[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统。

背景技术

日本JP2002-352827A所记载的以往的燃料电池系统公开了以下内容：根据燃料电池系统的运转状态来控制电解质膜的湿润状态。

发明内容

然而，在上述的以往的燃料电池系统中，在控制电解质膜的湿润状态时，没有考虑到电解质膜的湿润状态的过渡特性。因此，存在以下的问题：在燃料电池系统的运转状态发生变化的过渡运转时，与作为目标的电解质膜的湿润状态的差变大，反应气体的流量等过渡性地大幅变化，燃烧消耗率和声振性能恶化。

本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于抑制过渡运转时的燃烧消耗率或声振性能的恶化。

为了达成上述目的，根据本发明的某个方式，提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统具备：湿润状态检测单元，其检测上述燃料电池的电解质膜的湿润状态；稳定时目标湿润状态设定单元，其基于燃料电池系统的运转状态，将该燃料电池系统稳定运转时的上述电解质膜的目标湿润状态设定为稳定时目标湿润状态；以及过渡时目标湿润状态设定单元，其设定过渡时目标湿润状态，使得在上述燃料电池系统的运转状态发生变化的过渡运转时，上述电解质膜的湿润状态从进入过渡运转之前检测出的湿润状态逐渐变化为上述稳定时目标湿润状态。

参照附图，在下面详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。

附图说明

图1是燃料电池系统的概要结构图。

图2是示出电解质膜的湿润状态与燃料电池堆的内部电阻的关系的图。

图3是与燃料电池堆的输出相应地示出作为目标的电解质膜的湿润状态的范围的图。

图4是说明第一实施方式的电解质膜的湿润状态控制的框图。

图5是与图2同样地示出电解质膜的湿润状态与燃料电池堆的内部电阻的关系的图。

图6是示出在延迟处理之前进行变换处理的情况与在延迟处理之后进行变换处理的情况的差别的图。

图7是说明本实施方式的电解质膜的湿润状态控制的效果的图。

图8是说明第二实施方式的电解质膜的湿润状态控制的框图。

图9是示出第三实施方式的与燃料电池堆的输出相应地示出作为目标的电解质膜的湿润状态的范围的图。

图10是说明第三实施方式的电解质膜的湿润状态控制的框图。

图11A是第三实施方式的过渡目标内部电阻设定部中使用的基于电解质膜的湿润状态来计算燃料电池堆的内部电阻的表。

图11B是第三实施方式的过渡目标内部电阻设定部中使用的基于电解质膜的湿润状态来计算燃料电池堆的内部电阻的表。

图12是说明第四实施方式的电解质膜的湿润状态控制的框图。

图13是示出基于燃料电池堆的输出来设定空气过量率的上限和下限的情况下的设定例的一例的图。

图14是说明第四实施方式的电解质膜的湿润状态控制的效果的图。

图15是示出基于燃料电池堆的输出来设定正极气体压力的上限和下限的情况下的设定例的一例的图。

图16是说明燃料电池系统过渡运转时所产生的问题的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

燃料电池通过用负极(anode)电极(燃料极)和正极(cathode)电极(氧化剂极)夹持电解质膜并向负极电极供给含氢的负极气体(燃料气体)、向正极电极供给含氧的正极气体(氧化剂气体)来进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的电极反应如下。

负极电极：2H₂→4H⁺+4e^-    …(1)

正极电极：4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O…(2)

通过该(1)(2)的电极反应，燃料电池产生1伏特左右的电动势。

在将这种燃料电池用作汽车用动力源的情况下，由于要求的电力大，因此作为将数百块的燃料电池层叠所得的燃料电池堆来进行使用。然后，构成向燃料电池堆供给负极气体和正极气体的燃料电池系统，取出驱动车辆用的电力。

图1是本发明的第一实施方式的燃料电池系统100的概要结构图。

燃料电池系统100具备燃料电池堆1、负极气体供排装置2、正极气体供排装置3、冷却装置4、DC/DC转换器5、电池(battery)6、电负载7以及控制器8。

燃料电池堆1是层叠多块燃料电池而得的，接受负极气体和正极气体的供给来进行发电，产生驱动车辆所需的电力。