燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统。在燃料电池系统中，含水量推定部在与电解质膜的局部性干燥对应的第一条件成立之后至与电解质膜的局部性干燥的消除对应的第二条件成立为止的期间，取代基于燃料电池的阻抗来推定燃料电池的含水量的第一含水量推定处理，执行基于输出电流值来推定燃料电池的含水量的第二含水量推定处理，第一条件是氧化气体化学计量比为规定的阈值以上且氧化气体化学计量比变成规定的阈值以上之后经过了第一经过时间，第二条件是从第一条件成立的时刻起至第二经过时间为止的输出电流累计值为累计值阈值以上，或者氧化气体化学计量比小于规定的阈值且氧化气体化学计量比变成小于规定的阈值之后经过了第三经过时间。

【技术实现步骤摘要】
本申请主张基于在2015年6月23日提出申请的申请编号2015-125681号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
在固体高分子型燃料电池(以下，也简称为“燃料电池”)中，若燃料电池的含水量(燃料电池内的液水量)变得过多，则由于反应气体流路的闭塞而输出电力下降，而且，即使燃料电池的含水量变得过少，也由于电解质膜的干燥而电解质膜的质子导电性下降，输出电力下降。因此，为了适当地维持燃料电池的输出电力，期望适当地管理燃料电池的含水量。因此，提出了基于燃料电池的阻抗与燃料电池的含水量之间的相关关系来推定燃料电池的含水量的技术(JP2010-165463A)。然而，在JP2010-165463A记载的基于燃料电池的阻抗来推定燃料电池的含水量的技术中，在电解质膜发生了局部性的干燥的情况下，含水量的推定值可能会产生误差。因此，期望一种在电解质膜的局部性干燥发生的情况下提高燃料电池的含水量的推定精度的技术。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述的课题的至少一部分而完成，可以作为以下的方式来实现。(1)根据本专利技术的一方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池，具备电解质膜；以及含水量推定部，执行第一含水量推定处理，该第一含水量推定处理是基于所述燃料电池的低频阻抗与高频阻抗之差即差分阻抗或者所述高频阻抗来推定所述燃料电池的含水量的处理，所述含水量推定部在与所述电解质膜的局部性干燥对应的第一条件成立之后至与所述电解质膜的局部性干燥的消除对应的第二条件成立为止的期间，取代所述第一含水量推定处理而执行第二含水量推定处理，该第二含水量推定处理是基于所述燃料电池的输出电流值来推定所述燃料电池的含水量的处理，所述第一条件是所述燃料电池系统的相对于理论上需要的氧化气体供给量的实际的氧化气体供给量即氧化气体化学计量比为比所述燃料电池系统的通常运转时的值大的氧化气体化学计量比阈值以上，且所述氧化气体化学计量比变成所述氧化气体化学计量比阈值以上之后经过了第一经过时间，所述第二条件是从所述第一条件成立的时刻起至第二经过时间为止的所述燃料电池的输出电流值的累计值为累计值阈值以上，或者所述氧化气体化学计量比小于所述氧化气体化学计量比阈值且所述氧化气体化学计量比变成小于所述氧化气体化学计量比阈值之后经过了第三经过时间。在此，与电解质膜的局部性干燥对应的第一条件只要是电解质膜的局部性干燥发生的可能性高的条件即可，在第一条件成立的情况下，并不一定意味着发生了电解质膜的局部性干燥。而且，与电解质膜的局部性干燥的消除对应的第二条件只要是电解质膜的局部性干燥被消除的可能性高的条件即可，在第二条件成立的情况下，并不一定意味着电解质膜的局部性干燥已被消除。根据基于输出电流值的含水量推定处理，即使在电解质膜发生局部性干燥的情况下，也能够高精度地推定燃料电池的含水量。根据该方式的燃料电池系统，在电解质膜发生局部性干燥的可能性高的期间，执行基于输出电流值的含水量的推定处理，因此提高含水量的推定精度。(2)在上述方式的燃料电池系统中，所述氧化气体化学计量比阈值可以基于所述燃料电池的温度而变更。这样的话，根据电解质膜的干燥容易度来变更氧化气体化学计量比阈值，因此进一步提高含水量的推定精度。需要说明的是，本专利技术能够以各种方式实现。例如，能够以燃料电池的含水量的推定方法、搭载有燃料电池系统的移动体、燃料电池系统的控制方法、用于实现上述的方法、系统、移动体、控制方法的功能的计算机程序、记录有该计算机程序的记录介质等方式来实现。附图说明图1是表示作为本专利技术的一实施方式的燃料电池系统的概略结构的说明图。图2是功能性地表示控制部的结构的框图。图3是表示燃料电池系统中的含水量推定处理的流程的流程图。图4是用于说明基于输出电流值的含水量的推定方法的概略的说明图。图5是用于说明与液水排出量映射相关的式(5)的说明图。图6是表示第二实施方式的燃料电池系统中的含水量的推定处理的流程的流程图。标号说明1…电解质膜2…阴极3…阳极4…膜电极接合体5、6…气体扩散层7…阴极分隔件7p…流路8…阳极分隔件20…燃料电池22…单电池30…氢供排系统31…氢罐32…喷射器38…氢泵39…截止阀40…空气供排系统43…空气流量计44…空气压缩器45…压力计46…调压阀50…冷却系统52…温度传感器53…冷却水泵54…散热器60…控制部61…目标电压决定部62…重叠信号生成部63…电压指令信号生成部64…阻抗算出部65…含水量推定部66…含水量控制部72…电流传感器74…电压传感器80…电力系统82…DC/DC转换器84…二次电池86…变换器100…燃料电池系统200…电动机652…阻抗-含水量映射654…液水排出量映射具体实施方式A.第一实施方式：A1.燃料电池系统的结构：图1是表示作为本专利技术的一实施方式的燃料电池系统的概略结构的说明图。在本实施方式中，燃料电池系统100搭载于车辆。本实施方式的燃料电池系统100主要具备燃料电池20、对作为燃料气体的氢进行供排的氢供排系统30、对作为氧化气体的空气进行供排的空气供排系统40、对燃料电池20进行冷却的冷却系统50、对燃料电池系统100进行控制的控制部60、对燃料电池系统100的电力进行充放电的电力系统80。燃料电池20是比较小型且发电效率优异的固体高分子型燃料电池，通过作为燃料气体的纯氢与作为氧化气体的空气中的氧在各电极发生电化学反应而得到电动势。燃料电池20成为层叠多个单电池22而成的堆叠构造，其层叠数能够根据对燃料电池20要求的输出而任意设定。各单电池22具有：在电解质膜的两面配置有电极催化剂层的膜电极接合体(未图示)；夹持膜电极接合体的两张分隔件(未图示)；配置在膜电极接合体与分隔件之间的气体扩散层。电解质膜是在内部包含有水分的湿润状态时表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜，可以使用例如包含磺酸基的氟树脂系离子交换膜即Flemion(注册商标)或Aciplex(注册商标)等。需要说明的是，作为电解质膜，并不限于磺酸基，也可以使用包含磷酸基或羧酸基等其他的离子交换基的膜。电极催化剂层使用导电性粒子载持有催化剂的构件和作为质子导电体的离聚物而构成。作为催化剂，可以使用例如铂、或者铂与钌、铁等金属的合金。作为导电性粒子，可以使用例如碳黑等碳粒子或碳纤维等。作为离聚物，可以采用包含磺酸基的氟树脂。离聚物使载持有催化剂的导电性粒子彼此粘结。气体扩散层由多孔质构件构成，以使反应气体扩散，并且排出由于电化学反应等而产生的水。例如，由碳纸或碳布等碳多孔质体、或者金属网或发泡金属等金属多孔质体构成。需要说明的是，也可以形成为不具备气体扩散层的结构。分隔件可以由气体不透过的传导性构件例如对碳进行压缩而使得气体不透过的致密质碳或冲压成型的金属板构成。分隔件具备供反应气体、冷却水流通的流路。氢供排系统30主要具备氢罐31、喷射器32、将氢向燃料电池20供给的配管33、使废气流通的配管34、使废气中的氢循环的配管37、氢泵38、将废气排出的配管35、截止阀39。从贮藏有高压氢的氢罐31放出的氢通过喷射器32来控制流量，经由配管33向燃料电池20的阳极供给。阳极废气向配管34导入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具备：燃料电池，具备电解质膜；以及含水量推定部，执行第一含水量推定处理，该第一含水量推定处理是基于所述燃料电池的低频阻抗与高频阻抗之差即差分阻抗或者所述高频阻抗来推定所述燃料电池的含水量的处理，所述含水量推定部在与所述电解质膜的局部性干燥对应的第一条件成立之后至与所述电解质膜的局部性干燥的消除对应的第二条件成立为止的期间，取代所述第一含水量推定处理而执行第二含水量推定处理，该第二含水量推定处理是基于所述燃料电池的输出电流值来推定所述燃料电池的含水量的处理，所述第一条件是所述燃料电池系统的相对于理论上需要的氧化气体供给量的实际的氧化气体供给量即氧化气体化学计量比为比所述燃料电池系统的通常运转时的值大的氧化气体化学计量比阈值以上，且所述氧化气体化学计量比变成所述氧化气体化学计量比阈值以上之后经过了第一经过时间，所述第二条件是从所述第一条件成立的时刻起至第二经过时间为止的所述燃料电池的输出电流值的累计值为累计值阈值以上，或者所述氧化气体化学计量比小于所述氧化气体化学计量比阈值且所述氧化气体化学计量比变成小于所述氧化气体化学计量比阈值之后经过了第三经过时间。

【技术特征摘要】
2015.06.23 JP 2015-1256811.一种燃料电池系统，具备：燃料电池，具备电解质膜；以及含水量推定部，执行第一含水量推定处理，该第一含水量推定处理是基于所述燃料电池的低频阻抗与高频阻抗之差即差分阻抗或者所述高频阻抗来推定所述燃料电池的含水量的处理，所述含水量推定部在与所述电解质膜的局部性干燥对应的第一条件成立之后至与所述电解质膜的局部性干燥的消除对应的第二条件成立为止的期间，取代所述第一含水量推定处理而执行第二含水量推定处理，该第二含水量推定处理是基于所述燃料电池的输出电流值来推定所述燃料电池的含水量的处理，所述第一条...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川朋宏，丸尾刚，户井田政史，长沼良明，
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