用于燃料电池的控制装置和控制方法制造方法及图纸

一种用于燃料电池（１）的控制装置及其控制方法，所述控制装置包括：氧化气体供应装置（７），用于经由氧化气体供应线（Ｌ１）向阴极供应氧化气体；阴极侧气体压力检测装置（１１），用于检测所述氧化气体供应线（Ｌ１）或所述阴极内的气体压力；氢供应装置（５），用于经由氢供应线（Ｌ３）向阳极供应氢；目标氢分压确定装置，用于确定所述氢供应线（Ｌ３）或所述阳极内气体压力之中的氢压力；氢供应压力计算装置，用于基于所述目标氢分压和所述阴极侧气体压力检测装置（１１）所检测的所述气体压力，计算将要向所述燃料电池（１）供应的氢的氢供应压力；以及氢供应控制装置（１３），用于以所述氢供应压力从所述氢供应装置（５）向所述燃料电池（１）供应氢。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
聚合物电解质燃料电池具有电解质膜；两个催化剂层，其通过在其间夹入电解质膜形成；以及一对扩散层，其形成在两个催化剂层的外侧。向燃料电池中的一个扩散层供应包括氢的燃料气体，而向另一个扩散层则供应包括氧的氧化气体。向其供应燃料气体的扩散层被称作氢电极或阳极；向其供应氧化气体的扩散层被称作空气电极或阴极。向氢电极供应的氢扩散到催化剂层，并且在催化剂层中分开成质子和电子。分开的质子然后和水分子一起穿过电解质膜，并且移动到正电极侧的催化剂层。相反地，向空气电极供应的氧扩散到空气电极侧的催化剂层，并且通过质子、电子和氧之间的反应生成水。通过将空气电极和氢电极连接到外电路(亦即导线)，电子从氢电极移动到正空气电极，并且在与上述质子的反应中被消耗。为了增加燃料电池中的发电量，必须分别向空气电极和氢电极供应对应于将要生成的电量的氧化气体和燃料气体的量。通常，空气用作氧化气体。然而，空气包括氧和氮。由于在空气电极侧的反应中没有使用氮，所以除了在空气电极侧的空间中累积之外，氮也扩散到扩散层和电解质膜，并且最终传到氢电极侧。由于质子、电子和氧之间的反应而在空气电极侧生成的水也扩散到扩散层和电解质膜，并且最终传到氢电极侧。因此，与燃料电池氢电极侧的空间中的氢不同，随着操作燃料电池的时间的延长，增加了诸如水蒸气和氮之类的杂质浓度。涉及燃料电池控制装置的专利文件包括日本专利公开公布号2002-353837、日本专利公开公布号7-169488、日本专利公开公布号2003-331889和日本专利公开公布号9-259913。氢电极侧的除了氢之外的杂质浓度的增加阻止了氢浓度的增加，其又阻止了发电量的增加。因为这个原因，传统聚合物电解质燃料电池已在氢电极的燃料气体通道的下游侧装备有排气阀，以便排放氢电极侧的后反应燃料气体(在下文中被称作“燃料废气”)。这样的排气阀(例如，如日本专利公开公布号2002-353837所述)当燃料电池被激活时开启，并且用于排放氢电极侧的掺杂气体，导致氢电极侧的氢浓度增加。在激活燃料电池之后，根据预定序列开启和关闭排气阀，以排放氢电极侧的杂质并维持发电量。然而，燃料电池系统的排气阀(其中通过在激活期间开启和关闭排气阀来排放杂质以增加氢浓度)可能在低温下冻结。由于解冻冻结的排气阀需要时间，所以不能在短时间期限内激活燃料电池。进而，在其中在操作期间开启和关闭排气阀以维持发电量的燃料电池系统中，燃料效率并不总是令人满意，因为氢可能和杂质一起被排放。
技术实现思路
考虑到前述要点，本专利技术的目标是提供，其增加发电量，并且维持预定的发电量，而不依赖于氢电极侧的排气阀的开启和关闭。这样一来，用于燃料电池的控制装置就作为充当本专利技术例子的实施例而被提供，并且包括氧化气体供应装置，用于经由燃料电池的氧化气体供应线向阴极供应氧化气体；以及氢供应装置，用于经由燃料电池的氢供应线向阳极供应氢。这样的控制装置特征在于进一步包括以下装置，亦即阴极侧气体压力检测装置，用于检测所述氧化气体供应线和所述阴极中的至少一个之内的气体压力；目标氢分压确定装置，用于确定关于所述氢供应线和所述阳极中的至少一个之内的气体压力之中的氢压力的目标氢分压；氢供应压力计算装置，用于基于所述目标氢分压和所述阴极侧气体压力检测装置所检测的所述气体压力，计算将要向所述燃料电池供应的氢的氢供应压力；以及氢供应控制装置，用于控制氢，以便以所述氢供应压力从所述氢供应装置向所述燃料电池供应氢。根据本专利技术的另一个方面，用于燃料电池的控制方法被提供，并且包括氧化气体供应装置，用于经由燃料电池的氧化气体供应线向阴极供应氧化气体；以及氢供应装置，用于经由燃料电池的氢供应线向阳极供应氢。这样的控制方法特征在于包括以下步骤，亦即检测所述氧化气体供应线和所述阴极中的至少一个之内的气体压力；确定关于所述氢供应线和所述阳极中的至少一个之内的气体压力之中的氢压力的目标氢分压；基于所述目标氢分压和所述检测的气体压力，计算将要向所述燃料电池供应的氢的氢供应压力；以及控制氢，以便以所述氢供应压力从所述氢供应装置向所述燃料电池供应氢。根据如上所述的，在至少阴极和向燃料电池供应氧化气体的氧化气体供应线之内检测气体压力，并且基于气体压力和目标氢分压计算氢供应压力。然后以这样的氢供应压力向阳极供应氢。如果假定阴极和氧化气体供应线之内的气体通向阳极侧，那么通过以所述氢供应压力供应氢，阳极侧的氢分压然后就能够被控制到目标氢分压。在这种情况下，能够减少排气阀用于排放阳极侧气体的频率，或者能够控制燃料电池，而不用使用排气阀，从而缓解提供这样的排气阀的需要。这里的目标氢分压同样优选地随着燃料电池所需的发电量增加而增加。通过根据燃料电池所需的发电量增加而将阳极侧的目标氢分压设置得更高，可以根据需要的发电量计算氢供应压力，并且根据需要的发电量发电。进而，优选地包括的是燃料电池温度检测装置，用于检测所述燃料电池的温度，以及校正装置，用于基于所述燃料电池的温度，校正目标氢分压，其中，所述氢供应压力计算装置优选地基于所述校正的目标氢分压和所述阴极侧气体压力检测装置所检测的所述气体压力，计算将要向所述燃料电池供应的氢的所述氢供应压力。另外，所述控制方法优选地进一步包括以下步骤，亦即检测所述燃料电池的温度；基于所述燃料电池的温度，校正所述目标氢分压；以及基于所述校正的目标氢分压和所述检测的气体压力，计算将要向所述燃料电池供应的氢的所述氢供应压力。根据如此构造的控制装置和控制方法，能够将阳极侧控制到基于所述燃料电池的温度校正的氢分压，由此能够根据所述温度和所述发电量供应适当量的氢。另外，同样优选地设置所述目标氢分压，以便随着所述燃料电池的温度增加而减少。由于燃料电池的电池之内催化剂的活化度取决于燃料电池的温度而不同，所以通过当燃料电池的温度增加时将目标氢分压设置得较低，能够获得不受温度影响的适当发电量。进而，优选地包括的是排气装置，用于排放剩余在所述阳极和所述氢供应线中的至少一个之内的残留气体；排气控制装置，用于当所述氢供应压力不在阳极侧气体压力的容许范围之内时，使用所述排气装置排放所述残留气体；以及残留气体分压计算装置，用于当排放残留气体时，计算剩余在所述阳极和所述氢供应线中的至少一个之内的残留气体的分压，其中，所述氢供应压力计算装置优选地基于所述目标氢分压和所述残留气体分压，计算将要向所述燃料电池供应的氢的所述氢供应压力。另外，所述控制方法同样优选地进一步包括以下步骤，亦即当所述氢供应压力不在阳极侧气体压力的容许范围之内时，排放残留气体；当排放残留气体时，计算剩余在所述阳极和所述氢供应线的至少一个之内的残留气体的分压；以及基于所述目标氢分压和所述残留气体分压，计算将要向所述燃料电池供应的氢的所述氢供应压力。根据如此构造的控制装置和控制方法，如果计算的氢供应压力不在阳极侧气体压力的容许范围之内，则能够排放剩余在阳极和/或氢供应线之内的残留气体，以减少残留气体的气体压力。这样一来，就能够基于减少的残留气体的气体压力和目标氢分压来计算氢供应压力。因此，这样的减少的气体压力能够用于计算阳极侧气体压力的容许范围之内的氢供应压力，由此燃料电池能够被控制在用于阳极侧气体压力的容许范围之内。根据本专利技术，可以增加发电量并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池的控制装置，包含：氧化气体供应装置（７），用于经由所述燃料电池（１）的氧化气体供应线（Ｌ１）向阴极供应氧化气体；以及氢供应装置（５），用于经由所述燃料电池（１）的氢供应线（Ｌ３）向阳极供应氢，其特征在于进一步包含：阴 极侧气体压力检测装置（１１），用于检测所述氧化气体供应线（Ｌ１）和所述阴极中的至少一个之内的气体压力；目标氢分压确定装置（３），用于确定关于所述氢供应线（Ｌ３）和所述阳极中的至少一个之内的气体压力之中的氢压力的目标氢分压；氢 供应压力计算装置（３），用于基于所述目标氢分压和所述阴极侧气体压力检测装置（１１）所检测的所述气体压力，计算将要向所述燃料电池（１）供应的氢的氢供应压力；以及氢供应控制装置（１３），用于控制氢，以便以所述氢供应压力从所述氢供应装置（ ５）向所述燃料电池（１）供应氢。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：片野刚司，
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]