燃料电池系统技术方案

燃料电池系统具备：控制阀，其控制向燃料电池供给的负极气体的压力；电力控制器，其与燃料电池电连接，基于对燃料电池的发电要求量来控制燃料电池的输出；脉动运转控制部，其使控制阀下游的负极气体的压力根据对燃料电池的发电要求量而增大，并且使该控制阀下游的负极气体的压力周期性地增减；以及输出限制部，其在对燃料电池的发电要求量降低时，对由电力控制器设定的燃料电池的输出进行限制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】燃料电池系统具备：控制阀，其控制向燃料电池供给的负极气体的压力；电力控制器，其与燃料电池电连接，基于对燃料电池的发电要求量来控制燃料电池的输出；脉动运转控制部，其使控制阀下游的负极气体的压力根据对燃料电池的发电要求量而增大，并且使该控制阀下游的负极气体的压力周期性地增减；以及输出限制部，其在对燃料电池的发电要求量降低时，对由电力控制器设定的燃料电池的输出进行限制。【专利说明】燃料电池系统
本专利技术涉及一种燃料电池系统。
技术介绍
在日本JP2007-517369A中，作为以往的燃料电池系统，公开了一种在负极 (anode)气体供给通路上设置有常闭电磁阀、并且在负极气体排出通路上从上游起依次设 置有常开电磁阀和缓冲罐（回收罐）的燃料电池系统。 该以往的燃料电池系统是负极气体非循环型的燃料电池系统，通过实施使负极气 体的压力增减的脉动运转来将燃料电池内的发电区域中产生的杂质压入下游的缓冲罐，从 而抑制发电区域的氢浓度降低。
技术实现思路
专利技术要解决的问是页 在实施脉动运转的燃料电池系统中，在对燃料电池的发电要求量降低时，负极气 体的压力从高的状态向与发电要求量的降低相应的低的目标压力变更。此时的压力下降速 度为与消耗电力相应的速度，但是已知若压力下降速度快，则无法将燃料电池内的发电区 域中产生的杂质充分压入下游的缓冲罐，从而不能完全抑制发电区域的氢浓度降低。 本专利技术是着眼于这种问题而完成的，其目的在于减慢对燃料电池的发电要求量降 低时的压力下降速度来可靠地抑制发电区域的氢浓度降低。 用于解决问题的方案 根据本专利技术的某个方式，提供一种将负极气体和正极气体供给到燃料电池并且根 据电力控制器的控制来进行发电的燃料电池系统。而且，该燃料电池系统具备：控制阀，其 控制向燃料电池供给的负极气体的压力；电力控制器，其与燃料电池电连接，基于对燃料电 池的发电要求量来控制燃料电池的输出；脉动运转控制部，其使控制阀下游的负极气体的 压力根据对燃料电池的发电要求量而增大，并且使该控制阀下游的负极气体的压力周期性 地增减；以及输出限制部，其在对燃料电池的发电要求量降低时，对由电力控制器设定的燃 料电池的输出进行限制。 下面参照附图来详细说明本专利技术的实施方式、本专利技术的优点。 【专利附图】【附图说明】 图1A是本专利技术的一个实施方式的燃料电池的概要立体图。 图1B是图1A的燃料电池的IB-IB剖视图。 图2是本专利技术的一个实施方式的负极气体非循环型的燃料电池系统的概要图。 图3是说明稳定运转时的脉动运转的图。 图4是说明下降过渡运转时的脉动运转的图。 图5是说明本专利技术的一个实施方式的脉动运转控制的流程图。 图6是说明通常运转处理的流程图。 图7是说明下降过渡运转处理的流程图。 图8是基于负极压力下降量来计算燃料电池堆的输出电流上限值的表。 【具体实施方式】 燃料电池通过用负极（anode)电极（燃料极）和正极（cathode)电极（氧化剂 极）将电解质膜夹在中间并向负极电极供给含氢的负极气体（燃料气体）、向正极电极供给 含氧的正极气体（氧化剂气体）来进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的 电极反应如下。 负极电极：2H2 - 4H++4e、..（1) 正极电极：4H++4e +02 - 2H20... (2) 通过该（1)和（2)的电极反应，燃料电池产生1伏特左右的电动势。 图1A和图1B是说明本专利技术的一个实施方式的燃料电池10的结构的图。图1A是 燃料电池10的概要立体图。图1B是图1A的燃料电池10的IB-IB剖视图。 燃料电池10构成为在膜电极组件（Membrane Electrode Assembly,以下称为 "MEA"）11的表面和背面两面配置负极隔板12和正极隔板13。 MEA 11具备电解质膜111、负极电极112以及正极电极113。MEA 11在电解质膜 111的其中一面具有负极电极112,在另一面具有正极电极113。 电解质膜111是由氟系树脂形成的质子传导性的离子交换膜。电解质膜111在湿 润状态下表现出良好的电传导性。 负极电极112具备催化剂层112a和气体扩散层112b。催化剂层112a与电解质膜 111接触。催化剂层112a由钼或承载有钼等的炭黑粒子形成。气体扩散层112b设置于催 化剂层112a的外侧（电解质膜111的相反侧），与负极隔板12接触。气体扩散层112b由 具有足够的气体扩散性和导电性的构件形成，例如由碳布形成，该碳布是用由碳纤维形成 的线织成的。 正极电极113也与负极电极112同样地具备催化剂层113a和气体扩散层113b。 负极隔板12与气体扩散层112b接触。负极隔板12在与气体扩散层112b接触的 一侧具有用于向负极电极112供给负极气体的多个槽状的负极气体流路121。 正极隔板13与气体扩散层113b接触。正极隔板13在与气体扩散层113b接触的 一侧具有用于向正极电极113供给正极气体的多个槽状的正极气体流路131。 在负极气体流路121中流动的负极气体和在正极气体流路131中流动的正极气体 相互平行地流向相同方向。也可以相互平行地流向相反方向。 在将这种燃料电池10用作汽车用动力源的情况下，由于所要求的电力大，因此作 为将数百块燃料电池10层叠而得到的燃料电池堆来使用。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2是本专利技术的一个实施方式的负极气体非循环型的燃料电池系统1的概要图。 燃料电池系统1具备燃料电池堆2、负极气体供给装置3、电力系统4以及控制器 5〇 燃料电池堆2是层叠数百块燃料电池10而得到的，接受负极气体和正极气体的供 给，来发出驱动车辆所需的电力。燃料电池堆2具备负极电极侧输出端子21和正极电极侧 输出端子22作为取出电力的端子。 向燃料电池堆2供给正极气体或从燃料电池堆2排出正极气体的正极气体供排装 置以及对燃料电池堆2进行冷却的冷却装置不是本专利技术的主要部分，因此为了易于理解而 省略了其图示。在本实施方式中将空气用作正极气体。 负极气体供给装置3具备高压罐31、负极气体供给通路32、压力调节阀33、压力传 感器34、负极气体排出通路35、缓冲罐36、放气通路37以及放气阀38。 高压罐31将要向燃料电池堆2供给的负极气体保持为高压状态来贮存。 负极气体供给通路32是用于将从高压罐31排出的负极气体供给到燃料电池堆2 的通路，一个端部与高压罐31连接，另一个端部与燃料电池堆2的负极气体入口孔23连 接。 压力调节阀33设置于负极气体供给通路32。压力调节阀33将从高压罐31排出 的负极气体调节为期望的压力并供给到燃料电池堆2。压力调节阀33是能够连续地或阶段 地调节开度的电磁阀，其开度由控制器54来进行控制。 压力传感器34设置于比压力调节阀33更靠下游的负极气体供给通路32。压力 传感器34检测在比压力调节阀33更靠下游的负极气体供给通路32中流动的负极气体的 压力。在本实施方式中，将利用该压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，将负极气体和正极气体供给到燃料电池，并且根据电力控制器的控制来进行发电，该燃料电池系统具备：控制阀，其控制向上述燃料电池供给的负极气体的压力；电力控制器，其与上述燃料电池电连接，基于对上述燃料电池的发电要求量来控制上述燃料电池的输出；脉动运转控制部，其使上述控制阀下游的负极气体的压力根据对上述燃料电池的发电要求量而增大，并且使上述控制阀下游的负极气体的压力周期性地增减；以及输出限制部，其在对上述燃料电池的发电要求量降低时，对由上述电力控制器设定的上述燃料电池的输出进行限制。

【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：藤井隆宏，石川达郎，市川靖，池添圭吾，
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