[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

本申请是申请日为2009年11月16日，申请号为200980146527.2，发明名称为“燃料电池系统及其控制方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术

以往，已知一种具备燃料电池的燃料电池系统，该燃料电池通过对燃料极供给燃料气体(例如氢气)并对氧化剂极供给氧化剂气体(例如空气)，使这些气体进行电化学反应来进行发电。

在这种燃料电池系统中，空气中含有的氮气透到燃料极侧，因而在燃料极侧出现氮气浓度较高的位置即氢气浓度较低的位置。该气体的不均匀化是导致燃料电池的部件劣化的主要原因。因此，在专利文献1中，公开了一种通过使燃料极和氧化剂极的气体压力发生变动来清理燃料电池的水和蓄积的不反应气体的方法。

专利文献1：日本特表2007-517369号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，根据专利文献1所公开的方法，为了清理液体以及不反应气体，要求较大幅度的压力变动，因此会有较大的压力作用于构成燃料电池的电解质膜等，从而有可能使燃料电池的耐久性降低。

本发明是鉴于上述情况而完成的。本发明的目的在于抑制燃料电池的耐久性的降低，同时抑制反应气体不均匀化。

本发明的目的还在于抑制燃料电池、燃料气体供给系统部件中产生的压力，从而抑制燃料电池系统的劣化。

用于解决问题的方案

本发明的方式所涉及的燃料电池系统具有：燃料电池，其通过使供给至氧化剂极的氧化剂气体与供给至燃料极的燃料气体进行电化学反应来产生电力；燃料气体供给装置，其对上述燃料极供给上述燃料气体；以及控制装置，其通过控制上述燃料气体供给装置来向上述燃料极供给上述燃料气体，并且在上述燃料极侧的出口被封闭时进行压力变动，该控制装置基于以第一压力幅度进行上述压力变动的第一压力变动模式，使上述燃料极处的上述燃料气体的压力周期性地发生变动。

并且，本发明的方式所涉及的燃料电池系统的控制方法包括以下内容：通过使供给至氧化剂极的氧化剂气体与供给至燃料极的燃料气体进行电化学反应来产生电力；对上述燃料极供给上述燃料气体；以及通过控制上述燃料气体的上述供给来向上述燃料极供给上述燃料气体，并且在上述燃料极侧的出口被封闭时进行压力变动，基于以第一压力幅度进行上述压力变动的第一压力变动模式，使上述燃料极处的上述燃料气体的压力周期性地发生变动。

并且，本发明的方式所涉及的燃料电池系统具有：燃料电池，其通过使供给至氧化剂极的氧化剂气体与供给至燃料极的燃料气体进行电化学反应来产生电力；燃料气体供给单元，其对上述燃料极供给上述燃料气体；以及控制单元，其通过控制上述燃料气体供给单元来向上述燃料极供给上述燃料气体，并且在上述燃料极侧的出口被封闭时进行压力变动，该控制单元基于以第一压力幅度进行上述压力变动的第一压力变动模式，使上述燃料极处的上述燃料气体的压力周期性地发生变动。

发明的效果

根据本发明，基于以第一压力幅度进行压力变动的第一压力变动模式使燃料极处的燃料气体的压力周期性地发生变动，由此能够搅拌燃料极侧气体。由此，实现燃料极侧气体的均匀化。

并且，根据本发明，使执行一次控制模式的期间内的燃料气体供给量增加，因此能够抑制每单位时间内压力增减的执行次数的增加。由此，能够缓和施加于燃料电池和燃料气体供给系统部件的负担，从而能够抑制燃料电池系统的劣化。

附图说明

图1的(a)是示意性地表示第一实施方式所涉及的燃料电池系统的结构的框图。图1的(b)是示意性地表示第一实施方式所涉及的燃料电池系统的其它结构的框图。

图2的(a)是表示燃料电池单体内的燃料极侧氢气的状态的说明图，示出了燃料极侧气体流路中的氢气流线。图2的(b)示出了燃料极侧气体流路中的氢气浓度分布。图2的(c)示出了燃料极侧反应面上的氢气浓度分布。

图3的(a)是示意性地表示燃料电池单体的说明图，假设了八个电流测量点。图3的(b)示出了各个测量点上的电流分布的时序变化。

图4是示意性地表示燃料电池单体的结构的截面图。

图5是表示氧化剂极和燃料极的氮气分压差与漏氮量的关系的说明图。

图6是对应于周围温度来表示周围湿度与漏氮量的关系的说明图。