游检测/推断出水分的冻结的可能性的情况下，使从设置于循环流路36的循环泵38供给的燃料气体的气体量与从喷射器33供给的燃料气体的气体量相比相对增加(即，使从循环泵38供给的燃料气体的气体量相对于从喷射器33供给的燃料气体的气体量的比率相对增大)，从而能够有效地加热冻结部位，能够有效地抑制由水分的冻结引起的配管的阻塞。
另外，使燃料气体供给流路35与循环流路36通过T字型连接管35J连接，从而能够使从循环流路36供给的燃料气体向设置于燃料气体供给流路35与循环流路36的合流部的上游的喷射器33侧高效地(更多)流动，由此能够更加有效地抑制由水分的冻结引起的配管的阻塞。
此外，在上述实施方式中，作为向燃料电池10供给燃料气体的燃料供给装置，以喷射器33为例示进行了说明，但作为上述燃料供给装置，也可以使用将从燃料气体供给源31供给的燃料气体朝向燃料电池10排出/供给的排出器。
另外，在上述实施方式中，根据从设置于喷射器33的下游的压力传感器33P得到的压力的上升程度，推断喷射器33的下游的水分的冻结甚至冻结阻塞，但不言而喻，例如也可以根据喷射器33的下游(T字型连接管35J等)的配管温度、外部空气温度等，进行喷射器33的下游的水分的冻结乃至冻结阻塞的推断。
以上，使用附图对本发明的实施方式进行了详述，但具体的结构并不限定于该实施方式，即便是不脱离本发明的要旨的范围内的设计变更等，它们也包含在本发明中。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池；
燃料气体供给流路，其用于向所述燃料电池供给燃料气体；
燃料供给装置，其将燃料气体经由所述燃料气体供给流路向所述燃料电池供给；
循环流路，其用于使从所述燃料电池排出的燃料废气循环至所述燃料气体供给流路；
循环泵，其设置于所述循环流路，对所述燃料废气进行加压输送而使其循环至所述燃料气体供给流路；以及
控制装置，其对所述燃料供给装置以及所述循环泵的至少一方的动作进行控制，
在所述燃料电池系统中，
当推断出在所述燃料供给装置的下游存在水分的冻结的情况下，所述控制装置使从所述循环泵供给的燃料气体的气体量相对于从所述燃料供给装置供给的燃料气体的气体量的比率相对增大。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在所述燃料气体供给流路中的所述燃料供给装置的下游且与所述循环流路的合流部的上游的位置设置有压力传感器，
所述控制装置根据从所述压力传感器得到的压力的上升程度，推断所述燃料供给装置的下游的水分的冻结。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
当推断出在所述燃料供给装置的下游存在水分的冻结的情况下，所述控制装置使从所述循环泵供给的燃料气体的气体量增加，并且当推断出在所述燃料供给装置的下游存在水分的冻结阻塞的情况下，所述控制装置使所述燃料供给装置驱动停止。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，
当推断出在所述燃料供给装置的下游存在水分的冻结的情况下，所述控制装置使向所述燃料电池供给的制冷剂的制冷剂温度目标值上升。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料气体供给流路与所述循环流路通过T字型连接管连接，从而所述循环流路相对于所述燃料气体供给流路在正交的方向上连接，在所述燃料气体供给流路中的与所述循环流路的合流部的上游的位置设置所述燃料供给装置。
CN201811424299.8A 2017-11-28 2018-11-27 燃料电池系统 Active CN110010937B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-227544 2017-11-28
JP2017227544A JP6969321B2 (ja) 2017-11-28 2017-11-28 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110010937A true CN110010937A (zh) 2019-07-12
CN110010937B CN110010937B (zh) 2022-03-01

Family

ID=66442696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811424299.8A Active CN110010937B (zh) 2017-11-28 2018-11-27 燃料电池系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11196066B2 (zh)
JP (1) JP6969321B2 (zh)
CN (1) CN110010937B (zh)
DE (1) DE102018124717A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113540517A (zh) * 2021-07-26 2021-10-22 成都亿华通动力科技有限公司 一种燃料电池系统的预热方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4305691A2 (en) * 2021-03-08 2024-01-17 Norgren Manufacturing Co., Ltd. Fuel supply apparatus
CN114665129B (zh) * 2022-04-29 2023-10-13 北京亿华通科技股份有限公司 用于燃料电池低温冷启动的氢气喷射器控制方法及装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040106026A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and method of controlling the same fuel cell system
JP2006164731A (ja) * 2004-12-07 2006-06-22 Denso Corp 燃料電池システム
US20070141418A1 (en) * 2004-03-17 2007-06-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system control device
JP2008198440A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN101416341A (zh) * 2006-04-07 2009-04-22 丰田自动车株式会社 燃料电池运转系统及燃料电池运转系统中的阀的防冻方法
JP2009170295A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
CN102804469A (zh) * 2009-06-22 2012-11-28 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池系统中的起动时控制方法
CN106505230A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
US20170237094A1 (en) * 2016-02-15 2017-08-17 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method of controlling fuel cell system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5024721B2 (ja) * 2006-05-10 2012-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその循環比算出方法
JP2008112702A (ja) 2006-10-31 2008-05-15 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2008218164A (ja) 2007-03-02 2008-09-18 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2017227544A (ja) 2016-06-23 2017-12-28 横浜ゴム株式会社 タイヤ加硫ブラダー用ゴム組成物及びその評価方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040106026A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and method of controlling the same fuel cell system
US20070141418A1 (en) * 2004-03-17 2007-06-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system control device
JP2006164731A (ja) * 2004-12-07 2006-06-22 Denso Corp 燃料電池システム
CN101416341A (zh) * 2006-04-07 2009-04-22 丰田自动车株式会社 燃料电池运转系统及燃料电池运转系统中的阀的防冻方法
JP2008198440A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2009170295A (ja) * 2008-01-17 2009-07-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
CN102804469A (zh) * 2009-06-22 2012-11-28 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池系统中的起动时控制方法
CN106505230A (zh) * 2015-09-03 2017-03-15 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
US20170237094A1 (en) * 2016-02-15 2017-08-17 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method of controlling fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113540517A (zh) * 2021-07-26 2021-10-22 成都亿华通动力科技有限公司 一种燃料电池系统的预热方法
CN113540517B (zh) * 2021-07-26 2022-05-17 成都亿华通动力科技有限公司 一种燃料电池系统的预热方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019096576A (ja) 2019-06-20
JP6969321B2 (ja) 2021-11-24
DE102018124717A1 (de) 2019-05-29
US20190165392A1 (en) 2019-05-30
US11196066B2 (en) 2021-12-07
CN110010937B (zh) 2022-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109411784B (zh) 一种商用车燃料电池发动机供气系统
US9570768B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
US20070287041A1 (en) System level adjustments for increasing stack inlet RH
JP5957664B2 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
US8497045B2 (en) Purge system for fuel cell with improved cold start performance
JP4863651B2 (ja) 燃料電池システム
CN110010937A (zh) 燃料电池系统
CN111354958B (zh) 一种燃料电池的阳极保护系统及控制方法
US20200044264A1 (en) Fuel cell system
JP2008097832A (ja) 燃料電池の内部乾燥防止装置
JP2018041539A (ja) 燃料電池システム
JP2010192251A (ja) 燃料電池システム
CN115347219A (zh) 一种燃料电池供氢及氢气循环系统、和其控制器方法
JP5168814B2 (ja) 燃料電池システム、および燃料電池システムを搭載する車両
US10461349B2 (en) Method for controlling fuel cell system
JP2017147135A (ja) 燃料電池システムの制御方法
JP2007305390A (ja) 燃料電池システム及びその循環比算出方法
JP2009193838A (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
US20080135107A1 (en) Water trap apparatus for fuel cell vehicles
JP2006278209A (ja) 燃料電池システム
JP2009123588A (ja) 燃料電池システム
JP5140993B2 (ja) 燃料電池システム
JP6094214B2 (ja) 燃料電池システム
JP7006158B2 (ja) 燃料電池システム
WO2009056203A1 (en) Fuel cell system and method of operating a 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