燃料电池系统技术方案

将负极气体和正极气体供给到燃料电池来使其发电的燃料电池系统具备：正极气体供给部，其向燃料电池供给正极气体；正极压力检测部，其检测向燃料电池供给的正极气体的压力；燃料电池温度检测部，其检测燃料电池的温度；内部电阻检测部，其检测燃料电池的内部电阻；目标正极流量计算部，其基于燃料电池系统的运转状态来计算需要向燃料电池供给的目标正极流量；正极流量估计部，其根据正极气体的压力、燃料电池的温度以及燃料电池的内部电阻来估计正极气体的流量；以及正极流量控制部，其基于目标正极流量以及估计出的正极气体的流量来控制正极气体供给部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】将负极气体和正极气体供给到燃料电池来使其发电的燃料电池系统具备：正极气体供给部，其向燃料电池供给正极气体；正极压力检测部，其检测向燃料电池供给的正极气体的压力；燃料电池温度检测部，其检测燃料电池的温度；内部电阻检测部，其检测燃料电池的内部电阻；目标正极流量计算部，其基于燃料电池系统的运转状态来计算需要向燃料电池供给的目标正极流量；正极流量估计部，其根据正极气体的压力、燃料电池的温度以及燃料电池的内部电阻来估计正极气体的流量；以及正极流量控制部，其基于目标正极流量以及估计出的正极气体的流量来控制正极气体供给部。【专利说明】燃料电池系统
本专利技术涉及一种燃料电池系统。
技术介绍
在JP2006-286436A中，作为以往的燃料电池系统，存在以下的燃料电池系统:通过控制向燃料电池供给的正极气体的流量、压力，来将电解质膜的湿润状态控制为期望的湿润状态。
技术实现思路
在燃料电池系统中，为了使燃料电池的输出电力成为目标输出电力，还为了防止液泛，需要根据要求来高精度地控制向燃料电池供给的正极气体的流量。然而，在前述的以往的燃料电池系统中，由于检测正极气体的流量的气流传感器的偏差，控制正极气体的流量时的精度差，难以将正极气体的流量高精度地控制为目标值。这样一来，例如，若供给到燃料电池的正极气体的流量少于使燃料电池的输出电力为目标输出电力所需的流量则会发生电压下降，因此为了安全而需要将流量的目标值增大到所需以上，因此正极压缩机的消耗电力增加而燃烧消耗率恶化。另外，在供给到燃料电池的正极气体的流量变得少于防止液泛所需的流量时也会发生电压下降，因此基于与上述相同的理由而燃烧消耗率恶化。本专利技术是着眼于这种问题而完成的，其目的在于提供一种能够高精度地估计正极气体流量的燃料电池系统。_7] 用于解决问题的方案根据本专利技术的某个方式，提供了如下一种燃料电池系统，该燃料电池系统具备:正极气体供给部，其向燃料电池供给正极气体；正极压力检测部，其检测向燃料电池供给的正极气体的压力；燃料电池温度检测部，其检测燃料电池的温度；内部电阻检测部，其检测燃料电池的内部电阻；目标正极流量计算部，其基于燃料电池系统的运转状态来计算需要向燃料电池供给的目标正极流量；正极流量估计部，其根据正极气体的压力、燃料电池的温度以及燃料电池的内部电阻来估计正极气体的流量；以及正极流量控制部，其基于目标正极流量以及估计出的正极气体的流量来控制正极气体供给部。下面参照附图来详细说明本专利技术的实施方式、本专利技术的优点。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的第一实施方式的燃料电池系统的概要图。图2是与正极气体的堆入口湿度RHc相应地示出将燃料电池堆的内部电阻维持为某个固定的值所需的正极流量的图。图3是与正极气体的堆入口湿度RHc相应地示出正极压力、堆温度以及大气湿度分别表示某个固定的值时的正极流量的图。图4是说明基于正极压力、堆温度以及内部电阻来估计正极流量的方法的图。图5是说明实际内部电阻大于目标内部电阻时的电解质膜的湿润控制的图。图6是说明实际内部电阻大于目标内部电阻时的电解质膜的湿润控制的图。图7是示出了电解质膜的湿润状态与内部电阻之间的关系的图。图8是基于正极压缩机的转速以及正极压缩机的前后压力差来估计正极流量的对应图。图9是说明实际内部电阻小于目标内部电阻时的电解质膜的湿润控制的图。图10是说明实际内部电阻小于目标内部电阻时的电解质膜的湿润控制的图。图11是说明本专利技术的第一实施方式的电解质膜的湿润控制的流程图。图12是说明电解质膜的湿润控制处理的流程图。图13是说明本专利技术的第二实施方式的正极压缩机的控制的流程图。【具体实施方式】(第一实施方式)燃料电池通过用负极(anode)电极(燃料极)和正极(cathode)电极(氧化剂极)将电解质膜夹在中间并向负极电极供给含氢的负极气体(燃料气体)、向正极电极供给含氧的正极气体(氧化剂气体)来进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的电极反应如下。负极电极:2H2— 4H++4e、..(I)正极电极:4H++4e+O2 — 2H20...(2)通过该(I)和⑵的电极反应，燃料电池产生I伏特左右的电动势。在将这种燃料电池用作汽车用动力源的情况下，由于所要求的电力大，因此作为将数百块燃料电池层叠而得到的燃料电池堆来使用。然后，构成向燃料电池堆供给负极气体和正极气体的燃料电池系统，取出用于驱动车辆的电力。图1是本专利技术的一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、负极气体供排装置2、正极气体供排装置3、堆冷却装置4以及控制器5。燃料电池堆I是层叠多块燃料电池而得到的，接受负极气体和正极气体的供给进行发电，将所产生的电力供给到驱动车辆所需的电动机(未图示)等各种电气部件。负极气体供排装置2具备高压罐21、负极气体供给通路22、负极压力调节阀23、负极气体排出通路24、负极气体回流通路25、再循环压缩机26以及排出阀27。高压罐21将要向燃料电池堆I供给的负极气体保持为高压状态来贮存。负极气体供给通路22是流通供给到燃料电池堆I的负极气体的通路，一端连接于高压罐21，另一端连接于燃料电池堆I的负极气体入口孔11。负极压力调节阀23设置在负极气体供给通路22中。由控制器5对负极压力调节阀23进行开闭控制，该负极压力调节阀23将从高压罐21流出到负极气体供给通路22的负极气体的压力调节为期望的压力。负极气体排出通路24是流通从燃料电池堆I排出的负极排气的通路，一端连接于燃料电池堆11的负极气体出口孔12，另一端为开口端。负极排气是电极反应中未被使用的剩余的负极气体与从正极侧泄漏过来的氮等惰性气体的混合气体。负极气体回流通路25是用于使被排出到负极气体排出通路24的负极排气返回到负极气体供给通路22的通路。负极气体回流通路25 —端连接于排出阀27的上游侧的负极气体排出通路24，另一端连接于负极压力调节阀23的下游侧的负极气体供给通路22。再循环压缩机26设置在负极气体回流通路25中。再循环压缩机26使排出到负极气体排出通路24的负极排气返回到负极气体供给通路22。排出阀27设置在负极气体排出通路24与负极气体回流通路25的连接部的下游侧的负极气体排出通路24。由控制器5对排出阀27进行开闭控制，该排出阀27将负极排气、凝结水排出到燃料电池系统100的外部。正极气体供排装置3具备正极气体供给通路31、正极气体排出通路32、过滤器33、正极压缩机34、气流传感器35、水分回收装置(Water Recovery Device,以下称为“WRD”。)36、正极压力调节阀37、第一压力传感器38以及第二压力传感器39。正极气体供给通路31是流通供给到燃料电池堆I的正极气体的通路。正极气体供给通路31 —端连接于过滤器33，另一端连接于燃料电池堆I的正极气体入口孔13。正极气体排出通路32是流通从燃料电池堆I排出的正极排气的通路。正极气体排出通路32 —端连接于燃料电池堆I的正极气体出口孔14，另一端为开口端。正极排气是正极气体与通过电极反应而产生的水蒸气的混合气体。过滤器33去除取入到正极气体供给通路31的正极气体中的异物。正极压缩机34设置在正极气体供给通路31中。正极压缩机34经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，将负极气体和正极气体供给到燃料电池来使该燃料电池发电，该燃料电池系统具备：正极气体供给部，其向上述燃料电池供给正极气体；正极压力检测部，其检测向上述燃料电池供给的上述正极气体的压力；燃料电池温度检测部，其检测上述燃料电池的温度；内部电阻检测部，其检测上述燃料电池的内部电阻；目标正极流量计算部，其基于上述燃料电池系统的运转状态来计算需要向上述燃料电池供给的目标正极流量；正极流量估计部，其根据上述正极气体的压力、上述燃料电池的温度以及上述燃料电池的内部电阻来估计上述正极气体的流量；以及正极流量控制部，其基于上述目标正极流量以及估计出的上述正极气体的流量来控制上述正极气体供给部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：富田要介，池添圭吾，各务文雄，
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