燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统，包括：燃料电池，所述燃料电池包括燃料气体流过的燃料气体流路以及氧化剂气体流过的氧化剂气体流路，燃料气体流路的入口被定位成离氧化剂气体流路的出口比离氧化剂气体流路的入口近，燃料气体流路的出口被定位成离氧化剂气体流路的入口比离氧化剂气体流路的出口近；氧化剂气体供应单元，所述氧化剂气体供应单元将氧化剂气体供应到燃料电池；以及供应量控制器，所述供应量控制器被配置成控制氧化剂气体供应单元，其中供应量控制器被配置成控制氧化剂气体供应单元，使得高温高输出功率状态中的氧化剂气体的化学计量比大于高温低输出功率状态中的氧化剂气体的化学计量比。

Fuel cell system

【技术实现步骤摘要】
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
已知在燃料气体和氧化剂气体以逆流方式流动的燃料电池中，氧化剂气体流路的入口附近(换句话说，燃料气体流路的出口的附近)趋于干燥。如例如日本专利申请公开第2010-538415号中所公开的，已知了一种方法，该方法在氧化剂气体流路的入口附近干燥时增大燃料气体流量并且/或者减小燃料气体压力，以减少氧化剂气体流路的入口附近的干燥。此外，已知当在燃料电池的温度高时发电时，燃料气体流路的入口附近由于因增大的输出功率所致的燃料气体流量的增大而趋于干燥。例如，如例如国际公开第2014/017028号中所公开的，已知在产生具有1.4A/cm2或更大的电流密度的电力时，使氧化剂气体的化学计量比低于通常条件下的化学计量比并且/或者使燃料气体的化学计量比低于通常条件下的化学计量比，以减少燃料气体流路的入口附近的干燥。
技术实现思路
实施例的一个方面中的目的是提供一种提高发电性能的燃料电池系统。上述目的通过一种燃料电池系统来实现，该燃料电池系统包括：燃料电池，该燃料电池包括燃料气体流过的燃料气体流路以及氧化剂气体流过的氧化剂气体流路，燃料气体流路的入口被定位成相比靠近氧化剂气体流路的入口更靠近氧化剂气体流路的出口，燃料气体流路的出口被定位成相比靠近氧化剂气体流路的出口更靠近氧化剂气体流路的入口；氧化剂气体供应单元，该氧化剂气体供应单元将氧化剂气体供应到燃料电池；以及供应量控制器，该供应量控制器被配置成控制氧化剂气体供应单元，以控制到燃料电池的氧化剂气体的供应量，其中供应量控制器被配置成控制氧化剂气体供应单元，使得高温高输出功率状态中的氧化剂气体的化学计量比大于高温低输出功率状态中的氧化剂气体的化学计量比，高温高输出功率状态是燃料电池的温度高于预定温度并且燃料电池的发电量大于预定发电量的状态，高温低输出功率状态是燃料电池的温度高于预定温度并且燃料电池的发电量等于或小于预定发电量的状态。在上述构造中，可以设置燃料气体供应单元，该燃料气体供应单元将燃料气体供应到燃料电池，并且供应量控制器可以被配置成控制燃料气体供应单元，以控制到燃料电池的燃料气体的供应量，并且供应量控制器可以被配置成控制燃料气体供应单元，使得高温高输出功率状态中的燃料气体的化学计量比小于高温低输出功率状态中的燃料气体的化学计量比。在上述构造中，供应量控制器可以被配置成控制氧化剂气体供应单元，使得高温高输出功率状态中的氧化剂气体的化学计量比大于高温低输出功率状态中的氧化剂气体的化学计量比以及燃料电池的温度等于或低于预定温度时的氧化剂气体的化学计量比。在上述构造中，供应量控制器可以被配置成控制氧化剂气体供应单元，使得高温高输出功率状态中的氧化剂气体的化学计量比大于高温低输出功率状态中的氧化剂气体的化学计量比以及燃料电池的温度等于或低于预定温度时的氧化剂气体的化学计量比，并且供应量控制器可以被配置成控制燃料气体供应单元，使得高温高输出功率状态中的燃料气体的化学计量比是在高温低输出功率状态中的燃料气体的化学计量比与燃料电池的温度等于或低于预定温度时的燃料气体的化学计量比之间的值。在上述构造中，预定温度可以是70℃或更高。在上述构造中，在燃料电池的电流密度大于1.0A/cm2或更大的预定电流密度时燃料电池的发电量可以被认为大于预定发电量。在上述构造中，在燃料电池的电压小于0.75V或更小的预定电压时燃料电池的发电量可以被认为大于预定发电量。附图说明图1是示出了根据第一实施例的燃料电池系统的结构的示意图；图2A是单元电池的截面图，并且图2B是从阳极隔膜侧观察的单元电池的平面图；图3A和图3B是用于描述当在燃料电池的温度高时发电时出现的问题的图；图4是干燥减少的过程的流程图；图5示出了燃料电池的温度与单电池电压之间的关系；图6A示出了在燃料电池的温度高并且输出功率高时的第一实施例与第一比较例之间的单电池电压的比较结果，并且图6B示出了在燃料电池的温度高并且输出功率高时的第一实施例与第一比较例之间的电流密度分布的比较结果；图7示出了在燃料电池的温度高时的燃料电池的电流-电压特性(I-V特性)的测量结果；图8A示出了在燃料电池的温度高并且输出功率高时的第一实施例、第二实施例、第一比较例、第一参考例和第二参考例之间的单电池电压的比较结果，并且图8B示出了在燃料电池的温度高并且输出功率高时的第二实施例、第一比较例、第一参考例和第二参考例之间的电流密度分布的比较结果；并且图9A是从阳极隔膜侧观察的根据第一变型的单元电池的平面图，并且图9B是从阳极隔膜侧观察的根据第二变型的单元电池的平面图。具体实施方式当燃料电池的温度高并且燃料电池的发电量大时，在减少燃料电池的干燥以及提高发电性能方面仍有改进的空间。下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。第一实施例图1是示出了根据第一实施例的燃料电池系统的结构的示意图。燃料电池系统被安装在例如燃料电池车辆上，并且根据来自驾驶员的请求而输出用作驱动力的电力。如图1中所示，燃料电池系统100包括燃料电池10、氧化剂气体管路系统30、燃料气体管路系统40、冷却剂管路系统60、电力系统70和控制单元80。氧化剂气体管路系统30将被称为阴极气体的氧化剂气体(例如空气)供应到燃料电池10，并排放出未在燃料电池10中消耗的氧化剂排气。燃料气体管路系统40将被称为阳极气体的燃料气体(例如氢气)供应到燃料电池10，并排放出未在燃料电池10中消耗的燃料排气。冷却剂管路系统60使冷却燃料电池10的冷却剂循环通过燃料电池10。电力系统70对系统的电力进行充电和放电。控制单元80总体控制整个系统。电流传感器1和电压传感器2被安装到燃料电池10。电流传感器1连接到燃料电池10的直流(DC)线路，测量从燃料电池10输出的电流值，并将所测量的电流值传输到控制单元80。电压传感器2连接在燃料电池10的单元电池之间，测量燃料电池10上的电压，并将所测量的电压传输到控制单元80。燃料电池10是被供应氧化剂气体和燃料气体以发电的聚合物电解质燃料电池。燃料电池10具有堆叠结构，该堆叠结构具有堆叠的多个单元电池。图2A是单元电池的截面图，并且图2B是从阳极隔膜侧观察的单元电池的平面图。如图2A中所示，单元电池11包括膜电极气体扩散层组件(下文中称为MEGA)16以及将MEGA16夹在中间的阳极隔膜17a和阴极隔膜17c。MEGA16包括阳极气体扩散层15a和阴极气体扩散层15c以及膜电极组件(下文中称为MEA)14。MEA14包括电解质膜12、位于电解质膜12的第一表面上的阳极催化层13a以及位于电解质膜12的第二表面上的阴极催化层13c。电解质膜12是由例如具有磺酸基的氟类树脂材料或具有磺酸基的烃类树脂材料形成的固体聚合物膜，并且在潮湿条件下具有良好的质子传导性。阳极催化层13a和阴极催化层13c含有碳粒子(炭黑等)和离聚物，所述碳粒子负载加快电化学反应速率的催化剂(如铂或铂-钴合金)，所述离聚物是具有磺酸基的固体聚合物并且在潮湿条件下具有良好的质子传导性。阳极气体扩散层15a和阴极气体扩散层15c由具有气体渗透性和电子传导性的构件形成，例如由诸如碳纤维或石墨纤维等的多孔纤维构件形成。阳极隔膜17a和阴极隔膜17c由具有气体阻隔性和电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统，包括：燃料电池，所述燃料电池包括燃料气体流过的燃料气体流路和氧化剂气体流过的氧化剂气体流路，所述燃料气体流路的入口被定位成离所述氧化剂气体流路的出口比离所述氧化剂气体流路的入口近，所述燃料气体流路的出口被定位成离所述氧化剂气体流路的入口比离所述氧化剂气体流路的出口近；氧化剂气体供应单元，所述氧化剂气体供应单元将所述氧化剂气体供应到所述燃料电池；以及供应量控制器，所述供应量控制器被配置成控制所述氧化剂气体供应单元，以控制到所述燃料电池的所述氧化剂气体的供应量，其中所述供应量控制器被配置成控制所述氧化剂气体供应单元，使得在高温高输出功率状态中的所述氧化剂气体的化学计量比大于在高温低输出功率状态中的所述氧化剂气体的化学计量比，所述高温高输出功率状态是所述燃料电池的温度高于预定温度并且所述燃料电池的发电量大于预定发电量的状态，所述高温低输出功率状态是所述燃料电池的温度高于所述预定温度并且所述燃料电池的发电量等于或小于所述预定发电量的状态。

【技术特征摘要】
2018.02.09 JP 2018-0222291.一种燃料电池系统，包括：燃料电池，所述燃料电池包括燃料气体流过的燃料气体流路和氧化剂气体流过的氧化剂气体流路，所述燃料气体流路的入口被定位成离所述氧化剂气体流路的出口比离所述氧化剂气体流路的入口近，所述燃料气体流路的出口被定位成离所述氧化剂气体流路的入口比离所述氧化剂气体流路的出口近；氧化剂气体供应单元，所述氧化剂气体供应单元将所述氧化剂气体供应到所述燃料电池；以及供应量控制器，所述供应量控制器被配置成控制所述氧化剂气体供应单元，以控制到所述燃料电池的所述氧化剂气体的供应量，其中所述供应量控制器被配置成控制所述氧化剂气体供应单元，使得在高温高输出功率状态中的所述氧化剂气体的化学计量比大于在高温低输出功率状态中的所述氧化剂气体的化学计量比，所述高温高输出功率状态是所述燃料电池的温度高于预定温度并且所述燃料电池的发电量大于预定发电量的状态，所述高温低输出功率状态是所述燃料电池的温度高于所述预定温度并且所述燃料电池的发电量等于或小于所述预定发电量的状态。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：燃料气体供应单元，所述燃料气体供应单元将所述燃料气体供应到所述燃料电池，其中所述供应量控制器被配置成控制所述燃料气体供应单元，以控制到所述燃料电池的所述燃料气体的供应量，并且所述供应量控制器被配置成控制所述燃料气体供应单元，使得在所述高温高输出功率状态中的所述燃料气体的化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：下村哲也，前田正史，竹内仙光，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP