燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法技术方案

向燃料电池供给负极气体和正极气体并且根据负载使燃料电池发电的燃料电池系统包括使从燃料电池排出的负极气体和正极气体中的某一个排出气体循环到燃料电池的部件。该燃料电池系统包括：发电控制部，其基于负载来控制燃料电池的发电状态；冻结预测部，其基于燃料电池系统的温度来预测部件的冻结；以及运转执行部，在预测出部件的冻结时，该运转执行部在接收到燃料电池系统的停止指令的情况下不进行燃料电池系统的停止，或者，在停止燃料电池系统之后对燃料电池进行暖机。

Fuel cell system and control method of fuel cell system

The supply of gas to the fuel cell anode and cathode gas and fuel cell system according to the load so that the fuel cell power generation includes a discharge gas circulation to the fuel cell components discharged from the fuel cell anode and cathode gas in gas. The fuel cell system comprises a power control unit to control the fuel cell power generation based on load state; freezing Forecast Department, the fuel cell system based on temperature to predict the components and operation of freezing; executive, in predicting the components freezes, the operation execution unit receives the stop instruction of fuel cell system without stop, the fuel cell system or warm machine on the fuel cell after stopping fuel cell system.

【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使从燃料电池排出的气体循环到燃料电池的燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
技术介绍
在日本JP2010-3493A中公开了如下一种燃料电池系统：当在燃料电池系统的停止过程中从燃料电池排出的负极排气的温度低于规定温度时，扫除负极气体的流路中的气体。
技术实现思路
搭载于车辆的燃料电池系统根据使用燃料电池系统的环境不同，有时例如在负30℃的零下被启动。在这种情况下，在使负极排气循环到燃料电池的燃料电池系统中，在从高压罐供给的负极气体与负极排气合流时，负极排气中的水蒸气结冰而在流路内生成冰。因此，即使如上所述那样在燃料电池系统停止时扫除负极气体的流路中的气体，在流路内形成的冰也会残留而不被去除。当在残留有冰的状态下再次启动燃料电池系统时，存在以下担忧：在残留的冰之上进一步生成冰，流路堵塞而不再能够向燃料电池供给气体。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防止在零下启动时燃料电池中循环的气体的流路冻结的燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。根据本专利技术的某个方式，向燃料电池供给负极气体和正极气体并且根据负载使燃料电池发电的燃料电池系统包括使从燃料电池排出的负极气体和正极气体中的某一个排出气体循环到燃料电池的部件。该燃料电池系统包括：发电控制部，其基于负载来控制燃料电池的发电状态；冻结预测部，其基于燃料电池系统的温度来预测部件的冻结；以及运转执行部，在预测出部件的冻结时，该运转执行部在接收到燃料电池系统的停止指令时不进行燃料电池系统的停止，或者，在停止燃料电池系统之后执行暖机运转。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式中的燃料电池系统的结构的图。图2是表示对燃料电池系统进行控制的控制器的功能结构的框图。图3是表示燃料电池系统的停止方法的流程图。图4是表示冻结防止处理的流程图。图5是表示运算冰量的结构的框图。图6是表示对向燃料电池堆供给的正极气体的压力进行控制的结构的框图。图7是表示对从压缩机喷出的正极气体的流量进行控制的结构的框图。图8是表示对向燃料电池堆供给的正极气体的压力进行控制的结构的框图。图9是表示干燥要求压力对应表的图。图10是表示对加热燃料电池堆的冷却水的加热器的输出进行控制的结构的图。图11是表示对燃料电池堆的电力进行控制的结构的框图。图12是在燃料电池系统的停止处理中执行干燥/暖机运转时的时序图。图13是表示干燥/暖机运转中的正极气体的控制状态的时序图。图14是本专利技术的第三实施方式中的在燃料电池系统停止后执行干燥/暖机运转时的时序图。图15是表示对喷射泵的暖机完成阈值进行校正的对应表的图。具体实施方式下面，参照附图来说明本专利技术的实施方式。(第一实施方式)图1是表示本专利技术的实施方式中的燃料电池系统的结构例的图。燃料电池系统100构成从外部对燃料电池供给发电所需的燃料气体、根据电负载使燃料电池发电的电源系统。燃料电池系统100由控制器101来控制。燃料电池系统100包括燃料电池堆1、蓄电池2、DC/DC转换器3、电负载4、正极(Cathode)气体供排装置10、负极(Anode)气体供排装置20、堆冷却装置30以及堆电阻测定装置45。正极气体供排装置10、负极气体供排装置20以及堆冷却装置30分别是为了使燃料电池堆1发电而使用的辅机。蓄电池2是辅助燃料电池堆1的电源。蓄电池2例如输出数百V的电压。DC/DC转换器3是将燃料电池堆1的电压和蓄电池2的电压相互调整的双向性的电压变换器。DC/DC转换器3连接于燃料电池堆1与蓄电池2之间。DC/DC转换器3由控制器101来控制，使用从蓄电池2输出的电力来调整燃料电池堆1的电压。例如，从电负载4要求的电力越大，则DC/DC转换器3使燃料电池堆1的电压越低使得从燃料电池堆1取出的输出电流越大。利用从燃料电池堆1和蓄电池2供给的电力来驱动电负载4。作为电负载4，例如能够列举出对车辆进行驱动的电动马达、燃料电池堆1的辅机的一部分等。在本实施方式中，电负载4连接于将燃料电池堆1与DC/DC转换器3之间连接的电源线。此外，也可以是以下结构：在燃料电池堆1与DC/DC转换器3之间的电源线上连接电动马达，在蓄电池2与DC/DC转换器3之间的电源线上连接辅机的一部分。燃料电池堆1是层叠数百块电池单元而成的，例如产生数百V(伏特)的直流电压。燃料电池由负极电极(燃料极)、正极电极(氧化剂极)以及夹在负极电极与正极电极之间的电解质膜构成。在燃料电池中，负极电极中含氢的负极气体(燃料气体)与正极电极中含氧的正极气体(氧化剂气体)在电解质膜中发生电化学反应(发电反应)。在负极电极和正极电极处，进行以下的电化学反应。负极电极：2H2→4H++4e-…(1)正极电极：4H++4e-+O2→2H2O…(2)通过上述(1)和(2)所示的电化学反应，在产生电动势的同时生成水。层叠成燃料电池堆1的各燃料电池串联连接，因此各燃料电池所产生的单元电压的总和即为燃料电池堆1的输出电压。从正极气体供排装置10向燃料电池堆1供给正极气体，并且从负极气体供排装置20向燃料电池堆1供给负极气体。正极气体供排装置10是向燃料电池堆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大气的装置。正极排气包括未被燃料电池堆1消耗的剩余的正极气体、发电所伴有的生成水等杂质。正极气体供排装置10具备正极气体供给通路11、压缩机12、正极气体排出通路13、正极压力调节阀14、旁路通路15以及旁路阀16。正极气体供给通路11是用于向燃料电池堆1供给正极气体的通路。正极气体供给通路11的一端与用于从外部大气取入含氧的空气的通路连通，另一端与燃料电池堆1的正极气体入口孔连接。压缩机12设置于正极气体供给通路11。压缩机12从外部大气向正极气体供给通路11取入空气，将该空气作为正极气体供给到燃料电池堆1。压缩机12由控制器101来控制。正极气体排出通路13是用于从燃料电池堆1排出正极排气的通路。正极气体排出通路13的一端与燃料电池堆1的正极气体出口孔连接，另一端成为开口。正极压力调节阀14设置于正极气体排出通路13。作为正极压力调节阀14，在本实施方式中，使用能够阶段性地变更阀的开度的电磁阀。正极压力调节阀14由控制器101来控制开闭。通过该开闭控制来将向燃料电池堆1供给的正极气体的压力调节为期望的压力。旁路通路15是用于将从压缩机12喷出的正极气体的一部分直接排出到正极气体排出通路13而不供给到燃料电池堆1的通路。旁路通路15的一端连接于压缩机12与燃料电池堆1之间的正极气体供给通路11，另一端连接于比正极压力调节阀14更靠上游的正极气体排出通路13。即，旁路通路15从比压缩机12更靠下游的正极气体供给通路11分支出来，与比正极压力调节阀14更靠上游的正极气体排出通路13合流。旁路阀16设置于旁路通路15。作为旁路阀16，在本实施方式中，使用能够阶段性地变更阀的开度的电磁阀。旁路阀16由控制器101来控制。例如，在稀释从燃料电池堆1排出的氢所需的正极气体的流量(以下称为“氢稀释要求流量”。)变得大于燃料电池堆1的发电所需的正极气体的流量的情况下，旁路阀16被打开。或者，在避免压缩机12中产生的浪涌所需的正极气体的流量(以下称为“浪涌避免要求流量”。)变得大于燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，向燃料电池供给负极气体和正极气体，并且根据负载使燃料电池发电，该燃料电池系统包括：使从所述燃料电池排出的负极气体和正极气体中的某一个排出气体循环到所述燃料电池的部件；发电控制部，其基于所述负载来控制所述燃料电池的发电状态；冻结预测部，其基于对所述燃料电池系统的温度进行检测的单元，来预测所述部件的冻结；以及运转执行部，在预测出所述部件的冻结时，该运转执行部在接收到所述燃料电池系统的停止指令的情况下不进行所述燃料电池系统的停止，或者在停止所述燃料电池系统之后执行暖机运转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.24 JP 2014-1512721.一种燃料电池系统，向燃料电池供给负极气体和正极气体，并且根据负载使燃料电池发电，该燃料电池系统包括：使从所述燃料电池排出的负极气体和正极气体中的某一个排出气体循环到所述燃料电池的部件；发电控制部，其基于所述负载来控制所述燃料电池的发电状态；冻结预测部，其基于对所述燃料电池系统的温度进行检测的单元，来预测所述部件的冻结；以及运转执行部，在预测出所述部件的冻结时，该运转执行部在接收到所述燃料电池系统的停止指令的情况下不进行所述燃料电池系统的停止，或者在停止所述燃料电池系统之后执行暖机运转。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冻结预测部基于所述燃料电池的温度是否上升到能够去除所述部件的冰的温度，来预测所述部件的冻结，所述运转执行部在接收到所述停止指令时，在所述燃料电池的温度未上升到能够去除所述部件的冰的温度的情况下，执行所述暖机运转。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冻结预测部基于所述燃料电池系统的温度来计算所述部件中生成的冰的量，在所述冰的量为规定的值以下的情况下限制所述暖机运转的执行。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述运转执行部在接收到所述停止指令的情况下，对所述燃料电池进行暖机使得所述燃料电池成为规定的干燥状态，之后，基于所述燃料电池系统的温度来继续进行所述暖机运转。5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述运转执行部在接收到所述停止指令时，在所述部件中生成的冰的量大于所述规定的值的情况下，在执行所述暖机运转之后停止所述燃料电池系统。6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括干燥运转部，在所述燃料电池系统被停止之后，在所述燃料电池的温度降低到规定的阈值时，该干燥运转部将所述燃料电池控制为规定的干燥状态，在所述干燥运转部要将所述燃料电池控制为所述干燥状态时，所述运转执行部基于所述燃料电池系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：星圣，
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