燃料电池系统技术方案

燃料电池系统具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池。燃料电池系统还具备：湿润控制状态判定部，其判定对燃料电池的电解质膜的湿润度进行控制的湿润控制是否被正常执行；合成电容量计算部，其计算燃料电池的合成电容量；以及负极气体浓度控制部，其在判定为湿润控制正常时燃料电池的合成电容量小于规定值的情况下，判定为燃料电池内的负极气体浓度正在降低、或者执行负极气体浓度的上升控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具备接受负极(anode)气体和正极(cathode)气体的供给来进行发电的燃料电池的燃料电池系统。
技术介绍
日本JP2009-210314A公开如下一种燃料电池系统：计算燃料电池的电容器成分的静电容量，基于计算出的静电容量来诊断燃料电池的电解质膜的湿润度(含水量)。
技术实现思路
另一方面，本申请专利技术人们发现了：燃料电池的负极电极侧的双电层电容量和正极电极侧的双电层电容量的合成电容量不仅基于电解质膜的湿润度发生变化，还基于燃料电池内的负极气体浓度发生变化。因此，在未考虑到燃料电池的合成电容量受负极气体浓度的影响的上述燃料电池系统中，无法将燃料电池的电解质膜的干涸(干燥异常)、燃料电池内的负极气体浓度的降低相区别地进行检测。本专利技术的目的在于提供如下一种燃料电池系统：能够与燃料电池的电解质膜的湿润度相区别地检测燃料电池内的负极气体浓度的状态，从而能够做出与负极气体浓度状态相应的适当应对。根据本专利技术的某个方式，提供一种具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池的燃料电池系统。燃料电池系统具备：湿润控制状态判定部，其判定对燃料电池的电解质膜的湿润度进行控制的湿润控制是否被正常执行；合成电容量计算部，其计算燃料电池的合成电容量；以及负极气体浓度控制部，其在判定为湿润控制正常时燃料电池的合成电容量小于规定值的情况下，判定为燃料电池内的负极气体浓度正在降低、或者执行负极气
体浓度的上升控制。附图说明图1是本专利技术的实施方式的燃料电池的立体图。图2是图1的燃料电池的II-II截面图。图3是本专利技术的实施方式的燃料电池系统的概要结构图。图4是表示燃料电池的等效电路的图。图5是燃料电池系统的控制器所执行的管理控制的流程图。图6是表示控制器所执行的湿润度判定用内部阻抗HFR计算处理的流程图。图7是用于说明燃料电池堆的合成电容量的计算原理的图。图8是表示控制器所执行的合成电容量C计算处理的流程图。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。燃料电池构成为用作为燃料极的负极电极和作为氧化剂极的正极电极将电解质膜夹在中间。燃料电池使用供给到负极电极的含有氢的负极气体和供给到正极电极的含有氧的正极气体来进行发电。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-…(1)正极电极：4H++4e-+O2→2H2O…(2)通过该(1)、(2)的电极反应，燃料电池产生1V(伏特)左右的电动势。图1和图2是用于说明本专利技术的一个实施方式的燃料电池10的结构的图。图1是燃料电池10的立体图，图2是图1的燃料电池10的II-II截面图。如图1和图2所示，燃料电池10具备膜电极组件(MEA)11以及以将MEA 11夹在中间的方式配置的负极隔板12和正极隔板13。MEA 11由电解质膜111、负极电极112以及正极电极113构成。MEA 11
在电解质膜111的其中一面侧具有负极电极112，在另一面侧具有正极电极113。电解质膜111是由氟系树脂形成的质子传导性的离子交换膜。电解质膜111在湿润状态下表现出良好的电传导性。负极电极112具备催化剂层112A和气体扩散层112B。催化剂层112A是由铂或承载有铂等的炭黑粒子形成的构件，设置成与电解质膜111接触。气体扩散层112B配置于催化剂层112A的外侧。气体扩散层112B是由具有气体扩散性和导电性的碳布形成的构件，设置成与催化剂层112A及负极隔板12接触。与负极电极112同样地，正极电极113也具备催化剂层113A和气体扩散层113B。催化剂层113A配置于电解质膜111与气体扩散层113B之间，气体扩散层113B配置于催化剂层113A与正极隔板13之间。负极隔板12配置于气体扩散层112B的外侧。负极隔板12具备用于向负极电极112供给负极气体(氢气)的多个负极气体流路121。负极气体流路121形成为槽状通路。正极隔板13配置于气体扩散层113B的外侧。正极隔板13具备用于向正极电极113供给正极气体(空气)的多个正极气体流路131。正极气体流路131形成为槽状通路。负极隔板12和正极隔板13构成为使在负极气体流路121中流动的负极气体的流动方向与在正极气体流路131中流动的正极气体的流动方向互为反向。此外，负极隔板12和正极隔板13也可以构成为使这些气体的流动方向为向相同方向流动。在将这种燃料电池10用作汽车用电源的情况下，由于所要求的电力大，因此作为将数百块燃料电池10层叠而得到的燃料电池堆1来使用。然后，构成向燃料电池堆1供给负极气体和正极气体的燃料电池系统100，取出用于驱动车辆的电力。图3是本专利技术的一实施方式的燃料电池系统100的概要图。燃料电池系统100具备燃料电池堆1、正极气体供排装置2、负极气体供排装置3、堆冷却装置4、电力系统5以及控制器6。燃料电池堆1是层叠多块燃料电池10(单位电池)而成的层叠电池。燃料电池堆1接受负极气体和正极气体的供给来发出车辆行驶所需的电力。燃料电池堆1具有负极电极侧端子1A和正极电极侧端子1B作为取出电力的输出端子。正极气体供排装置2向燃料电池堆1供给正极气体，并且将从燃料电池堆1排出的正极排气排出到外部。正极气体供排装置2具备正极气体供给通路21、正极气体排出通路22、过滤器23、气流传感器24、正极压缩机25、正极压力传感器26、水分回收装置(WRD；Water Recovery Device)27以及正极压力调节阀28。正极气体供给通路21是流通向燃料电池堆1供给的正极气体的通路。正极气体供给通路21的一端连接于过滤器23，另一端连接于燃料电池堆1的正极气体入口部。正极气体排出通路22是流通从燃料电池堆1排出的正极排气的通路。正极气体排出通路22的一端连接于燃料电池堆1的正极气体出口部，另一端形成为开口端。正极排气是包含正极气体、通过电极反应而产生的水蒸气等的混合气体。过滤器23是将取入到正极气体供给通路21的正极气体中含有的尘、埃等去除的构件。正极压缩机25设置于比过滤器23更靠下游侧的正极气体供给通路21。正极压缩机25加压输送正极气体供给通路21内的正极气体来供给到燃料电池堆1。气流传感器24设置于过滤器23与正极压缩机25之间的正极气体供给通路21。气流传感器24检测供给到燃料电池堆1的正极气体的流量。正极压力传感器26设置于正极压缩机25与WRD 27之间的正极气体供给通路21。正极压力传感器26检测供给到燃料电池堆1的正极气体的压力。由
正极压力传感器26检测出的正极气体压力代表包括燃料电池堆1的正极气体流路等在内的整个正极系统的压力。WRD 27横跨正极气体供给通路21和正极气体排出通路22地将它们连接。WRD 27回收在正极气体排出通路22中流动的正极排气中的水分，使用所回收的该水分来加湿在正极气体供给通路21中流动的正极气体。正极压力调节阀28设置于比WRD 27更靠下游的正极气体排出通路22。正极压力调节阀28由控制器6来控制开闭，对供给到燃料电池堆1的正极气体的压力进行调整。接着，说明负极气体供排装置3。负极气体供排装置3向燃料电池堆1供给负极气体，并且将从燃料电池堆1排出的负极排气排出到正极气体排出通路22。负极气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池，该燃料电池系统还具备：湿润控制状态判定部，其判定对所述燃料电池的电解质膜的湿润度进行控制的湿润控制是否被正常执行；合成电容量计算部，其计算所述燃料电池的合成电容量；以及负极气体浓度控制部，其在判定为所述湿润控制正常时所述燃料电池的合成电容量小于规定值的情况下，判定为所述燃料电池内的负极气体浓度正在降低、或者执行负极气体浓度的上升控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.30 JP 2014-0157721.一种燃料电池系统，具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池，该燃料电池系统还具备：湿润控制状态判定部，其判定对所述燃料电池的电解质膜的湿润度进行控制的湿润控制是否被正常执行；合成电容量计算部，其计算所述燃料电池的合成电容量；以及负极气体浓度控制部，其在判定为所述湿润控制正常时所述燃料电池的合成电容量小于规定值的情况下，判定为所述燃料电池内的负极气体浓度正在降低、或者执行负极气体浓度的上升控制。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备：输出控制部，其以使所述燃料电池的输出电流和输出电压成为具有规定频率的交流信号的方式控制所述燃料电池的输出；阻抗计算部，其基于规定频率下的所述燃料电池的输出电流和输出电压来计算所述燃料电池的内部阻抗，其中，所述湿润控制状态判定部基于根据湿润度判定用频率下的所述燃料电池的输出电流和输出电压所计算出的内部阻抗，来判定湿润控制的状态，所述合成电容量计算部基于根据被设定为比湿润度判定用频率低的合成电容量判定用频率下的所述燃料电池的输出电流和输出电压所计算出的内部阻抗，来计算所述燃料电池的合成电容量。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，在将合成电容量判定用频率设...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木哲也，松本充彦，金子庸平，
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