燃料电池系统技术方案

一种氢循环装置（４），将燃料电池（１）的氢电极（１ａ）的出口排出的未使用的氢气经由氢气循环通道（３）循环至氢电极（１ａ）的进口。如果由负载检测器（７）检测出的氢循环装置（４）的负载超过给定值，净化阀控制器（８）判别出在氢循环路径（１ａ，３，４）中积聚的氮量超过了给定值，打开净化阀，而在氢循环装置（４）的负载降低到给定值以下时判断出氮的净化终止，关闭净化阀（６）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统
本专利技术涉及燃料电池系统，尤其涉及装配有用于再循环从氢电极排放的未使用氢气的氢循环系统的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池具有电解质，向该电解质提供燃料气体如氢气和含氧的氧化剂气体，从而引起电化学反应的发生，直接从在电解质的两个表面上形成的电极中取出电能。尤其是，采用固体聚合物电解质的固体聚合物燃料电池工作温度低并且易于操作，因此作为电动汽车用电源备受公众注目。由燃料电池供电的车辆是最清洁的车辆，最终仅形成水作为排放物质，储氢单元如高压氢罐、液氢罐和吸氢合金安装在车辆上以向燃料电池提供氢气，含氧的空气也输送到燃料电池中，从而发生反应，从燃料电池中取出电能，驱动连接到驱动轮的马达。为了加湿氢气或提高发电功率性能，根据具有其中氢气用作燃料的固体聚合物燃料电池的常规系统，该系统包括氢循环系统，在该氢循环系统中，为了产生电能而被消耗的氢气按过剩量提供给氢电极进口，从氢电极出口排放的未使用氢气重新循环到氢电极进口。利用装配有这种氢循环系统的燃料电池，在所供应的氢气中所含的杂质以及在从氧化剂电极经过电解质泄漏的空气中所含的氮气积聚在氢循环系统中。在这种情况中，如果在氢循环系统中积聚的氢量过度增加，燃料电池就会被损坏，因此进行净化以将在氢循环系统中积聚的杂质如氮气排放到系统外部。日本专利特开2002-231293(第5页，以及图1)表示常规的净化技术。根据这种技术，控制净化阀使其以预定时间间隔打开。然而，由于在不取决于在氢循环系统中积聚的氮气量的条件下以-->给定时间间隔进行净化操作，因此上述相关技术遇到了以下问题：发生了氢气从氢循环系统中不希望的排放，从而造成燃料电池的燃料保存性能的恶化。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种燃料电池系统，该系统包括：燃料电池主体，该燃料电池主体具有分别提供有氢气和氧化剂气体的氢电极和氧化剂电极，用于产生电能；向氢电极的进口提供氢气的氢供应通道；将从氢电极的出口排出的废氢气循环至氢电极进口的氢循环通道；废氢经由其循环的氢循环装置；将从氢电极出口和氢循环通道的至少一个排出的废氢气排放到外部的净化通道；打开或关闭净化通道的净化阀；和净化阀控制器，控制成根据氢循环装置的负载和旋转速度的至少一个打开或关闭净化阀。附图说明图1是说明本专利技术第一实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图2是说明在第一实施例中如何进行控制的流程图。图3A是说明在第一实施例中，在氢循环路径中积聚的氢量和氢循环装置的负载之间的示图。图3B是说明在第一实施例中，在氢循环路径中积聚的氮量和其以恒定功率输出的燃料电池电压之间关系的示图。图4是说明在第一实施例中，在负载氢循环装置和以恒定功率输出的燃料电池电压之间关系的示图。图5是说明在第一实施例中，积聚的氮量随着净化阀将被关闭的持续时间变化的示图。图6是说明本专利技术第二实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图7是说明在第二实施例中如何进行控制的主要流程图。-->图8是说明在第二实施例中如何进行控制的具体流程图。图9是说明在第二实施例中如何进行控制的具体流程图。图10是说明在第二实施例中用于判别是否进行净化开始或净化结束的给定值的示图。图11是说明本专利技术第三实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图12是说明在第三实施例中如何进行控制的具体流程图。图13是说明在第三实施例中所采用的氮量估算表的示图。图14是说明在第三实施例中如何进行控制的具体流程图。图15是说明在第三实施例中的氮量判断值的示图。图16是说明本专利技术第四实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图17是说明在第四实施例中如何进行控制的流程图。图18是说明在第四实施例中如何进行控制的时间图。图19是说明本专利技术第五实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图20是说明在第五实施例中，在目标旋转速度和燃料电池功率输出量之间关系的示图。图21是说明在第五实施例中如何进行控制的流程图。图22是说明在第五实施例中，在目标旋转速度和目标负载之间关系的示图。图23是说明在第五实施例中如何进行控制的流程图。图24是说明在第五实施例中如何进行控制的流程图。图25是说明在第五实施例中用于负载判断中的给定值的示图。图26是说明本专利技术第六实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图27是说明在第六实施例中如何进行控制的示意性流程图。图28是说明在第六实施例中如何进行控制的流程图。图29是说明在第六实施例中如何进行控制的时间图。-->图30是说明用于第六实施例中的获知区域表的示图。图31是说明用于第六实施例的控制的堆电压表的示图。图32是说明用于第六实施例的控制的负载随区域增加获知值表的示图。图33是说明表示在第六实施例中氢循环装置的负载如何获知的情况的示图。图34是说明在第六实施例中如何进行控制的流程图。图35是说明在第六实施例中如何进行控制的流程图。图36是说明在第六实施例中如何进行控制的流程图。图37是说明在第六实施例中参照下限值的方法的示图。图38是说明在第六实施例中如何进行控制的流程图。图39是说明本专利技术第七实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图40是说明在第七实施例中如何进行控制的流程图。图41是说明本专利技术第八实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图42是说明在第八实施例中如何进行控制的流程图。图43是说明本专利技术第九实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图44是说明在第九实施例中在氢供应压力和氢循环路径内压之间关系的示图。图45是说明在第九实施例中在氢循环装置内压和氢循环装置负载之间关系的示图。图46是说明本专利技术第十实施例的燃料电池系统结构的系统结构图。图47是说明在第十实施例中在环境温度和蒸汽分压之间关系的示图。图48是说明在第十实施例中在蒸汽分压和氢循环装置负载之间关系的示图。-->具体实施方式参照附图，详细介绍本专利技术的实施方式。[第一实施例]参照图1，下面介绍根据本专利技术第一实施例的燃料电池系统100。如图1所示，燃料电池系统100由下述部分构成：具有氢电极1a和氧化剂电极1b的燃料电池1；氢气供应通道2，氢气通过该通道2供应给氢电极1a；氢气循环通道3，该通道3形成了使氢气从氢电极1a的出口循环至其进口的路径；包括泵的氢循环装置4，该装置4将氢气从氢电极1a的出口经过氢循环通道3循环至其进口；净化通道5，氢气循环通道3经由净化通道5与外界相连；打开或关闭净化通道5的净化阀6；检测氢循环装置4的负载的负载检测器7；和控制打开或关闭净化阀6的净化阀控制器8。负载检测器7根据由扭矩传感器检测的扭矩以及氢循环装置4的电功率消耗和电流消耗检测氢循环装置4的负载，将检测值输出给净化阀控制器8。尽管控制器8有许多结构，但例如在本实施例中，净化阀控制器8由包括CPU、存储程序和控制常数的ROM、用于处理的RAM和I/O界面的微处理器构成。此外，负载检测器7(输入单元)和净化阀6(输出单元)相应连接到控制器8。参照图2-5，详细介绍净化阀控制器8的操作。在图2中，在步骤(以下将该步骤简称为S)1中，将由负载检测器7检测出的氢循环装置4的负载输入到净化阀控制器8。在下一步骤S2，进行判断以查明氢循环装置4的检测负载是否以超过给定值的固定速度旋转。尤其是，将构成氢循环装置4的氢循环设备(例如泵)控制成以固定速度旋转。由于氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：燃料电池主体，具有分别提供有氢气和氧化剂气体的氢电极和氧化剂电极，用于产生电功率；向氢电极的进口提供氢气的氢供应通道；将从氢电极的出口排出的废氢气循环至氢电极进口的氢循环通道；废氢经由 其循环的氢循环装置；将从氢电极出口和氢循环通道的至少一个排出的废氢气排放到外部的净化通道；打开或关闭净化通道的净化阀；和净化阀控制器，控制成根据氢循环装置的负载和旋转速度的至少一个打开或关闭净化阀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-5-21 143488/20021.一种燃料电池系统，包括：燃料电池主体，具有分别提供有氢气和氧化剂气体的氢电极和氧化剂电极，用于产生电功率；向氢电极的进口提供氢气的氢供应通道；将从氢电极的出口排出的废氢气循环至氢电极进口的氢循环通道；废氢经由其循环的氢循环装置；将从氢电极出口和氢循环通道的至少一个排出的废氢气排放到外部的净化通道；打开或关闭净化通道的净化阀；和净化阀控制器，控制成根据氢循环装置的负载和旋转速度的至少一个打开或关闭净化阀。2.根据权利要求1的燃料电池系统，进一步包括：检测氢循环装置的负载的负载检测器；和其中，净化阀控制器根据氢循环装置在其非过渡态的稳定操作过程中由负载检测器检测的工作负载控制净化阀。3.根据权利要求2的燃料电池系统，其中净化阀控制器包括：净化开始控制部分，该部分这样进行控制：当由负载检测器检测出的工作负载超过第一给定值时，判别为氢循环通道中的氮浓度增加，由此打开净化阀；净化结束控制部分，该部分这样进行控制：当由负载检测器检测出的工作负载降低到小于第一给定值的第二给定值之下时，关闭净化阀。4.根据权利要求2的燃料电池系统，其中净化阀控制器根据负载检测器的检测结果估算在氢循环通道中存在的氮量，根据估算的氮量打开或关闭净化阀。5.根据权利要求1的燃料电池系统，进一步包括：-->氢浓度检测器，检测紧靠净化通道出口的氢浓度；和其中净化阀控制器根据由氢浓度检测器检测出的氢浓度计算关闭净化阀的时间。6.根据权利要求1的燃料电池系统，其中净化阀控制器包括：功率输出计算部分，计算由燃料电池主体产生的电功率输出；氢循环装置目标旋转速度计算部分，根据由功率输出计算部分计算出的所得功率输出计算氢循环装置的目...

【专利技术属性】
技术研发人员：布施彻，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]