燃料电池系统和移动体技术方案

公开了一种燃料电池系统（１），包括燃料电池（１０）和蓄电装置（１２），燃料电池通过燃料气体与氧化气体的反应来产生电能，并且燃料电池系统构造成当所述燃料电池的操作停止时执行扫气操作，用于通过使用从所述蓄电装置（１２）提供的电能将气体供给到所述燃料电池（１０），从而从所述燃料电池（１０）排出水分。所述燃料电池系统还包括控制装置（４），该控制装置用于设定所述燃料电池（１０）的运行条件，使得所述燃料电池（１０）在操作时的水分含量小于根据所述蓄电装置（１２）的状态设定的目标水分含量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池系统和移动体。
技术介绍
目前，已经设计了包括燃料电池的燃料电池系统，并将其投入实 际应用，其中该燃料电池用于通过接收反应气体(燃料气体和氧化气体) 来产生电能。当通过这种燃料电池系统产生电能时，在燃料电池中通 过电化学反应产生水分，并且该水分留在燃料电池的反应气体通道中， 结果可能妨碍反应气体的流动。当在低温(例如，低于冰点的温度)的环 境下运行燃料电池系统时，留在燃料电池的电极(催化剂层和扩散层) 中的水分会冻结，并且在某些情形下极大地恶化了起动性能。作为解决燃料电池中以这种方式产生的水分带来的各种问题的传 统技术，提出了一种技术(扫气技术)，其中当停止燃料电池的运行时向 反应气体通道供给干燥氧气或干燥氢气，从而从燃料电池去除水分。 近年来，提出了以如下方式进行扫气操作的技术估计电解质膜中含 有的水分含量，驱动并控制相应的装置(压縮机、泵等)使得该估计的水 分含量成为预定值(例如，参见日本专利申请公开No.2004-158274)。
技术实现思路
另外，当燃料电池的运行停止时，通过从蓄电装置(例如，二次电 池)提供的电能驱动和控制压縮机或电机来执行扫气操作，但是在低温 (例如，低于冰点的温度)的环境下，蓄电装置的供电能力恶化。因此， 即使使用上面专利公开中所述的技术，在低温环境下也无法充分地进 行扫气操作，所以水分残留在燃料电池中，并且在某些情形下燃料电 池无法有效地起动。了本专利技术，并且其目的是提供一种燃料 电池系统，其中即使在低温环境下也能够有效地起动燃料电池。为实现上述目的，根据本专利技术的燃料电池系统包括燃料电池和蓄 电装置，所述燃料电池用于通过燃料气体与氧化气体的反应来产生电 能，并且所述燃料电池系统构造成当所述燃料电池的操作停止时执行 扫气操作，用于通过使用从所述蓄电装置提供的电能将气体供给到所 述燃料电池中，从而从所述燃料电池排出水分其中所述燃料电池系 统包括控制装置，该控制装置用于设定所述燃料电池的运行条件，使 得所述燃料电池在操作时的水分含量小于根据所述蓄电装置的状态设 定的目标水分含量。根据该构造，可设定所述燃料电池的运行条件(温度、发电量等)， 使得所述燃料电池在运行时的水分含量小于根据所述蓄电装置的状态 设定的目标水分含量。例如，即使在假定由于所述蓄电装置的温度降 低引起供电能力的恶化而使从所述燃料电池排出的水分量变低的情形 下，当所述燃料电池的运行条件预先设定为较低水平时，所述燃料电 池在运行时的水分含量也可设定为小于预定的目标水分含量(例如，根 据所述蓄电装置的温度设定的量)。因此，即使在低温环境下停止所述 燃料电池的运行的情况下，也能够有效地从燃料电池的运行停止状态 起动燃料电池。在上述燃料电池系统中，所述控制装置可根据所述蓄电装置的温 度设定所述目标水分含量。在该情况下，通过当所述蓄电装置的温度 越低，所述控制装置将所述燃料电池的运行条件设定为越低的水平， 使得所述燃料电池在操作时的水分含量小于所述目标水分含量。结果，即使在假定由于所述蓄电装置的温度降低引起供电能力的 恶化而使从所述燃料电池排出的水分量变低的情形下，当所述燃料电4池的运行条件预先设定为较低水平时，所述燃料电池在运行时的水分 含量也可设定为小于目标水分含量。因此，即使在低温环境下停止所 述燃料电池的运行的情况下，也能够有效地从燃料电池的运行停止状 态起动该燃料电池。此外，优选地，所述燃料电池系统包括用于加热所述蓄电装置的 加热装置。因此，由于能够在低温环境下快速地加热所述蓄电装置，所以能 够快速地恢复所述蓄电装置的供电能力。另外，根据本专利技术的移动体包括上述燃料电池系统。根据该结构，由于所述移动体包括能够根据所述蓄电装置的状态设定所述燃料电池的运行条件的燃料电池系统，所以能够提供在低温 环境下具有优秀的起动性能的移动体。根据本专利技术，能够提供即使在低温环境下也能够有效地起动燃料 电池的燃料电池系统。附图说明图1为根据本专利技术实施例的燃料电池系统的结构图； 图2为电池温度与图1中所示燃料电池系统排出的水分量之间的 关系的图；以及图3为示出图1中所示燃料电池系统的运行方法的流程图。具体实施方式下面参考附图描述根据本专利技术实施例的燃料电池系统1。在本实 施例中，描述一个例子，其中本专利技术应用到燃料电池车辆S(移动体)的 车载发电系统。首先，参考图1和图2描述根据本专利技术实施例的燃料电池系统1 的结构。如图1中所示，根据本实施例的燃料电池系统1包括燃料电 池10，其通过接收反应气体(氧化气体和燃料气体)的供给来发出电能。 此外，该系统包括氧化气体管道系统2，其向燃料电池10供给作为 氧化气体的空气；氢气管道系统3，其向燃料电池10供给作为燃料气 体的氢气；控制器件4，其总地控制整个系统；二次电池12，当燃料 电池10的运行停止时(当停止发电时)或出现类似情况时，该二次电池12向系统的相应器件提供电能；以及其他类似装置。燃料电池10具有通过堆叠所需数量的层的单个电池而构成的堆 结构，该单个电池接收反应气体的供给以产生电能。燃料电池10发出 的电提供给电能控制单元(PCU)11。PCU11包括向燃料电池车辆S的牵 引电机供电的逆变器、向各种辅机(例如，压縮机电机和氢泵电机)供电 的逆变器、给二次电池12充电和从二次电池12给电机供电的DC-DC 转换器、和类似装置。二次电池12向牵引电机和各种辅机供电，从而提供电能辅助快速 加速和间歇运行(在燃料电池10的发电的停止期间)。另外，当燃料电 池10的运行停止时，二次电池12给压縮机电机等供电，从而实现扫 气操作(通过向燃料电池IO供应气体将水分从燃料电池IO排出)。也就 是说，二次电池12是根据本专利技术的蓄电装置的一个实施例。可使用镍 氢电池或锂离子电池作为二次电池12。在本实施例中，设有检测二次电池12的温度的温度传感器。将由 温度传感器检测的二次电池12的温度信息发送至控制器件4，并用在 燃料电池系统1的运行控制中。在本实施例中，设有用于加热二次电 池12的加热器(加热装置)。加热器的运行由控制器件4控制。即，当 温度传感器检测的二次电池12的温度不高于预定值(例如，20'C)时， 控制器件4自动地运行加热器来加热二次电池12。氧化气体管道系统2包括空气供给通道21，其将通过增湿器20 增湿的氧化气体(空气)供给到燃料电池10;空气排出通道22，其将从 燃料电池10排出的氧化废气引入增湿器20;以及排气通道23，其将 氧化废气从增湿器21导向外界。空气供给通道21设有压縮机24，其 从大气中获取氧化气体，以将该气体在压力下送入增湿器20。压缩机 24的运行由控制器件4控制。氢气管道系统3包括作为燃料供给源的氢罐30,其中存储高压 氢气；氢供给通道31，其将氢罐30的氢气供给到燃料电池10;及循 环通道32，其将从燃料电池10排出的氢废气返回到氢供给通道31。氢供给通道31设有中断或允许从氢罐30供给氢气的截止阀33、 及调节氢气压力的调节器34。在本实施例中，使用能够通过步进电机 改变供给压力目标值的可变压力调节系统的调节器34。截止阀33和调 节器34的运行由控制器件4控制。循环通道32通过气液分离器35和排气排液阀36连接到排气通道 37上。气液分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括燃料电池和蓄电装置，所述燃料电池用于通过燃料气体与氧化气体的反应来产生电能，并且所述燃料电池系统构造成当所述燃料电池的操作停止时执行扫气操作，用于通过使用从所述蓄电装置提供的电能将气体供给到所述燃料电池中，从而从所述燃料电池排出水分：其中所述燃料电池系统包括控制装置，该控制装置用于设定所述燃料电池的运行条件，使得所述燃料电池在操作时的水分含量小于根据所述蓄电装置的状态设定的目标水分含量。

【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：木崎幹士，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]