燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法，目的在于实现燃料电池的发电效率的提高。燃料电池系统具备：燃料电池，包括具备阳极和阴极的单电池；氢供给装置，向阳极供给氢气；循环泵，将包含在燃料电池的发电中未被使用而从阳极排出的氢在内的阳极废气再次向阳极供给，而使阳极废气循环；及控制部，控制氢供给装置对氢气的供给量及循环泵的转速，控制部以循环泵的转速接近循环泵的最优转速的方式驱动循环泵，所述循环泵的最优转速是在规定的电流值下总氢损失量成为最小的转速，所述总氢损失量是与驱动循环泵所需要的电力相当的氢量和从燃料电池的阳极侧向阴极侧通过的氢量的合计值。

Control method of fuel cell system and fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法本申请主张基于在2014年11月15日提出申请的申请编号2014-232249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及燃料电池系统的控制方法。
技术介绍
以往，已知有一种燃料电池系统，经由喷射器将贮存于高压氢罐的氢向燃料电池供给，并且通过循环泵使包含虽然曾向燃料电池供给但未被使用于发电的氢在内的阳极废气循环，再次向燃料电池供给。(JP2008-235020A)。
技术实现思路
【专利技术要解决的课题】在燃料电池系统中，以往，要求发电效率的提高。作为造成燃料电池的发电效率的下降的一个原因，存在向阳极供给的氢未使用于发电反应而透过电解质膜地向阴极侧泄漏(以后，也简称为“交叉泄漏”)的情况，存在氢未利用于发电而被消耗的情况。尤其是在间歇运转时，从喷射器供给的氢的大多数使用于交叉泄漏，存在发电效率下降的问题。在此的间歇运转是指在搭载燃料电池系统的车辆中，在低负载运转时，使燃料电池的发电暂时停止而从二次电池向负载(车辆电动机等)供给电力的状态、或者进行高电位回避控制等时的极低负载下的小发电时的状态。作为低负载运转时，例示出怠速时、低速行驶时、再生制动时那样的状态。高电位回避是指在该间歇运转时，为了抑制阳极或阴极包含的催化剂金属的形态变化的进展，以使燃料电池的输出电压成为比开放端电压(OCV)小的高电位回避电压的方式进行控制。【用于解决课题的方案】本专利技术为了解决上述的课题而作出，能够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，包括具备阳极和阴极的单电池；氢供给装置，向所述阳极供给氢气；循环泵，将包含在所述燃料电池的发电中未被使用而从所述阳极排出的氢在内的阳极废气再次向所述阳极供给，而使所述阳极废气循环；及控制部，控制所述氢供给装置对氢气的供给量及所述循环泵的转速，所述控制部以所述循环泵的转速接近所述循环泵的最优转速的方式驱动所述循环泵，所述循环泵的最优转速是在规定的电流值下总氢损失量成为最小的转速，所述总氢损失量是与驱动所述循环泵所需要的电力相当的氢量和从所述燃料电池的阳极侧向阴极侧通过的氢量的合计值。根据该结构，能够减少交叉泄漏量，并且能够抑制通过交叉泄漏的减少用的循环泵的驱动而消耗的氢量。即，使循环泵的转速上升并增加阳极废气的循环量，由此来确保为了产生目标的电流值所需的氢化学计量比，并降低燃料电池的阳极侧的氢分压而减少交叉泄漏量。另一方面，仅通过使循环泵的转速上升，就能够抑制由交叉泄漏的减少用的循环泵的驱动而消耗的氢量。由此，能够实现燃料电池的发电效率的提高。(2)在上述方式的燃料电池系统中，所述控制部切换所述燃料电池的通常运转和间歇运转，在所述燃料电池的通常运转时，所述控制部以比所述总氢损失量成为最小的最优转速小的转速驱动所述循环泵，在所述燃料电池的间歇运转时，所述控制部以所述循环泵的转速接近在规定的电流值下所述总氢损失量成为最小的所述最优转速的方式驱动所述循环泵。根据该结构，在燃料电池的间歇运转时，能够减少交叉泄漏量，并且能够抑制由交叉泄漏的减少用的循环泵的驱动而消耗的氢量。(3)根据本专利技术的另一方式，提供一种燃料电池系统的控制方法。该控制方法包括如下工序：在燃料电池的通常运转时，伴随着从所述燃料电池得到的电流的增加而使氢气的供给量增加；及在所述燃料电池的间歇运转时，伴随着从所述燃料电池得到的电流的增加，使从所述燃料电池的阳极排出并再次向所述阳极供给的阳极废气的流量增加，从而使所述阳极的氢分压比在所述燃料电池的通常运转时产生所述电流所需要的氢分压低。根据该结构，在间歇运转时，能够确保为了产生目标的电流值所需的氢化学计量比，并能够降低燃料电池的阳极侧的氢分压。由此，能够实现燃料电池的发电效率的提高。需要说明的是，本专利技术能够以各种形态实现，例如，能够以搭载有燃料电池系统的车辆、向燃料电池的阳极气体的供给方法、实现燃料电池系统的控制方法的计算机程序、记录有该计算机程序的记录介质等方式实现。附图说明图1是表示燃料电池系统的结构的概略图。图2是表示循环泵的转速RP与氢分压PH2的关系的说明图。图3是表示循环泵的转速RP与消耗电力WP的关系的说明图。图4是用于说明电流值I与循环泵的最优转速的关系的图。图5是表示控制部的燃料电池系统的控制步骤的流程图。图6是用于说明目标氢分压PTH2的图。图7A是用于说明间歇运转时和通常运转时的转速的控制内容的图。图7B是用于说明间歇运转时和通常运转时的转速的控制内容的图。【标号说明】1…电解质膜2…阴极3…阳极10…燃料电池20…控制部30…阴极气体供给部31…阴极气体配管32…空气压缩器33…气流计34…供给阀35…压力计测部40…阴极废气排出部41…阴极废气配管43…排出阀50…阳极气体供给部51…阳极气体配管52…氢罐53…开闭阀54…调节器55…氢供给装置56…压力计测部60…阳极气体循环部61…阳极废气配管62…气液分离部63…阳极气体循环配管64…循环泵65…阳极排水配管66…排水阀100…燃料电池系统具体实施方式图1是表示作为本专利技术的第一实施方式的燃料电池系统100的结构的概略图。该燃料电池系统100例如搭载于燃料电池车辆，向车辆的驱动电动机或电气安装件等供给电力。燃料电池系统100具备燃料电池10、控制部20、阴极气体供给部30、阴极废气排出部40、阳极气体供给部50、阳极气体循环部60。燃料电池10是接受作为阳极气体的氢及作为阴极气体的氧的供给而发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池10具备串联地层叠排列的也称为单电池的多个发电体。各单电池具备膜电极接合体，该膜电极接合体具有电解质膜1、在电解质膜1的一方的面配置的阴极2、在电解质膜1的另一方的面配置的阳极3。需要说明的是，在图1中，作为燃料电池10，示出一个单电池。电解质膜1是在湿润状态下表现出良好的质子传导性的固体高分子电解质膜，例如，由氟系的离子交换树脂构成。阴极2及阳极3是具有气体扩散性和导电性的电极，分别包括催化剂电极层和与该催化剂电极层面对的气体流路而构成。催化剂电极层包括电化学反应进展的催化剂金属和具有质子传导性的高分子电解质。催化剂电极层例如形成作为使铂担持碳和与电解质膜1相同或类似的高分子电解质分散于溶剂的催化剂墨液的干燥涂膜。气体流路例如由隔板的槽部或膨胀金属形成。在此，将阴极侧的气体流路也称为阴极气体流路，将阳极侧的气体流路也称为阳极气体流路。控制部20由具备中央处理装置和主存储装置的微型计算机构成。控制部20受理来自外部的输出要求，并取得基于来自系统内的各种传感器类的输出信号的计测值，向系统内的各构成部发出用于使燃料电池10进行与该输出要求对应的发电的控制指令。控制部20控制燃料电池系统100的各部，进行燃料电池10的运转状态的切换。具体而言，控制部20进行燃料电池10的通常运转与间歇运转的切换。在此的“燃料电池10的通常运转”是指燃料电池10能够将发电电力向外部负载供给的状态，例如，除了燃料电池10的停止时、间歇运转时等之外。“燃料电池10的间歇运转”是指对于燃料电池10的要求输出量成为规定值(例如，为了进行高电位回避控制等所需的量)以下的状态。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，包括具备阳极和阴极的单电池；氢供给装置，向所述阳极供给氢气；循环泵，将包含在所述燃料电池的发电中未被使用而从所述阳极排出的氢在内的阳极废气再次向所述阳极供给，而使所述阳极废气循环；及控制部，控制所述氢供给装置对氢气的供给量及所述循环泵的转速，所述控制部在所述燃料电池的间歇运转中以所述循环泵的转速接近所述循环泵的最优转速的方式驱动所述循环泵，所述循环泵的最优转速是在规定的电流值下总氢损失量成为最小的转速，所述总氢损失量是与驱动所述循环泵所需要的电力相当的氢量和从所述燃料电池的阳极侧向阴极侧通过的氢量的合计值，所述控制部存储分别实现与两个目标电流值对应的所述循环泵的最优转速的设定，在所述间歇运转中，在电流值增加而变得超过所述两个目标电流值中的大的目标电流值的情况下，以实现与所述大的目标电流值对应的最优转速的设定进行所述循环泵的运转，在电流值减小而变得低于所述两个目标电流值中的小的目标电流值的情况下，以实现与所述小的目标电流值对应的最优转速的设定进行所述循环泵的运转，在电流值变化而变得低于所述大的目标电流值的情况下以及在电流值变化而变得超过所述小的目标电流值的情况下，维持在此之前进行的设定而进行所述循环泵的运转。...

【技术特征摘要】
2014.11.15 JP 2014-2322491.一种燃料电池系统，具备：燃料电池，包括具备阳极和阴极的单电池；氢供给装置，向所述阳极供给氢气；循环泵，将包含在所述燃料电池的发电中未被使用而从所述阳极排出的氢在内的阳极废气再次向所述阳极供给，而使所述阳极废气循环；及控制部，控制所述氢供给装置对氢气的供给量及所述循环泵的转速，所述控制部在所述燃料电池的间歇运转中以所述循环泵的转速接近所述循环泵的最优转速的方式驱动所述循环泵，所述循环泵的最优转速是在规定的电流值下总氢损失量成为最小的转速，所述总氢损失量是与驱动所述循环泵所需要的电力相当的氢量和从所述燃料电池的阳极侧向阴极侧通过的氢量的合计值，所述控制部存储分别实现与两个目标电流值对应的所述循环泵的最优转速的设定，在所述间歇运转中，在电流值增加而变得超过所述两个目标电流值中的大的目标电流值的情况下，以实现与所述大的目标电流值对应的最优转速的设定进行所述循环泵的运转，在电流值减小而变得低于所述两个目标电流值中的小的目标电流值的情况下，以实现与所述小的目标电流值对应的最优转速的设定进行所述循环泵的运转，在电流值变化而变得低于所述大的目标电流值的情况下以及在电流值变化而变得超过所述小的目标电流值的情况下，维持在此之前进行的设定而进行所述循环泵的运转。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制部切换所述燃料电池的通常运转和所述间歇运转，在所述燃料电池的通常运转时，所述控制部以比所述总氢损失量成为最小的最优转速小的转速驱动所述循环泵，在所述燃料电池的间歇运转时，所述控制部以所述循环泵的转速接近在规...

【专利技术属性】
技术研发人员：松原康雄，马屋原健司，
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