燃料电池系统技术方案

提供一种燃料电池系统，其包括加热装置（１６），所述加热装置用于加热与燃料电池（１０）进行热交换的热介质，其中燃料电池（１０）通过由加热装置（１６）加热的热介质预热。所述系统包括：流量检测装置（１７），用于检测流经加热装置（１６）的热介质的流量；以及加热控制装置（２０），用于基于由流量检测装置（１７）检测出的热介质的流量控制加热装置（１６）。由此设置，可以防止燃料电池系统中热介质的过度加热，在所述燃料电池系统中对热介质进行加热以预热燃料电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过电化学反应产生电能的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池系统通过借助于电解质使诸如氢气的燃烧气体与含氧的氧化气体进行电化学反应来获得电能。因为这样的燃料电池系统具有限定的允许发电的工作温度，所以它有时设置为：如果燃料电池的温度没有达到工作温度——例如在起动时，则迅速加热(预热)燃料电池以达到允许发电的温度。此外，因为在工作温度太高时燃料电池系统的发电效率降低，所以它设置为：如果燃料电池的温度太高，则使用诸如散热器的热交换装置与外部空气进行热交换以冷却热介质，然后使用冷却的热介质来冷却燃料电池。一种传统类型的燃料电池系统是其中使用由燃料燃烧型加热器进行加热的热介质和从这样的加热器获得的排气来预热燃料电池的燃料电池系统(例如参见日本专利申请公开公报2001-155753号)。采用这种类型的燃料电池系统，即使在所述燃烧型加热器刚刚起动后且热介质的温度仍然较低时，也可以利用经加热的热介质和所述排气迅速地预热燃料电池。另一种传统类型的燃料电池系统是其中利用用于燃烧从燃料电池排出的氢气的氢气燃烧器的热对热介质进行加热且使用经加热的热介质预热燃料电池的燃料电池系统，在此系统中，在氢气燃烧器和热介质之间的热交换器的下游设置了中间热交换装置，使热介质在其中进行循环，从而氢气燃烧器的热通过中间热交换装置释放(例如参见日本专利申请公开公报2004-235075号)。采用这种类型的燃料电池系统，氢气燃烧器的热能够通过中间热交换装置释放，且可以减少对与氢气燃烧器热接触的热介质的加热。因此，可以防止用于冷却燃料电池的热介质的过度温升。除了上述的文献之外，日本专利申请公开公报6-304087号、日本专利申请公开公报1-169269号以及日本专利申请公开公报2003-249251号也揭示了与燃料电池系统相关的技术。-->
技术实现思路
在传统的燃料电池系统中，燃料电池的温度被输入到电子控制单元(ECU)中并且ECU根据基于燃料电池温度预先设定的程序来调节上述加热器、热介质的循环路径等。因此，当ECU正常工作时，响应于对热介质的过度加热，停止加热器或者以冷却热介质的方式循环热介质，从而可以防止对热介质的过度加热。然而，当ECU非正常工作时，未以适当的方式停止加热器或者未以冷却热介质的方式循环热介质，从而冷却水可能被过度加热。具体地，如果热介质不在加热器中流动，则作为待加热目标的热介质可能保留在加热器中而没有循环，从而，热介质可能被急剧地加热到沸腾。此外，在传统的燃料电池系统中，设置有温度传感器以检测通过加热器加热的热介质的温度，且基于所检测出的热介质的温度停止加热器。然而，因为在经加热的热介质抵达温度传感器之前有一定的时间延迟，所以加热器的停止可能延迟，这可能进一步导致对热介质的过度加热。考虑到上述的各种问题，本专利技术的一个技术目的是提供一种燃料电池系统，其中对热介质进行加热以预热燃料电池并且可以防止对热介质的过度加热。本专利技术提供一种燃料电池系统，其包括：燃料电池，其通过电化学反应获得电能；温度检测装置，用于检测所述燃料电池的温度；热介质循环路径，与所述燃料电池进行热交换的热介质在所述热介质循环路径中循环；热介质泵，用于使所述热介质在所述热介质循环路径中循环；热交换装置，用于冷却所述热介质，所述热交换装置设置在所述热介质循环路径上；热交换装置旁路，所述热介质在所述热交换装置旁路中循环以绕过位于所述热介质循环路径上的所述热交换装置；热介质流量控制装置，用于基于由所述温度检测装置检测出的所述燃料电池的温度来控制流经所述热交换装置旁路的热介质与流经所述热介质循环路径的热介质至少其中之一的流量；加热装置，用于加热所述热介质，所述加热装置设置在所述热交换装置旁路上；流量检测装置，用于检测流经所述热交换装置旁路的热介质的流量；以及加热控制装置，用于基于由所述流量检测装置检测出的热介质的流量来控制所述加热装置。-->依据本专利技术的燃料电池系统基于由所述温度检测装置检测出的所述燃料电池的温度来控制流经所述热介质循环路径的热介质与流经所述热交换装置旁路的热介质至少其中之一的流量。分别地，流经所述热介质循环路径的热介质由所述热交换装置冷却，而流经所述热交换装置旁路的热介质由所述加热装置加热。依据本专利技术的燃料电池系统使用经冷却或经加热的热介质来冷却或加热燃料电池。在燃料电池还没有达到允许发电的温度从而需要预热的情形下，对热介质流量进行控制的示例可以包括：使热介质仅仅流经其上设置有加热装置的热交换装置旁路，即，允许热介质仅仅流经加热装置而不流经热交换装置；允许较大流量的热介质流经加热装置；以及允许较小流量的热介质流经热交换装置。由此，通过以这种方式控制热介质的流量，可以利用已经被加热的热介质来预热燃料电池。另一方面，在燃料电池处于高温的情形下，对热介质流量进行控制的示例可以包括：允许热介质仅仅流经热交换装置而不流经加热装置；允许较大流量的热介质流经热交换装置；以及允许较小流量的热介质流经加热装置。由此，通过以这种方式控制热介质的流量，可以利用已经被冷却的热介质来降低燃料电池的温度。依据本专利技术的燃料电池系统可以包括：流量检测装置，用于检测流经加热装置的热介质的流量；以及加热控制装置，用于基于所检测出的流量来控制加热装置，从而可以基于流经加热装置的热介质的流量来控制加热装置。由此，只有在流量适当的热介质流经加热装置时，才可以操作加热装置，或者可以采用基于流经加热装置的热介质的流量来防止对热介质的过度加热的方式控制加热装置。由此，通过检测流经加热装置的热介质的流量以及基于所检测出的流量控制加热装置，可以防止对热介质的过度加热并保持其不会达到沸腾，从而避免燃料电池系统的故障。优选地，加热控制装置可基于由流量检测装置检测出的热介质流量来控制加热装置的起动和停止。在此情形下，加热控制装置以基于由流量检测装置检测出的热介质流量来防止对热介质的过度加热的方式控制加热装置。可以通过各种设置来控制加热装置，所述各种设置包括基于检测出的热介质流量来起动或停止加热装置的设置、基于检测出的流量来增加或减少加热装置的加热量的设置，等等。-->然而，依据本专利技术的加热控制装置仅需要保持热介质的温度不高于使热介质沸腾的温度，而不必一定要提供任何微小的温度控制。由此，优选地，所述加热控制装置的设置尽可能地简单，并且基于热介质流量来起动或停止加热装置的设置是更为合适的。采用此设置，可以简化由加热控制装置进行的控制，从而实现防止故障以及降低费用。此外，在依据本专利技术的燃料电池系统中，优选地，流量检测装置根据流入加热装置的热介质与流出加热装置的热介质之间的压差来检测流经热交换装置旁路的热介质的流量。因为所述加热装置在存在流经加热装置的热介质时起阻抗作用，在热交换装置旁路中，流入加热装置之前的热介质和流出加热装置之后的热介质彼此可具有不同的压力。另一方面，在加热装置中没有热介质流动、或者仅有少量的热介质在其中流动的情形下，在热交换装置旁路中，流入加热装置之前的热介质和流出加热装置之后的热介质可以没有压差或仅有小量的压差。从而，可以通过检测流入加热装置之前的热介质和流出加热装置之后的热介质之间的压差来检测流经加热装置的热介质的流量。另外，与使用流量计等来检测流量的那些设置相比，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：燃料电池，其通过电化学反应获得电能；温度检测装置，用于检测所述燃料电池的温度；热介质循环路径，与所述燃料电池进行热交换的热介质在所述热介质循环路径中循环；热介质泵，用于使所述热介质在所 述热介质循环路径中循环；热交换装置，用于冷却所述热介质，所述热交换装置设置在所述热介质循环路径上；热交换装置旁路，所述热介质在所述热交换装置旁路中循环以绕过位于所述热介质循环路径上的所述热交换装置；热介质流量控制装置 ，用于基于由所述温度检测装置检测出的所述燃料电池的温度来控制流经所述热交换装置旁路的热介质与流经所述热介质循环路径的热介质的至少其中之一的流量；加热装置，用于加热所述热介质，所述加热装置设置在所述热交换装置旁路上；流量检测装 置，用于检测流经所述热交换装置旁路的热介质的流量；以及加热控制装置，用于基于由所述流量检测装置检测出的热介质的流量来控制所述加热装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-5-26 154025/20051.一种燃料电池系统，包括：燃料电池，其通过电化学反应获得电能；温度检测装置，用于检测所述燃料电池的温度；热介质循环路径，与所述燃料电池进行热交换的热介质在所述热介质循环路径中循环；热介质泵，用于使所述热介质在所述热介质循环路径中循环；热交换装置，用于冷却所述热介质，所述热交换装置设置在所述热介质循环路径上；热交换装置旁路，所述热介质在所述热交换装置旁路中循环以绕过位于所述热介质循环路径上的所述热交换装置；热介质流量控制装置，用于基于由所述温度检测装置检测出的所述燃料电池的温度来控制流经所述热交换装置旁路的热介质与流经所述热介质循环路径的热介质的至少其中之一的流量；加热装置，用于加热所述热介质，所述加热装置设置在所述热交换装置旁路上；流量检测装置，用于检测流经所述热交换装置旁路的热介质的流量；以及加热控制装置，用于基于由所述流量检测装置检测出的热介质的流量来控制所述加热装置。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述热介质流量控制装置执行控制而使得：如果由所述温度检测装置检测出的所述燃料电池的温度低于第一预定温度，则使流经所述热交换装置旁路的热介质的流量大于流经其上设置有所述热交换装置的所述热介质循环路径的热介质的流量；以及如果由所述温度检测装置检测出的所述燃料电池的温度等于或大于第二预定温度，则使流经其上设置有所述热交换装置的所述热介质循环路径的热介质的流量大于流经所述热交换装置旁路的热介质的流量。-->3.一种燃料电池系统，包括：燃料电池，其通过电化学反应获得电能；热介质循环路径，与所述燃料电池进行热交换的热介质在所述热介质循环路径中循环；热介质泵，用于使所述热介质在所述热介质循环路径中循环；热交换装...

【专利技术属性】
技术研发人员：木全充，
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]