燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统，能够燃油利用率良好地消除燃料系统气体流路等中的溢流。该燃料电池系统的特征在于，具备第1燃料电池组、第2燃料电池组、燃料气体供给部、第1供给流路、第1循环流路、第2供给流路、第2循环流路、具备第1开闭阀的第1旁通流路、具备第2开闭阀的第2旁通流路、温度检测部、电流检测部、电压检测部以及控制部。测部以及控制部。测部以及控制部。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统


[0001]本公开涉及燃料电池系统。

技术介绍

[0002]燃料电池(FC)是在层叠了多个单电池(以下，存在称为单元的情况)而成的燃料电池组(以下，存在简称为电池组的情况)中通过作为燃料气体的氢(H2)与作为氧化剂气体的氧(O2)的电化学反应来取出电能的发电装置。其中，以下也存在不特别区分燃料气体、氧化剂气体而简称为“反应气体”或“气体”的情况。
[0003]该燃料电池的单电池通常由膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)与根据需要而夹持该膜电极接合体的两面的2张隔膜构成。
[0004]膜电极接合体具备在具有质子(H
+
)传导性的固体高分子型电解质膜(以下，亦简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成了催化剂层以及气体扩散层的构造。因此，存在将膜电极接合体称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。
[0005]隔膜通常具有在与气体扩散层接触的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。此外，该隔膜还作为发出的电力的集电体发挥功能。
[0006]在燃料电池的燃料极(阳极)中，从气体流路以及气体扩散层供给的氢因催化剂层的催化剂作用而质子化，并通过电解质膜向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路进行做功，向阴极移动。供给至阴极的氧在阴极上与质子以及电子反应，生成水。
[0007]生成的水对电解质膜赋予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层而被向系统外排出。
[0008]关于车载于燃料电池车辆(以下存在记载为车辆的情况)来使用的燃料电池系统进行了各种研究。
[0009]例如在专利文献1中公开了一种具备排出气体路径连结的多个电池组的燃料电池系统，在该系统中，通过利用来自第2燃料电池组的第2内部反应气体流路的废气的动能来排出第1燃料电池组的第1内部反应气体流路内的水。
[0010]另外，在专利文献2中公开了一种通过将阳极废气供给至非发电状态的电池组来进行非发电状态的电池组的防氧化动作的燃料电池系统。
[0011]另外，在专利文献3中公开了一种包括使阳极气压力脉动的脉动控制部的燃料电池系统。
[0012]专利文献1：日本特开2006－294402号公报
[0013]专利文献2：日本特开2016－031841号公报
[0014]专利文献3：国际公开第2015－170416号
[0015]若燃料电池发电时生成的水蓄积在燃料系统气体流路等，而使得燃料系统气体流路等成为溢流(flooding)状态，则存在燃料电池的发电产生状况不良的可能性，因而期望高效地从燃料系统气体流路等排出水而不使车辆等的燃油利用率变差。
[0016]在上述专利文献1所记载的燃料电池系统中，使用在多个电池组的气体排出侧设
置的各个涡轮的驱动力(吸引力)作为产生动能的驱动力。容易产生溢流的是燃料电池在低电流区域的使用时。由于低电流区域是排出气压小的发电区域，所以无法增大燃料电池的入口与出口的压力差，因而若想产生动能，则需要迫使涡轮旋转来增大吸引力。因此，存在消耗多余的电力而引起车辆等的燃油利用率变化的情况。
[0017]另外，在上述专利文献2所记载的燃料电池系统中，由于只是将一方的电池组的阳极废气供给至其他电池组而为稳定状态，所以不会成为使燃料系统气体流路等的排水性提高的手段。
[0018]另外，在上述专利文献3所记载的燃料电池系统中，脉动控制部基于比引射器靠上游的阳极气体的温度来变更阳极气压力的脉动幅度。然而，在燃料电池的排出气压降低了的状态下，存在通过将阳极气体供给至燃料电池而产生脉动的情况，难以在任意的时机产生脉动。

技术实现思路

[0019]本公开是鉴于上述实际情况而完成的，主要目的在于，提供能够燃油利用率良好地消除燃料系统气体流路等中的溢流的燃料电池系统。
[0020]本公开提供一种燃料电池系统，其特征在于，具备：
[0021]第1燃料电池组；
[0022]第2燃料电池组；
[0023]燃料气体供给部，向上述第1燃料电池组以及上述第2燃料电池组供给燃料气体；
[0024]第1供给流路，将上述燃料气体供给部与上述第1燃料电池组连接；
[0025]第1循环流路，回收从上述第1燃料电池组的各燃料极排出的第1燃料废气并作为第1循环气体返回至上述第1燃料电池组；
[0026]第2供给流路，将上述燃料气体供给部与上述第2燃料电池组连接；
[0027]第2循环流路，回收从上述第2燃料电池组的各燃料极排出的第2燃料废气并作为第2循环气体返回至上述第2燃料电池组；
[0028]第1旁通流路，具备第1开闭阀且将上述第1循环流路与上述第2供给流路连接，能够绕过上述第1燃料电池组来向上述第2燃料电池组供给上述第1循环气体；
[0029]第2旁通流路，具备第2开闭阀且将上述第2循环流路与述第1供给流路连接，能够绕过上述第2燃料电池组来向第1燃料电池组供给第2循环气体；
[0030]温度检测部，检测系统温度；
[0031]电流检测部，检测系统电流；
[0032]电压检测部，检测电池组电压；以及
[0033]控制部，
[0034]在通常运转模式时，上述控制部将上述第1开闭阀以及上述第2开闭阀关闭，
[0035]在系统温度小于规定的温度且系统电流小于规定的阈值的情况下，上述控制部实施使上述第1燃料电池组与上述第2燃料电池组中的任一方的燃料电池组以比另一方的燃料电池组高的气压运转规定的时间的第1步骤，
[0036]在上述第1步骤后，当上述第1燃料电池组以及上述第2燃料电池组的至少任一方的电池组电压低于规定的电压值的情况下，上述控制部实施下述的第2步骤：当在上述第1
步骤中以高的气压进行运转的上述燃料电池组为上述第1燃料电池组时，打开上述第1开闭阀，另一方面，当在上述第1步骤中以高的气压进行运转的上述燃料电池组为上述第2燃料电池组时，打开上述第2开闭阀。
[0037]在本公开的燃料电池系统中，在上述第1步骤中提高气压的上述燃料电池组可以是高的气压下的运转历史记录较短的该燃料电池组。
[0038]在本公开的燃料电池系统中，上述控制部可以实施下述的第3步骤：在上述第2步骤后，当上述第1燃料电池组的电压低于规定的上述电压值的情况下使上述第1燃料电池组的气体流量增大、且在上述第2燃料电池组的电压低于规定的上述电压值的情况下使上述第2燃料电池组的气体流量增大，然后将在上述第2步骤中打开的开闭阀关闭。
[0039]根据本公开的燃料电池系统，能够燃油利用率良好地消除燃料系统气体流路等中的溢流。
附图说明
[0040]图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。
[0041]图2是表示本公开的燃料电池系统的控制方法的一个例子的流程图。
[0042]附图标记说明：
[0043]11
…
第1燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：第1燃料电池组；第2燃料电池组；燃料气体供给部，向所述第1燃料电池组以及所述第2燃料电池组供给燃料气体；第1供给流路，将所述燃料气体供给部与所述第1燃料电池组连接；第1循环流路，回收从所述第1燃料电池组的各燃料极排出的第1燃料废气并作为第1循环气体返回至所述第1燃料电池组；第2供给流路，将所述燃料气体供给部与所述第2燃料电池组连接；第2循环流路，回收从所述第2燃料电池组的各燃料极排出的第2燃料废气并作为第2循环气体返回至所述第2燃料电池组；第1旁通流路，具备第1开闭阀且将所述第1循环流路与所述第2供给流路连接，能够绕过所述第1燃料电池组来向所述第2燃料电池组供给所述第1循环气体；第2旁通流路，具备第2开闭阀且将所述第2循环流路与所述第1供给流路连接，能够绕过所述第2燃料电池组来向所述第1燃料电池组供给所述第2循环气体；温度检测部，检测系统温度；电流检测部，检测系统电流；电压检测部，检测电池组电压；以及控制部，在通常运转模式时，所述控制部将所述第1开闭阀以及所述第2开闭阀关闭，在系统温度小于规定的温度且系统电流小...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田晃一郎，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：