燃料电池系统技术方案

本公开涉及一种燃料电池系统。该燃料电池系统包括：燃料电池；燃料气体路径，其被供给燃料并且允许燃料电池排出的燃料气体的一部分循环；向外部排出反应燃料气体的排出结构；使燃料气体循环的循环机构；以及控制单元，其被配置成：当判定排出机构的排出不正常时暂时地停止循环机构的燃料气体的循环，驱动循环机构使得当判定排出不正常并且与燃料气体路径中的水蒸汽相关的参数等于或者大于预定值时使燃料气体以第一循环速度循环，以及驱动循环机构使得当判定排出正常时使燃料气体以大于第一循环速度的第二循环速度循环。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池通过作为燃料的氢和包含氧作为氧化剂的空气之间的化学反应来生成电力。燃料电池系统可以使用循环机构使燃料电池排出的未反应的燃料气体(氢气)循环。在这种情况下，不仅氢气位于氢气循环导管中，氮气和水也位于氢气循环导管中。因此，诸如氮气和水的杂质随着操作的继续而聚集。因此，燃料电池系统通常具有在必要时从氢气排出导管排出气体和一部分水的排出机构以实现发电所需要的氢分压。在低温起动时，例如在低于冰点起动时，留在燃料电池中的水等可能结冰并且阻塞一部分氢气排出导管。在这种情况下，当氢气导管是循环导管时，由于与燃料电池中的氧的化学反应使氢气减少，而未反应的氮气并未从氢气排出导管中排出，并且氮气在阻塞的氢气排出导管中积累并聚集。结果，氢分压降低，因此燃料电池的发电电压降低。当发电电压降低到负电压时，燃料电池会劣化。国际公开第2011/021301号公开了一种当燃料电池中的氢气导管被阻塞时停止用于使氢循环的泵的技术。泵的停止使氮的循环停止，防止氮流入到燃料电池中，并且减少了氢分压的降低。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供能够防止低温起动时的循环机构的结冰以及燃料电池的劣化的燃料电池系统。根据本专利技术的一个方面，提供了一种燃料电池系统，包括：燃料电池；燃料供给源；连接到燃料电池的燃料气体路径，其被供给来自燃料供给源的燃料，并且允许从燃料电池排出的燃料气体的一部分通过其循环；排出机构，其将燃料电池中的反应之后的燃料气体排出到外部；循环机构，其被设置在燃料气体路径中并且使燃料气体循环；以及控制单元，其中当判定排出机构的排出不正常时，控制单元暂时地停止循环机构的燃料气体的循环，控制单元驱动循环机构，使得当判定排出机构的排出不正常并且与燃料气体路径中的水蒸汽相关的参数等于或者大于预定值时，以第一循环速度使燃料气体循环，以及控制单元驱动循环机构，使得当判定排出机构的排出正常时，以第二循环速度使燃料气体循环，第一循环速度小于第二循环速度。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种燃料电池系统，包括：燃料电池；燃料供给源；连接到燃料电池的燃料气体路径，其被供给来自燃料供给源的燃料，并且允许从燃料电池排出的燃料气体的一部分通过其循环；排出机构，其将燃料电池中的反应之后的燃料气体排出到外部；循环机构，其被设置在燃料气体路径中并且使燃料气体循环；温度检测单元，其被配置成检测冷却燃料电池的冷却剂的温度；以及控制单元，其中当判定排出机构的排出不正常时，控制单元暂时地停止循环机构的燃料气体的循环，控制单元驱动循环机构，使得当判定排出机构的排出不正常并且温度检测单元检测的冷却剂的温度等于或者大于预定温度时，以第一循环速度使燃料气体循环，以及控制单元驱动循环机构，使得当判定排出机构的排出正常时，以第二循环速度使燃料气体循环，第一循环速度小于第二循环速度。附图说明图1A是图示了根据第一实施例的燃料电池系统的框图，而图1B是图示了控制单元的配置的功能模块图；以及图2图示了燃料电池系统执行的处理的流程图。具体实施方式在低温起动时，不仅氢气排出导管可能结冰，用于从循环路径排出诸如氮气和水的杂质的排出机构也可能结冰。排出机构的结冰使得难于从氢气循环导管中排出杂质。这样，氮气在循环导管以及燃料电池的电池中积累，并从而降低了氢分压。为了减少氢分压的降低，循环机构需要如国际公开第2011/021301号中所公开的那样停止。然而，即使循环机构停止，在当氢气排出导管和排出机构结冰的同时燃料电池持续生成电力的情况下，发电所生成的一部水被蒸发。当循环机构停止时，水蒸汽不能被排出到大气。这样，在阻塞的导管中水蒸汽分压升高。当水蒸气分压升高时，即使在循环机构停止时水蒸汽也在氢气循环导管中扩散。当循环机构停止时，循环机构无法使温度充分地升高。因此，扩散的水蒸汽可能使循环系统结冰。在下文中，将参考附图给出对本专利技术的实施例的描述。第一实施例图1A是图示了根据第一实施例的燃料电池系统100的框图。燃料电池系统100被安装在燃料电池车辆、电动车辆等中以用作供给用于驱动车轮的驱动电源的系统。如图1A中所图示，燃料电池系统100包括中央处理单元(CPU)10，燃料电池(FC)20，氢容器22以及散热器24(热交换器)。CPU10是控制单元的示例。氢容器22是燃料供给源的示例。燃料电池20与空气供给导管30，空气排出导管32、燃料气体供给导管34以及燃料气体排出导管35连接。循环导管36连接在燃料气体供给导管34与燃料气体排出导管35之间。气液分离器37被设置在循环导管36中。燃料气体供给导管34、燃料气体排出导管35以及循环导管36形成允许氢气通过其循环的燃料气体路径。诸如氮气和水蒸汽的杂质以及氢气通过燃料气体路径循环。燃料电池20还与冷却剂导管39连接。冷却水(冷却剂)通过冷却剂导管39流入到燃料电池20中，并且冷却燃料电池20。已经用于冷却的冷却水通过冷却剂导管39被供给到散热器24。冷却剂在散热器24中被冷却，并且被再次供给到燃料电池20。阀40设置在空气排出导管32中，并且阀41设置在燃料气体供给导管34中。阀42设置在外部排出导管38中。阀40控制空气的流速。阀41控制燃料气体的流速。阀42用于将一部分燃料气体和杂质从燃料气体路径排出到外部。当阀42打开时，一部分燃料气体和杂质从燃料气体路径流向外部排出导管38以被排出到大气。压力传感器48被设置在燃料气体排出导管35中，并检测燃料气体路径(燃料气体供给导管34、燃料气体排出导管35、循环导管36)中的压力。温度传感器50被设置在冷却剂导管39中靠近燃料电池20的出口处，并检测已经冷却燃料电池20的冷却水的温度(水温)。温度传感器50是温度检测单元的示例。水温与燃料电池20的温度相关。因此，当燃料电池20温度低时水温低，而当燃料电池20温度高时水温高。泵44被设置在循环导管36中。泵46被设置在冷却剂导管39中。泵44和46例如是罗茨泵、螺杆泵或者涡轮泵。空气通过空气供给导管30从大气供给到燃料电池20的空气侧电极(氧化剂电极)。氢气储存在氢容器22中，并且通过燃料气体供给导管34供给到燃料电池20的氢侧电极(燃料电极)。燃料电池20使用作为燃料气体的氢气和包含氧作为氧化剂的空气生成电力。生成的电力被用在诸如用于使车辆行驶的电机、照明灯、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：燃料电池；燃料供给源；连接到所述燃料电池的燃料气体路径，所述燃料气体路径被供给来自所述燃料供给源的燃料，并且允许从所述燃料电池排出的燃料气体的一部分通过其循环；排出机构，所述排出机构将所述燃料电池中的反应之后的燃料气体排出到外部；循环机构，所述循环机构被设置在所述燃料气体路径中并且使所述燃料气体循环；以及控制单元，其中当判定所述排出机构的排出不正常时，所述控制单元暂时地停止所述循环机构的所述燃料气体的循环，所述控制单元驱动所述循环机构，使得当判定所述排出机构的排出不正常并且与所述燃料气体路径中的水蒸汽相关的参数等于或者大于预定值时，以第一循环速度使所述燃料气体循环，以及所述控制单元驱动所述循环机构，使得当判定所述排出机构的排出正常时，以第二循环速度使所述燃料气体循环，所述第一循环速度小于所述第二循环速度。

【技术特征摘要】
2014.11.14 JP 2014-2322291.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池；
燃料供给源；
连接到所述燃料电池的燃料气体路径，所述燃料气体路径被供给来自
所述燃料供给源的燃料，并且允许从所述燃料电池排出的燃料气体的一部
分通过其循环；
排出机构，所述排出机构将所述燃料电池中的反应之后的燃料气体排
出到外部；
循环机构，所述循环机构被设置在所述燃料气体路径中并且使所述燃
料气体循环；以及
控制单元，其中
当判定所述排出机构的排出不正常时，所述控制单元暂时地停止所述
循环机构的所述燃料气体的循环，
所述控制单元驱动所述循环机构，使得当判定所述排出机构的排出不
正常并且与所述燃料气体路径中的水蒸汽相关的参数等于或者大于预定
值时，以第一循环速度使所述燃料气体循环，以及
所述控制单元驱动所述循环机构，使得当判定所述排出机构的排出正
常时，以第二循环速度使所述燃料气体循环，所述第一循环速度小于所述
第二循环速度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，还包括：
温度检测单元，所述温度检测单元被配置成检测冷却所述燃料电池的
冷却剂的温度，其中
当所述温度检测单元检测的冷却剂的温度等于或者大于第一温度时，
所述控制单元判定与所述燃料气体路径中的水蒸汽相关的所述参数等于
或者大于所述预定值，并且当所述冷却剂的温度小于第二温度时，所述控
制单元判定所述排出机构的排出不正常，其中所述第二温度大于所述第一
温度。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，还包括：
压力传感器，所述压力传感器被配置成检测所述燃料气体路径中的压
力，其中
在向所述排出机构发出排出反应之后的燃料气...

【专利技术属性】
技术研发人员：丸尾刚，长沼良明，小川朋宏，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