用于燃料电池系统的控制装置及相关方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于燃料电池系统的一种控制装置，该燃料电池系统有一个燃料电池堆，而该堆有一个供以氧化气体的氧化电极（１１ｂ）和供以燃料气体的燃料电极（１１ａ）以产生电功率，该控制装置有一个估计部件（１３）以估计是否发生水阻塞现象，在水阻塞现象中，凝结水呆在向燃料电池堆的燃料电极供给氢气所通过的燃料气体流通道中（ＨＬ，ＨＬ′），以及一个控制部件（１４），以控制燃料气体阀门（２６），它被安置在燃料电池堆的下游，以当估计部件估计发生水阻塞现象时燃料气体能够从燃料电池堆被排放，被置于一种打开状态。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池系统的控制装置及相关方法
本专利技术涉及用于燃料电池系统的一种控制装置及其相关方法，更具体地讲，涉及一种用于去除在燃料电池堆中的水的燃料电池系统控制装置及相关方法，其中装在车辆上燃料电池堆所产生的电功率被供至一个电动机以产生驱动功率。
技术介绍
用燃料电池系统，为了对燃料电池堆启动电功率产生反应，很可能出现这样的情况，其中由于要求水作为一种介质以使离子通过离子-交换膜，燃料气体和氧化气体是在一定湿度状况下供给的。以这样一种燃料电池系统，理想地讲，要求燃料气体和氧化气体保持100％的湿度而不产生多余的水。然而在实际情况下，由于过多的加湿水或由于伴随燃料电池堆电功率产生操作所产生的水，非常可能在燃料电池堆中的气流通道中保持过多的水份。当在气流通道中产生的水份量增加时，对于气体透过离子-交换膜就会遇到困难，从而引起电池电压下降，引起燃料电池堆的电功率产生效率的恶化。日本专利申请公开NO.2001-307757公布了一种结构，其中，当相对于燃料电池堆的一个平均单位电池功率输出数值，最小电池电压很低时，那么就作出这样的判断，即在燃料电池堆的气流通道中存在过度增加的水份，因而通过用与燃料电池堆相连通的吹洗阀门执行燃料气体的吹洗。另外，以这种燃料电池系统，虽然燃料电池堆产生电功率输出伴随着产生热量，然而因为要使一固态聚合物膜有效地产生电功率，操作温度必须保持在一有限范围内，从而必须让冷却剂流过燃料电池堆以使燃料电池堆保持在一个给定的温度范围内。这里，当考虑到在燃料电池堆-->内气体温度发生极大的增加，为了降低气体温度，要求冷却剂流通道位于气体流通道尽可能靠近的区域，从而使冷却剂靠近气流流动。为此目的，提供了这样的结构，其中让燃料气体和冷却剂沿着邻近的流动通道流动，这两通道通过一个多孔膜互相分开。另外，以这种燃料电池系统，在燃料电池堆被安装在一辆汽车上的情况下，非常可能用通过位于车辆前方并向燃料电池堆提供的散热器的气流来冷却冷却剂。
技术实现思路
另外，基于本专利技术者所作的研究，以这种燃料电池系统，虽然燃料电池堆产生电功率输出伴随着产生热量，然而因为要使一固态聚合物有效地产生电功率，操作温度必须保持在一有限范围内，从而必须要让冷却剂流过燃料电池堆以使燃料电池堆保持在一个给定的温度范围内。这里，当考虑到在燃料电池堆内气体温度发生极大的增加，为了降低气体的温度，要求冷却剂通道位于气体流通道尽可能靠近的区域，从而使冷却剂靠近气体流流动。为此目的，提供了这样的结构，其中让燃料气体和冷却剂沿着邻近的流动通道流动，这两通道通过一多孔膜互相分开。另外，以这种燃料电池系统，在燃料电池堆被安装在一辆汽车上的情况下，非常可能用通过位于车辆前方并向燃料电池堆提供的散热器的气流来冷却冷却剂。然而，根据本专利技术者所进行的研究，当燃料电池发动的车辆在高速公路上连续行驶时，因为燃料电池堆所产生的电功率输出的连续增加量，很可能冷却剂会达到一个高的温度，如果车辆从冷却剂温度保持在高水平的行驶状态转向一种游弋的行驶状态，可以相信，燃料电池堆将减小电功率输出的数值，与之相随将减小热量值，从而冷却剂温度将迅速下降。尤其在车辆速度高的情况下，因为通过散热器的气流增加，冷却剂温度非常可能迅速下降。在这种情况下，可以设想流过在燃料电池堆内气流通道中气体发生的快速温度下降使得送到燃料电池堆中去的气流中的水汽大量的凝结成-->液态水，而这液态水又流入燃料电池堆。在此情况下，可以设想进入气流通道的液态水的存在将堵住要透过离子交换膜的气体，从而引起电功率产生效率的快速恶化，并发生这种的可能性，也即即使用燃料气体吹洗，也难于恢复燃料电池堆的电功率产生效率。本专利技术是基于上述研究作出的，其目标是为燃料电池系统提供一种控制装置及其相关方法，其中即使当提供给燃料电池堆的气体的温度迅速下降时，也可能防止电功率产生效率恶化。为了达到上述目的，在本专利技术的一个方面中，为具有燃料电池堆的燃料电池系统提供一个控制装置，而该电池堆有一个氧化电极被供以氧化气体和一个燃料电极，被供以燃料气体以产生电功率，该控制装置包括：一个估计部件，以估计是否发生水-阻塞现象，当发生此现象时，在向燃料电池堆的燃料电极提供燃料气体的燃料气流通道中存在凝结水；以及一个控制部件以控制一个燃料气体排放阀门，该阀门配置在燃料电池的下游以在估计部件估计发生水-阻塞现象的情况下允许燃料气体从燃料电池堆排放，并进入一种打开的状态。换言之，在本专利技术的另一个方面中，为具有燃料电池堆的燃料电池系统提供了一个控制装置，而该堆有一个氧化电极被供以氧化气体和一个燃料电极被供以燃料气体以产生电功率，该控制装置包括：估计手段以估计是否发生水-阻塞现象，当发生此现象时，在向燃料电池堆的燃料电极提供燃料气体的燃料气流通道中存在凝结水；以及控制手段以控制燃料气体排放阀门，它配置在燃料电池堆的下游以在估计手段估计发生水阻塞现象的情况下允许燃料气体从燃料电池堆排放，并进入一种打开状态。同时，在本专利技术的又一个方面中，为具有燃料电池堆的燃料电池系统提供了一种控制方法，而该电池堆有一个被供以氧化气体的氧化电极和一个被供以燃料气体的燃料电极以产生电功率，该控制方法包括：估计是否发生水阻塞现象，在此现象中，在向燃料电池堆的燃料电极提供燃料气体的燃料气流通道中存在凝结水；以及控制一个燃料气体排放阀门，该阀门配置在燃料电池堆的下游，以在估计水-阻塞现象发生的情况-->下，允许燃料气体从燃料电池堆排放，并进入一种打开状态。附图说明图1是一张由燃料电池发动的汽车的结构框图，该汽车有按照本专利技术第一实施方案的一个燃料电池系统；图2是一张该实施方案燃料电池系统的功能结构框图；图3是一张该实施方案燃料电池系统的具体结构框图；图4是一张流程图，它给出由本实施方案燃料电池系统所实现的燃料气体排放阀门控制操作的操作顺序；图5A是一张关于一燃料电池堆电功率输出的定时图，以说明燃料电池系统的燃料气体排放阀门控制操作，其横坐标表示时刻t而纵坐标表示在本实施方案中的燃料电池堆的电功率输出Pw_STACK；图5B是一张关于冷却剂温度的定时图，用横坐标表示时刻t而纵坐标表示在本实施方案中的燃料电池堆的冷却剂温度T_LLC；图5C是一张关于汽车速率的定时图，用横坐标表示时间t而纵坐标表示在本实施方案中汽车速率VSP；图5D是一张关于最小电池电压的定时图，用横坐标表示时刻t而纵会标表示在本实施方案中的最小电池电压VC；图5E一张关于燃料气体排放阀门操作的定时图，用横坐标表示时刻t而纵坐标表示本实施方案燃料电池系统的燃料气体排放阀门开状态和关状态。图6是一张按照本专利技术第二实施方案燃料电池系统的功能结构框图；图7是一张流程图，它给出由该实施方案的燃料电池系统所实现的燃料气体排放阀门控制操作的操作顺序；图8是给出映射数据的一张图，其中根据对于一定大气温度和一定车辆速率时的冷却剂温度，改变水-阻塞发生估计标志，其中横坐标代表车辆速率VSP，而纵坐标代表本实施方案中的冷却剂温度T_LLC。图9是一张按照本专利技术第三实施方案的燃料电池系统功能结构框图；图10是一种流程图，它给出该实施方案的燃料电池系统所实现的燃-->料气体排放阀门控制操作的操作顺序；图11是一张流程图，它给出按照本专利技术第四实施方案的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于燃料电池系统的控制装置，该燃料电池系统具有燃料电池堆，燃料电池堆有供以氧化气体的氧化电极和供以燃料气体的燃料电极以产生电功率，该控制装置包括：一个估计部件，以估计水阻塞现象的发生，在水阻塞现象中，在向燃料电池堆的燃料电极提供燃料 气体所通过的燃料气体流通道中存在凝结水；以及一个控制部件，以在估计部件估计发生水阻塞现象的情况下控制燃料气体排放阀门进入一种打开状态，该阀门配置在燃料电池堆的下游，以便允许燃料气体从燃料电池堆排放。

【技术特征摘要】
JP 2002-7-5 197573/20021.用于燃料电池系统的控制装置，该燃料电池系统具有燃料电池堆，燃料电池堆有供以氧化气体的氧化电极和供以燃料气体的燃料电极以产生电功率，该控制装置包括：一个估计部件，以估计水阻塞现象的发生，在水阻塞现象中，在向燃料电池堆的燃料电极提供燃料气体所通过的燃料气体流通道中存在凝结水；以及一个控制部件，以在估计部件估计发生水阻塞现象的情况下控制燃料气体排放阀门进入一种打开状态，该阀门配置在燃料电池堆的下游，以便允许燃料气体从燃料电池堆排放。2.按照权利要求1的控制装置，其中燃料电池堆包括多个堆结构，每个堆结构有一个夹在一个氧化电极和一个燃料电极之间的电解质层。3.按照权利要求1的控制装置，其中燃料电池系统还包括一个冷却剂温度检测部件，以检测冷却燃料电池堆的冷却剂的温度，以及作为对燃料电池堆电功率产生期间冷却剂的温度降到某一程度时的响应，估计部件作出发生水阻塞现象的估计。4.按照权利要求1的控制装置，其中燃料电池系统还包括一个电功率输出检测部件，以检测燃料电池堆所产生的电功率输出，以及作为对燃料电池堆产生的电功率输出降到某一程度时的响应，估计部件作出发生水阻塞现象的估计。5.按照权利要求4的控制装置，其中燃产电池系统被装在车辆上，以电机作为驱动源，其中用于冷却燃料电池堆的冷却剂被行驶风流所冷却，而估计部件进一步响应车辆的速率来估计是否发生水阻塞现象。6.按照权利要求5的控制装置，其中该估计部件响应主要根据车辆速率确定的冷却剂温度和实际测量的冷却剂温度之间的关系，来作出是否发生水阻塞现象的估计，其中根据车辆速率确定冷却剂温度考虑了车辆周围的大气温度。7.按照权利要求1的控制装置，其中燃料电池系统被装在车辆上，-->而以电机作为驱动源，该驱动源行驶依赖于一个加速器踏板压下的位移值，该系统还包括一压下位移值检测部件以检测加速器踏板压下位移值，其中估计部件作为对压下位移值减小到某一程度的响应，来估计水阻塞现象的发生。8.按照权利要求7的控制装置，其中车辆使用于冷却燃料电池堆的冷却剂通过行驶风流而冷却，以及该估计部件进一步响应车辆的速度来估计水阻塞现象的发生。9.按照权利要求8的控制装置，其中该估计部件响应主要...

【专利技术属性】
技术研发人员：东仓伸介，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]