燃料电池系统技术方案

燃料电池堆（２）具有多个单电池相堆叠且串联连接的结构。所述单电池包括电池堆（１１）的单电池（１５）和一个或更多个单电池（１６）。已经从通道（１２）进入燃料电池堆（２）的氢通过供给歧管（１３）供给到每个单电池。在消耗了发电所需量的氢之后，气体作为燃料废气排放到排放歧管（１４）中，然后流入单电池（１５）中。这防止包含在燃料废气中的杂质累积在单电池（１６）中，并且使杂质累积在单电池（１５）中。因此，可以抑制采用闭端方法的燃料电池系统内单电池之间的发电量的变化。

【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，具体涉及使燃料电池堆在燃料废气通道 关闭的条件下运行的燃料电池系统。相关技术描述燃料电池具有堆叠有多个单电池的燃料电池堆。每个单电池是通过例如堆叠膜电极组合件(MEA)和隔离器(隔板)形成的。膜电极组 合件具有由离子交换树脂制成的电解质膜、设置在电解质膜的两个表面 中的一个表面上的阳极、和设置在电解质膜的另一表面上的阴极。此夕卜， 每个阳极和阴极都具有设置为和电解质膜接触的催化剂层。当每个电极 供给有反应物气体时，在电极之间发生电化学反应并产生电动势。具体 地，在氢(燃料气体)接触阳极并且氧(氧化剂气体)接触阴极时发生 反应。通常，阴极供给有通过压缩机从外部吸入的空气。另一方面，阳极 供给有储存在高压氲罐中的氢。 一种将氢供给到阳极的方法是闭端方法 (例如，见PCT申请No. 2004-536436的公开的日文译文(JP - A - 2004 -536436))。在该方法中，系统在氢通道关闭的条件下运行，使得阳极 供给有对应于氢消耗量的量的氢。在闭端型燃料电池系统的情况下，留存于燃料气体通道中的杂质的 量随时间的流逝增加。例如，供给到阴极的空气中包含的氮渗透穿过电 解质膜，并累积在阳极侧。由于阳极侧压力调节为等于预定值，所以氮 量的增加相对减小了氢的分压，导致燃料电池的电压降低。因此，在 PCT申请的公开的日文译文No. 2004 - 536436 ( JP - A - 2004 - 536436 ) 中，提供了一种从氢通道中排放杂质的吹扫阀，并且打开吹扫阀以恢复 电压。通常，燃料电池堆设置有将氢分配到单个的单电池的供给歧管和集 中排放来自单个的单电池的燃料废气的排放歧管。此外，单电池具有因在制造中导致的变化而变化的压力损失。在具有高的压力损失的单电池 中，与具有低的压力损失的单电池相比，氢较不容易从供给歧管引入到 单电池中。另一方面，从单电池排放到排放歧管的燃料废气可能被吸入 压力损失高的单电池中。因此，杂质可能累积在压力损失高的单电池中， 并且电压从这些单电池开始降低。这导致单电池之间发电量不同的问 题。在 PCT 申请的公开的日文译文 No. 2004-536436 (JP-A-2004-536436)中描述的燃料电池系统中，测量了设置在燃料电 池堆的气体出口侧终端处的单电池的电压。通过将由此测量的值与阈值 比较，确定打开吹扫阀的时刻。然而，PCT申请的公开的日文译文No. 2004-536436 ( JP-A-2004-536436 )并未注意到由变化的单电池压力损失 导致的杂质沉积量的变化，因此，可能不能解决单电池之间发电量变化 的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是抑制采用闭端方法的燃料电池系统中单电池 之间发电量的变化。本专利技术的第一方面是燃料电池系统，所述燃料电池系统具有燃料电 池堆，所述燃料电池堆包括多个堆叠的且串联连接的单电池、将燃料气 体分配到所述单电池的每一个中的供给歧管、和燃料废气从所述单电池 的每一个排放到其中的排放歧管，所述燃料电池系统使所述燃料电池堆 在所述燃料废气基本上滞留在所述燃料电池堆内的状态下运行，所述燃 料电池系统的特征在于所述多个单电池包括第一单电池和至少一个第二单电池，所述至少 一个第二单电池的气体通道阻力小于所述第一单电池的气体通道阻力，和r〈nR，其中r是所述至少一个第二单电池中气体通道阻力最大的单 电池的气体通道阻力，R是通过结合所述第一单电池和所述至少一个第 二单电池的所述气体通道阻力而获得的值，n是所述多个单电池的总数 目(n是2或更大的整数)。6本专利技术的第二方面是燃料电池系统，所述燃料电池系统具有燃料电 池堆，所述燃料电池堆包括多个堆叠的且串联连接的单电池、将燃料气 体分配到所述单电池的每一个中的供给歧管、和燃料废气从所述单电池 的每一个排放到其中的排放歧管，并且所述燃料电池系统使所述燃料电 池堆在所述燃料废气的通道关闭的状态下运行，所述燃料电池系统的特征在于所述多个单电池包括第一单电池和至少一个第二单电池，所述至少一个第二单电池的气体通道阻力小于所述第一单电池的所述气体 通道阻力，和r<nR，其中r是所述至少一个第二单电池中气体通道阻 力最大的单电池的气体通道阻力，R是通过结合所述第一单电池和所述 至少一个第二单电池的所述气体通道阻力而获得的值，n是所述多个单 电池的总数目(n是2或更大的整数)。本专利技术的第三方面是燃料电池系统，所述燃料电池系统具有燃料电 池堆，所述燃料电池堆包括多个堆叠的且串联连接的单电池、将燃料气 体分配到所述单电池的每一个中的供给歧管、和燃料废气从所述单电池 的每一个排放到其中的排放歧管，所述燃料电池系统使所述燃料电池堆 在所述燃料废气的通道关闭的状态下运行，所述燃料电池系统的特征在 于所述单电池的每一个设置有位于所述供给歧管和所述排放歧管之间 的电池通道，并且所述多个单电池包括第一单电池和至少一个第二单电 池，所述第一单电池具有连接所述供给歧管和所述电池通道的并且容量 为W的连通部分，所述至少一个第二单电池具有连接所述供给歧管和 所述电池通道的并且容量为V2 (V^V2)的连通部分，和确定所述容量 V"使得满足关系r<nR，其中r是所述至少一个第二单电池中气体通 道阻力最大的单电池的气体通道阻力，R是通过结合所述第一单电池和 所述至少一个第二单电池的所述气体通道阻力而获得的值，n是所述多 个单电池的总数目(n是2或更大的整数)。本专利技术的第四方面是燃料电池系统，所述燃料电池系统具有燃料电 池堆，所述燃料电池堆包括多个堆叠的且串联连接的单电池、将燃料气 体分配到所述单电池的每一个中的供给歧管、和燃料废气从所述单电池 的每一个排放到其中的排放歧管，所述燃料电池系统使所述燃料电池堆 在所述燃料废气基本上滞留在所述燃料电池堆内的状态下运行，所述燃 料电池系统的特征在于所述多个单电池包括第一单电池、和至少一个第二单电池，所述至 少一个第二单电池的气体通道阻力小于所述第一单电池的气体通道阻力，和气体通道阻力在所述多个单电池中最大的单电池的阴极的催化剂 层与除气体通道阻力最大的所述单电池之外的其它单电池的催化剂层不同。在本专利技术的第一方面到第四方面中，在第一电池中容许阴极的催化 剂层可负载于金属上。在该情况下，催化剂层可以是铂黑层、铂细粒层 或钿合金细粒层。在本专利技术的第一方面到第四方面中，第一单电池可以连接有用于吹 扫所述燃料废气的吹扫装置。尤其在第三方面中，吹扫装置可以连接到 第一单电池的电池通道。此外，燃料电池系统还可以包括用于估计或测 量所述第一单电池内的燃料废气中包含的除燃料气体之外的组分的量 的装置，并且在所述组分的量变得等于或大于预定值时可使所述吹扫装 置运行。根据本专利技术的第一方面和第二方面，够成燃料电池堆的单电池包括第 一单电池、和气体通道阻力小于所述第 一单电池的所述一个或更多个第二单电池，并且满足关系r〈nR，其中r是所述第二单电池中气体通道阻力 最大的单电池的气体通道阻力，R是通过结合所述第 一单电池和所述第 二单电池的所述气体通道阻力而获得的值，n是所述多个单电池的总数 目(n是2或更大的整数)。因此，可以有效地使燃料废气流入第一单 电池中，使得杂质可以集中在第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具有燃料电池堆，所述燃料电池堆包括多个堆叠的且串联连接的单电池、将燃料气体分配到所述单电池的每一个中的供给歧管、和燃料废气从所述单电池的每一个排放到其中的排放歧管，所述燃料电池系统使所述燃料电池堆在所述燃料废气基本上滞留在所述燃料电池堆内的状态下运行，所述燃料电池系统的特征在于：　所述多个单电池包括第一单电池和至少一个第二单电池，所述至少一个第二单电池的气体通道阻力小于所述第一单电池的气体通道阻力，和　ｒ＜ＮＲ，其中Ｒ是所述至少一 个第二单电池中气体通道阻力最大的单电池的气体通道阻力，Ｒ是通过结合所述第一单电池和所述至少一个第二单电池的所述气体通道阻力而获得的值，ｎ是所述多个单电池的总数目（ｎ是２或更大的整数）。

【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：小川朋宏，柴田和则，
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]