燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法。燃料电池系统包括：燃料电池组，燃料电池组具有多个电池，所述多个电池每个均具有氢通道、氢通道入口和氢通道出口；负载，负载被从燃料电池组供应电力；循环通路，循环通路将通道入口与通道出口连接；氢泵，氢泵被设置在循环通路中；和控制器。在从停止到负载的电力供应至下一次开始电力供应的时段期间，控制器使氢泵在正方向上旋转，以便以比发电所要求的最小流量大的流量将第一量的氢气通过通道入口馈送到每个电池中，然后使氢泵在反方向上旋转，以便将氢气通过通道出口馈送到每个电池中。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统和控制燃料电池系统的方法
本专利技术涉及一种燃料电池系统和一种控制燃料电池系统的方法。
技术介绍
已知一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有由堆叠在一起的多个燃料电池组成的燃料电池组。每个燃料电池均具有膜电极组件，膜电极组件夹在分隔物之间。根据在日本专利申请公报No.2010-282821(JP2010-282821A)中描述的用于防止水在每个电池的氢通道出口中滞留的技术，当停止发电时，用于使氢循环的泵在与发电期间泵被驱动的方向相反的方向上被驱动，以便移除堵塞氢通道出口的水。
技术实现思路
当氢泵在相反方向上被驱动时，每个电池的氢通道入口可能被水堵塞。如果堵塞氢通道入口的水冻结，则氢气不能被引入到电池中，这可能导致氢的不足和燃料电池的劣化。因此，能够防止燃料电池的氢通道入口和氢通道出口被水堵塞的技术已被期望。本专利技术的第一方面涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：燃料电池组，燃料电池组具有多个电池，所述多个电池每个均具有氢通道、氢通道入口和氢通道出口，氢气流过氢通道，氢通道入口允许氢气流入到氢通道中，氢通道出口允许氢气从氢通道流出；主负载，电力从燃料电池组被供应到主负载；循环通路，循环通路将氢通道入口与氢通道出口连接，使得被供应到燃料电池组的氢气通过循环通路循环；氢泵，氢泵被设置在循环通路中，并且被构造成在与氢气的通常馈送方向对应的正方向和与所述正方向相反的反方向中的选出的一个方向上旋转；和控制器，控制器被构造成控制氢泵。控制器被构造成：在从停止从燃料电池组到主负载的电力供应时至下一次开始到主负载的电力供应时的时段期间，使氢泵在正方向上旋转，以便以第一氢流量将预定第一氢量的氢气通过氢通道入口馈送到每一个电池中，然后使氢泵在所述反方向上旋转，以便将第二氢量的氢气通过氢通道出口馈送到每个电池中，其中第一氢流量大于发电所要求的最小氢流量，第二氢量小于第一氢量。在根据该方面的燃料电池系统中，控制器使氢泵在所述正方向上旋转以便将氢气馈送到每个电池中，并且然后使氢泵在所述反方向上旋转以便将氢气馈送到每个电池中。因此，电池中的水能够被移动到电池的中间部，并且能够防止电池的氢通道入口和氢通道出口被水堵塞。氢通道入口和氢通道出口中的至少一个可以由多个直的流动通道组成，所述多个直的流动通道以规则间隔平行排列。利用该布置，能够防止以规则间隔布置的直的流动通道被堵塞。在氢泵在正方向上旋转期间馈送氢气的第一氢流量对燃料电池系统中发电所要求的最小氢流量的比可以在1.5至3.0的范围中，其中最小氢流量被取作1。利用该布置，处理时间能够被缩短。氢泵在反方向上旋转期间馈送氢气的第二氢流量可以大于氢泵在正方向上旋转期间的第一氢流量。利用该布置，处理时间能够被缩短。控制器可以以比氢泵在所述正方向上旋转的时长短的时长使氢泵在所述反方向上旋转。利用该布置，处理时间能够被缩短。本专利技术的第二方面涉及一种控制燃料电池系统的方法。燃料电池系统包括：燃料电池组，燃料电池组具有多个电池，所述多个电池每个均具有氢气流过的氢通道、允许氢气流入到氢通道中的氢通道入口以及允许氢气从氢通道流出的氢通道出口；主负载，电力从燃料电池组被供应到主负载；循环通路，循环通路将氢通道入口与氢通道出口连接，使得被供应到燃料电池组的氢气通过循环通路循环；以及氢泵，氢泵被设置在循环通路中，并且被构造成在与氢气的通常馈送方向对应的正方向和与正方向相反的反方向中的选出的一个方向上旋转。方法包括：在从停止从燃料电池组到主负载的电力供应时至下一次开始到主负载的电力供应时的时段期间，使氢泵在正方向上旋转，以便以比发电所要求的最小氢流量大的氢流量将预定第一氢量的氢气通过氢通道入口馈送到每一个电池中，然后在该时段期间，使氢泵在所述反方向上旋转，以便将第二氢量的氢气通过氢通道出口馈送到每个电池中，第二氢量小于第一氢量。本专利技术可以以各种形式实现。例如，本专利技术可以以包括燃料电池系统的固定发电设备、包括燃料电池系统的车辆、控制燃料电池系统的方法等的形式来实现。附图说明以下将参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：图1是示出燃料电池系统的总体构造的示意图；图2是电池的平面图；图3是大体上图示阳极清除处理的流程图；图4是示出由于氢泵的驱动引起的电池中的水量的变化的曲线图；并且图5是示出当在阳极清除处理中执行图3的流程图的步骤S110时电池的状态的解释视图。具体实施方式A.实施例图1是示出根据本专利技术的一个实施例的燃料电池系统100的总体构造的示意图。燃料电池系统100包括燃料电池组10、控制器20、氧化气体通路系统30和燃料气体通路系统50。燃料电池系统100也包括DC/DC转换器90、电池92和主负载93。例如，该实施例的燃料电池系统100被安装在燃料电池车辆上。燃料电池组10是聚合物电解质燃料电池，聚合物电解质燃料电池被供应有作为反应气体的氢气及空气(氧化气体)，以便发电。燃料电池组10具有堆叠结构，在堆叠结构中，多个电池11被堆叠在一起。每个电池11具有：膜电极组件(未示出)，膜电极组件包括放置在电解质膜(未示出)的相反表面上的电极；和一对分隔物，膜电极组件被夹在所述一对分隔物之间。由燃料电池组10生成的电力经由DC/DC转换器90传送到电池92并且存储在电池92中。各种负载被连接到电池92。各种负载的示例包括用于驱动车轮(未出的)的牵引电机、稍后将被描述的空气压缩机32、氢泵64和各种阀。燃料电池组10和电池92能够向负载供应电力。在该实施例中，牵引电机是主负载93的示例。牵引电机可以被认为本公开的“主负载”。空气压缩机32、氢泵64、各种阀等是用于操作燃料电池组10的附件，并且不对应于主负载93。氧化气体通路系统30包括氧化气体管31、空气压缩机32、第一开关阀33、阴极废气管41和第一调节器42。氧化气体通路系统30包括燃料电池组10内的阴极侧流动通道。空气压缩机32经由氧化气体管31连接到燃料电池组10。根据来自控制器20的控制信号，空气压缩机32将从外部吸入的空气压缩，并且将它作为氧化气体供应到燃料电池组10。第一开关阀33被设置在空气压缩机32和燃料电池组10之间，并且根据氧化气体管31中的被供应空气的流动打开和关闭。更具体地，第一开关阀33通常处于关闭状态中，并且当具有给定压力的空气被从空气压缩机32供应到氧化气体管31时打开。阴极废气管41将从燃料电池组10的阴极排出的阴极废气排出到燃料电池系统100的外部。根据来自控制器20的控制信号，第一调节器42调节阴极废气管41中的阴极废气的压力(即，燃料电池组10的阴极侧背压)。燃料气体通路系统50包括燃料气体管51、氢罐52、第二开关阀53、第二调节器54、喷射器55、排气/排水阀60、阳极废气管61、循环管63、氢泵64和气体-液体分离器70。燃料气体通路系统50包括燃料电池组10内的阳极侧流动通道。在以下描述中，由燃料气体管51的在喷射器55的下游的一部分、燃料电池组10中的阳极侧流动通道、阳极废气管61、循环管63和气体-液体分离器70构成的通路将被称为循环通路65。循环通路65被设置用于使燃料电池组10的阳极废气通过燃料电池组10循环。氢罐52本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统，其特征在于包括：燃料电池组，所述燃料电池组具有多个电池，所述多个电池每个均具有：氢通道，氢气流过所述氢通道；氢通道入口，所述氢通道入口允许所述氢气流入所述氢通道中；以及氢通道出口，所述氢通道出口允许所述氢气从所述氢通道流出；主负载，电力从所述燃料电池组被供应到所述主负载；循环通路，所述循环通路将所述氢通道入口和所述氢通道出口连接，使得被供应到所述燃料电池组的所述氢气通过所述循环通路循环；氢泵，所述氢泵被设置在所述循环通路中，并且被构造成在与所述氢气的通常馈送方向对应的正方向和与所述正方向相反的反方向中的选出的一个方向上旋转；以及控制器，所述控制器被构造成控制所述氢泵，其中，所述控制器被构造成：在从停止从所述燃料电池组到所述主负载的电力供应时至下一次开始到所述主负载的电力供应时的时段期间，使所述氢泵在所述正方向上旋转，以便以第一氢流量将预定第一氢量的所述氢气通过所述氢通道入口馈送到每个所述电池中，然后使所述氢泵在所述反方向上旋转，以便将第二氢量的所述氢气通过所述氢通道出口馈送到每个所述电池中，其中所述第一氢流量大于发电所要求的最小氢流量，所述第二氢量小于所述第一氢量。...

【技术特征摘要】
2017.04.06 JP 2017-0757791.一种燃料电池系统，其特征在于包括：燃料电池组，所述燃料电池组具有多个电池，所述多个电池每个均具有：氢通道，氢气流过所述氢通道；氢通道入口，所述氢通道入口允许所述氢气流入所述氢通道中；以及氢通道出口，所述氢通道出口允许所述氢气从所述氢通道流出；主负载，电力从所述燃料电池组被供应到所述主负载；循环通路，所述循环通路将所述氢通道入口和所述氢通道出口连接，使得被供应到所述燃料电池组的所述氢气通过所述循环通路循环；氢泵，所述氢泵被设置在所述循环通路中，并且被构造成在与所述氢气的通常馈送方向对应的正方向和与所述正方向相反的反方向中的选出的一个方向上旋转；以及控制器，所述控制器被构造成控制所述氢泵，其中，所述控制器被构造成：在从停止从所述燃料电池组到所述主负载的电力供应时至下一次开始到所述主负载的电力供应时的时段期间，使所述氢泵在所述正方向上旋转，以便以第一氢流量将预定第一氢量的所述氢气通过所述氢通道入口馈送到每个所述电池中，然后使所述氢泵在所述反方向上旋转，以便将第二氢量的所述氢气通过所述氢通道出口馈送到每个所述电池中，其中所述第一氢流量大于发电所要求的最小氢流量，所述第二氢量小于所述第一氢量。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢通道入口和所述氢通道出口中的至少一个包括多个直的流动通道，所述多个直的流动通道以规则间隔平行排列。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述燃料电池系统中发电所要求的所述最小氢流量被取作1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川朋宏，丸尾刚，松本峻，常川洋之，
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