燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统在将燃料电池的排出气体的排出流路连接于燃料气体供给流路的循环流路中具备使排气循环的气体泵，在燃料电池的温度比被引导至气体泵的水有可能在过冷却状态下被引导至气体泵的温度即基准温度高的情况下，将气体泵的旋转体的转速控制成与对于燃料电池的要求发电量相应的第一转速，在燃料电池的温度为所述基准温度以下的情况下，将所述旋转体的转速控制成作为比第一转速低的转速的第二转速。第二转速是能够将在所述过冷却状态下被引导至所述气体泵的过冷却水在所述旋转体与旋转体周围壳体壁之间延展的低转速范围的转速。这样，可抑制相对于排出气体的循环流路中的气体泵的燃料电池起动时的冻结。

【技术实现步骤摘要】
本申请基于2015年9月3日提出的日本申请JP2015-173897主张优先权，通过参照而引用该申请的全部内容。
本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池系统所包含的燃料电池接受燃料气体(例如氢气)和含氧气体(例如，空气)的供给而产生电化学反应，进行发电。电化学反应中没使用的气体从燃料电池排出。该排出气体中包含水分，所以在车辆被置于冰点下的环境时，担心在排出气体的流路设置的流路开闭用的电磁阀等电动设备产生冻结。在电磁阀等电动设备产生了冻结的情况下，可能会招致气体向燃料电池的供给不良。因此，提出了如下控制(例如，日本特开2005-285686号公报)：判断阀的冻结的可能性，在判断为有可能因冻结而产生阀的粘连的情况下，在驱动或加热阀芯而消除了冻结或粘连后，起动燃料电池。该控制方法在能够在消除电磁阀的冻结之后起动燃料电池这一点上是优异的。
技术实现思路
对于燃料电池系统的冷起动，关于设置于循环流路的燃料气体泵(以下，称为气体泵)发现了其他课题。燃料电池中的燃料气体的排出口连接有排出流路。在向排出流路排出的排出气体中残留有未消耗的燃料，所以在将该排出流路和燃料气体供给流路连接的循环流路配设气体泵，使排出气体向燃料电池循环。气体泵通常具备旋转体，通过该旋转体的旋转来送出排出气体。在燃料电池的温度为低温的情况下，在燃料电池中被过冷却后的过冷却水会被引导至气体泵。在此，气体泵根据运转状态而使转速变化。因此，专利技术人发现了，过冷却水可能会因旋转体的旋转所引起的冲击而冻结，从而导致旋转体发生粘连。本申请的专利技术人发现了燃料电池系统中的循环流路的气体泵的冻结这一新的课题，并完成了以下所述的专利技术。(1)根据本专利技术的一方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池，通过燃料气体的燃料和含氧气体的氧之间的电化学反应而发电；燃料气体供给流路，连接于所述燃料电池的所述燃料气体的供给口；排出气体排出流路，连接于所述燃料电池的所述燃料气体的排出口；循环流路，将所述排出气体排出流路连接于所述燃料气体供给流路；气体泵，配设于所述循环流路，通过旋转体的旋转来使从所述燃料电池排出的排出气体向所述燃料气体供给流路循环；气体泵控制部，控制所述气体泵的所述旋转体的转速；以及温度取得部，在所述燃料电池起动时取得生成经过所述循环流路而被引导至所述气体泵的水的所述燃料电池的温度。并且，所述气体泵控制部取得对于所述燃料电池的要求发电量，在所述燃料电池的温度比在摄氏零度以下预先设定的基准温度高的情况下，将所述气体泵的所述旋转体的转速控制成与所述要求发电量相应的第一转速，在所述燃料电池的温度为所述基准温度以下的情况下，将所述气体泵的所述旋转体的转速控制成第二转速，所述第二转速是比所述第一转速低的转速。在该情况下，所述基准温度是被引导至所述气体泵的水会在过冷却状态下被引导至所述气体泵的温度，所述第二转速是能够将在所述过冷却状态下被引导至所述气体泵的过冷却水在所述旋转体与旋转体周围壳体壁之间延展的低转速范围的转速。本方式的燃料电池系统中，在燃料电池起动时，若生成被引导至气体泵的水的燃料电池的温度(以下，称作燃料电池温度)为摄氏零度以下的基准温度以下，则将气体泵的旋转体的转速控制成第二转速，该第二转速是比燃料电池温度比该基准温度高的情况下的第一转速低，且能够将在过冷却状态下被引导至气体泵的过冷却水在旋转体与旋转体周围壳体壁之间延展的低转速范围的转速。若燃料电池温度为摄氏零度以下的基准温度以下，则在燃料电池中被过冷却后的过冷却水会被引导至气体泵，但此时的旋转体的转速是上述的低转速范围的低转速(第二转速)。因而，根据本方式的燃料电池系统，即使过冷却水被引导至气体泵，也能够通过过冷却水的延展而抑制过冷却水因旋转体的旋转所引起的冲击而冻结从而导致旋转体粘连这一不良情况的产生。另外，即使假设过冷却水产生了冻结，由于该冻结是在旋转体与旋转体周围壳体壁之间被延展后的过冷却水的冻结，所以即使旋转体正在以低转速的第二转速旋转，也能够通过旋转体而刮除冻结部分。其结果，根据本方式的燃料电池系统，能够更切实地抑制循环流路中的气体泵的燃料电池起动时的冻结。另外，本方式的燃料电池系统中，在燃料电池起动时，若燃料电池温度比基准温度高，则不会出现过冷却水向气体泵的流入，所以能够通过与要求发电量相应的第一转速下的旋转体的旋转，来确保排出气体的循环量。(2)在上述的方式的燃料电池系统中，也可以是，在所述循环流路中，在所述气体泵的上游侧具备气液分离部，若所述气体泵的温度为与附着于所述旋转体的水的冰点相近的温度以下，则所述气体泵控制部将所述旋转体的转速设定为比所述气液分离部中积存的水分经过所述循环流路而被吸起到所述气体泵的转速小。这样一来，不会将气液分离部中积存的水分吸起到气体泵，所以能够抑制由水分向气体泵的旋转体的附着引起的冻结。另外，若燃料电池随着其起动而升温，则由燃料电池加温后的排出气体经过气液分离部的气液分离而被吸引至气体泵，由此，能够使气体泵升温而实现冻结的抑制或冻结部分的化冰。此外，本专利技术能够以各种方式实现。例如，除了作为燃料电池系统的控制方法、搭载有燃料电池系统的车辆的方式之外，还能够以车辆的控制方法等方式实现。附图说明图1是示出燃料电池汽车的概略结构的结构框图。图2使示出氢循环泵的结构的概略图。图3是示出控制部所执行的燃料电池系统的起动处理的处理例程的流程图。图4是用于对抑制由转子内的水分冻结引起的转子的粘连的机理进行说明的概略图。图5是与从启动开关的打开操作(STON)起的燃料电池温度、泵温度的推移相匹配地以时间序列示出泵控制的概略的说明图。图6是示出控制部所执行的其他实施方式中的起动处理的处理例程的流程图。图7是以时间序列示出进行图6所示的起动处理的实施方式中的泵控制的概略的说明图。具体实施方式图1是示出燃料电池汽车20的概略结构的结构框图。燃料电池汽车20是四轮汽车，如图1所示，具备燃料电池系统30。燃料电池系统30具备燃料电池40、氢供给排出机构50、阴极气体供给排出机构60、冷却水循环机构70以及控制部100。燃料电池40是固体高分子形的燃料电池，接受作为燃料气体的氢气和作为含氧气体的空气的供给，产生氢和氧的电化学反应而进行发电。如图1所示，燃料电池40具有层叠多个单电池41而成的堆叠构造，单电池41由阳极、阴极、电解质、分隔件等构成。以下，也将多个单电池41的阳极合起来简称为“阳极”、“阳极流路”，也将多个单电池41的阴极合起来简称为“阴极”、“阴极流路”。为了进行氢气相对于燃料电池40的供给以及排出，氢供给排出机构50具备氢罐51、调节器52、供给流路53、循环流路54、氢循环泵55、放气阀56、排出流路57以及气液分离部58。氢罐51储藏氢气。供给流路53是从氢罐51延伸而连接于燃料电池40中的阳极的供给口的氢气供给流路(燃料气体供给流路)。设置于该供给流路53的调节器52在对储藏于氢罐51的氢气调整了压力和供给量的基础上，经过供给流路53而供给到燃料电池40，详细而言是供给到单电池41的阳极。此外，向燃料电池40供给的氢气的压力和供给量的调整经过控制部100对调节器52的驱动控制而进行。循环流路54将连接于燃料电池40、详细而言是连接于燃料电池40中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其中，具备：燃料电池；循环流路，使所述燃料电池的排气向燃料电池的燃料气体的供给口循环；气体泵，配设于所述循环流路，通过旋转体的旋转来使从所述燃料电池排出的排出气体向所述燃料电池循环；气体泵控制部，控制所述气体泵的所述旋转体的转速；要求量取得部，取得对于所述燃料电池的要求发电量；以及温度取得部，在所述燃料电池起动时取得生成经过所述循环流路而被引导至所述气体泵的水的所述燃料电池的温度，在所述燃料电池的温度比在摄氏零度以下预先设定的基准温度高的情况下，所述气体泵控制部将所述气体泵的所述旋转体的转速控制成与所述要求发电量相应的第一转速，在所述燃料电池的温度为所述基准温度以下的情况下，所述气体泵控制部将所述气体泵的所述旋转体的转速控制成第二转速，所述第二转速是比所述第一转速低的转速，所述基准温度是被引导至所述气体泵的水会在过冷却状态下被引导至所述气体泵的温度，所述第二转速是能够将在所述过冷却状态下被引导至所述气体泵的过冷却水在所述旋转体与旋转体周围壳体壁之间延展的低转速范围的转速。

【技术特征摘要】
2015.09.03 JP 2015-1738971.一种燃料电池系统，其中，具备：燃料电池；循环流路，使所述燃料电池的排气向燃料电池的燃料气体的供给口循环；气体泵，配设于所述循环流路，通过旋转体的旋转来使从所述燃料电池排出的排出气体向所述燃料电池循环；气体泵控制部，控制所述气体泵的所述旋转体的转速；要求量取得部，取得对于所述燃料电池的要求发电量；以及温度取得部，在所述燃料电池起动时取得生成经过所述循环流路而被引导至所述气体泵的水的所述燃料电池的温度，在所述燃料电池的温度比在摄氏零度以下预先设定的基准温度高的情况下，所述气体泵控制部将所述气体泵的所述旋转体的转速控制成与所述要求发电量相...

【专利技术属性】
技术研发人员：山中富夫，滩光博，长沼良明，户井田政史，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP