燃料电池系统技术方案

本发明专利技术的燃料电池系统执行发电中断控制，以便当燃料电池的发电操作停止时，在发电使燃料电池的特定部分的温度达到一特定值或更高之后，停止发电操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统
本专利技术涉及一种燃料电池系统。更具体地，本专利技术涉及一种可安装在车辆如电车上的燃料电池系统。
技术介绍
近年来，关注的焦点集中在燃料电池上，其利用氢和氧的电化学反应产生电作为能量供给源。当采用聚合电解质的燃料电池或相似装置被保存在0℃或更低的温度范围内，当采用这样的电池的系统停止时，聚合电解质中和电极附近出现的湿气冻结，阻止所提供的燃气(氢气和空气)的气体扩散，因此聚合电解质的离子传导率降低。所以在燃料电池停止之后，在低温范围内燃料电池不能再活化，即使燃料电池能够被启动，发电效率也显著降低。根据上述情况，传统地，一种流体，如水，由燃烧加热器或相似的装置加热，然后经过加热的流体(温水)被提供给燃料电池，由此暖化燃料电池。在这种过程的情况下，由于燃料电池的热容较大，升高温度需要较长的时间，并且难于在较短的时间内启动燃料电池。为了确保在0℃或更低的温度范围内的稳定的可启动性(低温可启动性)，可以理解：在启动之前将燃料电池的内部设置为干燥的状态是有效的。通过防止燃料电池的内部的冻结来提高低温可启动性的相关技术已经被提出(例如，参看日本专利申请公开(JP-A)No.2002-208421)。即，当燃料电池的运行停止时，在通过分别将不含水的干燥的氢气和干燥的空气分别引入阳极侧和阴极侧使燃料电池干燥之后，燃料电池停止工作，所以，当燃料电池停止时，燃料电池的内部不会冻结。但是，尽管通过引进干燥的氢气和干燥的空气，管-->道和气流通道内的湿气可以被排出，仍然难于将聚合物电解质膜或电极组件或采用聚合物电解质膜的相似装置中出现的湿气去除。因此，尽管有可能防止因冻结或相似情况造成的损坏，低温可启动性并未得到改善。而且，即使干燥空气或相似物被加热并引入，由于燃料电池本身的热容较大，仅仅通过引入经过加热的气体或相似物，热并不能有助于干燥。因此，并不能实现对聚合物电解质膜或相似物的充分干燥或确保低温可启动性。并且，为了充分干燥聚合物电解质膜，需要大量的时间。有些文献还介绍了与上述技术不同的技术(例如，参看JP-ANo.11-273704和No.2001-102074)。尤其在燃料电池及其相似装置中，其内部配有采用聚合物电解质膜的电极组件，为了良好运转燃料电池，有必要将足够的燃料气体提供给电极部分的催化剂。但是，在上述出现的情况下，当不能完全去除电池内所残留的湿气时，因为停止时产生冻结，在启动时燃气不能到达催化剂，燃料电池不能产生电。当燃料电池安装在电车或相似装置上并被用作主要的能量供给源时，因为燃料电池有必要适应所有假设的运行环境进行运转，人们希望进一步稳定可操作性和在低于冰点的低温范围内的可重启动性。
技术实现思路
鉴于上述情况，完成了本专利技术。本专利技术的目的之一就是要提供一种燃料电池系统，其解决在低温环境下湿气的内部冻结的问题，并具有优秀的低温启动性。为了实现上述目的，依据本专利技术的燃料电池系统包括：燃料电池；以及执行发电中断控制的装置，其用来当燃料电池的发电操作停止时，在发电使燃料电池的特定部分的温度达到某一特定值或更高值之后停止发电。-->当燃料电池通常的发电操作停止时，本专利技术的燃料电池系统发电，使得燃料电池的特定部分的温度为某一特定值或更高值(例如，在高负载状态下)。燃料电池系统随后停止通常的发电操作。即，当燃料电池的内部温度没有达到干燥的温度时，燃料电池本身被制造为通过进一步发电来产生热以达到某一特定值或更高值。然后通过利用热，电池内的湿气作为水蒸气被有效地去除。因此，没有由于电池本身的吸热作用而产生的热消耗，电池内的残留湿气被转变为热效率优秀的水蒸气，并且水蒸气可以很容易地被去除。不仅出现在管道和气流通道内的湿气，并且存在于包括聚合物电解质膜的电池内的湿气，都能够被充分干燥并达到湿气的一定量，其如果冷却到冰点以下也不会冻结。例如，在该燃料电池(例如，聚合物电解质燃料电池或相似装置)中，其通过将氢气作为燃气提供给一个氢极(阳极)侧并将空气(氧)提供给一个氧极(阴极)侧进行发电，废气(阳极废气和阴极废气)分别从阳极侧和阴极侧排出。湿气，其在发电时由热变为水蒸气，加入到即将被排出的废气中。在发电过程中，在发电中断控制时，发电操作可以这样进行：低于特定值的燃料电池的特定部分被加热到某一特定值或更高值。过程所要进行的程度受负载量和操作时间或相似因素的影响。例如，执行在高负载状态下的发电(例如，电力供应给电热加热器和以高扭矩状态驱动的车辆马达)，其需要大量的电力供应；并且执行在停止一个冷却燃料电池或相似装置的冷却循环系统的状态下的发电。通过发电过程可以使燃料电池的温度升高一段较短的时间。燃料电池的特定部分的温度应当是探测到其中通过升温可以获得干燥效果的部分的温度。例如，可以利用靠近聚合物电解质膜如构成每个堆栈结构元件和离析器的聚合物电解质膜的温度，或利用排出供-->给每个堆栈结构元件的循环水(冷却水)的出口附近的水温。考虑到干燥效率，特定部分的温度可以设定为60到80℃或更高。停止发电操作的时间意味着，例如，停止供给氢气和空气(氧)的时间以及当用来发电的电化学反应(下文称为电池反应)停止时停止发电的时间。更具体地，是通常停止发电的时间，暂时停止发电的时间(例如，在输出待命的状态下，其在任何时间可以输出，如当车辆在等待交通灯时)，或者是出现问题时被迫停止的时间。该燃料电池可以具有一个包括多个堆栈结构元件的堆栈部分。发电中断控制可以在分开的多个堆栈结构中的至少一部分中执行。由于在堆栈部分的一部分中执行发电操作控制，只需要将电池中出现的湿气的一部分去除，因此可以更快地获得足够干燥的状态。优选地，发电操作可以通过利用堆栈结构元件来启动，其中，当在堆栈部分的一部分的堆栈结构元件中执行发电中断控制时，在再活化时执行发电中断控制。即，由于只在堆栈部分的一部分中执行发电中断控制，除了所述部分之外其中没有执行发电中断控制的其它的堆栈结构元件在停止时可能冻结。但是，当启动时其中执行发电中断控制的堆栈部分的一部分的堆栈结构元件并不是处在冻结状态。因此，整个系统可以被设置成为运行作好准备，同时利用由运转堆栈结构元件部分所产生的热为冻结的堆栈部分解冻。当外部温度(例如，车辆外的温度)为某一特定值或更低时，可以执行上述的发电中断控制。例如，当停止时意识到外部温度为某一特定值或更低时，可以自动执行发电中断控制。当在停止燃料电池的发电操作之后，外部温度为某一特定值或更低时，还可以通过手动打开车辆上所配备的转换开关来执行发电中断控制。本专利技术的燃料电池系统可以包括一种装置，其确定组成燃料电池-->的堆栈结构的内部是否处于干燥状态，其中当确定装置确定堆栈部分的内部不是处于干燥状态，发电操作被中断。特别地，当燃料电池的通常发电操作处于低负载状态时，即，当燃料电池的通常发电操作从这样的状态被停止时：燃料电池的特定部分的温度没有达到某一特定值或更高，例如，当发电操作从这样的状态被停止时：通过电池反应具有更低的加热值的发电，以及启动之后很快停止发电时，残留在电池内的湿气可以被所配备的确定装置识别，以确定组成燃料电池的堆栈部分的内部是否处于干燥状态。当确定燃料电池的内部不是处于干燥状态时，可以有选择地执行发电中断控制。因此，不需要进行不必要的发电，并且用于发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统包括：发电中断控制装置，用于执行发电中断控制，以便当燃料电池的发电操作停止时，在发电使燃料电池的特定部分的温度达到一特定值或更高之后，停止发电操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-4-9 104957/20031.一种燃料电池系统包括：发电中断控制装置，用于执行发电中断控制，以便当燃料电池的发电操作停止时，在发电使燃料电池的特定部分的温度达到一特定值或更高之后，停止发电操作。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述发电中断控制装置执行发电中断控制，以便当燃料电池的发电操作停止时，在特定的高负载状态下发电之后，停止发电操作。3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中燃料电池系统包括一个堆栈部分，其具有多个堆栈结构元件，并且发电中断控制在所述多个堆栈结构元件中的至少一部分中执行。4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其中，在启动时，发电操作由其中已执行了发电中断控制的所述堆栈结构元件执行。5.如权利要求1至4中任何一项所述的燃料电池系统，其中，当外部温度为一特定值或更低时，执行发电中断控制。6.如权利要求1至5中任何一项所述的燃料电池系统，还包括确定所述堆栈部分的内部部分是否处于干燥状态的装置，其中，当进行确定的干燥确定装置确定所述堆栈部...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅野善仁，平形修二，
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]