燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统，具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池，该燃料电池系统具备：含水量计算部，其计算燃料电池的含水量；内部阻抗计算部，其计算燃料电池的内部阻抗；以及起动时温度计算部，其基于系统上次停止时的燃料电池的含水量以及系统起动时的燃料电池的内部阻抗来计算系统起动时的燃料电池温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种燃料电池系统，具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池，该燃料电池系统具备：含水量计算部，其计算燃料电池的含水量；内部阻抗计算部，其计算燃料电池的内部阻抗；以及起动时温度计算部，其基于系统上次停止时的燃料电池的含水量以及系统起动时的燃料电池的内部阻抗来计算系统起动时的燃料电池温度。【专利说明】燃料电池系统
本专利技术涉及供给负极(anode)气体和正极(cathode)气体来使燃料电池发电的燃料电池系统。
技术介绍
日本JP2010-186599A中公开了如下一种燃料电池系统:在系统起动时使用冷却水温度传感器来检测冷却水温度，将所检测出的冷却水温度设为系统起动时的燃料电池温度。
技术实现思路
在要在冰点下起动燃料电池系统的情况下，有时会由于燃料电池内的生成水冻结或者燃料电池的发电性能降低而对车辆的行驶进行限制，直到燃料电池系统中的发电部位被预热为止。因此，在燃料电池系统中，使用在系统起动时计算出的燃料电池温度来进行车辆的行驶允许判断。然而，在上述的燃料电池系统中，存在以下问题:由于使用冷却水温度传感器来求出系统起动时的燃料电池温度，因此在系统起动后需要使冷却水流动几秒左右后再检测冷却水温度，到计算出燃料电池温度为止要花费时间。当像这样燃料电池温度的计算要耗费时间时，使用燃料电池温度进行的车辆的行驶允许判断也会变晚。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够在短时间内高精度地计算出系统起动时的燃料电池温度的燃料电池系统。根据本专利技术的某个方式，提供了一种燃料电池系统，具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池，该燃料电池系统具备:含水量计算部，其计算燃料电池的含水量；内部阻抗计算部，其计算燃料电池的内部阻抗；以及起动时温度计算部，其基于由含水量计算部计算的系统上次停止时的燃料电池的含水量以及由内部阻抗计算部计算的系统起动时的燃料电池的内部阻抗，来计算系统起动时的燃料电池温度。参照附图，在下面详细说明本专利技术的实施方式和优点。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的第一实施方式的燃料电池系统的概要结构图。图2是表示由燃料电池系统所具备的控制器执行的内部阻抗计算处理的流程图。图3是表示带通滤波器的频率-振幅特性的图。图4是表示由控制器执行的系统起动时的车辆行驶允许判断处理的流程图。图5是表示每个规定温度的燃料电池堆的内部阻抗与燃料电池堆的含水量之间的关系的对应表数据。图6是表示每个规定温度的燃料电池堆的内部阻抗与燃料电池堆的含水量之间的关系的对应表数据。图7是表示起动时燃料电池温度-上限输出值特性的图。图8是表示每个规定温度的燃料电池堆的内部阻抗与燃料电池堆的含水量之间的关系的对应表数据。图9是表示由第二实施方式的燃料电池系统所具备的控制器执行的干燥运转控制处理的流程图。图10是表示交流频率-相位延迟特性的图。图11是在复平面上示出将IkHz的交流电流叠加于燃料电池堆时计算的燃料电池堆的内部阻抗的图。图12是表示由第三实施方式的燃料电池系统所具备的控制器执行的系统起动时的车辆行驶允许判断处理的流程图。图13是表示燃料电池堆的输出电压-相位延迟特性的图。【具体实施方式】(第一实施方式)燃料电池是通过用作为燃料极的负极电极和作为氧化剂极的正极电极夹持电解质膜而构成的，使用向负极电极供给含氢的负极气体和向正极电极供给含氧的正极气体来进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的电化学反应如下。负极电极:2H2— 4H++4e- …(I)正极电极:4H++4e+O2 — 2H20...(2)通过该⑴⑵的电化学反应，燃料电池产生IV(伏特)左右的电动势。在将这种燃料电池用作汽车用动力源的情况下，由于要求的电力大，因此作为将数百块的燃料电池层叠所得的燃料电池堆来进行使用。然后，构成向燃料电池堆供给负极气体和正极气体的燃料电池系统，取出用于驱动车辆的电力。图1是本专利技术的第一实施方式的燃料电池系统100的概要结构图。燃料电池系统100具备燃料电池堆1、负极气体供给装置2、正极气体供给装置3、冷却装置4、逆变器5、驱动马达6、电池7、DC/DC转换器8以及控制器60。燃料电池堆I是层叠规定块数的燃料电池10而构成的。燃料电池堆I接受负极气体(氢)和正极气体(空气)的供给来进行发电，向驱动车辆的驱动马达6等各种电装部件供给电力。燃料电池堆I具有负极侧端子11和正极侧端子12作为用于取出电力的输出端子。负极气体供给装置2具备高压罐21、负极气体供给通路22、压力调节阀23、压力传感器24、负极气体排出通路25、缓冲罐26、净化通路27以及净化阀28。高压罐21是将要向燃料电池堆I供给的作为负极气体的氢保持为高压状态来贮存的容器。负极气体供给通路22是用于将从高压罐21排出的负极气体供给到燃料电池堆I的通路。负极气体供给通路22的一端连接于高压罐21，另一端连接于燃料电池堆I的负极气体入口部。压力调节阀23是能够连续地或阶段性地调节开度的电磁阀，设置于负极气体供给通路22。压力调节阀23将从高压罐21排出的高压状态的负极气体调节为规定的压力。压力调节阀23的开度由控制器60来控制。压力传感器24设置于压力调节阀23下游侧的负极气体供给通路22。压力传感器24检测在负极气体供给通路22中流动的负极气体的压力。由压力传感器24检测出的负极气体的压力代表包括缓冲罐26、燃料电池堆I内部的负极气体流路等在内的负极系整体的压力。负极气体排出通路25是将燃料电池堆I与缓冲罐26连通的通路。负极气体排出通路25的一端连接于燃料电池堆I的负极气体出口部，另一端连接于缓冲罐26的上部。未在电化学反应中使用的剩余的负极气体与杂质气体的混合气体(以下称为“负极排气”)被排出到负极气体排出通路25，该杂质气体包括在燃料电池堆I内从正极侧泄漏到负极气体流路的氣、水蒸气等。缓冲罐26是暂时储存在负极气体排出通路25流来的负极排气的容器。负极排气所包含的水蒸气的一部分在缓冲罐26内冷凝而成为冷凝水，从负极排气中分离出来。净化通路27是使缓冲罐26与外部连通的通路。净化通路27的一端连接于缓冲罐26的下部，净化通路27的另一端形成为开口端。存留在缓冲罐26中的负极排气被从后述的正极气体排出通路35流入到净化通路27的正极排气稀释，与冷凝水一起从净化通路27的开口端排出到外部。净化阀28是能够连续地或阶段性地调节开度的电磁阀，设置于净化通路27。通过调节净化阀28的开度，来调整从净化通路27向外部排出的负极排气的量。净化阀28的开度由控制器60来控制。正极气体供给装置3具备正极气体供给通路31、过滤器32、压缩机33、压力传感器34、正极气体排出通路35以及压力调节阀36。正极气体供给通路31是流通向燃料电池堆I供给的正极气体、即空气的通路。正极气体供给通路31的一端连接于过滤器32，另一端连接于燃料电池堆I的正极气体入口部。过滤器32用于去除从外部取入的空气所包含的尘、埃等异物。经过滤器32去除过异物后的空气成为向燃料电池堆I供给的正极气体。压缩机33设置于过滤器32与燃料电池堆I之间的正极气体供给通路31。压缩机33将经由过滤器32取入的正极气体加压输送到燃料电池堆I。压力传感器34设置于压缩机33下游侧的正极气体供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池，该燃料电池系统具备：含水量计算部，其计算燃料电池的含水量；内部阻抗计算部，其计算燃料电池的内部阻抗；以及起动时温度计算部，其基于由上述含水量计算部计算出的系统上次停止时的上述燃料电池的含水量以及由上述内部阻抗计算部计算出的系统起动时的上述燃料电池的内部阻抗，来计算系统起动时的燃料电池温度。

【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：松本充彦，星圣，青木哲也，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP