燃料电池系统技术方案

燃料电池系统具备：阴极压力控制部，基于燃料电池堆的负载，控制供应给燃料电池堆的阴极气体的压力；以及阳极压力控制部，将供应给燃料电池堆的阳极气体的压力控制为阴极气体的压力以上，以使与阴极气体的压力的差压成为规定差压以下。阳极压力控制部在从怠速停止的恢复时，将供应给燃料电池堆的阳极气体的压力控制为对相当于大气压的规定压加上规定差压后的恢复时压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
在JP2012-134166A中，作为以往的燃料电池系统，公开了具备怠速停止(idle-stop)功能的系统，其中，所述怠速停止功能是指在低负载时等将燃料电池的发电暂时停止，通过2次电池的电力来运转燃料电池系统。
技术实现思路
在基于燃料电池的发电中，为了抑制电解质膜的机械强度的降低，根据燃料电池的负载来控制供应给各自的电极的各反应气体的压力，以使燃料电池内的阳极侧与阴极侧的差压(以下称作“膜间差压”。)不会成为规定的允许膜间差压以上。在此，在燃料电池系统的启动时或从怠速停止的恢复时(以下也称作“IS恢复时”。)等，在基于燃料电池的发电的开始时，一般来说成为在燃料电池内的阳极气体流道中混入了作为杂质的空气的状态。因此，在基于燃料电池的发电的开始时，需要将该阳极气体流道内的空气从燃料电池的活性区域(发电区域)中排出。因此，在启动时，允许膜间差压成为允许膜间差压以上，将阳极气体的供应压控制为例如最大压力而尽可能提高。由此，能够将阳极气体流道内的空气迅速从活性区域全部排出，并且通过阳极气体进行置换。另一方面，在IS恢复时也允许膜间差压成为允许膜间差压以上，则IS恢复与启动相比频度高，因此，担忧电解质膜的机械强度的降低，存在变得不能确保所要求的燃料电池的耐久性能的顾虑。因此，在IS恢复时，考虑例如以根据燃料电池的负载而变动的阴极气体的压力为基准，在膜间差压不超过允许膜间差压的范围内尽可能提高阳极气体的供应压。然而，若这样的话，IS恢复时的阳极气体的供应压基本上变得比启动时更低，因此，存在不能将阳极气体流道内的空气完全地由阳极气体进行置换的情况。在该情况下，关于残留在阳极气体流道内的空气，需要通过对阳极废气进行清除而逐渐向阳极气体排出通路进行排出，但是，若在清除中燃料电池的负载降低而阴极气体的供应压降低并且阳极气体的供应压降低，则存在已排出到阳极气体排出通路的空气再次逆流来到活性区域内的顾虑。如此，在阳极气体流道内空气残留的状态下，若暂时排出的空气再次逆流到活性区域，则特别是在活性区域的下游促进饥饿(Starvation)的发生。本专利技术着眼于这样的问题而完成，其目的在于提供一种燃料电池系统，能够在IS恢复时，抑制电解质膜的机械强度的降低，并且抑制饥饿的发生。根据本专利技术的某个方式，提供具有能够将基于燃料电池的发电暂时停止的怠速停止功能的燃料电池系统。该燃料电池系统具备：阴极压力控制部，基于燃料电池的负载，控制供应给燃料电池的阴极气体的压力；以及阳极压力控制部，将供应给燃料电池的阳极气体的压力控制为阴极气体的压力以上，以使与阴极气体的压力的差压成为规定差压以下。然后，阳极压力控制部在从怠速停止的恢复时，将供应给燃料电池的阳极气体的压力，控制为对相当于大气压的规定压加上所述规定差压后的恢复时压力。附图说明图1是说明本专利技术的一实施方式的燃料电池的结构的图。图2是图1的燃料电池的II-II截面图。图3是本专利技术的一实施方式的燃料电池系统的概略图。图4是说明本专利技术的一实施方式的阳极压力控制的流程图。图5是说明通常脉动运行的内容的方框图。图6是表示氢分压下限值运算部的详细结构的方框图。图7是表示脉动控制部的详细结构的流程图。图8是说明氢置换促进处理的流程图。图9是说明启动时活性区域内氢置换促进处理的内容的流程图。图10是说明启动时缓冲罐内氢置换促进处理的内容的流程图。图11是说明启动时脉动运行的内容的方框图。图12是说明IS恢复时活性区域内氢置换促进处理的内容的流程图。图13是说明IS恢复时缓冲罐内氢置换处理的流程图。图14是说明IS恢复时脉动运行的内容的方框图。图15是说明本专利技术的一实施方式的阳极压力控制的动作的时序图。具体实施方式以下，参照附图，说明本专利技术的一实施方式。燃料电池通过阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)夹持电解质膜，对阳极电极供应含有氢的阳极气体(燃料气体)，对阴极电极供应含有氧的阴极气体(氧化剂气体)，从而进行发电。在阳极电极以及阴极电极这两个电极进行的电极反应如下。阳极电极：2H2→4H++4e-…(1)阴极电极：4H++4e-+O2→2H2O…(2)通过该(1)(2)的电极反应，燃料电池产生1伏特左右的电动势。图1以及图2是说明本专利技术的一实施方式的燃料电池10的结构的图。图1是燃料电池10的概略立体图。图2是图1的燃料电池10的II-II截面图。燃料电池10构成为在MEA11的表里两面上配置阳极隔离膜(separator)12和阴极隔离膜13。MEA11具备电解质膜111、阳极电极112、以及阴极电极113。MEA11在电解质膜111的一个面上具有阳极电极112，在另一个面上具有阴极电极113。在以下的说明中，将在MEA11之中，供应阳极气体以及阴极气体，发生上述的电极反应的区域，根据需要而称作“活性区域”。电解质膜111是由氟系树脂形成的质子导电性的离子交换膜。电解质膜111在湿润状态下表现良好的导电性。阳极电极112具备催化剂层112a和气体扩散层112b。触媒层112a与电解质膜111接触。触媒层112a由铂金或者携带了铂金等的炭黑粒子而形成。气体扩散层112b被设置在触媒层112a的外侧(电解质膜111的相反侧)，且与阳极隔离膜12接触。气体扩散层112b由具有充分的气体扩散性以及导电性的构件而形成，例如，由通过碳纤维组成的线织成的碳布而形成。阴极电极113也与阳极电极112同样地，具备触媒层113a和气体扩散层113b。阳极隔离膜12与气体扩散层112b接触。阳极隔离膜12具有用于对阳极电极112供应阳极气体的多个沟状的阳极气体流道121。阴极隔离膜13与气体扩散层113b接触。阴极隔离膜13具有用于对阴极电极113供应阴极气体的多个沟状的阴极气体流道131。流过阳极气体流道121的阳极气体和流过阴极气体流道131的阴极气体相互平行地向反方向流动。也可以设为相互平行地向同一方向流动。在将这样的燃料电池10作为汽车用动力源而使用的情况下，由于所要求的电力大，因此，作为将几百片的燃料电池10进行了层叠的燃料电池堆(stack)1而使用。然后，构成对燃料电池堆1供应阳极气体以及阴极气体的燃料电池系统100，并取出车辆驱动用的电力。图3是本专利技术的一实施方式的燃料电池系统100的概略图。燃料电池系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具有能够将基于燃料电池的发电暂时停止的怠速停止功能，所述燃料电池系统具备：阴极压力控制部，基于所述燃料电池的负载，控制供应给所述燃料电池的阴极气体的压力；以及阳极压力控制部，将供应给所述燃料电池的阳极气体的压力控制为阴极气体的压力以上，以使与阴极气体的压力的差压成为规定差压以下，所述阳极压力控制部在从怠速停止的恢复时，将供应给所述燃料电池的阳极气体的压力，控制为对相当于大气压的规定压加上所述规定差压后的恢复时压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.14 JP 2013-2362911.一种燃料电池系统，具有能够将基于燃料电池的发电暂时停止的怠速
停止功能，
所述燃料电池系统具备：
阴极压力控制部，基于所述燃料电池的负载，控制供应给所述燃料电池
的阴极气体的压力；以及
阳极压力控制部，将供应给所述燃料电池的阳极气体的压力控制为阴极
气体的压力以上，以使与阴极气体的压力的差压成为规定差压以下，
所述阳极压力控制部在从怠速停止的恢复时，将供应给所述燃料电池的
阳极气体的压力，控制为对相当于大气压的规定压加上所述规定差压后的恢
复时压力。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，
所述阳极压力控制部在阴极气体的压力上升至规定的解除压力时，将已
控制为所述恢复时压力的阳极气体的压力升压至规定的置换压力，其中，所
述规定的置换压力是能够将在所述燃料电池内残存的杂质从该燃料电池内排
出且通过阳极气体进行置换的压力。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，
所述燃料电池系统具备：
缓冲部，储存包含从所述燃料电池排出的所述杂质的阳极废气；
清除阀，用于将在所述缓冲部中储存的阳极废气清除至所述燃料电池系
统的外部；以及
清除控制部，在从怠速停止恢复之后将所述清除阀打开而实施清除，
所述阳极压力控制部在将阳极气体的压力升压至所述置换压力之后，与
所述清除的实施一起使阳极气体的压力进行脉动，从而将从所述燃料电池内
排出而流入到缓冲部的杂质，清除到所述燃料电池系统的外部。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统，
所述阳极压力控制部在将阳极气体的压力控制为所述恢复时压力的情况
下，即使在通过所述清除的实施而将在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田修久，筑后隼人，
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