燃料电池系统技术方案

即使在低于冰点或相似条件的低温时也能够正确驱动的燃料电池系统。该燃料电池系统包括燃料电池堆栈（１０），管道（２４，４４），压力调节器（３０，４８），以及控制元件（１６）。管道（２４，４４）从燃料电池堆栈（１０）排出用于发电的氢或空气。压力调节器（３０，４８）根据负载的大小调节提供给燃料电池堆栈和从燃料电池堆栈排出的气体的压力。控制元件（１６）判断压力调节器（３０，４８）是否有冻结的可能性，并且当判断有冻结的可能性时，阻止压力调节器（３０，４８）的开放程度变得低于预定的开放程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统相关申请的交叉引用根据35 USC119，对于日本专利申请号2003-105204，该申请声明优先权：在本文的参考文献中包括对该专利的公开。
本专利技术涉及燃料电池系统的驱动控制，该燃料电池系统通过氢和氧的电化学反应产生电。
技术介绍
近年来，利用氢和氧的电化学反应来发电的燃料电池作为能源成为关注的焦点。例如，一种燃料电池，亦即固体聚合物电解质燃料电池，具有下述结构，所述结构配有一堆多个分层的电池，其通过用氢电极(在下文中称其为阳极)和氧电极(在下文中称其为阴极)从两侧夹住固体聚合物电解质层形成。在燃料电池中，氢气被提供给阳极，作为燃料，而空气被提供给阴极，作为氧化剂。提供给燃料电池的阳极的氢与阳极的催化剂反应，从而产生氢离子。这些氢离子穿过固体聚合物电解质层，启动与阴极的氧的电化学反应，从而产生电。燃料电池中电化学反应所需的氢气和空气的供给量(在下文中称其为“反应气体”)根据施加给燃料电池的负载而变化。因此，提出了一种燃料电池系统，其中，通过根据负载的大小，控制压力调节阀(压力调节器)或相似装置的开放程度，使得每种气体的流分布均匀，并且提高了燃料电池的发电效率(例如，参看日本专利申请公开(JP-A)No.7-302603)。-->但是，在燃料电池的运行过程中，氢和氧的电化学反应伴随着水的产生。产生的水被用来冷却燃料电池系统，并且，为了防止其进入压力调节器-驱动部分或相似部件，运转排气装置，从而将水排到燃料电池之外(例如，参看JP-A No.2002-305017)。如果燃料电池系统低于冰点或相近温度，或者驱动被停止了一段时间，存在这样的风险：残留在系统内的水有可能在这样一些地方冻结：如阀、泵以及相似的地方。具体地，在如上所述驱动压力调节器的燃料电池系统中，当在低于冰点或相近温度的非常低的温度下根据负载的大小控制系统时，存在这样的风险：压力调节器有可能在关闭状态下被冻结，当阀关闭时，阀有可能咬入冰(被冰冻住)，或出现相似情况，并且压力调节器的阀装置可能变得不能正确驱动和/或被损坏。而且，即使在水被如上所述的排气装置排出系统的情况下，仍然不可能防止水附着在压力调节器上。因此，同样的问题可能仍会出现。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种燃料电池系统，即使在低于冰点或相近温度的非常低的温度下也能够正确驱动。本专利技术的第一方面的燃料电池系统是这样一种燃料电池系统，它包括：燃料电池；气体供给/排放装置，其将用于发电的气体提供给燃料电池或从燃料电池排出，该气体供给/排放装置配有至少一个阀；冻结判断装置，用来判断在包括至少一个阀的预定位置是否有冻结的可能性；以及控制装置，当冻结判断装置判断有冻结的可能性时，其用来阻止至少一个阀的开放程度变得小于预定的开放程度。本专利技术的第二方面的燃料电池系统是这样一种燃料电池系统，它-->包括：燃料电池；气体供给/排放装置，其将用于发电的气体提供给燃料电池或从燃料电池排出；压力调节器，其被安装在气体供给/排放装置上并且根据负载的大小调节提供给燃料电池或从燃料电池排出的气体的压力；冻结判断装置，用来判断在包括压力调节器的预定位置是否有冻结的可能性；以及控制装置，当冻结判断装置判断有冻结的可能性时，其用来阻止压力调节器的开放程度变得小于预定的开放程度。本专利技术的第三方面的燃料电池系统是这样一种燃料电池系统，它包括：通过气体反应发电的燃料电池；将气体提供给燃料电池或从燃料电池排出的气体元件，该气体元件配有至少一个阀；以及用于控制至少一个阀的开放程度的控制元件，当气体元件的至少一个阀有冻结的可能性时，该控制元件控制以阻止至少一个阀的开放程度变得小于预定值。本专利技术的第四方面的燃料电池系统是这样一种燃料电池系统，它包括：通过气体反应发电的燃料电池；将气体提供给燃料电池或从燃料电池排出的气体元件；压力调节器，其被安装在气体元件上，用于调节提供给燃料电池或从燃料电池排出的气体的至少一种的压力；以及控制元件，当气体元件的压力调节器有冻结的可能性时，其用来阻止压力调节器的开放程度变得小于预定值。该控制器可以是可编程的，它的程序包括以下步骤：判断气体元件的压力调节器是否有冻结的可能；并且当判断有冻结的可能时，控制压力调节器以阻止压力调节器的开放程度变得小于预定值。根据本专利技术的燃料电池系统，在燃料电池系统(特别是压力调节器)有可能冻结的情况下，如在温度非常低或相似的条件下，能够阻止压力调节器变得低于某一开放程度。这样，有可能防止由冻结引起的压力调节器的驱动不良或压力调节器咬入冰(被冰冻住)。因此，-->可以防止这样的情况出现：压力调节器在关闭状态下被冻结并且不可能打开，和/或压力调节器被损坏，从而防止燃料电池的损坏。判断是否有可能冻结的对象位置，是包括压力调节器的预定位置，可以是压力调节器本身，可以是它的驱动系统，也可以是整个燃料电池系统。当本专利技术的燃料电池系统配备用于探测温度的温度探测器(装置)时，当探测到的温度低于预定温度时，可以判断有可能冻结。据此，通过参照探测到的温度，可以判断冻结的风险，并且可以更准确地判断冻结的风险。温度探测器可以探测任何位置的温度，只要该温度可以确定冻结的可能性，如外部空气的温度，即燃料电池外的温度(在该情况下，当燃料电池系统被安装在车辆上，可以是车辆外的温度)，压力调节器或其附近的温度，燃料电池本身的温度，管道的温度，或相似的温度。注意：用于判断本专利技术的燃料电池中的冻结可能性的参量并不局限于上述的温度，还可以是驱动元件的压力，电元件的电压或相似参量。在判断有冻结的可能性的情况下，压力调节器的控制元件(控制器/装置)可以使压力调节器的开放程度固定在一个预定的开放程度或更高程度。这样，可以更可靠地防止被冰冻住或相似的情况。而且，可以避免在冻结时由于被驱动而对压力调节器造成的损坏。而且，通过本专利技术的燃料电池系统，当燃料电池停止时，压力调节器可以被控制元件固定在预定的开放程度或更高程度。因此，由于当燃料电池启动时，调节器必然处于开放的状态，所以可以防止不利效应的出现，如当燃料电池停止时，压力调节器被冻结并且不能打开；反应气体压力变得非常高并且燃料电池系统被损坏，或是相似情况。-->注意：当燃料电池停止时，使压力调节器的开放程度固定在预定的开放程度或更高程度的控制不必与前述的冻结判断联系在一起，可以是一种独立的模式。无需限制燃料电池的种类即可应用本专利技术的燃料电池系统，但对于固体聚合物电解质燃料电池尤其出色。而且，优选这样的模式：其中，压力调节器被安装在来自将电解质层夹在中间的氧电极的排气系统(下文中称其为阴极废气系统)上。这是因为：在固体聚合物电解质燃料电池中，用加湿装置将水和反应气体混合以保持固体聚合物电解质层的离子传导率是必需的，并且因为电化学反应在阴极废气系统中产生了水。有可能将上述不同特点适当结合和/或略去一个或几个特点实现本专利技术。而且，本专利技术的燃料电池系统并不局限于上述的结构，还可以通过不同的模式构成，如用来控制燃料电池系统、控制过程等等的启动的装置。附图说明图1为显示与本专利技术的实施例相关的燃料电池系统的整体结构的示意图；图2为显示由控制元件控制压力调节器的顺序的流程图；图3为显示判断压力调节器的冻结可能性的过程的顺序的流程图；图4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；气体供给／排放装置，用来将用于发电的气体提供给所述燃料电池或从所述燃料电池排出，所述气体供给／排放装置配有至少一个阀；冻结判断装置，用于判断在包括至少一个阀的预定的位置是否有冻结的可 能性；以及控制装置，当所述冻结判断装置判断有冻结的可能性时，其用来阻止所述至少一个阀的开放程度变得小于预定的开放程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-4-9 105204/20031.一种燃料电池系统，包括：燃料电池；气体供给/排放装置，用来将用于发电的气体提供给所述燃料电池或从所述燃料电池排出，所述气体供给/排放装置配有至少一个阀；冻结判断装置，用于判断在包括至少一个阀的预定的位置是否有冻结的可能性；以及控制装置，当所述冻结判断装置判断有冻结的可能性时，其用来阻止所述至少一个阀的开放程度变得小于预定的开放程度。2.一种燃料电池系统，包括：燃料电池；气体供给/排放装置，用来将用于发电的气体提供给所述燃料电池或从所述燃料电池排出；压力调节器，其被安装在所述气体供给/排放装置上，并根据负载的大小调节提供给所述燃料电池或从所述燃料电池排出的气体的压力；冻结判断装置，用于判断在包括所述压力调节器的预定的位置是否有冻结的可能性；以及控制装置，当所述冻结判断装置判断有冻结的可能性时，其用来阻止所述压力调节器的开放程度变得小于预定的开放程度。3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述冻结判断装置包括用于探测所述燃料电池系统的预定位置的温度的温度探测装置，并且当所述温度探测装置探测到的温度低于预定温度时，判断有冻结的可能性。4.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述冻结判断装置包括用于探测外部空气温度的温度探测装置，并且当所述温度-->探测装置探测到的温度低于预定温度时，判断有冻结的可能性。5.如权利要求2到4中任何一项所述的燃料电池系统，其中，当所述冻结判断装置判断有冻结的可能性时，所述控制装置将所述压力调节器固定在至少预定的开放程度。6.如权利要求2到5中任何一项所述的燃料电池系统，其中，当所述燃料电池停止时，所述控制装置将所述压力调节器固定在至少预定的开放程度。7.如权利要求2到6中任何一项所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池包括固体聚合物电解质燃料电池，所述气体供给/排放装置包括阴极废气系统，并且所述压力调节器被安装在所述阴极废气系统上。8.一种燃料电池系统，包括：通过气体反应发电的燃料电池；气体元件，用来将气体提供给所述燃料电池或从所述燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅野善仁，
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]