燃料电池系统以及残留燃料气体的去除方法技术方案

提供一种即使在对消耗剩余电力的装置施加有限制时，也可以迅速去除残留的氢气的燃料电池系统。它是在运转停止时通过燃料电池（１０）使剩余的燃料气体发电以向二次电池（４１）充电、并通过消耗装置（２２、３３、１３）消耗不能充电的剩余电力的燃料电池系统，其中，在由消耗装置消耗由燃料电池的发电所产生的剩余电力时，检测系统的限制状态，并基于检测出的该限制状态而改变由燃料电池所发出的电力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池系统，特别涉及通过发电而将运转停止时的残留在燃料电池内以及气体配管内的剩余的燃料气体消耗掉的燃料电池系统的改进。
技术介绍
以往，开发出了由燃料电池发电而使运转停止时残留在配管内的氢气消耗掉的燃料电池系统。例如在特开2001-229951号公报中，公开了移动体用燃料电池系统其根据蓄电池的充电状态，可对使由残留氢气发电的电力向蓄电池的充电和向放电电阻电路的放电进行切换。具体地说，在剩余电力为可以向蓄电池充电的程度的电压而且蓄电池没有达到过充电的条件下，将剩余电力充入蓄电池；在蓄电池充满电时或剩余电力没有达到可以充电的程度的电压的条件下，使剩余电力在放电电阻电路中放电。根据该公开技术，通过在系统停止时切换蓄电池的充电状态和向放电电阻电路的放电，可以改善能量效率并迅速降低残留氢气浓度。但是，在上述以往的技术中，由于由燃料电池发电的剩余电力的值保持为一定值，因此根据消耗剩余电力的构成要素的状态不同有时会产生问题。例如，在消耗电力的装置为电动机类时，由于电动机类具有NV要求等的制约，因此会有无法消耗不能向蓄电池充电的残余的电力的可能性。在这样的情况下，可向蓄电池充电以及由电动机类消耗的电力的合计不是一定值，结果所发电的电力下降，无法短时间内处理残留的氢气。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于提供一种即使在消耗剩余电力的装置被限制的情况也可以迅速去除残留的氢气的燃料电池系统。为解决上述课题，本专利技术是使运转停止时残留的燃料气体减少的燃料电池系统，该燃料电池系统将所述残留的燃料气体供给燃料电池，并使消耗装置消耗由该燃料电池的发电所产生的剩余电力的至少一部分，其中，燃料电池系统被构成为能够基于系统的运转状态而改变燃料电池的发电状态。另外，本专利技术包括将运转停止时残留的燃料气体供给燃料电池的装置；消耗由该燃料电池的发电所发生的剩余电力的至少一部分的消耗装置；检测该系统的运转状态的装置；和基于所检测到的该运转状态来改变燃料电池的发电状态的装置。进而，本专利技术是使运转停止时残留的燃料气体减少的去除燃料电池系统中的残留燃料气体的方法，包括将运转停止时残留的燃料气体供给燃料电池的步骤；通过消耗装置消耗由该燃料电池的发电所发生的剩余电力的至少一部分的步骤；检测该系统中的运转状态的步骤；和基于所检测到的运转状态来改变燃料电池的发电状态的步骤。根据上述的结构，可以通过消耗装置将燃料电池利用残留的燃料气体发电的剩余电力的至少一部分消耗掉。另外，由于相应于系统的运转状态而改变燃料电池的发电状态，因此可以不选择消耗装置或其状态地消耗残留的燃料气体，可以扩大消耗控制区域。这里，所谓“运转停止时”，指的是燃料电池的发电(运转)停止的情况，但也包括在燃料电池的运转中有运转停止要求而暂时停止的情况。所谓“燃料气体”狭义上意味着氢气，但在下面也包括作为氧源的氧化气体，例如空气。另外，所谓“残留的燃料气体”，指的是在上述运转停止时在燃料气体的供给被停止时以及之后，在燃料电池内部(例如电池组的流路等)或与燃料电池相连接的燃料气体供给配管(管道)内的燃料气体。另外所谓“燃料电池系统”或“系统”，是用于使燃料电池运转的构成装置，包括例如燃料电池(例如燃料电池组)，向燃料电池提供燃料气体的燃料气体供给配管及其辅机(泵等)，向燃料电池提供氧化气体的氧化气体供给配管及其辅机(压缩机等)，冷却燃料电池的冷却装置(例如冷却液泵、冷却风扇)，对来自燃料电池的电能进行储存放电的电力系统装置(二次电池、电容器、电压转换装置(转换器/变压器、变频器))等。所谓“至少一部分”，包括除了由消耗装置所消耗以外的残余的电力由例如二次电池所蓄积的情况。另外，作为上述“消耗装置”，可以考虑各种装置，即使有时在使用上会产生限制，但由于根据本专利技术可以实施燃料气体的消耗控制，因此可以使用各种消耗装置。例如，除了电阻电路，可以使用压缩机或泵、牵引电机、辅助电动机等电动机类。也可以将二次电池考虑为一种消耗装置。另外，所谓“系统的运转状态”，包括构成该系统的如上所述的构成装置中的各种物理量(如果是气体则为气体的温度、流量、压力等，如果是辅机类则为转速、消耗功率等，如果是冷却装置则为泵转速、冷却液温度等，如果是电力系统装置则为电力、电流、电压、温度等)。另外，作为“燃料电池的发电状态”，在作为输出侧而理解时包括发电电力(发电输出功率)、发电电流、发电电压等要素，另外在作为输入侧而理解时也包括通过改变燃料气体或氧化气体的供给量、与该供给量具有相关关系的辅机或阀类的动作状态而结果对发电产生影响的要素。例如，要改变燃料电池的发电状态，作为系统的运转状态，优选为上述系统中的限制状态。根据这样的结构，发电电力仅在有限制状态时受到抑制，因此可以确保作为整体的最大限度的发电容量，可以缩短残留的燃料气体的消耗时间。例如，优选地，上述消耗装置，是向燃料电池供给燃料气体的驱动装置；基于由驱动装置供给的燃料气体的供给量的变化和由该驱动装置消耗的电力，来改变由燃料电池发电的电力。该驱动装置与其特性相对应地具有最大电流等限制，但根据本专利技术可以检测出该限制，从而与可以由驱动装置消耗的电力量相应地使发电电力改变。另外“电力的改变”并不一定意味着电力值改变。在电力值本身没有变化而是电流值和电压值产生变化时也可以认为是本专利技术的电力的改变。另外优选基于改变后的发电电力值来改变向燃料电池供给燃料气体的驱动装置的驱动量。在由燃料电池发电的电力量改变时，需要以在燃料电池中以改变后的发电电力进行发电的方式进行控制，而根据本专利技术，由于驱动装置的驱动量得到调整，因此可以进行发电电力的调整。这里由消耗装置消耗的电力优选为，在由燃料电池发电的剩余电力中，能够向蓄电装置充电的电力以外的电力。这是由于如果可以使残留的燃料气体向蓄电装置充电，则预先充电，这在有效利用燃料气体的方面是优选的。在不能向蓄电装置充电时，优选由消耗装置消耗，实施本专利技术的电力限制处理。另外本专利技术，通过由燃料电池进行发电，在残留的燃料气体的压力变为规定值或以下时，进行正常结束处理。所谓残留的燃料气体的压力变为规定值或以下，意思是残留的燃料气体被充分消耗掉。因此在燃料气体被充分消耗掉时便达到了预期的目的，因此使系统正常地结束。例如，使由燃料电池进行的发电停止，并停止由消耗装置进行的电力消耗。另外本专利技术，在残留的燃料气体的压力经过规定时间后也没有变为规定值或以下时进行异常结束处理。由于在残留的燃料气体的压力长时间没有下降时，可以考虑产生了某种系统异常，因此进行异常结束。例如可以考虑进行使燃料电池停止的控制，并将为异常的情况报告给用户。作为本专利技术的限制状态的具体例子，在具备蓄电装置时，可以考虑将限制状态设为向蓄电装置的充电电流的限制状态。根据该系统，由于作为限制状态，考虑朝向蓄电装置的充电限制，因此可以保护蓄电装置不会过充电，或保护向蓄电装置提供电力(电流)的电压转换装置。另外，所谓蓄电装置的限制状态，意思是可充电残余量、蓄电装置的温度、劣化状态等与阻碍蓄电功能的主要原因有关的物理量。另外作为其他的限制状态的具体例子，在具备电压转换装置时，可以考虑将限制状态设为基于电压转换装置的温度的限制状态。根据该系统，由于作为限制状态，考虑电压转换装置的温度，因此可以限制电压转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，它是使运转停止时残留的燃料气体减少的燃料电池系统，该燃料电池系统将所述残留的燃料气体供给燃料电池，并使消耗装置消耗由该燃料电池的发电所产生的剩余电力的至少一部分，其中，所述燃料电池系统被构成为能够基于该系统的运转状 态而改变所述燃料电池的发电状态。

【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：繁雅裕，梶原滋人，
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]