燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法技术方案

本公开的燃料电池系统，具备固体氧化物型燃料电池和控制器，所述固体氧化物型燃料电池具有膜电极接合体，利用燃料和空气通过电化学反应进行发电，所述膜电极接合体由传导质子的电解质膜、设置在所述电解质膜的一侧的主面的阴极、和设置在另一侧的主面的阳极构成，所述控制器在使燃料电池系统的运转停止的运转停止处理中进行控制，设为开路状态，并且供给比所述开路状态的所述固体氧化物型燃料电池所消耗的燃料的流量更多的流量的燃料。消耗的燃料的流量更多的流量的燃料。消耗的燃料的流量更多的流量的燃料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法


[0001]本公开涉及燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。

技术介绍

[0002]作为使用由固体氧化物构成的电解质膜的电化学装置之一，例如已知固体氧化物型燃料电池(以下有时称为SOFC)。SOFC的电解质材料通常广泛使用以稳定化氧化锆为代表的氧化物离子传导体。氧化物离子传导体随着温度越低离子传导率越降低，因此将稳定化氧化锆用于电解质材料的SOFC例如需要700℃以上的工作温度。近年来，从部件的化学稳定性以及低成本化的观点出发，能够在大约600℃工作的、使用了具有质子传导性的电解质材料的SOFC备受关注。
[0003]然而，具备SOFC的燃料电池系统中，为了使系统安全地停止，在运转停止处理中进行各种处理。作为该处理的一例，提出了将从SOFC取出的电流设定为预定值，使电压快速降低的VLC(Voltage Limit Control；电压限制控制)处理(例如专利文献1)。
[0004]专利文献1涉及的燃料电池系统，在VLC处理中实施停止控制，将电流取出到外部，并且在单电池电压降低至预定值以下之前的期间持续向阳极侧供给燃料。通过该控制，专利文献1涉及的燃料电池系统能够抑制VLC处理中的阳极的氧化劣化。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献1：日本特开2017
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111922公报

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的课题
[0008]但是，像专利文献1涉及的燃料电池系统这样实施停止控制，将电流取出到外部，并且在单电池电压降低至预定值以下之前的期间持续向阳极侧供给燃料的情况下，在使用了传导质子的电解质膜的固体氧化物型燃料电池中，有可能由于燃料枯竭而受到损坏。
[0009]本公开中作为一个例子，提出一种能够不对使用了传导质子的电解质膜的固体氧化物型燃料电池造成损坏而将其安全停止的燃料电池系统。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]本公开涉及的燃料电池系统的一个技术方案，为解决上述课题，具备固体氧化物型燃料电池和控制器，所述固体氧化物型燃料电池具有膜电极接合体，利用燃料和空气通过电化学反应进行发电，所述膜电极接合体由传导质子的电解质膜、设置在所述电解质膜的一侧的主面的阴极、和设置在另一侧的主面的阳极构成，所述控制器在使燃料电池系统的运转停止的运转停止处理中进行控制，供给比开路状态的所述固体氧化物型燃料电池所消耗的燃料的流量更多的流量的燃料。
[0012]另外，本公开涉及的燃料电池系统的控制方法，为解决上述课题，所述燃料电池系统具备固体氧化物型燃料电池，所述固体氧化物型燃料电池具有膜电极接合体，利用燃料和空气通过电化学反应进行发电，所述膜电极接合体由传导质子的电解质膜、设置在所述
电解质膜的一侧的主面的阴极、和设置在另一侧的主面的阳极构成，所述燃料电池系统的控制方法包括下述步骤：在使所述燃料电池系统的运转停止的运转停止处理中，供给比开路状态的所述固体氧化物型燃料电池所消耗的燃料的流量更多的流量的燃料。
[0013]专利技术的效果
[0014]本公开如以上说明的那样构成，发挥能够不对使用了传导质子的电解质膜的固体氧化物型燃料电池造成损害而将其安全停止的效果。
附图说明
[0015]图1是示意性地表示本公开的第1实施方式涉及的燃料电池系统的结构的一例的框图。
[0016]图2是表示在图1所示的燃料电池系统的运转停止处理中实施的停止控制的一例的流程图。
[0017]图3是表示在图1所示的燃料电池系统的运转停止处理中实施的停止控制的一例的流程图。
[0018]图4是表示在图1所示的燃料电池系统的运转停止处理中实施的停止控制的一例的流程图。
[0019]图5是表示在图1所示的燃料电池系统的运转停止处理中实施的停止控制的一例的流程图。
[0020]图6是示意性地表示本公开的第2实施方式涉及的燃料电池系统的结构的一例的框图。
[0021]图7是表示在图6所示的燃料电池系统的运转停止处理中实施的停止控制的一例的流程图。
具体实施方式
[0022](得到本公开的一个技术方案的经过)
[0023]作为具有质子传导性的电解质材料，例如可举出氧化物。具体而言，可例示出由具有BaCe1‑
x
M
x
O3‑
α
或BaZr1‑
x
‑
y
Ce
x
M
y
O3‑
α
或BaZr1‑
x
M
x
O3‑
α
(M是3价的取代元素，x的值为0＜x＜1，y的值为0＜y＜1，(x+y)＝1，α以氧缺损量计为0＜α＜0.5)所表示的组成的钙钛矿型复合氧化物构成的离子传导体。该电解质材料除了质子传导性以外还具有空穴传导性。
[0024]然而，在使用这样的具有空穴传导性的质子传导体的电解质膜的SOFC中，会发生伴随发电而产生的电流的一部分没有被取出到外部，而是在电解质膜内流动的现象。另一方面，在使用稳定化氧化锆等氧化物离子传导体的电解质膜的SOFC中，该电解质膜的空穴传导性极小，因此伴随发电而产生的电流全都被取出到外部。
[0025]所以，在使用质子传导性的电解质膜的SOFC与使用氧化物离子传导性的电解质膜的SOFC中，产生以下区别。即、前者在根据流动于SOFC的外部电路中的取出电流量计算出的燃料消耗量与实际的燃料消耗量之间产生偏差。另一方面，后者的根据取出电流量计算出的燃料消耗量与实际的燃料消耗量一致。
[0026]也就是说，关于取出电流量与燃料消耗量之间的关系，在使用氧化物离子传导体的电解质膜的SOFC中，如果将消耗的燃料种类设为氢，将法拉第常数设为F，则可以由以下
的式子(1)表示。
[0027]燃料消耗量[mol/s]＝取出电流量[A]/2/F[C/mol]ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0028]即、在使用氧化物离子传导体的电解质膜的SOFC中，电解质材料几乎不具有空穴传导性。因此，在使用氧化物离子传导体的电解质膜的SOFC中通过电化学反应而产生的电子不从电解质膜中通过，而是全部通过外部电路流到外部载荷。所以，关于取出电流量与燃料消耗量之间的关系成为如上述式子(1)所示。
[0029]因此，在将使用氧化物离子传导体的电解质膜的SOFC设为开路状态的情况下，在阳极与阴极之间没有流通电流的路径，在外部电路中流动的取出电流量为0。所以，使用氧化物离子传导体的电解质膜的SOFC，在开路状态下燃料消耗量为0。
[0030]根据以上，在使用氧化物离子传导体的电解质膜的SOFC中，如果在SOFC的外部电路中流动的取出电流量为0，则燃料消耗量为0。因此，只要不存在电化学反应以外的原因，即使停止燃料的供给也不会发生燃料枯竭。再者，开路状态是指不从SOFC向外部载荷取出电流的状态。
[0031]另一方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池系统，具备固体氧化物型燃料电池和控制器，所述固体氧化物型燃料电池具有膜电极接合体，利用燃料和空气通过电化学反应进行发电，所述膜电极接合体由传导质子的电解质膜、设置在所述电解质膜的一侧的主面的阴极、和设置在另一侧的主面的阳极构成，所述控制器在使燃料电池系统的运转停止的运转停止处理中进行控制，供给比开路状态的所述固体氧化物型燃料电池所消耗的燃料的流量更多的流量的燃料。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，还具备将含氢气体作为所述燃料供给到所述固体氧化物型燃料电池的所述阳极的燃料供给器，所述控制器在使燃料电池系统的运转停止的运转停止处理中控制所述燃料供给器，供给比开路状态的所述固体氧化物型燃料电池所消耗的燃料的流量更多的流量的燃料。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，还具备检测所述固体氧化物型燃料电池的温度的温度检测器，所述控制器在所述运转停止处理中控制所述燃料供给器，供给比开路状态的所述固体氧化物型燃料电池所消耗的燃料的流量更多的流量的燃料，直到判定为由所述温度检测器检测出的温度成为在所述电解质膜中不发生空穴传导的温度以下为止。4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，还具备检测所述固体氧化物型燃料电池的温度的温度检测器，所述控制器在所述运转停止处理中控制所述燃料供给器，供给比开路状态的所述固体氧化物型燃料电池所消耗的燃料的流量更多的流量的燃料，直到判定为由所述温度检测器检测出的温度成为在所述阳极中不发生氧化还原反应的温度以下为止。5.根据权利要求2～4中任一项所述的燃料电池系统，所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺山健，黑羽智宏，川田恭平，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：