燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统，由温度传感器（３２）检测在燃料电池（２０）的冷却液循环系统（３）中循环的冷却液的温度，由控制部（８０）监视温度传感器（３２）的检测温度，在冷却液的温度高于目标温度时，将回转阀（３４）切换到散热器侧流路，利用散热器（３３）对冷却液进行冷却，在冷却液的温度低于目标温度时，将回转阀（３４）切换到旁通侧流路，通过ＦＣ发电使冷却液的温度上升，进行控制以使温度传感器（３２）的检测温度达到目标温度的过程中，在低温环境下，使目标温度比通常时高，并且利用加热单元（１３０）对冷却液进行加热。通过该处理，即使在低温环境下，也可以防止燃料电池的内部温度过度降低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术本专利技术涉及一种燃料电池系统，其具备通过氢和氧的电化 学反应来产生电能的燃料电池。
技术介绍
作为利用氢和氧的电化学反应来进行发电的燃料电池，例如有固 体高分子型燃料电池。该固体高分子型燃料电池具备层积多个单体电 池而构成的组。构成组的单体电池具备阳极(燃料极)和阴极(空气 极)，在这些阳极和阴极之间介有具有作为离子交换基的磺酸基的固 体高分子电解质膜。向阳极供给包含燃料气体(氢气或将碳化氢进行改性而形成富氢 的改性氢)的燃料气体，向阴极供给作为氧化剂的包含氧的气体(氧 化剂气体)，作为一例供给空气。通过向阳极供给燃料气体，燃料气 体中所包含的氢与构成阳极的催化剂层的催化剂反应，由此产生氢离 子。所产生的氢离子通过固体高分子电解质膜而在阴极与氧发生电化 学反应。构成为通过该电化学反应进行发电。但是，在燃料电池系统中，如果在低温起动时前一次系统停止时 的水分残留在燃料电池内，则存在水分会冻结且不能起动的情况。另 外，即使起动，有时因自身的反应所生成的生成水冻结而停止发电。于是提出以下方案为了防止伴随电化学反应而生成的生成水在燃料电池内部冻结，在起动时，燃料电池的内部温度在ox:以下时，则 停止冷却液泵的驱动，抑制在o'c以下的冷却液和燃料电池之间进行热 交换，确保燃料电池的内部温度上升的动作，迅速地使内部温度上升到0。C以上(参照日本特开2003 — 36874号公报)。在现有技术中，燃料电池的内部温度在O'C以下时，停止冷却液泵 的驱动，所以可以防止伴随电化学反应而生成的生成水在燃料电池内 部冻结的情况。但是，在燃料电池的内部温度高于0C的情况下，冷却 液泵就会被驱动，所以担心在低温环境下，燃料电池的内部温度达到 目标温度后，冷却液使内部温度再次降低。
技术实现思路
本专利技术是鉴于所述现有技术的课题而做出的，其目的在于防止在 低温环境下，燃料电池的内部温度过度降低。为了解决所述课题，本专利技术的燃料电池系统具有接受反应气体的 供给而进行发电的燃料电池，其特征在于，在规定温度以下的低温环 境下，控制该燃料电池的温度达到比通常运转时高的目标温度。另外，本专利技术的燃料电池系统的温度控制方法，其特征在于，具 备如下步骤向该燃料电池供给冷却液的步骤；检测该冷却液的温度 的步骤；控制对于该冷却液的热交换量，以使该冷却液的温度达到目 标温度的步骤；及在规定的温度以下的低温环境下，改变该燃料电池 的温度以达到比通常运转时高的目标温度的步骤。根据这样的构成，控制燃料电池的温度达到通常运转时规定的温 度，在低温环境下，将温度控制为达到设定为比低温环境下高的温度 的目标温度，即使在低温环境下也可以蓄积冷却液的热能，从而可以 防止冷却液的温度过度降低。另外，本专利技术的燃料电池系统具备冷却液供给单元，向该燃料 电池供给冷却液；及冷却液控制单元，控制对于该冷却液的热交换量， 以使该冷却液的温度达到目标温度，在所述低温环境下，该冷却液控制单元控制该冷却液的温度达到比所述通常运转时高的目标温度。根据这样的构成，在控制对于冷却液的热交换量以使冷却液供给 系统的冷却液的温度达到目标温度的过程中，由于在低温环境下使目 标温度比通常运转时高，因此即使在低温环境下也可以蓄积冷却液的 热能，可以防止冷却液的温度过度降低。在构成所述燃料电池系统时，可以附加以下要素。优选所述冷却液控制单元在所述燃料电池的电解质膜趋于干燥 时，即使在所述低温环境下也将所述目标温度维持为所述通常时的目 标温度。根据这样的构成，燃料电池的电解质膜趋于干燥时，即使在低温 环境下也将冷却液的目标温度维持为通常时的目标温度，因此可以防 止燃料电池的电解质膜过于干燥。优选所述冷却液供给单元具备冷却通路，形成用于对所述燃料 电池进行冷却的冷却液的回路；冷却液泵，插入所述冷却通路中而使 所述冷却液循环；散热器，使所述冷却液的热量向外部放出；及切换 阀，将向所述散热器流入的冷却液的流路在绕过所述散热器的旁通侧 流路和通过所述散热器的散热器侧流路之间切换，所述冷却液控制单 元具备加热单元，对所述冷却通路中的冷却液进行加热；温度传感 器，检测所述冷却通路中的冷却液的温度；及控制单元，控制所述切 换阀的切换，以使所述温度传感器的检测温度达到目标温度，在所述 温度传感器的检测温度表示处于所述低温环境下时，所述冷却液控制 单元提高所述目标温度，并且驱动所述加热单元以使所述冷却液的温 度达到提高后的目标温度。根据这样的构成，由温度传感器检测用于冷却燃料电池的冷却液的温度，由冷却液控制单元监视温度传感器的检测温度，当冷却液的 温度比目标温度高时，将切换阀切换到散热器侧流路，利用散热器对 冷却液进行冷却，当冷却液的温度比目标温度低时，则切换到旁通侧 流路，通过FC发电使冷却液的温度上升。在进行控制以使温度传感器 的检测温度达到目标温度的过程中，在低温环境下，使目标温度比通 常时高，并且利用加热单元对冷却液进行加热，从而即使在低温环境 下也可以蓄积冷却液的热能，可以防止冷却液的温度过于降低。在此，加热单元的构成没有限定，只要是可以使冷却液的温度 上升的构成即可，例如热交换器或加热器等在此都可以适用。附图说明图1是本专利技术的燃料电池系统的系统构成图2是本专利技术的FC冷却循环系统和空气循环系统的块构成图； 图3是表示与本专利技术实施方式的交流阻抗测定相关的功能块的构成图4是用于说明本专利技术实施方式的控制部的作用的动作说明图； 图5是用于说明本专利技术实施方式的控制部的作用的流程图； 图6是表示本专利技术的功能块的构成图。具体实施例方式下面，基于附图说明本专利技术的一实施方式。图l是适用了本专利技术 的燃料电池系统的系统构成图。在以下的实施方式中，是在搭载于车辆上的燃料电池系统中适用 了本专利技术的例子，但是当然并不限于此。在图1中，燃料电池系统10的构成为具备用于向燃料电池20供 给燃料气体(氢气)的燃料气体供给系统4、用于向燃料电池20供给 氧气(空气)的氧化气体供给系统7、用于冷却燃料电池20的冷却液供给系统3、对来自燃料电池20的发电电力进行充放电的电力系统9。 以下，也将燃料电池标记为FC。燃料电池20具备膜/电极接合体(MEA等)24,该膜/电极接合体 24是在由用氟系树脂等形成的质子传导性的离子交换膜等构成的高分 子电解质膜21的两面，通过网板印刷等形成阳极22和阴极23。膜/电 极接合体24的两面被具有燃料气体、氧化气体、冷却液的流路的隔板 (未图示)夹着，在该隔板和阳极22及阴极23之间分别形成有槽状 的阳极气体通道25及阴极气体通道26。阳极22的构成是在多孔质支 承层上设有燃料极用催化剂层，阴极23的构成是在多孔质支承层上设 有空气极用催化剂层。这些电极的催化剂层例如为附着白金粒子而构 成。在阳极22发生下式(1)的氧化反应，在阴极23发生下式(2) 的还原反应。作为燃料电池20整体，发生下式(3)的起电反应。H2—2H+ + 2e—... (1)(1/2) 02 + 2H+ + 2e——H20... (2) H2+ (1/2) 0H20... (3)为了便于说明，在图1中示意性地图示了由膜/电极接合体24、阳 极气体通道25及阴极气体通道26构成的单元电池的结构，而实际上 具备经由上述的隔板而并联连接多个单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具有接受反应气体的供给而进行发电的燃料电池，其特征在于，　在规定温度以下的低温环境下，控制该燃料电池的温度达到比通常运转时高的目标温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-5-29 141980/20071.一种燃料电池系统，具有接受反应气体的供给而进行发电的燃料电池，其特征在于，在规定温度以下的低温环境下，控制该燃料电池的温度达到比通常运转时高的目标温度。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，具备 冷却液供给单元，向该燃料电池供给冷却液；及冷却液控制单元，控制对于该冷却液的热交换量，以使该冷却液 的温度达到目标温度，在所述低温环境下，该冷却液控制单元控制该冷却液的温度达到 比所述通常运转时高的目标温度。3.如权利要求2所述的燃料电池系统，所述冷却液控制单元在所述燃料电池的电解质膜趋于干燥时，即 使在所述低温环境下也将所述目标温度维持为所述通常时的目标温 度。4.如权利要求2所述的燃料电池系统， 所述冷却液供给单元具备冷却通路，形成用于对所述燃料电池进行冷却的冷却液的回路； 冷却液泵，插入所述冷却通路中而使所述冷却液循环； 散热器，使所...

【专利技术属性】
技术研发人员：石川智隆，
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]