燃料电池系统技术方案

本发明专利技术的燃料电池系统在燃料电池的停止发电期间向燃料电池供应氧化气体。由此，即使发电自身停止也维持足以与残留的燃料气体继续进行反应的氧化气体量，因此可以保护电解质膜免受因缺氧而导致的损坏。此外，本发明专利技术的燃料电池系统不仅可以用于间歇运行中，而且还可以作为因其他原因而引起的燃料电池的停止发电或燃料电池系统的完全停止运行时的措施来应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统
本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
在燃料电池系统中，当在其停止发电时，会发生交叉泄漏(cross1eak)，即残留在燃料电池内的正极一侧的氢气透过电解质膜而向负极一侧移动，并且负极一侧的空气中的氧气和氮气透过电解质膜而向正极一侧移动。若发生交叉泄漏就会损坏电解质膜，因此，为了防止所述交叉泄漏，例如在专利文献1中公开了以下燃料电池停止方法：当停止发电时，使从燃料电池的负极排出的排出气体再循环而将其供应给负极，并通过排出气体中的残留的氧来继续进行发电，然后在发电电压达到规定值以下时停止发电。专利文献1：日本专利文献特开2003-115317号公报。
技术实现思路
然而，根据上述的公知技术，由于残留氧的浓度逐渐降低，所以必须以一定的转数驱动用于使氧气循环的压缩机，因此不能称之为燃耗(mileage)优良的停止运行方法。另外，上述的公知技术涉及燃料电池系统的完全停止运行时的运行方法，并不是用于抑制间歇运行的停止发电期间的燃料电池的电解质膜劣化的技术。该间歇运行是指重复燃料电池的发电和停止发电的运行模式。根据申请人的经验，在间歇运行的停止发电期间，如果燃料电池的电解质膜表面断断续续地产生缺氧状态，则会观测到燃料电池的耐久性下降的现象。如果在残留有氢气的状态下氧化气体的供应量减少，则二者会在电解质膜内发生电化学反应，从而造成电解质膜受热(反应热)而劣化。-->也就是说，通过如上述公知技术所公开那样的燃料电池停止方法来消耗残留氧的方法并不适于抑制间歇运行的停止发电期间的电解质膜劣化，在所述间歇运行中频繁地重复正常发电和停止发电。因此，本专利技术是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种控制方法以及使用该控制方法的燃料电池系统，该控制方法能够在抑制电解质膜损坏和热劣化的情况下使燃料电池系统停止发电，并且不使燃耗恶化。为了解决上述问题，本专利技术的燃料电池系统具有燃料电池，在停止发电期间向该燃料电池供应氧化气体。如上所述，在传统的燃料电池系统中，如果不顾系统整体处于运行当中、因为进入了停止发电期间而停止向燃料电池供应氧化气体的话，则电解质膜可能会产生损坏或热劣化。对此，根据本专利技术，即使燃料电池处于停止发电期间也供应氧化气体，因此能够避免由于缺乏氧化气体而引起以往的问题。“燃料电池的停止发电期间”是指燃料电池系统处于运行当中、但停止燃料电池自身的发电的情况，例如可以例举间歇运行中的停止发电期间。但是，本专利技术不仅可以用于间歇运行中，而且还可以作为因其他原因而引起的燃料电池的停止发电或燃料电池系统的完全停止运行时的措施来应用。此外，优选在燃料电池的停止发电期间断续地向燃料电池供应氧化气体。根据该结构，通过不改变每单位时间的氧化气体的供应量、而是重复进行有供给和无供给的运行操作(供应和不供应)，能够在停止发电期间供应适量的氧化气体。或者，还优选在燃料电池的停止发电期间持续地向燃料电池供应氧化气体。根据该结构，例如如果改变氧化气体的供应量而连续地供应氧化气体的话，则能够在停止发电期间供应适量的氧化气体。另外，优选将在停止发电期间向所述燃料电池供应的所述氧化气体供应量设为防止燃料电池缺氧的最低供氧量以上。根据该结构，如果预先设定为不会发生缺氧的氧化气体的供应量，则由于在停止发电期间供应该供应量以上的氧化气体，因此即使停止了发电自身也可以维持足以与残留的-->燃料气体继续进行反应的氧化气体量。由此，可以保护电解质膜免受因缺氧而导致的损坏和热劣化。这里，优选确保氧化气体的供应量以使氧化气体流在燃料电池内(例如隔板表面)均匀。根据该结构，能够进一步防止局部产生缺氧状态或发生热劣化的情形。而且，也可以将燃料电池的停止发电期间的氧化气体的供应量维持在与燃料电池的过干燥区域的下限对应的供应量以下。此外，本专利技术的燃料电池系统包括燃料电池和向该燃料电池供应氧化气体的驱动单元，该驱动单元在燃料电池的停止发电期间从外部引入比该燃料电池的发电期间少的供应量的氧化气体。所述的结构也不仅可以用于间歇运行中，而且还可以作为因其他原因而引起的燃料电池的停止发电或燃料电池系统的完全停止运行时的措施来应用。根据该结构，由于在燃料电池的停止发电期间以少于发电期间的供应量供应氧化气体，所以能够尽量地抑制由驱动单元消耗的电能。另一方面，由于以所述少的供应量供应的氧化气体是从外部引入的，从而可以确保充足的氧气浓度，因此还能够抑制在燃料电池中产生变为缺氧状态的部分。更具体来说，优选将燃料电池的停止发电期间的氧化气体的供应量维持在使驱动单元的消耗功率达到规定值以下的供应量。另外，当燃料电池从发电期间转为停止发电期间时，优选逐渐减少向燃料电池供应的氧化气体的每单位时间的平均供应量。通常，在发电期间供应充足的氧化气体，因此在停止发电期间有发电期间供应的氧化气体会残留下来的趋势。根据该结构，由于可以考虑残留的氧化气体的量而逐渐地减少氧化气体的供应量，所以能够使燃料电池稳定且快速地停止，而不会因急剧停止而产生局部的缺氧状态。此外，当持续(连续)地供应氧化气体时，优选线性或渐近线性(一次曲线或渐近线)地减少向燃料电池供应该氧化气体的供应量。此时，作为逐渐减少氧化气体的有效且具体的步骤，可以举出：进行以不引起缺氧的间隔(时间间隔)来重复氧化气体的供应和不供应的断续-->供应、并在将供应期间的每单位时间的供应量保持为恒定的情况下不断地延长该时间间隔或者供应期间的方法；在保持固定的时间间隔的情况下逐渐地减少断续供应的供应期间中的每单位时间的氧化气体的供应量的方法；或者它们的混合方法(组合实施这些方法的方法)等。换句话说，本专利技术的燃料电池系统是每隔规定的时间间隔就以规定的期间、规定的每单位时间的供应量向所述燃料电池供应氧化气体的系统，其中，可以逐渐地延长规定的时间间隔、或者逐渐地缩短规定的期间、或者逐渐地减少规定的每单位时间的供应量，或者也可以通过将它们的一部分或全部组合起来而使氧化气体的供应量逐渐减少。此外，根据另一个观点，本专利技术提供的一种燃料电池系统的特征在于，在燃料电池的停止发电期间向燃料电池供应氧化气体。此外，优选在燃料电池的停止发电期间断续地向燃料电池供应所述氧化气体。此外，还优选在燃料电池的停止发电期间持续地向燃料电池供应氧化气体。另外，燃料电池的停止发电期间的氧化气体的供应量优选在防止燃料电池缺氧的最低供氧量以上。另外，本专利技术提供的一种具有供应氧化气体的驱动单元的燃料电池系统的特征在于，在燃料电池的停止发电期间，通过驱动单元从外部引入比燃料电池的发电期间少的供应量的氧化气体。此外，当燃料电池从发电期间转为停止发电期间时，优选逐渐地减少氧化气体的每单位时间的平均供应量。如上所述，根据本专利技术，即使在燃料电池的停止发电期间也向燃料电池供应氧化气体，因此，能够在抑制电解质膜损坏或热劣化的情况下使燃料电池停止发电，并且不使燃耗恶化。附图说明图1是示出本专利技术燃料电池系统的第一实施方式的结构的整体图；图2是示出第一实施方式的燃料电池系统的动作(运行方法的步骤)-->的一个例子的流程图；图3是示意性地示出燃料电池的空气(氧化气体)供应量与因缺氧而引起的电解质膜的耐久性之间的关系的图；图4是示意性地示出燃料电池的空气(氧化气体)供应量与消耗功率之间的关系的图；图5是示意性地示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括燃料电池，在停止发电期间向所述燃料电池供应氧化气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-5-12 142139/20041.一种燃料电池系统，包括燃料电池，在停止发电期间向所述燃料电池供应氧化气体。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，在所述停止发电期间断续地向所述燃料电池供应所述氧化气体。3.如权利要求1所述的燃料电池系统，在所述停止发电期间持续地向所述燃料电池供应所述氧化气体。4.如权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，将在所述停止发电期间向所述燃料电池供应的所述氧化气体的供应量设为防止该燃料电池缺氧的最低供氧量以上。5.一种燃料电池系统，包括燃料电池和向该燃料电池供应氧化气体的驱动单元，所述驱动单元在所述燃料电池的停止发电期间从外部引入比该燃料电池的发电期间的供应量少的氧化气体。6.如权利要求1至5中任一项所述的燃料电池系统，当所述燃料电池从发电期间转为停止发电期间时，逐渐减少向所述燃料电池供应的所述氧化气体的每单位时间的平均供应量。7.如权利要求5或6所述的燃料电池系统，将所述燃料电池的停止发电期间的所述氧化气体的供应量维持在使所述驱动单元的消耗功率达到规定值以下的供应量。8.如权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，将所述燃料电池的停止发电期间的所述氧化气体的供应量维持在与...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴田和则，近藤政彰，
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]