[发明专利]燃料电池系统以其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及其控制方法。具体而言，涉及在怠速停止中不仅供应低流量的氧化剂气体还从燃料电池取出低电流的燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

近年，作为汽车的新的动力源，燃料电池系统正受到关注。燃料电池系统例如具备：燃料电池，其使反应气体进行电化学反应来发电；以及反应气体供应装置，其经由反应气体流路来对燃料电池供应反应气体。

燃料电池例如是将从数十个到数百个的单体电池进行层叠而得到的堆结构。在此，各单体电池是用一对隔离器来夹持膜电极结构体(MEA)而构成的。膜电极结构体由阳极电极(阴极)和阴极电极(阳极)、以及这些电极所夹持的固体高分子电解质膜构成。

若对燃料电池的阳极电极供应作为燃料气体的氢，且对阴极电极供应作为氧化剂气体的空气，则电化学反应进行从而发电。如此，由于燃料电池通过电化学反应而直接得到电，因此凭借发电效率高这一点而优选。另外，由于燃料电池在发电时只生成无害的水，因此从对环境的影响的点来说也优选。

此外，在以这样的燃料电池系统为动力源的燃料电池车辆中，例如在交通信号等待等车辆停止时还继续进行怠速发电的情况下，执行停止氧化剂气体以及燃料气体的供应从而停止怠速发电的怠速停止。通过执行该怠速停止，能实现燃料的高效的利用。

然而，若执行该怠速停止，则存在如下风险：燃料电池会因基于残留在燃料电池系统内的氢以及氧的发电而成为高电位，从而电解质膜会劣化。为此，提出了这样一种技术：即使在怠速停止时停止了氧化剂气体以及燃料气体的供应的情况下，也通过从燃料电池取出电流来消耗残留在燃料电池系统内的氢以及氧，从而不仅防止燃料电池成为高电位，还抑制电解质膜的劣化(例如，参照专利文献1)。

另外，若执行怠速停止，则存在如下风险：在交叉泄漏现象的发生时等滞留在电解质膜的附近的氢和氧会在高浓度下反应，从而电解质膜会劣化。为此，提出了这样一种技术：通过对怠速停止中的燃料电池供应低流量的氧化剂气体，来减少滞留在电解质膜附近的氧量，从而抑制与氢之间的反应，抑制电解质膜的劣化(例如，参照专利文献2)。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2006-294304号公报

【专利文献2】日本特开2005-327492号公报

发明要解决的课题

然而，在燃料电池系统中，为了防止排出燃料气体浓度高的气体而设有稀释器。将从燃料电池排出的燃料废气导入到该稀释器内，并在稀释器内滞留一段时间经稀释后而排出。燃料废气的稀释中，利用从燃料电池排出的氧化剂废气。

但是，在专利文献1的技术中，由于在怠速停止中不供应氧化剂气体，因此不能确保用于稀释滞留在稀释器内的燃料废气的氧化剂废气。故而，为了确保用于稀释燃料废气的稀释气体，设为若不预先将作为稀释气体的氧化剂气体导入稀释室内，则不能转移到怠速停止。

另外，在专利文献1的技术中，由于在怠速停止中不供应氧化剂气体，因此存在如下风险：在交叉泄漏现象的发生时等滞留在电解质膜的附近的氢和氧会在高浓度下反应，从而电解质膜会劣化。

另外，由于在怠速停止时以停止了燃料气体以及氧化剂气体的供应的状态来从燃料电池取出电流，因此在转移到怠速停止后单体电池电压会立刻下降，从而必须立刻解除怠速停止。

另外，由于在怠速停止中不供应氧化剂气体，因此在怠速停止中不会驱动空气泵。故而，由于与是否处于能对蓄电装置充电的状态无关地在怠速停止中从燃料电池取出电流，因此需要设置消耗该电流的放电电阻器。

本发明鉴于上述而提出，其目的在于，提供一种不仅能快速转移到怠速停止还能抑制怠速停止中的电解质膜的劣化以及单体电池电压的下降、且不需要设置放电电阻器的燃料电池系统及其控制方法。

另外，若像上述专利文献2的技术那样完全停止从燃料电池取出电流，则存在如下风险：燃料电池会因残留在燃料电池系统内的氢和氧的发电而成为高电位，从而电解质膜会劣化。故而，在怠速停止中，设为优选从燃料电池取出低电流。因此，在怠速停止中，通过对燃料电池供应低流量的氧化剂气体，且执行从燃料电池取出低电流的怠速停止控制，能抑制基于滞留在电解质膜附近的氢和氧的反应的电解质膜的劣化、以及基于燃料电池的高电位化的电解质膜的劣化这两者。