燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统，其具有：燃料电池；供给流路，使由燃料供给源提供的燃料气体流向上述燃料电池；可变气体供给装置，调整上述供给流路的上游侧的气体状态并提供到下游侧；第１控制装置，对上述可变气体供给装置进行驱动控制；废气流路，能够将从上述燃料电池排出的燃料废气经由排出阀排放到外部；第２控制装置，对上述排出阀进行驱动控制；以及异常检测装置，检测上述排出阀是否发生异常，其中，上述异常检测装置利用对上述可变气体供给装置的气体供给指令量检测出上述排出阀未从打开状态恢复到关阀状态的打开异常。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池系统，其在废气流路上具有用于排出伴 随燃料电池发电而生成的杂质的排出阀。
技术介绍
一直以来，具有接收反应气体(燃料气体及氧化气体)的供给并 进行发电的燃料电池的燃料电池系统被提出并实际应用。近些年来， 提出了如下燃料电池系统在用于使由氢罐等燃料供给源提供的燃料 气体流向燃料电池的燃料供给流路上，设置机械式可变调节器、喷射 器等可变气体供给装置，从而可根据系统的运转状态改变来自燃料供给源的燃料气体的供给压力(例如参照日本特开2005-302563号公报)。
技术实现思路
在上述电池系统的燃料电池内部或燃料废气的循环流路中，伴随 发电而生成的氮、 一氧化碳等杂质气体、水分会随着时间累积。因此， 提出了以下的技术方案(清除技术)为了将累积的气体、水分排出 到外部，在循环流路(或与循环流路连接的排出流路)上设置了排气 阀、排水阀等排出阀，通过对该排出阀进行开关控制而排出气体、水 分。但是，例如因异物进入到该排出阀等，即使对处于打开状态的排 出阀进行关闭控制也无法关闭时、即产生所谓关闭异常时，会出现应 循环到燃料电池的燃料被白白排出的情况，因此需要开发出在运转过 程中检测出排出阀的打开异常的技术。本专利技术鉴于以上情况而产生，其目的在于提供一种可在运转过程中检测出排出阀的打开异常的燃料电池系统。为了实现上述目的，本专利技术涉及的燃料电池系统具有燃料电池; 供给流路，使由燃料供给源提供的燃料气体流向上述燃料电池；可变 气体供给装置，调整上述供给流路的上游侧的气体状态并提供到下游 顶IJ;第1控制装置，对上述可变气体供给装置进行驱动控制；废气流 路，能够将从上述燃料电池排出的燃料废气经由排出阀排放到外部； 第2控制装置，对上述排出阀进行驱动控制；异常检测装置，检测上 述排出阀是否发生异常，其中，上述异常检测装置利用对上述可变气 体供给装置的气体供给指令量检测出上述排出阀未从打开状态恢复到 关阀状态的打开异常。根据这一构成，利用对可变气体供给装置的气体供给指令量检测 出排出阀的打开异常，因此可在运转过程中不产生延迟地检测出该打 开异常。在上述燃料电池系统中，设对上述可变气体供给装置的基于PI控 制法则的气体供给指令量为Qreq、上述燃料电池中的燃料气体消耗量 为Qfc、上述燃料电池内的从阳极侧到阴极侧的交叉泄漏量为Qcl、气 体供给量增加量Qinc-Qr叫—(Qfc + Qcl)时，上述异常检测装置根据 上述气体供给量增加量Q i n c检测出上述排出阀的打开异常。并且，在上述燃料电池系统中，上述异常检测装置在上述气体供 给量增加量Qinc超过预定的第1阈值的状态持续了预定时间时检测出 上述排出阀的打开异常。进一步，在上述燃料电池系统中，上述第2控制装置在通过上述 异常检测装置检测到上述排出阀打开异常时对该排出阀多次反复进行 开关驱动控制。根据该构成，当在运转过程中检测到排出阀的打开异常时，可不 停止运转地解除该打开异常。进一步，在上述燃料电池系统中，上述可变气体供给装置可以是 直接以电磁驱动力按预定的驱动周期驱动阀体而使该阀体与阀座分离 的电磁驱动式开关阀(例如喷射器)。上述排出阀也一样，可以是直 接以电磁驱动力按预定的驱动周期驱动阔体而使该阀体与阀座分离的 电磁驱动式开关阀。根据本专利技术，可在运转过程中检测出排出阀的打开异常。附图说明图1是本专利技术的实施方式涉及的燃料电池系统的构成图。 图2是用于说明图l所示的燃料电池系统的控制方式的控制框图。 图3是用于说明图1所示的燃料电池系统的打开异常解除控制的 时间图。图4是用于说明图1所示的燃料电池系统的打开异常停止控制的 时间图。具体实施例方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式涉及的燃料电池系统1。 在本实施方式中，说明将本专利技术应用于燃料电池车辆(移动体)的车 载发电系统的例子，也可将本专利技术涉及的燃料电池系统搭载到除燃料 电池车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、飞机等)中。并且，本 专利技术涉及的燃料电池系统也可适用于用作建筑(住宅、大厦等)的发 电设置的固定式发电系统。首先，参照图说明本专利技术的实施方式涉及的燃料电池系统1的构成。如图1所示，本实施方式涉及的燃料电池系统1具有接收反应气 体(氧化气体及燃料气体)的供给并产生电力的燃料电池10，并具有: 氧化气体配管系统2，向燃料电池IO提供作为氧化气体的空气；氢气 配管系统3，向燃料电池IO提供作为燃料气体的氢气；统一控制系统 整体的控制装置(第l控制装置、第2控制装置、异常检测装置)4等。燃料电池10具有层叠所需个数的单电池而构成的层叠结构，其 中，上述单电池接收反应气体的供给并通过电化学反应进行发电。由燃料电池10产生的电力被提供到PCU (Power Control Unit:功率控制 单元)11。 PCU11具有配置在燃料电池IO和牵引电机12之间的逆变 器、DC-DC转换器等。并且，燃料电池IO上安装有检测发电过程中的 电流的电流传感器13。氧化气体配管系统2具有空气供给流路21，将通过加湿器20 加湿后的氧化气体(空气)提供到燃料电池10;空气排出流路22,将 从燃料电池10排出的氧化废气引导到加湿器20;以及排气流路23， 用于将氧化废气从加湿器20引导到外部。空气供给流路21中设有压 縮机24，其导入大气中的氧化气体并压送到加湿器20。氢气配管系统3具有作为燃料供给源的氢罐30，贮存有高压(例 如70MPa)的氢气；作为燃料供给流路的氢供给流路(供给流路)31， 用于将氢罐30的氢气提供到燃料电池10;以及循环流路(废气流路) 32，用于使从燃料电池10排出的废氢气返回到氢供给流路31。此外，也可替代氢罐30，采用以下装置作为燃料供给源重整器， 由烃类燃料生成富氢的重整气体；高压气罐，使由该重整器生成的重 整气体为高压状态并蓄压。并且，也可采用具有储氢合金的罐作为燃 料供给源。氢供给流路31上设有截止阀33，截止或允许来自氢罐30的氢气供给；调节器34，调整氢气的压力；以及喷射器(可变气体供给装 置)35。并且，在喷射器35的上游侧设有检测氢供给流路31内的氢 气的压力及温度的一次侧压力传感器41及温度传感器42。进一步，在喷射器35的下游侧的、氢供给流路31和循环流路32 的合流部的上游侧，设有检测氢供给流路31内的氢气压力的二次侧压 力传感器43及在氢供给流路31内达到预定工作压力时打开的安全阀 44。调节器34是将该上游侧压力(一次压力)调节为预先设定的二次 压力的装置。在本实施方式中，将对一次压力减压的机械式减压阀用 作调节器34。作为机械式减压阀的构成，可采用如下的公知构成具 有隔着隔膜而形成背压室和调压室的筐体，通过背压室内的背压在调 压室内将一次压力减小为预定的压力，作为二次压力。喷射器35是电磁驱动式开关阀，其直接以电磁驱动力按预定的驱 动周期驱动阀体而使阀体与阀座分离，从而可调整气体流量、气体压 力。喷射器35具有阀座，该阀座具有喷射氢气等气体燃料的喷射孔， 并且喷射器35还具有喷嘴体，提供该气体燃料并将该气体燃料引导 到喷射孔；阀体，以可相对该喷嘴体在轴线方向(气体流方)上移动 的方式被收容保持，并对喷射孔进行开关。在本实施方式中，喷射器35的阀体由作为电磁驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具有：燃料电池；供给流路，用于使由燃料供给源提供的燃料气体流向上述燃料电池；可变气体供给装置，调整上述供给流路的上游侧的气体状态并提供到下游侧；第１控制装置，对上述可变气体供给装置进行驱动控制；废气流路，能够将从上述燃料电池排出的燃料废气经由排出阀排放到外部；第２控制装置，对上述排出阀进行驱动控制；以及异常检测装置，检测上述排出阀是否发生异常，其中，　上述异常检测装置利用对上述可变气体供给装置的气体供给指令量检测出上述排出阀未从打开状态恢复到关闭状态的 打开异常。

【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：石河统将，
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]