燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统，具有：调节燃料电池堆（１）的氧化剂气体的流量的氧化剂气体流量调节器（５）以及确定燃料电池堆（１）的湿度状态的控制器（１０）。所述控制器（１０）具有：计算平均电池电压的平均电池电压计算器（１３），计算最小电池值的最小电池电压计算器（１４），计算平均电池电压与最小电池电压之间的电压差的电压差计算器（１５），以及比较绝对电压差与预设值的电压比较器（１６）。基于绝对电压差与预设值之间的比较，改变氧化剂气体的流量，然后基于绝对电压差的改变，确定燃料电池堆（１）中的湿度状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说涉及一种燃料电池系统。更具体地，本发 明涉及一种用于确定燃料电池中的湿度状态的方法及设备。
技术介绍
燃料电池是釆用氢与氧之间的电化学反应以产生电能或电 力的电化学装置。在燃料系统中，由于供气不足、由通道内残 留液滴引起的发电不良、以及由电解质的干燥引起的导电性降 低，产生来自电池的输出降低。当燃料电池在这样的条件下运 行时，引起电池劣化加速的问题。因此，为解决上述问题，必 须确定燃料电池中的湿度状态。在日本特开2004-127915号公报中公开了用于确定湿度状 态的方法。在该公报中，当平均电池电压在第一预定范围内且 存在输出电压在第二预定范围之外的电池块时，认为过湿。当 平均电池电压在第 一预定范围之外且电压的变化在第三预定范 围内时，认为不够湿。当电压的变化在第三预定范围之外时， 认为燃料气体不足。在日本特开2002-184438号公报中公开了确定电压降低的 电池单元(unit cell)在堆中所占的位置的技术。如果电池单元位 于靠近端部的位置，则判断为电池堆处于过湿的状态，然而如 果电池单元位于靠近中部的位置，则判断为电池堆处于不够湿 的状态。在日本特开平9-245826号公报中公开了通过如下方法来确 定湿度状态的方法预先在存储装置中存储包括一个或多个电 池单元的电池块的电压随时间的改变模式；测量各电池单元或电池块的电压随时间的改变模式；并将作为结果测得的电压模 式与所存储的模式进行比较。在曰本特开2005-228688号公报中，为多个电池单元中的每 一个测量电压。如果当影响负载或加湿状态的因素改变时最小 电池单元电压超过第一预定值，则电池单元一皮判断为湿，并且， 如果影响湿度的因素还在改变或已经结束了改变而电压降至低 于第二预定值，则判断的结果生效。
技术实现思路
然而，已经发现在日本特开2004-127915号公报中，不能区 分以下两种情况由于在电池内的通道中积累的水(过湿)和气 体分布发生变化而降低了电池电压的情况，以及由于电池内部 和电解质膜干燥(不够湿)而使反应效率和电池输出降低的情况。在日本特开2002-184438号公报中，基于电压降低了的电池 的位置来确定湿度状态，对于电池堆的端部由于电池温度低且 水分不易蒸发而确定为过湿，但对于电池堆的中部由于电池温 度高且水分容易蒸发而确定为不够湿。然而，在实际使用中， 电池堆的端部可能不够湿或电池堆的中部可能过湿，因此湿度 状态不取决于电池在电池堆中的位置。因而产生给出错误判断 的风险。此外，在日本特开平9-245826以及日本特开2005-228688号 公报中，不能区分以下两种情况由于在电池通道中收集的水 (过湿)和气体分布发生变化而使电池电压降低的情况，以及由 于电池内部和电解质膜干燥(不够湿)而4吏反应效率和电池输出 降低的情况。根据本专利技术的一个方面，提供了一种燃料电池温度确定方法，该方法基本包括确定燃料电池堆的多个独立电池的平均 电池电压与由独立电池输出的电压的最小电池值之间的绝对电 压差，将绝对电压差与第一预设值进行比较，基于绝对电压差 与第一预设值之间的比较，改变氧化剂气体的流量，并且在改 变了氧化剂气体的流量之后，基于绝对电压差的改变，确定燃 料电池堆中的湿度状态。通过以下结合附图、公开本专利技术优选实施例的详细说明， 对于本
的技术人员来说，本专利技术的这些和其它目的、 特征、方面以及优点将变得明显。附图说明现在参考构成本原始公开的 一 部分的附图图l是示出根据本专利技术第 一 实施例的燃料电池系统的整体 构造的示意框图2是示出根据本专利技术第一实施例用于确定燃料电池堆内 的湿度状态的方法的流程图3是示出当通过减少氧化剂气体的流量(flow rate)来改变湿度状态时的电压波形的图4是图3的局部放大图，示出图3中的A！时刻(稳定工作) 的电压波形；图5是图3的局部放大图，示出图3中的Bi时刻(过湿)的电压 波形；图6是图3的局部放大图，示出图3中的Ci时刻(缺氧)的电压 波形；图7是示出当燃料电池在运行(在拥挤路段行驶)时最小电 池电压随时间的改变的图8是图7的局部放大图，示出在图7中的A2时刻当燃料电池在运行(在拥挤路段行驶)时最小电池电压随时间的改变；图9是图7的局部放大图，示出在图7中的B2时刻当燃料电池 在运行(在拥挤路段行驶)时最小电池电压随时间的改变；图10是图7的局部放大图，示出在图7中的C2时刻当燃料电 池在运行(在拥挤路段行驶)时最小电池电压随时间的改变；图ll是根据本专利技术第二实施例用于确定燃料电池堆中的湿 度状态的处理的流程图12是示出根据本专利技术第二实施例在用于确定湿度状态的 方法中的最小电池电压与平均电池电压Va的差的实际测量的 例子的图13是示出根据本专利技术第三实施例用于确定燃料电池堆中 的湿度状态的方法的流程图。具体实施例方式现在将参考附图说明本专利技术所选的实施例。根据该公开， 本领域的技术人员明白以下对本专利技术实施例的说明仅用于例 证，其目的不在于如同权利要求书及其等同物定义本专利技术那样 限制本专利技术。下面将参考附图来说明本专利技术的实施例。在附图第一实施例首先参考图1,示出根据本专利技术第一实施例的燃料电池系 统。本实施例的燃料电池系统基本包括具有多个电池单元2 的燃料电池堆l、燃料气体(氢)通道3、氧化剂气体(空气)通道4、 氧化剂气体流量调节器5、电子负载(electric 1oad)6、第一电压 传感器8、多个第二电压传感器9(l) 9(n)、控制器IO、压缩机ll、 以及氢罐12。燃料电池堆1用于通过采用氢与氧之间的电化学反 应来产生电力。燃料气体(氢)通道3被连接到燃料电池堆1的阳极端。氧化剂气体(空气)通道4被连接到燃料电池堆1的阴极端。 压縮机ll和氧化剂气体流量调节器5被连接到氧化剂气体通道 4。氢罐12被连接到燃料气体通道3。电子负载6被连接到燃料电 池堆l。电池单元2#:电串4关并构成多个电池块7。电池单元2具有电 极对，其中作为电解质的固体电解质膜被夹在阳极与阴极之间。配置第一电压传感器8并用于测量由燃料电池堆l生成的电压 (下文称之为"燃料电池的总燃料电池电压，，)。配置第二电压传 感器9(1) 9(n)并用于测量各电池块7(1) 7(n)的电压 VCB( 1 ) VCB(n)。常量n的值对应于燃料电池堆1中所包含的电池 块7的数量。例如，在本专利技术的一个实施例中，燃料电池堆l具 有50个电池块7，常量n被设置为50。通过燃料气体通道3将氢罐12连接到燃料电池堆1，并且氲 罐12以高压贮存被供给燃料电池堆1的氢。贮存于氢罐12中的氲 气通过氢压调节阀(未示出)来降压至燃料电池堆1所需的氢压。通过氧化剂气体通道4将压缩机11连接到燃料电池堆1。压 缩机ll压缩空气，然后将空气供给氧化剂气体通道4。通过氧化剂气体通道4将氧化剂气体流量调节器5连接到燃 料电池堆1 ，并且氧化剂气体流量调节器5 据来自控制器10的 命令改变氧化剂气体的流量。例如，可以使用调节孔径以使气 体流量能够被控制的阀(节气阀)作为氧化剂气体流量调节器5。控制器10从第一电压传感器8和第二电压传感器9接收电压 信号，然后基于计算结果，向氧化剂气体流量调节器5输出控制 信号。控制器10包括平均电池电压计算器13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池湿度确定方法，包括：　确定燃料电池堆的多个独立电池的平均电池电压与由所述独立电池输出的电压的最小电池值之间的绝对电压差；　将所述绝对电压差与第一预设值进行比较；　基于所述绝对电压差与所述第一预设值之间的比较，改变氧化剂气体的流量；以及　在改变了所述氧化剂气体的流量后，基于所述绝对电压差的改变，确定所述燃料电池堆中的湿度状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：垣内孝宏，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]