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，即使在低效率发电时旁通阀中发生了异常，也可防止燃料电池形成过剩化学计量比。通过控制装置（１６０）监视压力传感器（Ｐ１）或电流传感器（Ｓ５）的输出，当发生伴随旁通阀（Ｂ１）的关闭故障的异常时，使压力调节阀（Ａ１）的开度增加而使阴极废气的排出量增加，使空气压缩机（６０）的转速降低而使空气压缩机（６０）的空气放出量减少，从而防止燃料电池（４０）形成过剩化学计量比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具备通过氢和氧的电化学反应而产生电能的燃料电池的燃料电池系统。
技术介绍
作为利用氢和氧的电化学反应而发电的燃料电池，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叠多个电池而构成的电池组。构成电池组的电池具备 阳极(燃料极)和阴极(空气极)，在这些阳极和阴极之间，介有具有磺酸基作为离子交换 基的固体高分子电解质膜。向阳极供给包含燃料气体(氢气或将烃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而包含氧的气体(氧化剂气体)，作为其一例是供给空气。通过 向阳极供给燃料气体，燃料气体中所包含的氢和构成阳极的催化剂层的催化剂进行反应， 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，在阴极和氧发生电反应。通 过该电化学反应进行发电。但是，在燃料电池系统中，低温起动时，如果前一次系统停止时的水分残留在燃料 电池内，有时水分就会冻结而不能起动。另外，即使起动了，也可能因自身的反应而产生的 生成水冻结而发电停止。于是，控制燃料电池的发电效率而控制自身发热量。例如，减少反应气体的供给量 或者使燃料电池的电极间短路，使燃料电池在反应物不足的状态下运转，增加燃料电池的 电极间的过电压，由此来增加自身发热量。此时，如果减少反应气体的供给量而将燃料电池 的电压控制在0伏附近，则单体电池中产生逆电位，氢向燃料电池的氧极一侧移动，氢有可 能被从空气排出路径排出。因此，已经提出一种方案，其设置连接空气排出路径中的送风机 的下游侧和空气排出路径的旁通路径，将由送风机供给的大气经由旁通路径导入空气排出 路径，而稀释空气排出路径内部的氢(参照专利文献1)。专利文献1 (日本)特开2006-73501号公报在减少反应气体的供给量进行低效率发电而对燃料电池进行预热的过程中，为了 稀释空气排出路径内部的氢，在用于控制流经旁通路径的空气量的旁通阀发生异常的情况 下，例如旁通阀因冻结等粘固而发生关闭故障时，向燃料电池供给的空气量增大，燃料电池 形成过剩化学计量比，燃料电池的I-V特性上升，会产生过大的发电能量。在该状态下，执行转换器电压控制时，过电流流到DC/DC转换器及二次电池，DC/ DC转换器及二次电池有可能破损。另外，在压力传感器因冻结而变成不能动作的状态下，空 气背压阀(空气调压阀)被控制在关闭侧时，伴随空气压力的上升，燃料电池的电池组有可 言旨破损O
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种燃料电池，其即使在低效率发电时旁通阀中发生异常，也能够防止燃料电池形成过剩化学计量比。为了达到上述目的，本专利技术的燃料电池系统，在空气向燃料电池供给的供给侧和 空气从该燃料电池排出的排出侧之间进行旁通的旁通路上设有旁通阀，其特征在于，在低 效率发电时该旁通阀中发生异常的情况下，降低所述燃料电池的该排出侧的压力以使阴极 废气的排出量增加，且使空气的供给量减少。根据这样的构成，在燃料电池低效率发电时，旁通阀中发生异常时，降低燃料电池 的该排出侧(例如阴极废气流路)的压力以使阴极废气的排出量增加，并使空气的供给量 减少，所以，能够防止燃料电池形成过剩化学计量比的情况，能够防止系统伴随过大的发电 能量的产生而破损的情况。构成所述燃料电池系统时，可以附加以下要素。优选在所述燃料电池的空气的排 出侧具备空气背压阀，在所述燃料电池的空气的供给侧具备供给空气的空气压缩机，在所 述旁通阀中发生异常的情况下，使所述空气背压阀的开度增加且使该空气压缩机的转速降 低。根据这样的构成，旁通阀发生异常时，可以通过增加空气背压阀的开度并降低空 气压缩机的转速，来防止燃料电池形成过剩化学计量比的情况。优选具备检测所述旁通阀的异常的旁通异常检测单元以及控制所述空气背压阀 和所述空气压缩机的控制单元，所述控制单元响应所述旁通异常检测单元的检测输出，使 所述空气背压阀的开度增加且使所述空气压缩机的转速降低。根据这样的构成，由旁通异常检测单元检测出旁通阀的异常时，可以利用控制单 元增加空气背压阀的开度，降低空气压缩机的转速，由此能够自动地防止燃料电池形成过 剩化学计量比。优选所述旁通异常检测单元监视所述空气压缩机的空气放出侧的压力，当该压力 显示异常值时，检测出伴随所述旁通阀的关闭故障的异常。根据这样的构成，可以在空气压缩机的空气放出侧的压力显示异常值时，检测出 伴随旁通阀的关闭故障的异常。优选所述旁通异常检测单元在所述燃料电池的电流的绝对值或变化率超过电流 阈值时，检测出伴随所述旁通阀的关闭故障的异常。根据这样的构成，可以在燃料电池的电流的绝对值或变化率超过电流阈值时，检 测出伴随旁通阀的关闭故障的异常。优选所述旁通异常检测单元的构成包括压力传感器，检测所述空气压缩机的空 气放出侧的压力；以及压力判断器，在所述压力传感器的检测压力超过压力阈值时，判断为 伴随所述旁通阀的关闭故障的异常。根据这样的构成，可以在空气压缩机的空气排出侧的压力超过压力阈值时，检测 出伴随旁通阀的关闭故障的异常。优选所述旁通异常检测单元的构成包括电流传感器，检测所述燃料电池的电流； 以及电流判断器，在所述电流传感器的检测电流和电流指令值之差超过电流阈值时，判断 为伴随所述旁通阀的关闭故障的异常。根据这样的构成，可以检测燃料电池的电流，当该检测电流和电流指令值之差超 过电流阈值时，检测出伴随旁通阀的关闭故障的异常。4根据本专利技术，在低效率发电时，可以防止燃料电池形成过剩化学计量比，可以防止 系统伴随过大的发电能量的产生而破损。附图说明图1是本实施方式的燃料电池系统的模块构成图；图2是表示本实施方式的FC电流和FC电压的关系的图；图3A是用于说明本实施方式的泵送氢的发生机理的图；图3B是用于说明本实施方式的泵送氢的发生机理的图；图4是用于说明快速预热时的阀粘固判断处理的流程图；图5是用于说明对于快速预热的通常时的旁通阀的开度指令值计算处理的流程 图；图6是用于说明对于快速预热的异常时的旁通阀的开度指令值计算处理的流程 图；图7是用于说明对于压力调节阀的旁通阀粘固时切换判断处理的流程图；图8是用于说明对于压力调节阀的电压降低处理的流程图；图9是用于说明对快速预热时的空气压缩机的处理的流程图；图10是用于说明快速预热时的空气供给控制、氢稀释控制的模块图。标号说明30燃料气体供给源、40燃料电池、50氢循环泵、60空气压缩机、70加湿模块、80稀 释器、110牵引变换器、120辅机变换器、130DC/DC转换器、140蓄电池、160控制装置、180阀 芯位置检测传感器、Al压力调节阀、Bl旁通阀、11氧化气体供给路、12阴极废气流路、S4电 压传感器、S5电流传感器、T1、T2温度传感器、P1，P2，P3压力传感器、mpl低效率运转化学 计量比映射、mp2泵送氢量映射、mp3吹扫氢量映射、mp4空气调压阀开度映射、mp5旁通阀 开度映射、mp6旁通阀粘固判断压力阈值映射、mp7快速预热时旁通阀开度映射、100燃料电 池系统、200低效率运转控制运算部、202空气化学计量比运算部、204空气送气量指令值计 算部、206FC需要空气量计算部、208低效率动作点校正部。具体实施例方式下面，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。(本实施方式)图1是表示本实施方式的燃料电池系统1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，在空气向燃料电池供给的供给侧和空气从该燃料电池排出的排出侧之间进行旁通的旁通路上设有旁通阀，其特征在于，在低效率发电时该旁通阀中发生异常的情况下，降低所述燃料电池的该排出侧的压力以使阴极废气的排出量增加，且使空气的供给量减少。

【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：蟹江尚树，长沼良明，小川朋也，
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]