[发明专利]燃料电池系统

说明书

本发明提供能够兼顾高温时的燃料电池的迅速的冷却和系统启动时的燃料电池的迅速的加热的燃料电池系统。该燃料电池系统的特征在于，控制部通过控制三通阀来切换为散热器循环或者第3流路循环中的任一方的循环系统，该散热器循环供制冷剂通过第1流路流动至散热器，该第3流路循环供上述制冷剂绕过上述散热器而通过第3流路流动至第2流路，在上述制冷剂的温度为低温阈值以下时，上述控制部从上述散热器循环切换为上述第3流路循环，且关闭第1阀，在上述制冷剂的温度为高温阈值以上时，上述控制部打开上述第1阀，使上述制冷剂以在储存罐流动的方式循环。

技术领域

本公开涉及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池(FC)是在层叠1个单电池或者多个单电池(以下，存在简称为单元的情况)而成的燃料电池组(以下，存在简称为电池组的情况)通过氢等燃料气体与氧等氧化剂气体的电化学反应而取出电能的发电装置。其中，实际向燃料电池供给的燃料气体以及氧化剂气体是与无助于氧化/还原的气体的混合物的情况较多。特别是，氧化剂气体是包括氧的空气的情况较多。

其中，以下也存在将燃料气体、氧化剂气体简称为“反应气体”或“气体”而不特别区别的情况。另外，存在将单电池以及层叠单电池而成的燃料电池组均称为燃料电池的情况。

该燃料电池的单电池通常具备膜电极接合体(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)。

膜电极接合体具有在固体高分子型电解质膜(以下，亦简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成有催化剂层以及气体扩散层(GDL，以下存在简称为扩散层的情况)的构造。因此，存在膜电极接合体被称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。

单电池根据需要而具有夹持该膜电极气体扩散层接合体的两面的2张隔板。隔板通常具有在与气体扩散层相接的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。其中，该隔板具有电子传导性，还作为发出的电力的集电体发挥功能。

在燃料电池的燃料极(阳极)中，从气体流路以及气体扩散层供给的作为燃料气体的氢(H₂)因催化剂层的催化剂作用而质子化，并通过电解质膜向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路进行做功，向阴极移动。供给至阴极的作为氧化剂气体的氧(O₂)在阴极的催化剂层与质子以及电子反应，生成水。所生成的水对电解质膜赋予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层被向系统外排出。

对车载于燃料电池车辆(以下存在称为车辆的情况)而使用的燃料电池系统进行了各种研究。由于固体高分子电解质膜通常在80℃左右的动作温度下工作，所以希望在通常运转时，将在燃料电池主体产生的反应热经由冷却液向外部散热来维持运转温度，并且在低温启动时迅速地将冷却液加热至运转温度。

例如在专利文献1中公开了如下的技术：在散热器与储存罐之间设置有开闭阀，当电池组温度不高时，通过将阀关闭来将温度低的冷却水困在储存罐内，当电池组温度上升时，敞开阀来将储存罐内的低温的冷却水利用到电池组的冷却中。

在专利文献2中，公开了一种减轻对燃料电池主体进行冷却的防冻液的劣化且减轻散热器的散热负载的燃料电池系统。

在专利文献3中公开了一种如下的冷却系统：在搭载有燃料电池以及车辆控制系统的车辆中，当因上述车辆的车辆控制系统所发出的截断信号指令而截断了上述燃料电池与上述车辆的负载电路之间的连接时，将该燃料电池的温度冷却至气氛温度的水平。

专利文献1：日本特开2017－054648号公报

专利文献2：日本特开2004－039560号公报

专利文献3：日本特开2014－197543号公报