燃料电池系统及用于燃料电池系统的控制方法技术方案

燃料电池系统(5)包括：固体聚合物型的燃料电池，其通过使用含氢气体作为燃料气体来产生电力；重整装置(2)，其通过使氨重整而产生燃料气体；和供应量比率控制单元(110)，其对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。

【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及用于染料电池系统的控制方法。
技术介绍
燃料电池一般是通过使用氢和氧作为燃料而获得电力的装置。因为燃料电池具有优异的环境友好性并且可以实现高的能量效率，所以燃料电池被积极研发成未来的能量供应系统。具体地，在各种类型的燃料电池当中，固体聚合物燃料电池具有良好的启动能力，因为它们在相当低的温度下被驱动。相应地，固体聚合物燃料电池已经被深入研究以应用于各种领域。通过重整等产生在燃料电池中用于产生电力的燃料气体。例如，日本专利申请公开No. 2005-145748 (JP-A-2005-145748)描述向燃料电池提供通过对氨的热分解所获得的含氢气体作为燃料气体。但是，燃料电池的固体聚合物电解质膜的质子导电率随着含水量降低而降低。因此，固体聚合物电解质膜应当包括适当量的水。在JP-A-2005-145748中，在染料气体中不含水，因为在重整中通过对氨的热分解没有产生水。因此，采用通过氨的热分解所获得的燃料气体，固体聚合物电解质膜不是湿润的。在这种情况下，发电效率会降低。
技术实现思路
本专利技术提供燃料电池系统，其中燃料电池通过使用使氨重整而获得的燃料气体而变湿润，并且本专利技术还提供用于燃料电池系统的控制方法。本专利技术的一个方面涉及燃料电池系统，其包括固体高分子型的燃料电池，其通过使用含氢气体作为燃料气体来产生电力；重整装置，其通过使氨重整而产生燃料气体；和供应量比率控制单元，其对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。在该燃料电池系统中，通过对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制，可以通过使用使氨重整所获得的燃料气体而容易地使燃料电池变湿润。燃料电池系统还包括湿润状态检测单元，湿润状态检测单元对燃料电池的湿润状态进行检测，并且供应量比率控制单元可以根据湿润状态检测单元的检测结果对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。在这种情况下，根据燃料电池的湿润状态可以容易地使燃料电池变湿润。供应量比率控制单元可以根据湿润状态检测单元的检测结果将待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率控制在预定范围内。燃料电池系统还可以包括操作状态检测单元，操作状态检测单元对燃料电池的操作状态进行检测，并且供应量比率控制单元可以根据操作状态检测单元的检测结果对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。在这种情况下，根据燃料电池的操作状态 可以容易地使燃料电池变湿润。供应量比率控制单元可以根据操作状态检测单元的检测结果将待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率控制在预定范围内。湿润状态检测单元可以是对燃料气体的露点进行检测的露点传感器。湿润状态检测单元可以是对燃料电池的电解质膜的膜电阻进行检测的电阻传感器。湿润状态检测单元可以是对燃料气体的相对湿度进行检测的湿度传感器。操作状态检测单元可以对燃料电池的输出密度进行检测的装置。供应量比率控制单元将待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率控制到等于或小于0. 90的值。本专利技术的第二方法涉及用于燃料电池系统的控制方法，燃料电池系统包括固体高分子型的燃料电池以及重整装置，燃料电池通过使用含氢气体作为燃料气体来产生电力，重整装置通过使氨重整而产生燃料气体。控制方法包括对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。采用根据本专利技术的用于燃料电池系统的控制方法，通过对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制，可以通过使用使氨重整所获得的燃料气体而容易地使燃料电池变湿润。 控制方法可以包括检测燃料电池的湿润状态；和根据检测到的燃料电池的湿润状态对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。在这种情况下，根据燃料电池的湿润状态可以容易地使燃料电池变湿润。根据检测到的燃料电池的湿润状态，可以将氧和氨的供应量比率控制在预定范围内。上述方法还可以包括检测燃料电池的操作状态；和根据检测到的燃料电池的操作状态对待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。在这种情况下，根据燃料电池的操作状态可以容易地使燃料电池变湿润。此外，根据检测到的燃料电池的操作状态，可以将氧和氨的供应量比率控制在预定范围内。在上述构造中，通过对燃料气体的露点进行检测可以获取燃料电池的湿润状态。此外，在上述构造中，通过对燃料电池的电解质膜的膜电阻进行检测可以获取燃料电池的湿润状态。此外，在上述构造中，通过对燃料气体的相对湿度进行检测可以获取燃料电池的湿润状态。在上述构造中，通过对燃料电池的输出密度进行检测可以获取燃料电池的操作状态。此外，在上述构造中，可以将待供应至重整装置的氧和氨的供应量比率控制到等于或小于0. 90的值。采用根据本专利技术的燃料电池系统和用于燃料电池系统的控制方法，通过使用使氨重整所获得的燃料气体可以使燃料电池变湿润。附图说明根据参照附图对示例性实施例的下列描述，本专利技术的前述以及其他目标、特征和优点将显而易见，其中，相同的附图标记用于表示相同的元件，其中图I是电池的示意性截面图；图2是示出燃料电池系统的构造的示意性示图；图3是与根据检测结果对空气/NH3比率进行控制的情况有关的流程图；图4示出燃料电池中电流密度和产生的电压之间的关系；图5示出在考虑到燃料电池的输出密度的情况下的空气/NH3比率；图6是与考虑到燃料电池的输出密度的情况有关的流程图；和图7A和图7B示出湿润状态检测单元的另一示例。具体实施方式下面将根据本专利技术的示例性实施例来说明本专利技术。下面说明根据本专利技术的第一实施例的燃料电池系统5。首先，将说明燃料电池系统5中使用的燃料电池50。燃料电池50由一堆多个电池200组成。图I是电池200的示意性截面图。电池200包括电解质膜201、阳极催化剂膜202、阴极催化剂膜203、第一气体扩散层204、第二气体扩散层205、第一分离物206和第二分离物207。具有质子导电率的固体聚合物电解质膜可以用作电解质膜201。阳极催化剂膜202和阴极催化剂膜203设置成将电解质膜201夹在中间。阳极催化剂膜202由包括催化剂的导电材料制成，该催化剂增强氢的质子化。阴极催化剂膜203由包括催化剂的导电材料制成，该催化剂增强质子和氧的反应。例如， 碳载钼(carbonsupporting platinum)可以用作阳极催化剂膜202和阴极催化剂膜203。第一气体扩散层204设置在阳极催化剂膜202的与电解质膜201相反的一侧上。第二气体扩散层205设置在阴极催化剂膜203的与电解质膜201相反的一侧上。第一气体扩散层204和第二气体扩散层205由具有导电性和透气性的材料制成。例如，碳纸或碳布形式的碳纤维可以用作具有导电性和透气性的材料。第一分离物206和第二分离物207由导电材料(例如，不锈钢)制成。燃料气体流动路径208形成于第一分离物206的位于电解质膜201 —侧的表面上，燃料气体在燃料气体流动路径208中流动。第一冷却剂流动路径210形成于第一分离物206的与电解质膜201相反一侧的表面上，冷却剂在第一冷却剂流动路径210中流动。氧化剂气体流动路径209形成于第二分离物207的位于电解质膜201 —侧的表面上，氧化剂气体在氧化剂气体流动路径209中流动。第二冷却剂流动路径211形成于第二分离物207的与电解质膜201相反一侧的表面上，冷却剂在第二冷却剂流动路径211中流动。例如，燃料气体流动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.12 JP 2010-0044031.ー种燃料电池系统，其包括 固体高分子型的燃料电池，其通过使用含氢气体作为燃料气体来产生电力； 重整装置，其通过使氨重整而产生所述燃料气体； 供应量比率控制单元，其对待供应至所述重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制；和 湿润状态检测单元，其对所述燃料电池的湿润状态进行检测，其中所述供应量比率控制单元根据所述湿润状态检测单元的检测结果对待供应至所述重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。2.根据权利要求I所述的燃料电池系统，其中，所述供应量比率控制单元根据所述湿润状态检测单元的检测结果将待供应至所述重整装置的氧和氨的供应量比率控制在预定范围内。3.根据权利要求I或2所述的燃料电池系统，其中，所述湿润状态检测单元是对所述燃料气体的露点进行检测的露点传感器。4.根据权利要求I或2所述的燃料电池系统，其中，所述湿润状态检测单元是对所述燃料电池的电解质膜的膜电阻进行检测的电阻传感器。5.根据权利要求I或2所述的燃料电池系统，其中，所述湿润状态检测单元是对所述燃料气体的相対湿度进行检测的湿度传感器。6.ー种燃料电池系统，其包括 固体高分子型的燃料电池，其通过使用含氢气体作为燃料气体来产生电力； 重整装置，其通过使氨重整而产生所述燃料气体； 供应量比率控制单元，其对待供应至所述重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制；和 操作状态检测単元，其对所述燃料电池的操作状态进行检测，其中所述供应量比率控制单元根据所述操作状态检测単元的检测结果对待供应至所述重整装置的氧和氨的供应量比率进行控制。7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，所述供应量比率控制单元根据所述操作状态检测単元的检测结果将待供应至所述重整装置的氧和氨的供应量比率控制在预定范围内。8.根据权利要求6或7所述的燃料电池系统，其中，所述操作状态检测単元对所述燃料电池的输出密度进行检測。9.根据权利要求I至8中任一项权利要求所述的燃料电池系统，其中，所述供...

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