燃料电池系统及燃料电池系统的运转方法技术方案

一种具有固体高分子型燃料电池（２０）的燃料电池系统（１０）具有：交流电流发生部（５２），其以一定的频率和振幅对燃料电池（２０）施加交流电流；交流电压取得部（过滤器部（７１）、Ａ／Ｄ变换器（７２）及控制部（５４）），其从构成燃料电池（２０）的特定的单体电池的输出电压分离起因于交流电流的交流成分，以随着时间获取交流成分的电压值；湿润状态判断部（控制部（５４）），其判断燃料电池（２０）是否处于湿润倾向；和过度湿润判断部（控制部（５４）），其在湿润状态判断部判断出燃料电池（２０）处于湿润倾向时，求出表示随着时间获取到的上述交流成分的电压值的偏差的大小之统计值，在表示该偏差的大小的统计值超过基准值的情况下，判断为燃料电池（２０）处于过度湿润。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有燃料电池的燃料电池系统及燃料电池系统的运转 方法。
技术介绍
对于固体高分子型燃料电池，由于将处于湿润状态时显示质子传 导性的固体高分子膜用作电解质层，所以，为了良好地维持发电状态， 重要的是将固体高分子膜保持在充分的湿润状态下。而且，在这种燃 料电池中，虽然伴随发电会在阴极产生水，但是当水的生成过剩或生 成水的排水延误时，会形成称作所谓的溢流的状态，从而会存在相对 阴极催化剂的气体供给不充分的情况。因此， 一直以来，都进行用于 适当地维持电解质层或催化剂及其周边处含有的水分量用的控制。为 了进行这种水分量的控制，作为判断电解质层的加湿状态的方法，已 知基于构成燃料电池的单体电池的输出电压的偏差的方法。也就是说， 当输出电压的偏差大时，能判断出电解质层的水分量过剩。
技术实现思路
然而，当如上所述、检测出输出电压的偏差大的情况时，固体高 分子膜的水分过剩状态已经持续了，业已形成发电效率开始降低的状 态。当水分过剩状态被检测出来时，虽然可以通过调节气体流量、加 湿量，或者气体压力来实现水分过剩状态的消除，但是，为了良好地 维持燃料电池的发电状态，希望可以更早地检测到水分过剩状态。本专利技术就是为了解决上述现有的问题而提出的，其目的在于更早 地检测出燃料电池内部的水分过剩状态。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种具有固体高分子型燃料电 池的燃料电池系统。本专利技术的燃料电池系统具有交流成分发生部， 其以一定的频率和振幅对上述燃料电池施加交流电成分；交流电压取 得部，其从构成上述燃料电池的预定的单体电池的输出电压中分离起因于上述交流电的交流成分，以随着时间获取上述交流成分的电压值; 湿润状态判断部，其判断上述燃料电池是否处于湿润倾向；和过度湿 润判断部，其在上述湿润状态判断部判断出上述燃料电池处于上述湿 润倾向时，判断上述燃料电池是否处于过度湿润。根据如上那样构造的本专利技术的燃料电池系统，当判断出燃料电池 处于湿润倾向时，判断为燃料电池处于过度湿润，因此，能更早地进 行燃料电池处于过度湿润的判断。本专利技术可以以上述之外的各种形式实现，例如，可以以下述形式 实现燃料电池系统的过度湿润判断方法、搭载燃料电池系统的移动 体等。附图说明图1为表示实施例的燃料电池系统的大致结构的方框图。 图2为表示单体电池的截面示意图。 图3为表示燃料电池的电压的随时间变化的说明图。 图4为表示溢流判断处理程序的流程图。图5为一说明图，表示使燃料电池内部向溢流易于发生的状态逐渐变化、以在测定电压值的同时算出阻抗值的结果。图6为表示变形例的溢流判断处理程序的流程图。 图7为表示变形例的溢流判断处理程序的流程图。 图8为表示对于规定数目的平均阻抗值、调查了值的频数分布后 的结果的说明图。具体实施方式下面，基于实施例、参照附图说明本专利技术的实施方式。 A.系统的整体结构图1为表示作为本专利技术的实施例的燃料电池系统10的大致结构的方框图。燃料电池系统10具有燃料电池20、燃料气体供给部30和氧 化气体供给部40。而且，为了判断上述燃料电池20的湿润状态，燃料 电池系统10还具有电压检测部50、交流电流发生部52和控制部54。燃料电池20为固体高分子型的燃料电池。图2为表示作为燃料电 池20的构成单位的单体电池21的截面示意图。单体电池21由电解质 膜22、阳极电极23、阴极电极24、气体扩散层25、 26、及隔板27、 28构成。电解质膜22为由固体高分子材料、例如氟类树脂形成的质子传导 性的离子交换膜，在湿润状态下显示良好的导电性。阳极电极23及阴 极电极24为形成在电解质膜22上的层，包括进行电化学反应的催化 剂金属(例如白金)、具有质子传导性的电解质、和具有电子传导性 的碳粒子。气体扩散层25、 26由具有气体透过性及电子传导性的部件 构成，例如能由泡沫金属、金属网等金属制部件，或者碳布(carbon cloth)、碳纸(carbon paper)等碳制部件形成。隔板27、 28由不透气 的导电性部件形成，例如能由通过压縮碳而成为不透气的致密质碳等 碳制部件或加压成形的不锈钢等金属部件形成。隔板27、 28在其表面具有形成单体电池21内的气体流路用的凹 凸形状。隔板27在其与气体扩散层25之间形成包含氢气的燃料气体 通过的单体电池内燃料气体流路27a。而且，隔板28在其与气体扩散 层26之间形成包含氧气的氧化气体通过的单体电池内氧化气体流路 28a。另外，在单体电池21的外周部，与单体电池21的层叠方向平行 地设置燃料气体或氧化气体流通的多个气体歧管(图中未示出)。流 经这些多个气体歧管中的燃料气体供给歧管的燃料气体被分配给各单体电池21，供给电化学反应的同时在各单体电池内燃料气体流路27a 内通过，之后，汇集到燃料气体排出歧管。同样地，流经氧化气体供 给歧管的氧化气体被分配给各单体电池21，供给电化学反应的同时在 各单体电池内氧化气体流路28a内通过，之后，汇集到氧化气体排出歧 管。燃料电池20具有将这种单体电池21层叠多个而形成的堆叠结构。 另外，在燃料电池20中，为了调节堆叠结构的内部温度，在各单体电 池之间或者每层叠规定数量的单体电池，设置制冷剂通过的制冷剂流 路(图中未示出)。例如在相邻的单体电池之间，制冷剂流路能设置 在一个单体电池具有的隔板27与另一个单体电池具有的隔板28之间。燃料电池20在堆叠结构的两端还设有集电板60、 61。在集电板 60、 61上分别连接配线62或配线63，经配线62、 63从燃料电池20 向负载64供给电力。而且，在集电板60、 61上还分别连接配线65或 配线66，该配线65、 66连接到交流电流发生部52。交流电流发生部 52为产生显示一定的频率及振幅的交流电流的装置，通过该交流电流 发生部52将微弱的高频交流电流施加到燃料电池20的集电板60、 61 之间。由交流电流发生部52进行的交流电流的施加为用于得到构成燃 料电池20的单体电池21的阻抗值(电阻)的操作，将在后面详细说 明。而且，在本实施例的燃料电池20中，对于构成堆叠结构的单体电 池21内的特定的一个单体电池，设置电压检测部50。电压检测部50 具有电压传感器70、过滤器部71和A/D变换器72。电压传感器70经 配线73、 74连接到上述特定的单体电池，可测定上述单体电池的输出 电压。而且，在配线73、 74上还连接除去电压的直流成分、以得到交 流成分用的过滤器部71，及对与过滤器部71分离后的电压的交流成分 有关的信号进行数字化的A/D变换器72。另外，如后所述，上述电压 检测部50是为了通过检测特定的单体电池的电压来判断该特定的单体电池的湿润状态而设置的。因此，设置电压检测部50的特定的单体电 池希望是堆叠结构整体中预料较易于发生溢流的单体电池，例如，位 于堆叠结构的端部且温度易于变得较低的单体电池。由电压传感器70测定的电压为通过燃料电池20发电而产生的输 出电压与起因于交流电流发生部52施加的交流电流而产生的电压的 和。图3为表示燃料电池20的特定的单体电池中的电压的情况的说明 图。图3 (A)表示通过燃料电池20发电而产生的输出电压取一定值 的情况、即，来自燃料电池20的输出电压为直流电压的情况下的输出 电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有固体高分子型燃料电池的燃料电池系统，具有：　　　　交流成分发生部，其以一定的频率和振幅对上述燃料电池施加交流电成分；　　　　交流电压取得部，其从构成上述燃料电池的预定的单体电池的输出电压中分离起因于上述交流电的交流成分，以随着时间获取上述交流成分的电压值；　　　　湿润状态判断部，其判断上述燃料电池是否处于湿润倾向；和　　　　过度湿润判断部，其在上述湿润状态判断部判断出上述燃料电池处于上述湿润倾向时，判断上述燃料电池是否处于过度湿润。

【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：荒木康，
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]