CN113497259A - 燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113497259A
CN113497259A CN202110305863.XA CN202110305863A CN113497259A CN 113497259 A CN113497259 A CN 113497259A CN 202110305863 A CN202110305863 A CN 202110305863A CN 113497259 A CN113497259 A CN 113497259A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power generation
fuel cell
impedance
cell system
stop
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.)
Pending
Application number
CN202110305863.XA
Other languages
English (en)
Inventor
小岩信基
渡边真也
松本裕嗣
井上一秀
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of CN113497259A publication Critical patent/CN113497259A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01M8/04313—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
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04649—Other electric variables, e.g. resistance or impedance 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
    • H01M8/043—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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • 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
    • 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
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow 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
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04949—Electric variables other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • 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
    • H01M8/04949—Electric variables other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04952—Electric variables other electric variables, e.g. resistance or impedance 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
    • 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)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统。燃料电池系统(10)具备层叠多个发电单电池(20)而成的燃料电池堆(12)、测定燃料电池堆(12)内的阻抗的阻抗测定装置(94)。在燃料电池系统(10)的运转停止方法中，在运转停止时，使多个发电单电池(20)进行发电直到阻抗值成为阻抗目标值(Oi2)以上。另外，在阻抗值成为阻抗目标值(Oi2)以上之后，使多个发电单电池(20)的发电继续规定时间。

Description

燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统具备通过阳极气体(氢气等燃料气体)与阴极气体(氧等氧化剂气体)的反应来进行发电的燃料电池堆。这种燃料电池系统在运转停止(发电停止)后周边环境变为低温(例如，冰点以下)的情况下，因在燃料电池堆内残余的水而内部的发电单电池发生冻结。由此燃料电池系统下次起动时发生耗费时间、发电效率恶化等不良问题。
因此，专利文献1公开了运转停止时在进行了使燃料电池的温度成为规定值以上的发电处理之后才停止发电来使燃料电池堆内干燥的燃料电池系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-311277号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在燃料电池堆内层叠的多个发电单电池中，与层叠方向中央部的发电单电池的温度相比，层叠方向两端部的端部单电池的温度容易降低。因此，即使如专利文献1公开的那样在运转停止时进行了发电处理，端部单电池仍可能未充分干燥而含有水。由此，即使在运转停止时进行发电处理，在周边环境低温时，也存在燃料电池堆内的发电单电池(特别是端部单电池)中的水分冻结的情况。
本发明是涉及上述的燃料电池系统的技术，目的在于提供能够在运转停止时使燃料电池堆内的多个发电单电池更均匀地干燥的燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统。
用于解决问题的方案
为了实现所述目的，本发明的第一方式涉及燃料电池系统的运转停止方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池堆，其具有层叠多个发电单电池而成的层叠体，所述多个发电单电池通过阳极气体与阴极气体的反应来进行发电；以及阻抗测定部，其测定所述燃料电池堆的阻抗，在所述燃料电池系统的运转停止方法中，包括：停止时发电步骤，在运转停止时，使所述多个发电单电池进行发电直到所述阻抗测定部测定出的阻抗值成为阻抗目标值以上；以及继续发电步骤，在所述阻抗值成成为所述阻抗目标值以上后，使所述多个发电单电池的发电还继续规定时间。
另外，为了实现所述目的，本发明的第二方式涉及燃料电池系统，具备：燃料电池堆，其具有层叠多个发电单电池而成的层叠体，所述多个发电单电池通过阳极气体与阴极气体的反应来进行发电；以及阻抗测定部，其测定所述燃料电池堆的阻抗，在燃料电池系统中，具备控制所述燃料电池系统的运转的控制部，在运转停止时，所述控制部使所述多个发电单电池进行发电直到所述阻抗测定部测定出的阻抗值成为阻抗目标值以上，在所述阻抗值成为所述阻抗目标值以上后，所述控制部使所述多个发电单电池的发电还继续规定时间。
发明的效果
上述的燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统能够在运转停止时使燃料电池堆内的多个发电单电池更均匀地干燥。
参照附图对以下实施方式进行说明，能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式涉及的燃料电池系统的整体结构的说明图。
图2A是概略地示出不实施停止时发电时的燃料电池堆的发电电流的变化的说明图。图2B是概略地示出实施停止时发电时的燃料电池堆的发电电流的变化。
图3是示出燃料电池系统的运转停止方法的一例的流程图。
图4是概略地示出停止时发电以及继续发电中的阻抗的变化以及制冷剂泵的转速的时间变化的曲线图。
图5是示出停止时发电以及继续发电中的多个发电单电池整体的阻抗值以及端部单电池的阻抗值的时间变化的曲线图。
具体实施方式
以下例举适当的实施方式，并参照附图来详细说明本发明。
本发明的一实施方式涉及的燃料电池系统10，如图1所示，具备燃料电池堆12、阳极系装置14、阴极系装置16以及冷却装置18。该燃料电池系统10搭载于燃料电池车辆11(燃料电池汽车：以下简称为车辆11)的例如电机室，将燃料电池堆12的发电电力供给到蓄电池Bt、行驶用电机Mt等来使车辆11行驶。
燃料电池堆12具备通过阳极气体(氢气等燃料气体)与阴极气体(空气等氧化剂气体)的电化学反应来进行发电的多个发电单电池20。在将燃料电池堆12搭载于车辆11的状态下，多个发电单电池20构成为使电极面为直立位姿势来沿着车宽方向层叠而成的层叠体21。此外也可以是，多个发电单电池20沿车辆11的车长方向(前后方向)、重力方向层叠。
各发电单电池20由电解质膜-电极结构体22(以下，称为“MEA 22”)、夹持MEA 22的一对隔板24(隔板24a、隔板24b)构成。MEA 22具有：电解质膜26(例如，固体高分子电解质膜(阳离子交换膜))；在电解质膜26的一方的面设置的阳极电极28；以及在电解质膜26的另一方的面设置的阴极电极30。隔板24a在MEA 22的一方的面形成使阳极气体流通的阳极气体流路32。隔板24b在MEA22的另一方的面形成使阴极气体流通的阴极气体流路34。另外，通过层叠多个发电单电池20而在隔板24a与隔板24b彼此相向的面形成使制冷剂流通的制冷剂流路36。
还有，燃料电池堆12具备使阳极气体、阴极气体以及制冷剂分别沿着层叠体21的层叠方向流通的未图示的多个连通孔(阳极气体连通孔、阴极气体连通孔、制冷剂连通孔)。阳极气体连通孔与阳极气体流路32连通，阴极气体连通孔与阴极气体流路34连通，制冷剂连通孔与制冷剂流路36连通。
由阳极系装置14向燃料电池堆12供给阳极气体。在燃料电池堆12内，阳极气体在阳极气体连通孔(阳极气体入口连通孔)流通并流入阳极气体流路32，在阳极电极28处被用于发电。用于发电后产生的阳极排气(包含未反应的氢气)从阳极气体流路32流出到阳极气体连通孔(阳极气体出口连通孔)，从燃料电池12排出到阳极系装置14。
另外，由阴极系装置16向燃料电池堆12供给阴极气体。在燃料电池堆12内，阴极气体在阴极气体连通孔(阴极气体入口连通孔)流通并流入阴极气体流路34，在阴极电极30处被用于发电。用于发电后产生的阴极排气从阴极气体流路34流出到阴极气体连通孔(阴极出口连通孔)，从燃料电池堆12排出到阴极系装置16。
还有，由冷却装置18向燃料电池堆12供给制冷剂。在燃料电池堆12内，制冷剂在制冷剂连通孔(制冷剂入口连通孔)流通并流入制冷剂流路36，对发电单电池20进行冷却。对发电单电池20进行了冷却的制冷剂，从制冷剂流路36流出到制冷剂连通孔(制冷剂出口连通孔)，从燃料电池堆12排出到冷却装置18。
另外，本实施方式涉及的燃料电池堆12在堆壳体(未图示)内收容层叠体21。在层叠体21的层叠方向两端朝向外方顺次配置有未图示的接线板、绝缘板、端板。端板沿着各发电单电池20的层叠方向施加紧固载荷。
燃料电池系统10的阳极系装置14具有向燃料电池堆12供给阳极气体的阳极供给路40、从燃料电池堆12排出阳极排气的阳极排出路42。另外，在阳极供给路40与阳极排出路42之间，连接有用于将阳极排出路42的阳极排气中包含的未反应的氢气返还到阳极供给路40的阳极循环路44。还有，从阳极系装置14的循环电路排出阳极排气的吹扫路46连接于阳极循环路44。
在阳极供给路40串联设置喷射器48以及引射器50，另外以跨过喷射器48以及引射器50的方式连接供给用旁通路52。在供给用旁通路52设置BP(旁通)喷射器54。喷射器48是在发电时主要使用的主喷射器，BP喷射器54是在燃料电池堆12启动时、要求高负荷发电时等，用于供给高浓度的氢气的子喷射器。
引射器50利用因从喷射器48喷出的阳极气体的移动而产生的负压，从阳极循环路44吸引阳极排气并且向下游侧的燃料电池堆12供给阳极气体。
在阳极排出路42设置从阳极排气中分离阳极排气中包含的水(发电时的生成水)的气液分离器56。在气液分离器56的上部连接阳极循环路44，阳极排气(气体)在阳极循环路44流动。
另外，在阳极循环路44设置使阳极排气在阳极供给路40循环的阳极泵58。还有，气液分离器56的底部与将分离出的水排出的泄放路60的一端连接。在泄放路60设置将流路开闭的泄放阀60a。另外，吹扫路46与泄放路60连接，并且在其途中设置对流路进行开闭的吹扫阀46a。
燃料电池系统10的阴极系装置16具有：向燃料电池堆12供给阴极气体的阴极供给路62；以及从燃料电池堆12排出阴极排气的阴极排出路64。在阴极供给路62与阴极排出路64之间连接有：阴极旁通路66，其使阴极供给路62的阴极气体直接流通到阴极排出路64；以及阴极循环路68，其使阴极排出路64的阴极排气循环到阴极供给路62。
在阴极供给路62设置有将来自大气的空气压缩并供给的压缩机70。另外，阴极供给路62在压缩机70的下游侧且在阴极旁通路66的下游侧具备供给侧开闭阀72，并且在压缩机70(具体来讲是供给侧开闭阀72的下游侧)与燃料电池堆12之间具备加湿器74。而且，虽省略了图示，但在阴极供给路62设置将阴极气体冷却的换热器等辅助设备。另外，在阴极供给路62的加湿器74的设置位置附近，设置绕过加湿器74的加湿器旁通路75，并且设置将加湿器旁通路75开闭的加湿器旁通阀75a。优选的是，在后记的实施停止时发电时加湿器旁通阀75a打开，由此使供给的空气(阴极气体)的加湿量降低。
另外，加湿器74设置在阴极排出路64。加湿器74用阴极排出路64的阴极排气中包含的水分将阴极供给路62的阴极气体加湿。另外，阴极排出路64在加湿器74以及阴极循环路68的下游侧具备排出侧开闭阀76以及背压阀78。另外阳极系装置14的泄放路60与阴极排出路64连接。
在阴极旁通路66设置对绕过燃料电池堆12的阴极气体的流量进行调整的流量调速阀80。在阴极循环路68设置使阴极排出路64的阴极排气循环到阴极供给路62的EGR泵82。
燃料电池系统10的冷却装置18具有向燃料电池堆12供给制冷剂的制冷剂供给路84、从燃料电池堆12排出制冷剂的制冷剂排出路86。制冷剂供给路84以及制冷剂排出路86连接于对制冷剂进行冷却的散热器88。在制冷剂供给路84设置使制冷剂在制冷剂的循环回路内(燃料电池堆12、制冷剂供给路84、制冷剂排出路86以及散热器88之间)循环的制冷剂泵90。
另外，燃料电池系统10具备用于检测燃料电池堆12的温度的多个温度传感器92。作为温度传感器92，能够举出在制冷剂排出路86的上游侧(燃料电池堆12侧)设置的制冷剂出口温度传感器92a、在阴极排出路64的上游侧(燃料电池堆12侧)设置的阴极出口温度传感器92b。另外车辆11具有检测车辆11的周边环境的气温的外部气温传感器92c。
另外还有，燃料电池系统10具备测定燃料电池堆12(多个发电单电池20)的阻抗的阻抗测定装置94。阻抗测定装置94测定的阻抗值与燃料电池堆12内的含水量连动(相关)。因此燃料电池系统10能够基于阻抗值来监视燃料电池堆12的含水量。例如，作为阻抗测定装置94能够采用如下测量方式：对多个发电单电池20(例如，在燃料电池堆12的层叠方向两端设置的一对接线板之间)的输出叠加交流电流并测定阻抗。
以上的燃料电池系统10具有控制该燃料电池系统10的各结构的动作并使燃料电池堆12进行发电的ECU 96(Electronic Control Unit：控制部)。ECU96构成为具有一个以上的处理器、存储器以及输入输出接口的计算机(包括微型控制器)。
而且，如图2A以及图2B所示，本实施方式涉及的燃料电池系统10的EC U 96是在运转动作停止时(车辆11的运转停止时)，根据需要进行实施停止时发电的处理的结构。在预测为周边环境为低温(例如，冰点以下)的情况下，为了使燃料电池堆12内干燥来抑制发电单电池20中含有的水发生冻结，实施停止时发电。
即，如图2A所示，在发电单电池20不可能发生冻结的情况下，ECU 96基于运转停止指示来使燃料电池系统10的运转(驱动)立即停止。另一方面，如图2B所示，在发电单电池20可能发生冻结的情况下，车辆11基于运转停止指示来在燃料电池系统10中实施停止时发电。还有，本实施方式涉及的燃料电池系统10构成为，在实施停止时发电后实施使发电继续规定时间的继续发电。以下，参照图3详细叙述燃料电池系统10的运转停止方法。
ECU 96在车辆11驱动中(点火装置、启动开关接通的动作中)，实施向燃料电池堆12供给阳极气体以及阴极气体来进行发电的运转中发电(运转中发电步骤：步骤S1)。而且燃料电池堆12的发电电流供给到行驶用电机Mt等，车辆11行驶(也参照图2A以及图2B)。在该运转中发电中，ECU 96基于来自未图示的电机ECU的发电要求指令、车辆11的行驶状态、蓄电池Bt的充电状态(SOC)等，来适当调整燃料电池堆12的发电状态。
例如，ECU 96除了进行通常发电以外还进行：增加对燃料电池堆12的阳极气体以及阴极气体的供给量来使发电量增加的高负荷发电、减少阳极气体以及阴极气体的供给量来使发电量降低的低负荷发电等。
另外，在运转中发电中，ECU 96基于阻抗测定装置94测定的阻抗值来监视燃料电池堆12内的含水量。例如，ECU 96根据发电状态(通常发电、高负荷发电、低负荷发电等)来设定阻抗目标范围(上限值、下限值)，以使阻抗值成为阻抗目标范围内的方式调整反应气体(阳极气体、阴极气体)的供给量。为了提高燃料电池堆12的耐久性，本实施方式涉及的ECU 96在通常发电、低负荷发电时，使阻抗目标值Oi1(单位Ω：欧姆，以下相同)(阻抗目标范围的上限值)低于后记的停止时阻抗阈值Ti(参照图4)。也就是说，基本上以使燃料电池堆12内湿润的方式设定运转中发电中的阻抗目标值Oi1。
另外，在实施运转中发电时，ECU 96判断是否有来自车辆11的动作停止指示(步骤S2)。作为动作停止指示，例如能够举出点火装置、启动开关的断开的信号、电机ECU的驱动停止信号等。ECU 96在没有接收到动作停止指示的情况下(步骤S2：“否”)返回至步骤S1，继续进行运转中发电，在接收到动作停止指示的情况下(步骤S2：“是”)前进至步骤S3。
在接收到动作停止指示后的步骤S3中，ECU 96判定停止时发电的实施条件是否成立(实施条件判定步骤)。作为停止时发电的实施条件可以举出以下的条件(a)～(d)。
(a)是冬季。
(b)预测燃料电池系统10的周边环境为低温(下次起动为低温起动)。
(c)燃料电池堆12内为含水状态(尚未干燥状态)。
(d)阻抗测定装置94没有发生故障。
条件(a)是因为如果不是冬季则发电单电池20原本就不会发生冻结，因此作为停止时发电的实施条件。例如，冬季的判定可以举出，使ECU 96具有日历功能，判定是否为预先设定的冬季的期间。或者也可以是，ECU 96获取由车辆11的测位系统(未图示)获取到的当前位置、与当前位置相应的气温信息来进行冬季的判定。另外，在能做出条件(b)的判定的情况下，也可以没有条件(a)。
条件(b)是因为在燃料电池系统10的周边环境为低温时发电单电池20发生冻结，因此作为停止时发电的实施条件。例如如图1所示，ECU 96获取用于检测车辆11的外部气温的外部气温传感器92c(温度传感器92)的检测信息，在检测信息低于规定的外部气温值的情况下预测为低温。另外，也可以是，ECU 96基于周边环境的温度降低速度来预测是否会成为低温。此外，低温的预测也可以基于过去在车辆11起动时进行了低温起动而估计为下次起动也为低温起动，并判断周边环境为低温。
条件(c)是因为如果燃料电池堆12内为干燥状态则能抑制发电单电池20发生冻结，因此作为停止时发电的实施条件。ECU 96将从阻抗测定装置94接收到的阻抗值与预先保存的停止时阻抗阈值Ti(参照图4)进行比较来判定燃料电池堆12内的含水量。
如图4所示，停止时阻抗阈值Ti设定为高于运转中发电中的阻抗目标值O i1(在干燥侧)。因而，在运转中发电中，ECU 96判定燃料电池堆12内为含水状态的情况多。而且，燃料电池堆12内的阻抗值也依赖于温度。因此，可以是，ECU 96具有与温度变化相应的多个种类的停止时阻抗阈值Ti来作为对应信息，基于制冷剂出口温度传感器92a检测的制冷剂出口温度来设定适当的停止时阻抗阈值Ti。制冷剂出口温度传感器92a发生故障时，也可以使用阴极出口温度传感器92b检测的阴极排气的温度。
另外，燃料电池堆12内的含水量也会与冷却装置18产生的制冷剂循环量连动。因而，ECU 96也可以构成为基于冷却装置18的制冷剂泵90的转速[rp m]来估计燃料电池堆12的干燥状态。例如，在制冷剂泵90的转速为规定的停止时转速阈值Tr以上而且超过了停止时转速阈值Tr的期间为规定时间以上的情况下，ECU 96估计为干燥状态。
还有，条件(d)是因为在阻抗测定装置94发生故障的情况下原本就无法监视燃料电池堆12内的含水量，因此作为停止时发电的实施条件。在阻抗测定装置94发生故障的情况下，燃料电池系统10不实施停止时发电，而在下次车辆11起动时(低温起动时)进行如下处理：延长待机并进行发电的时间。
上述的条件(c)、(d)可以为在燃料电池系统10的运转中发电中由未图示的状态寄存器等监视干燥状态、故障状态(改变状态标志)的结构，也可以是在实施条件判定步骤中对标志(日文：フラグ)进行确认来进行判定。另一方面，条件(a)、(b)可以伴着实施条件判定步骤的实施来进行判定。
返回到图3，在上述的条件(a)～(d)全部成立的情况下，ECU 96判定停止时发电的实施条件成立(步骤S3：“是”)，并进到步骤S4。另一方面，在上述的条件(a)～(d)中的任一条件不成立的情况下，ECU 96判定停止时发电的实施条件不成立(步骤S3：“否”)，并跳过以后的步骤S4、S5。
在步骤S4中，ECU 96为了使燃料电池堆12内干燥，实施停止时发电(停止时发电步骤)。在该停止时发电中，也通过与运转中发电同样的动作来使燃料电池堆12进行发电。但是，因燃料电池堆12内的水分量增加而不实施高电流发电，与通常发电相比以低电流来实施发电。伴着该停止时发电的实施，促进燃料电池堆12内的发电单电池20干燥。停止时发电的电力被供给到辅助设备，剩余的电力被充电于蓄电池Bt。而且，优选的是，在实施停止时发电时，以辅助设备要继续发电所需程度的低电流来进行发电。
另外，如图4所示，在停止时发电中，ECU 96获取阻抗测定装置94测定的发电单电池20整体的阻抗值，并将停止时发电中的阻抗目标值Oi2与阻抗值进行比较。而且，在阻抗值低于阻抗目标值Oi2的情况下继续停止时发电，在阻抗值为阻抗目标值Oi2以上的情况下结束停止时发电。
ECU 96将停止时发电中的阻抗目标值Oi2设定为高于运转中发电中的阻抗目标值Oi1以及停止时阻抗阈值Ti。换言之，为了抑制燃料电池堆12劣化，运转中发电中的阻抗目标值Oi1被设定为含水量多的值，停止时发电中的阻抗目标值Oi2被设定为含水量低的值。
当随着进行干燥而含水量变少时，燃料电池堆12内构建成如下状态：抑制以水为介质的多个发电单电池20内的导通。阻抗测定装置94的阻抗值在超过了停止时发电的阻抗目标值Oi2的附近变得稳定(重复微小的振幅)。
在实施停止时发电中，ECU 96在蓄电池Bt的充电状态(SOC)为规定比率以上的情况下，实施低负荷发电(空闲发电)。在空闲发电中，使对燃料电池堆12供给的阳极气体以及阴极气体的供给量为最低限，由此使燃料电池堆12的发电电流大幅度降低。
而且，在空闲发电中发电电流降低，因此存在阻抗测定装置94无法测定阻抗值的情况。因而在停止时发电中进行空闲发电的情况下，ECU 96预测阻抗值的推移，由此使停止时发电继续来避免停止时发电中断。
具体来讲，ECU 96在转变为空闲发电时，中断阻抗目标值Oi2与测定的阻抗值的比较，并且开始时间计数，在该时间计数超过了空闲发电实施时间的情况下结束停止时发电。可以基于与阻抗变化相关连的制冷剂出口温度、阴极系装置16的辅助设备(压缩机70、对从压缩机70排出的空气进行冷却的中间冷却器等)的温度、阴极排气温度来计算该空闲发电实施时间。由此，即使实施空闲发电燃料电池堆12的温度逐渐地降低，也能够促进燃料电池堆12内均匀地干燥。
而且，ECU 96在空闲发电实施时间中，例如在因制冷剂出口温度、阴极系装置16的辅助设备的温度或者阴极排气温度降低到规定温度以下等的理由而中断了停止时发电的情况下可进行如下控制：在下次起动时(低温起动时)延长待机并进行发电的时间。由此，能够抑制在低温起动时发电单电池20的电压不稳定的情形。
另外，在步骤S5中，ECU 96在实施停止时发电后，在阻抗值超过了停止时发电的阻抗目标值Oi2之后，也实施使燃料电池堆12内继续发电的继续发电(继续发电步骤)。即，在停止时发电中，在多个发电单电池20的层叠体21内，层叠方向中央部的发电单电池20(中央单电池)会快速干燥，另一方面，层叠方向两端部的发电单电池20(端部单电池)的干燥容易延迟。因此，本实施方式涉及的燃料电池系统10在停止时发电后继续发电规定期间，由此使端部单电池更干燥，在层叠体21内的中央部与端部使发电单电池20的含水状态均匀。
具体来讲，如图5所示，ECU 96在继续发电步骤中，设定继续发电的实施期间、即时间阈值Tt并开始时间计数。而且ECU 96监视计时的时间计数是否为时间阈值Tt以上，时间计数小于时间阈值Tt则继续进行继续发电，而在时间计数成为时间阈值Tt以上的情况下结束继续发电。时间阈值Tt优选设定为例如200sec～500sec程度的范围。
在该继续发电中，与停止时发电同样地，将阳极气体以及阴极气体供给到燃料电池堆12，包含端部单电池在内的各发电单电池20进行发电。继续发电中的燃料电池堆12的发电量可以设定为与停止时发电的发电量相同程度(以相同或者稍微变化的方式)，从而ECU 96也相同程度地调整阳极气体以及阴极气体的供给量。
另外，如图4所示，优选的是，在继续发电中，ECU 96使制冷剂泵90的转速为规定的目标转速Or以上，与通常发电时相比使制冷剂的循环量上升。例如，目标转速Or设定为停止时转速阈值Tr以上的转速。由此伴着继续发电的实施，多个发电单电池20的层叠体21的温度的偏差减少，促进端部单电池的干燥。而且也可以是，在实施停止时发电(步骤S4)时进行将制冷剂泵90的转速设为目标转速Or以上的控制。
通过实施以上的继续发电步骤，如图5所示，多个发电单电池20整体的阻抗值在阻抗目标值Oi2附近不会有大的变动，另一方面，端部单电池的阻抗逐渐地上升。在实施继续发电后(经过时间阈值Tt后)，端部单电池的阻抗成为能预期干燥的端部干燥阻抗值Di以上。因而，通过实施继续发电，在燃料电池堆12中进一步地促进端部单电池干燥，并实现层叠方向的干燥状态的均匀化。
在实施继续发电(步骤S5)后或者在步骤S3中停止时发电不成立的情况下，ECU 96在步骤S6中实施结束处理。在结束处理中，车辆11的动作停止，并且适当停止燃料电池系统10(制冷剂泵90等)的动作。
而且，本发明不限定于上述的实施方式，能够遵循发明的主旨进行各种改变。例如，阻抗测定装置94不限定于测定层叠体21(多个发电单电池20)整体的阻抗值的结构，也可以是测定一部份的发电单电池20(例如，中央单电池)的阻抗值的结构。只要根据阻抗测定装置94测定的阻抗值，将停止时阻抗阈值Ti、阻抗目标值Oi1、阻抗目标值Oi2设定为适当的值即可。另外，停止时阻抗阈值Ti与阻抗目标值Oi2的关系也可以设定为Ti＝Oi2、Ti>Oi2等。
以下记载了根据上述的实施方式能够掌握的技术的思想和效果。
本发明的第一方式涉及燃料电池系统的运转停止方法，燃料电池系统10具备：燃料电池堆12，其具有层叠多个发电单电池20而成的层叠体21，所述多个发电单电池20通过阳极气体与阴极气体的反应来进行发电；以及阻抗测定部(阻抗测定装置94)，其测定燃料电池堆12的阻抗，在所述燃料电池系统的运转停止方法中，包括：停止时发电步骤，在运转停止时，使多个发电单电池20进行发电直到阻抗测定部测定出的阻抗值成为阻抗目标值以上；以及继续发电步骤，在阻抗值成为阻抗目标值以上之后，使多个发电单电池20的发电还继续规定时间。
根据上述内容，在燃料电池系统10的运转停止方法中，在实施停止时发电步骤后实施继续发电步骤，由此能够使层叠的多个发电单电池20更均匀地干燥。由此，燃料电池系统10能够进一步良好地避免多个发电单电池20冻结，能够在下次低温起动时抑制发电停止，并且缩短起动时间，从而提高商品价值。
另外，在燃料电池堆12与散热器88之间具有使制冷剂循环的制冷剂泵90，在继续发电步骤中，使制冷剂泵90的转速为规定的目标转速Or以上。由此在继续发电步骤中，对燃料电池堆12的制冷剂的循环速度增加，多个发电单电池20的温度状态均匀化，由此能够进一步促进端部单电池的干燥。
另外，在停止时发电步骤中，将阻抗目标值Oi2设定为高于燃料电池系统10运转时的阻抗目标值Oi1。由此燃料电池系统10能够在停止时发电步骤中使多个发电单电池20更可靠地干燥。
另外，在停止时发电步骤中，基于蓄电池Bt的SOC来实施燃料电池堆12的发电电流量降低的低负荷发电，即使伴着低负荷发电的实施而阻抗测定部(阻抗测定装置94)无法测定，也继续停止时发电步骤。由此即使阻抗测定部无法测定也不会中断停止时发电，因此燃料电池系统10能够使燃料电池堆12内稳定地干燥。
另外，在实施低负荷发电时，基于从燃料电池堆12流出的制冷剂的温度或者燃料电池系统10的辅助设备的温度来估计燃料电池堆12的阻抗。由此，即使在停止时发电步骤中实施低负荷发电，也能够基于估计出的阻抗来完成停止时发电步骤。
另外，在实施停止时发电步骤前，进行判定是否为冬季的条件判定步骤，在判定为是冬季的情况下实施停止时发电步骤，另一方面，在判定为不是冬季的情况下不实施停止时发电步骤。由此，燃料电池系统10能够在冬季实施停止时发电以及继续发电，另一方面。能够在冬季之外不实施停止时发电以及继续发电来抑制油耗的恶化。
另外本发明的第二方式涉及燃料电池系统，具备：燃料电池堆12，其具有层叠多个发电单电池20而成的层叠体21，所述多个发电单电池20通过阳极气体与阴极气体的反应来进行发电；以及阻抗测定部(阻抗测定装置94)，其测定燃料电池堆12的阻抗，在燃料电池系统10中，具备控制部(ECU 96)，该控制部控制燃料电池系统10的运转，在运转停止时，控制部使多个发电单电池20进行发电直至阻抗测定部测定出的阻抗值成为阻抗目标值Oi2以上，在阻抗值成为阻抗目标值Oi2以上之后，控制部使多个发电单电池20的发电还继续规定时间。由此燃料电池系统10在运转停止时，使燃料电池堆12内更均匀地干燥，由此能够缩短起动时间。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统的运转停止方法，所述燃料电池系统(10)具备：燃料电池堆(12)，其具有层叠多个发电单电池(20)而成的层叠体(21)，所述多个发电单电池通过阳极气体与阴极气体的反应来进行发电；以及阻抗测定部(94)，其测定所述燃料电池堆的阻抗，在所述燃料电池系统的运转停止方法中，包括：
停止时发电步骤，在运转停止时，使所述多个发电单电池进行发电直到所述阻抗测定部测定的阻抗值成为阻抗目标值(Oi2)以上；以及
继续发电步骤，在所述阻抗值成为所述阻抗目标值以上之后，使所述多个发电单电池的发电还继续规定时间。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的运转停止方法，其特征在于，
在所述燃料电池堆与散热器(88)之间具有使制冷剂循环的制冷剂泵(90)，
在所述继续发电步骤中，使所述制冷剂泵的转速为规定的目标转速(Or)以上。
3.根据权利要求1或者2所述的燃料电池系统的运转停止方法，其特征在于，
在所述停止时发电步骤中，将所述阻抗目标值设定为高于所述燃料电池系统的运转时的阻抗目标值(Oi1)。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统的运转停止方法，其特征在于，
在所述停止时发电步骤中，基于蓄电池(Bt)的充电状态(SOC)来实施所述燃料电池堆的发电电流量降低的低负荷发电，
即使伴着所述低负荷发电的实施而所述阻抗测定部无法测定，也继续所述停止时发电步骤。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统的运转停止方法，其特征在于，
在实施所述低负荷发电时，基于从所述燃料电池堆流出的制冷剂的温度或者所述燃料电池系统的辅助设备的温度，估计所述燃料电池堆的阻抗。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统的运转停止方法，其特征在于，
在实施所述停止时发电步骤前，进行判定是否为冬季的条件判定步骤，在判定为是冬季的情况下实施所述停止时发电步骤，另一方面，在判定不是冬季的情况下不实施所述停止时发电步骤。
7.一种燃料电池系统，具备：燃料电池堆(12)，其具有层叠多个发电单电池(20)而成的层叠体(21)，所述多个发电单电池通过阳极气体与阴极气体的反应来进行发电；以及阻抗测定部(94)，其测定所述燃料电池堆的阻抗，在所述燃料电池系统(10)中，具备：
控制部(96)，其控制该燃料电池系统的运转，
在运转停止时，所述控制部使所述多个发电单电池进行发电直到所述阻抗测定部测定的阻抗值成为阻抗目标值(Oi2)以上，在所述阻抗值成为所述阻抗目标值以上之后，所述控制部使所述多个发电单电池的发电还继续规定时间。
CN202110305863.XA 2020-03-19 2021-03-19 燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统 Pending CN113497259A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020048614A JP7450421B2 (ja) 2020-03-19 2020-03-19 燃料電池システムの運転停止方法及び燃料電池システム
JP2020-048614 2020-03-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113497259A true CN113497259A (zh) 2021-10-12

Family

ID=77748955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110305863.XA Pending CN113497259A (zh) 2020-03-19 2021-03-19 燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11522206B2 (zh)
JP (1) JP7450421B2 (zh)
CN (1) CN113497259A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007157414A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システムと燃料電池の含水量測定方法
JP2009176506A (ja) * 2008-01-23 2009-08-06 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2013152823A (ja) * 2012-01-24 2013-08-08 Denso Corp 燃料電池システム
JP2016004630A (ja) * 2014-06-13 2016-01-12 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
WO2016013304A1 (ja) * 2014-07-24 2016-01-28 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004311277A (ja) 2003-04-09 2004-11-04 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US8658322B2 (en) * 2005-03-09 2014-02-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007157414A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Toyota Motor Corp 燃料電池システムと燃料電池の含水量測定方法
JP2009176506A (ja) * 2008-01-23 2009-08-06 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2013152823A (ja) * 2012-01-24 2013-08-08 Denso Corp 燃料電池システム
JP2016004630A (ja) * 2014-06-13 2016-01-12 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの制御方法
WO2016013304A1 (ja) * 2014-07-24 2016-01-28 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
CN106663828A (zh) * 2014-07-24 2017-05-10 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

Also Published As

Publication number Publication date
US20210296667A1 (en) 2021-09-23
JP2021150162A (ja) 2021-09-27
JP7450421B2 (ja) 2024-03-15
US11522206B2 (en) 2022-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7858251B2 (en) Fuel cell system and scavenging method for use in a fuel cell system
US9337502B2 (en) Fuel cell system and control method at starting in the fuel cell system
CN110767924B (zh) 燃料电池系统
US7867661B2 (en) Fuel cell system and method
WO2008072755A1 (ja) 燃料電池システム、その制御方法、および移動体
US11450869B2 (en) Fuel cell system
US11005112B2 (en) Fuel cell system and fuel cell vehicle
WO2011148262A2 (en) Fuel cell system and control method therefor
US20100209791A1 (en) Fuel cell system
CN111146474A (zh) 燃料电池系统
JP2013206625A (ja) 燃料電池システム
US11524604B2 (en) Fuel cell vehicle and activation method of fuel cell vehicle
US20230317995A1 (en) Information processing device and vehicle
US20230311711A1 (en) Information processing device and vehicle
US20220223883A1 (en) Fuel cell system
CN113497259A (zh) 燃料电池系统的运转停止方法以及燃料电池系统
JP7141384B2 (ja) 燃料電池システム、及び燃料電池システムの低温動作方法
CN101609900A (zh) 在延长关闭时间后改善启动可靠性的改进的启动策略
US20230317982A1 (en) Information processing device and vehicle
CN113696792B (zh) 燃料电池系统
US11658319B2 (en) Method of operating fuel cell system
CN113285104A (zh) 燃料电池系统及其控制方法
JP2020017339A (ja) 燃料電池システム
CN114792825A (zh) 燃料电池系统

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