燃料电池的状态判定方法和状态判定装置制造方法及图纸

一种燃料电池的状态判定方法，用于对接受阳极气体和阴极气体的供给来进行发电的燃料电池的内部状态进行判定，在该燃料电池的状态判定方法中，对由于燃料电池成为氧不足状态而在阴极发生的析氢反应所引起的阴极的反应电阻值的下降进行检测，基于反应电阻值的下降的检测来判定氧不足状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池的状态判定方法和状态判定装置
本专利技术涉及一种燃料电池的状态判定方法和状态判定装置。
技术介绍
已知一种燃料电池的状态判定装置，测量燃料电池的内部阻抗值，基于该值来检测燃料电池的内部状态。例如，日本特开2013-8568号公报中公开了一种燃料电池状态诊断装置，基于内部阻抗的测量值，将燃料气体(阳极气体)的缺乏和氧化剂气体(阴极气体)的缺乏区分开来诊断燃料电池的内部状态。在该燃料电池状态诊断装置中，在燃料电池的阴极的出口附近获取到的内部阻抗增加的情况下，判定为发生了阴极气体的缺乏。
技术实现思路
然而，氧缺乏的加剧与内部阻抗的增加未必有相关性，有时难以高精度地判定氧不足状态。因而，期望一种新的氧不足的判定方法。本专利技术是着眼于这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种能够适当地判定燃料电池中的氧不足的燃料电池的状态判定方法和状态判定装置。用于解决问题的方案根据本专利技术的某个方式，提供一种燃料电池的状态判定方法，用于对接受阳极气体和阴极气体的供给来进行发电的燃料电池的内部状态进行检测。在该燃料电池的状态判定方法中，对由于燃料电池成为氧不足状态而在阴极发生的析氢反应所引起的阴极的反应电阻值的下降进行检测，基于反应电阻值的下降的检测来判定氧不足状态。附图说明图1是本专利技术的实施方式的燃料电池系统的概要结构图。图2是说明与氧不足状态下的燃料电池堆内的反应有关的理论的图。图3是概要性地示出与氧缺乏的加剧对应的阴极的反应电阻值的变化的时间序列数据的图。图4是说明与氧缺乏的加剧对应的阴极的反应电阻值的变化同内部阻抗的测量频带之间的关系的图。图5是说明一个实施方式所涉及的氧不足状态的判定和该判定后的处理的流程的流程图。图6是示出一个实施方式所涉及的阴极的反应电阻值的计算的流程的流程图。图7A是示出燃料电池堆的等效电路的一例的图。图7B是示出燃料电池堆的等效电路的一例的图。图8是说明一个实施方式所涉及的决定判定阈值的流程的流程图。图9A是示出燃料电池堆的IV特性的变动的图。图9B是说明燃料电池堆的与各IV特性相应的电流密度同反应电阻值之间的关系的图。图10是示出反应电阻值与判定阈值之间的关系的图表。图11是说明频率的选择方法的流程图。图12是说明一个实施方式所涉及的氧不足状态的判定和该判定后的处理的流程的流程图。图13是说明一个实施方式所涉及的氧不足状态的判定和该判定后的处理的流程的流程图。图14是概要性地示出一个实施方式所涉及的阻抗测量装置的结构的图。具体实施方式下面，参照附图等来说明本专利技术的实施方式。燃料电池单元以利用作为燃料极的阳极和作为氧化剂极的阴极将电解质膜夹在中间的方式构成。在燃料电池的单元中，向阳极供给含有氢的阳极气体，另一方面，向阴极供给含有氧的阴极气体，通过使用这些气体来进行发电。当发电时在阳极和阴极这两个电极处进行的主要的电极反应如下。阳极：2H2→4H++4e-(1)阴极：4H++4e-+O2→2H2O(2)(第一实施方式)图1是本专利技术的一个实施方式的燃料电池系统100的概要图。燃料电池系统100具备燃料电池堆1、阴极气体供排装置2、阳极气体供排装置3、电力系统4、阻抗测量装置5以及控制器6。燃料电池堆1是将两块以上的燃料电池单元(单位电池)层叠而成的层叠电池。燃料电池堆1接受阳极气体和阴极气体的供给来发出车辆行驶所需要的电力。燃料电池堆1具有阳极侧端子1A和阴极侧端子1B来作为用于取出电力的输出端子。阴极气体供排装置2向燃料电池堆1供给阴极气体，并且将从燃料电池堆1排出的阴极排气排出到外部。阴极气体供排装置2具备阴极气体供给通路21、阴极气体排出通路22、过滤器23、阴极压缩机25、水分回收装置(WRD；WaterRecoveryDevice)27以及阴极压力调节阀28。阴极气体供给通路21是流通向燃料电池堆1供给的阴极气体的通路。阴极气体供给通路21的一端连接于过滤器23，另一端连接于燃料电池堆1的阴极气体入口部。阴极气体排出通路22是流通从燃料电池堆1排出的阴极排气的通路。阴极气体排出通路22的一端连接于燃料电池堆1的阴极气体出口部，另一端形成为开口端。阴极排气是含有阴极气体、通过电极反应而产生的水蒸气等的混合气体。过滤器23是将被取入到阴极气体供给通路21的阴极气体中含有的尘、埃等去除的构件。阴极压缩机25设置于比过滤器23靠下游侧的阴极气体供给通路21。阴极压缩机25加压输送阴极气体供给通路21内的阴极气体来将其供给到燃料电池堆1。WRD27以跨足于阴极气体供给通路21和阴极气体排出通路22的方式与这些通路21、22连接。WRD27是用于回收阴极气体排出通路22中流动的阴极排气中的水分并且使用所回收的该水分来对阴极气体供给通路21中流动的阴极气体进行加湿的装置。阴极压力调节阀28设置于比WRD27靠下游的阴极气体排出通路22。阴极压力调节阀28被控制器6进行开闭控制，用于调整向燃料电池堆1供给的阴极气体的压力。此外，在阴极气体供给通路21上设置有用于检测向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量的气流传感器、用于检测向燃料电池堆1供给的阴极气体的压力的阴极压力传感器等未图示的各种测量传感器。接着，说明阳极气体供排装置3。阳极气体供排装置3向燃料电池堆1供给阳极气体并使其循环，并且将从燃料电池堆1排出的阳极排气排出到阴极气体排出通路22。阳极气体供排装置3具备高压罐31、阳极气体供给通路32、阳极压力调节阀33、引射器34、阳极气体循环通路35、放气通路36、氢循环泵37以及放气阀38。高压罐31是将向燃料电池堆1供给的阳极气体保持为高压状态来进行贮存的容器。阳极气体供给通路32是用于将从高压罐31排出的阳极气体供给到燃料电池堆1的通路。阳极气体供给通路32的一端连接于高压罐31，另一端连接于引射器34。阳极压力调节阀33设置于比高压罐31靠下游的阳极气体供给通路32。阳极压力调节阀33被控制器6进行开闭控制，用于调整向燃料电池堆1供给的阳极气体的压力。此外，除此以外，在阳极气体供给通路32上例如也可以还设置有用于检测阳极气体的压力的阳极压力传感器等测量装置。引射器34设置于阳极气体供给通路32与阳极气体循环通路35的连结部。引射器34使来自高压罐31的阳极气体以及从燃料电池堆1的阳极排出的阳极气体在阳极气体循环通路35中再循环。阳极气体循环通路35是用于使阳极气体在燃料电池堆1的阳极入口与阳极出口之间循环的通路。放气通路36是用于从阳极气体循环通路35排出阳极排气的通路。放气通路36的一端连接于阳极气体循环通路35，另一端连接于阴极气体排出通路22。此外，也可以在放气通路36与阳极气体循环通路35的连接部设置用于暂时贮存阳极排气等的缓冲罐。氢循环泵37作为使阳极气体在阳极气体循环通路35内循环的动力源发挥功能。放气阀38设置于放气通路36。放气阀38由控制器6来控制开闭，对从阳极气体循环通路35向阴极气体排出通路22排出的阳极排气的放气流量进行控制。当执行使放气阀38为开阀状态的放气控制时，阳极排气通过放气通路36和阴极气体排出通路22被排出到外部。此时，阳极排气在阴极气体排出通路22内与阴极排气混合。通过像这样使阳极排气与阴极排气混合后排出到外部，混合气体中的阳极气体浓度(氢浓度)被设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池的状态判定方法，用于对接受阳极气体和阴极气体的供给来进行发电的燃料电池的内部状态进行判定，在所述燃料电池的状态判定方法中，对由于所述燃料电池成为氧不足状态而在阴极发生的析氢反应所引起的所述阴极的反应电阻值的下降进行检测，基于所述反应电阻值的下降的检测来判定所述氧不足状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池的状态判定方法，用于对接受阳极气体和阴极气体的供给来进行发电的燃料电池的内部状态进行判定，在所述燃料电池的状态判定方法中，对由于所述燃料电池成为氧不足状态而在阴极发生的析氢反应所引起的所述阴极的反应电阻值的下降进行检测，基于所述反应电阻值的下降的检测来判定所述氧不足状态。2.根据权利要求1所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，基于属于规定频带的两个以上的频率来分别获取所述燃料电池的内部阻抗，基于获取到的所述内部阻抗来计算所述阴极的反应电阻值，在计算出的所述反应电阻值为规定阈值以下的情况下，判定为处于氧不足状态，所述规定频带是发生了所述析氢反应时的阴极的反应电阻值与没有发生所述析氢反应时的阴极的反应电阻值之差为规定值以上的特定频带。3.根据权利要求2所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，基于最低反应电阻值来设定所述规定阈值，该最低反应电阻值是在所述燃料电池不是氧不足状态的情况下设想的所述阴极的反应电阻值的最小值。4.根据权利要求3所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，考虑所述燃料电池堆的电流电压特性来设定所述最低反应电阻值。5.根据权利要求2～4中的任一项所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，基于各个所述内部阻抗的虚部来计算所述阴极的反应电阻值。6.根据权利要求5所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，利用将所述两个以上的频率和在该两个以上的频率下获取到的各内部阻抗的虚部分别代入到下述的式(1)所得到的两个以上的式子，来计算所述阴极的反应电阻值，[数1]其中，在式中，Zim表示内部阻抗的虚部，j表示虚数单位，ω表示交流信号的频率，Ract表示阴极电极的反应电阻值，以及Cdl表示阴极电极的双电层电容。7.根据权利要求2～4中的任一项所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，计算所述燃料电池的电解质膜电阻值，基于所述电解质膜电阻值和各个所述内部阻抗的实部来计算所述阴极的反应电阻值。8.根据权利要求7所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，利用将所述两个以上的频率和在该两个以上的频率下获取到的各内部阻抗的实部以及所述电解质膜电阻值分别代入到下述的式(2)所得到的两个以上的式子，来计算所述阴极的反应电阻值，[数2]其中，Zre表示内部阻抗的实部，j表示虚数单位，ω表示交流信号的频率，Rmem表示电解质膜电阻值，Ract表示阴极电极的反应电阻值，以及Cdl表示阴极电极的双电层电容。9.根据权利要求2～4中的任一项所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，使用所述内部阻抗的实部和虚部这两方来计算所述阴极的反应电阻值。10.根据权利要求9所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，基于所述内部阻抗的实部和虚部各自分别计算所述阴极的反应电阻值的候选值，将各个所述候选值中的较小的一方决定为所述阴极的反应电阻值。11.根据权利要求2～10中的任一项所述的燃料电池的状态判定方法，其特征在于，所述燃料电池被构成为层叠电池，向所述层叠电池输出交流电流，基于正极侧交流电位差和负极侧交流电位差来调整所述交流电流，...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木哲也，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP