燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供能够兼顾高温时的燃料电池的迅速的冷却和系统启动时的燃料电池的迅速的加热的燃料电池系统。该燃料电池系统的特征在于，控制部通过控制三通阀来切换为散热器循环或者第3流路循环中的任一方的循环系统，该散热器循环供制冷剂通过第1流路流动至散热器，该第3流路循环供上述制冷剂绕过上述散热器而通过第3流路流动至第2流路，在上述制冷剂的温度为低温阈值以下时，上述控制部从上述散热器循环切换为上述第3流路循环，且关闭第1阀，在上述制冷剂的温度为高温阈值以上时，上述控制部打开上述第1阀，使上述制冷剂以在储存罐流动的方式循环。动的方式循环。动的方式循环。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统


[0001]本公开涉及燃料电池系统。

技术介绍

[0002]燃料电池(FC)是在层叠1个单电池或者多个单电池(以下，存在简称为单元的情况)而成的燃料电池组(以下，存在简称为电池组的情况)通过氢等燃料气体与氧等氧化剂气体的电化学反应而取出电能的发电装置。其中，实际向燃料电池供给的燃料气体以及氧化剂气体是与无助于氧化/还原的气体的混合物的情况较多。特别是，氧化剂气体是包括氧的空气的情况较多。
[0003]其中，以下也存在将燃料气体、氧化剂气体简称为“反应气体”或“气体”而不特别区别的情况。另外，存在将单电池以及层叠单电池而成的燃料电池组均称为燃料电池的情况。
[0004]该燃料电池的单电池通常具备膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)。
[0005]膜电极接合体具有在固体高分子型电解质膜(以下，亦简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成有催化剂层以及气体扩散层(GDL，以下存在简称为扩散层的情况)的构造。因此，存在膜电极接合体被称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。
[0006]单电池根据需要而具有夹持该膜电极气体扩散层接合体的两面的2张隔板。隔板通常具有在与气体扩散层相接的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。其中，该隔板具有电子传导性，还作为发出的电力的集电体发挥功能。
[0007]在燃料电池的燃料极(阳极)中，从气体流路以及气体扩散层供给的作为燃料气体的氢(H2)因催化剂层的催化剂作用而质子化，并通过电解质膜向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路进行做功，向阴极移动。供给至阴极的作为氧化剂气体的氧(O2)在阴极的催化剂层与质子以及电子反应，生成水。所生成的水对电解质膜赋予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层被向系统外排出。
[0008]对车载于燃料电池车辆(以下存在称为车辆的情况)而使用的燃料电池系统进行了各种研究。由于固体高分子电解质膜通常在80℃左右的动作温度下工作，所以希望在通常运转时，将在燃料电池主体产生的反应热经由冷却液向外部散热来维持运转温度，并且在低温启动时迅速地将冷却液加热至运转温度。
[0009]例如在专利文献1中公开了如下的技术：在散热器与储存罐之间设置有开闭阀，当电池组温度不高时，通过将阀关闭来将温度低的冷却水困在储存罐内，当电池组温度上升时，敞开阀来将储存罐内的低温的冷却水利用到电池组的冷却中。
[0010]在专利文献2中，公开了一种减轻对燃料电池主体进行冷却的防冻液的劣化且减轻散热器的散热负载的燃料电池系统。
[0011]在专利文献3中公开了一种如下的冷却系统：在搭载有燃料电池以及车辆控制系统的车辆中，当因上述车辆的车辆控制系统所发出的截断信号指令而截断了上述燃料电池
与上述车辆的负载电路之间的连接时，将该燃料电池的温度冷却至气氛温度的水平。
[0012]专利文献1：日本特开2017－054648号公报
[0013]专利文献2：日本特开2004－039560号公报
[0014]专利文献3：日本特开2014－197543号公报
[0015]在上述专利文献1的冷却回路的构造以及控制中，虽然可应对迅速的冷却，但存在无法实现低温时的迅速加热的担忧。低温时的迅速加热需要减小冷却系统的热容量、即减小冷却系统的体积。在上述专利文献1中，存在绕过散热器的旁通路径，通过仅在低温时使用旁通路径而存在能够减小冷却系统的体积的可能性。然而，旁通路径与从旁通路径与储存罐相连的路径成为并联回路，冷却水还返回至储存罐的可能性高。因此，存在冷却系统的体积变大、阻碍迅速加热的担忧。

技术实现思路

[0016]本公开是鉴于上述实际情况而完成的，其主要目的在于，提供能够兼顾高温时的燃料电池的迅速冷却和系统启动时的燃料电池的迅速加热的燃料电池系统。
[0017]本公开的燃料电池系统是燃料电池系统，上述燃料电池系统具备燃料电池、散热器、温度计、储存罐、第1流路(上游配管)、第2流路(下游配管)、三通阀、第3流路(旁通配管)、制冷剂循环泵、第4流路(配管a)、第5流路(配管c)以及控制部，上述散热器使对上述燃料电池进行冷却的制冷剂的温度降低，上述温度计测量上述制冷剂的温度，上述储存罐蓄存上述制冷剂，上述第1流路(上游配管)能够供上述制冷剂从上述燃料电池向上述散热器流动，上述第2流路(下游配管)能够供上述制冷剂从上述散热器向上述燃料电池流动，上述三通阀被装备于上述第1流路，且将该第1流路分支，上述第3流路(旁通配管)能够供上述制冷剂绕过上述散热器而从上述三通阀向上述第2流路流动，上述制冷剂循环泵被装备于上述第2流路的比与上述第3流路的合流部靠下游的位置，上述第4流路(配管a)能够供上述制冷剂从上述第1流路或者上述第3流路向上述储存罐流动，上述第5流路(配管c)能够供上述制冷剂从上述储存罐向上述第2流路流动，或者能够供上述制冷剂从上述储存罐向上述第3流路的比与上述第4流路的分支点靠下游的位置流动，从由上述第4流路以及上述第5流路构成的组中选择的至少1种流路具备第1阀，上述控制部通过控制上述三通阀来切换为散热器循环或者第3流路循环中的任一个循环系统，上述散热器循环供上述制冷剂通过上述第1流路向上述散热器流动，上述第3流路循环供上述制冷剂绕过上述散热器而通过上述第3流路流动至上述第2流路，在上述制冷剂的温度为低温阈值以下时，上述控制部从上述散热器循环切换为上述第3流路循环，且关闭上述第1阀，在上述制冷剂的温度变为高温阈值以上时，上述控制部打开上述第1阀，使上述制冷剂以在上述储存罐流动的方式循环。
[0018]在本公开的燃料电池系统中，上述第4流路可以具备上述第1阀。
[0019]在本公开的燃料电池系统中，上述燃料电池系统可以具备供上述制冷剂从上述散热器的入口或者出口向上述储存罐流动的第6流路(配管b)。
[0020]在本公开的燃料电池系统中，上述第6流路(配管b)可以具备第2阀，在上述制冷剂的温度为低温阈值以下时，上述控制部从上述散热器循环切换为上述第3流路循环，且关闭上述第1阀以及上述第2阀，在上述制冷剂的温度变为高温阈值以上时，上述控制部打开上述第1阀以及上述第2阀，使上述制冷剂以在上述储存罐流动的方式循环。
[0021]根据本公开的燃料电池系统，能够兼顾高温时的燃料电池的迅速冷却和系统启动时的燃料电池的迅速加热。
附图说明
[0022]图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。
[0023]图2是表示本公开的燃料电池系统的另一个例子的简要结构图。
[0024]图3是表示本公开的燃料电池系统的另一个例子的简要结构图。
[0025]图4是表示本公开的燃料电池系统的控制的一个例子的流程图。
[0026]图5是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。
[0027]附图标记说明：
[0028]10
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燃料电池；21
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统具备燃料电池、散热器、温度计、储存罐、第1流路(上游配管)、第2流路(下游配管)、三通阀、第3流路(旁通配管)、制冷剂循环泵、第4流路(配管a)、第5流路(配管c)以及控制部，所述散热器使对所述燃料电池进行冷却的制冷剂的温度降低，所述温度计测量所述制冷剂的温度，所述储存罐蓄存所述制冷剂，所述第1流路(上游配管)能够供所述制冷剂从所述燃料电池向所述散热器流动，所述第2流路(下游配管)能够供所述制冷剂从所述散热器向所述燃料电池流动，所述三通阀被装备于所述第1流路，且将该第1流路分支，所述第3流路(旁通配管)能够供所述制冷剂绕过所述散热器而从所述三通阀向所述第2流路流动，所述制冷剂循环泵被装备于所述第2流路的比与所述第3流路的合流部靠下游的位置，所述第4流路(配管a)能够供所述制冷剂从所述第1流路或者所述第3流路向所述储存罐流动，所述第5流路(配管c)能够供所述制冷剂从所述储存罐向所述第2流路流动，或者能够供所述制冷剂从所述储存罐向所述第3流路的比与所述第4流路的分支点靠下游的位置流动，从由所述第4流路以及所述第5流路构成的组中选择的至少1种...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤博道，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：