專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電的燃料電池的運轉(zhuǎn)控制。
背景技術(shù)：
近年來，通過氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電的燃料電池作為能源受到了人們的關(guān)注。燃料電池構(gòu)成為氫極和氧極夾著電解質(zhì)而配置。當(dāng)向氫極供給含氫豐富的燃料氣，向氧極供給空氣等氧化氣后，這些氣體中的氫和氧發(fā)生反應(yīng)，生成水，并且進(jìn)行發(fā)電。該反應(yīng)主要在氧極發(fā)生。
因反應(yīng)而生成大量的水后，因燃料電池的運轉(zhuǎn)狀態(tài)不同，有時不能將生成水排出，而使得氧化氣的配管因生成水而堵塞。該現(xiàn)象稱為液泛(flooding)，因妨礙向氧極供給氧化氣，而導(dǎo)致發(fā)電能力下降，燃料電池的壽命縮短等弊病。液泛在氧化氣流量較小的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，例如，在低電流密度下發(fā)電時容易發(fā)生。
日本的公開特許公報特開昭63-110558號公報公開了一種技術(shù)，通過間歇式地增加氧化氣的流量，來抑制液泛。
為了增加氧化氣的流量，需要提高用于供給氧化氣的泵動力，所以會導(dǎo)致降低燃料電池的能量效率。另外，提高泵動力后，在增加氧化氣的流量之前，會產(chǎn)生一定的滯后時間，所以，通過增加氧化氣的流量來抑制液泛，還存在響應(yīng)性低的問題。因為這種低響應(yīng)性，對于現(xiàn)有技術(shù)，在產(chǎn)生液泛之前，需要提前增加氧化氣，從而更有降低能量效率的可能性。鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于提供一種既能抑制能量效率的下降，又能避免液泛的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，以通過供給到氫極的氫和供給到氧極的氧化氣的電化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電的燃料電池為對象?？蛇m用各種類型的燃料電池，但優(yōu)選的是用ナフイオン(注冊商標(biāo))等固體高分子膜作為電解質(zhì)的固體高分子型。燃料電池系統(tǒng)具有對氧極的出口壓力進(jìn)行調(diào)整的出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)；和對其進(jìn)行控制的壓力控制部。壓力控制部，對出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制，使出口壓力從正常運轉(zhuǎn)時應(yīng)保持的基準(zhǔn)壓力間歇式地降低。作為出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)，例如有設(shè)置在氧極的出口側(cè)的壓力調(diào)節(jié)閥、和用于供給氧化氣的加壓泵等。
通過降低出口壓力，氧極的出口壓力就會過度地低于入口壓力，所以氧極內(nèi)的水就會被排出。在本發(fā)明中，通過間歇式地用該排出方法進(jìn)行排水，能夠既保持電解質(zhì)膜所需要的濕度，又抑制液泛。一般而言，降低出口壓力所需要的動力，小于氧極氧化氣的流量增加所需要的動力，所以根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制伴隨排水所產(chǎn)生的能量損失。另外，壓力的變化速度較快，所以根據(jù)本發(fā)明，還具有可提高排水處理的響應(yīng)性的優(yōu)點。
在本發(fā)明中，也可以在控制出口壓力的同時，對氧化氣的流量進(jìn)行控制。例如，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，也可以具有流量調(diào)節(jié)機構(gòu)，對供給到上述氧極的氧化氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；和流量控制部，對上述流量調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制，在上述出口壓力降低時，在預(yù)定的條件下，增加上述流量。流量調(diào)節(jié)機構(gòu)，例如有用于供給氧化氣的加壓泵、和設(shè)置在氧化氣供給系統(tǒng)中的流量調(diào)節(jié)閥等。
通過如此增加流量，能夠?qū)崿F(xiàn)更加有效的排水。用于增加流量的“預(yù)定的條件”，可以有各種設(shè)定。例如，可以在每次降低壓力時增加流量，也可以是降低幾次壓力后增加一次流量。另外，當(dāng)判斷預(yù)測只有壓力的降低不能進(jìn)行充分的排水時，例如當(dāng)燃料電池的入口壓力和出口壓力的壓差變成預(yù)定值以下時，也可以增加流量。一般而言，增加流量需要比較大的動力，所以從能量效率的觀點，優(yōu)選的是，在排水時，比起增加流量，優(yōu)先采用降低壓力。
在本發(fā)明中，執(zhí)行降低壓力等排水控制的時序，可以有各種設(shè)定?？梢栽O(shè)定成以預(yù)先設(shè)定的周期反復(fù)進(jìn)行排水控制，也可以設(shè)定成從燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來判斷是否需要排水控制。作為后者的方式，也可以對上述氧極內(nèi)的水的蓄積量或其變動進(jìn)行推定，并根據(jù)其結(jié)果，判斷是否需要排水控制。燃料電池系統(tǒng)，可以在根據(jù)該推定，判斷氧極內(nèi)的水的蓄積量或其變動超過預(yù)定的容許值時，執(zhí)行排水控制。這樣就能夠抑制無用的排水控制，從而提高能量效率。
蓄積量的變動，例如可通過水的生成量和排水可能量的差來求取。另外，將如此得到的變動進(jìn)行時間積分，即可推定水的蓄積量。在該推定中使用的生成量是發(fā)電量和發(fā)電時間的函數(shù)，排水可能量是氧化氣的流量、和壓力或溫度的函數(shù)。壓力和溫度，是確定在從氧極排出的氣體中作為飽和水蒸氣可能含有的水蒸氣量的參數(shù)。生成量和排水可能量，可以通過預(yù)先存儲一些圖或公式來求取，該圖或公式相對于這些參數(shù)，給出水的生成量和排水可能量。
判斷是否需要排水控制的容許值，可以有各種設(shè)定。關(guān)于蓄積量，容許值可以設(shè)定為低于判斷會產(chǎn)生液泛的蓄積量的范圍。關(guān)于蓄積量的變動，例如也可以設(shè)定成以0為容許值，當(dāng)蓄積量增加時，就判斷需要排水控制。這些容許值，可以是固定值，也可以與要求的發(fā)電量等相應(yīng)地進(jìn)行改變。
在本發(fā)明中，出口壓力也可以采用簡單降低的方法，但優(yōu)選的是，先使出口壓力從基準(zhǔn)壓力上升后，再降低到低于基準(zhǔn)壓力的順序。通過先從基準(zhǔn)壓力上升，能夠在降低壓力時，增加入口壓力和出口壓力的壓差，從而能夠?qū)崿F(xiàn)有效的排水。
當(dāng)無限制地降低出口壓力時，可能會導(dǎo)致入口壓力隨時間而降低，甚至導(dǎo)致氧化氣供給不足。為抑制該弊病，對于本發(fā)明中的出口壓力的降低，也可以設(shè)定限制，在氧極的入口壓力保持在預(yù)定值以上的前提下，降低出口壓力。如此一來，入口壓力保持在可實現(xiàn)氧化氣可靠供給的預(yù)定值，所以能夠使燃料電池穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。該控制例如，可通過在判斷入口壓力將低于預(yù)定值的時點，禁止降低出口壓力來實現(xiàn)。
在本發(fā)明中，出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)可設(shè)置在各種部位。例如也可以用設(shè)置在從燃料電池的氧極進(jìn)行排氣的排氣管上的壓力調(diào)節(jié)閥，作為出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)。對于這種方式，可以將壓力調(diào)節(jié)閥兼用作排氣的流量調(diào)節(jié)和排水控制，所以能夠簡化裝置構(gòu)成。另外，也可以在該排氣管之外，設(shè)置從氧極進(jìn)行排水的排水管，并用設(shè)置在其中途、在正常運轉(zhuǎn)時保持關(guān)閉狀態(tài)的開關(guān)機構(gòu)，例如開關(guān)閥等作為出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)。在該構(gòu)成中，因為增加了排水管的設(shè)計自由度，所以能夠?qū)崿F(xiàn)有效的排水。
在本發(fā)明中，上述的特征可以適當(dāng)?shù)亟M合，或者省略其中的一部分。另外，本發(fā)明不限于燃料電池系統(tǒng)，能夠以燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)控制方法等各種方式構(gòu)成。作為運轉(zhuǎn)控制方法而構(gòu)成時，也可以適當(dāng)適用上述的各種特征。


圖1是表示作為實施例的燃料電池系統(tǒng)整體構(gòu)成的說明圖。
圖2是運轉(zhuǎn)控制處理的流程圖。
圖3是表示排水控制的例子的說明圖。
具體實施例方式
按照以下順序說明本發(fā)明的實施例。
A.裝置構(gòu)成B.運轉(zhuǎn)控制處理C.排水控制D.變形例A.裝置構(gòu)成圖1是表示作為實施例的燃料電池系統(tǒng)整體構(gòu)成的說明圖。本實施例的燃料電池系統(tǒng)，作為電源，裝在用馬達(dá)驅(qū)動的電動車輛上。當(dāng)駕駛者操作加速器時，根據(jù)由加速器開度傳感器101檢出的操作量進(jìn)行發(fā)電，在該電力作用下，車輛能夠行駛。實施例的燃料電池系統(tǒng)，不需要是車載，可以采取固定式等各種構(gòu)成。
燃料電池堆10，是通過氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電的單元的層疊體。各單元構(gòu)成為將氫極(以下稱陽極)和氧極(以下稱陰極)夾著電解質(zhì)膜而配置。在本實施例中，使用了固體高分子型單元，該固體高分子型單元利用ナフイオン(注冊商標(biāo))等固體高分子膜作為電解質(zhì)膜，但并不限于此，可利用各種類型。
向燃料電池堆10的陰極，供給壓縮空氣，作為含有氧的氣體?？諝鈴倪^濾器40被吸入，經(jīng)壓縮機41壓縮后，用加濕器42加濕，并從配管35供給到燃料電池堆10。空氣的供給壓力，由壓力傳感器54檢測，并控制在170Kpa等預(yù)定的基準(zhǔn)壓力。在配管35上，設(shè)有用于檢測吸氣溫度的溫度傳感器102。從陰極排出的氣體(下面稱陰極廢氣)，通過配管36和消聲器43排出到外部?？諝獾墓┙o壓力，由設(shè)置在配管36上的壓力傳感器53進(jìn)行檢測，由調(diào)壓閥27的開度控制在150Kpa等預(yù)定的基準(zhǔn)值。
如果調(diào)壓閥27的開度迅速加大，出口壓力降低，就會過度地在陰極的入口壓力和出口壓力之間產(chǎn)生壓差。該壓差起的作用是，將發(fā)電時在陰極內(nèi)部生成的水排出。從這個意義上講，調(diào)壓閥27不僅用于正常運轉(zhuǎn)時的壓力控制，還可兼用作生成水的排水控制用的閥門。
向燃料電池堆10的陽極，通過配管32從貯藏在氫氣罐20中的高壓氫氣供給氫氣。也可以用乙醇、碳化氫、乙醛等作為原料，通過改質(zhì)反應(yīng)生成氫氣，供給到陽極，來代替氫氣罐20。
以高壓貯藏在氫氣罐20中的氫氣，經(jīng)在其出口處設(shè)置的節(jié)流閥21、調(diào)節(jié)器22、高壓閥23、和低壓閥24對壓力和供給量進(jìn)行調(diào)節(jié)后，被供給到陽極。從陽極排出的氣體(下面稱陽極廢氣)，流出到配管33。在陽極的出口處，設(shè)有壓力傳感器51和閥門25，用于對供給到陽極的供給壓力和供給量進(jìn)行控制。
配管33，在途中分成兩個分支，一個與用于向外部排出陽極廢氣的排出管34連接，另一個通過逆止閥28與配管32連接。隨著燃料電池堆10的發(fā)電，氫氣被消耗，其結(jié)果，陽極廢氣的壓力成為較低的狀態(tài)，所以在配管33上設(shè)有用于對陽極廢氣進(jìn)行加壓的泵45。
在設(shè)置在排出管34上的排出閥26關(guān)閉的期間，陽極廢氣通過配管32重新循環(huán)到燃料電池堆10。因為陽極廢氣中殘留著在發(fā)電時沒有被消耗的氫氣，所以通過使之如此循環(huán)，能夠有效利用氫氣。
在陽極廢氣的循環(huán)中，氫氣在發(fā)電中被消耗，另一方面，氫氣以外的雜質(zhì)，例如從陰極透過電解質(zhì)膜過來的氮氣等不會被消耗而殘留下來，所以雜質(zhì)的濃度逐漸增加。在這種狀態(tài)下，排出閥26打開后，陽極廢氣通過排出管34，在稀釋器44由空氣進(jìn)行稀釋后，排出到外部，以降低雜質(zhì)的循環(huán)量。但是，此時氫氣也同時被排出，所以排出閥26的開量，從燃料費升高的觀點，優(yōu)選的是盡量進(jìn)行抑制。
對燃料電池堆10，除了氫和氧以外，還供給冷卻水。冷卻水在泵46的作用下，通過冷卻用的配管37，在散熱器38得到冷卻后，供給到燃料電池堆10。在燃料電池堆10的出口處，設(shè)有用于檢測冷卻水溫度的溫度傳感器103。
燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，由控制單元100進(jìn)行控制?？刂茊卧?00構(gòu)成為內(nèi)部具有CPU、RAM、和ROM的微型計算機，根據(jù)ROM中存儲的程序，對系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。在圖中，用虛線表示了為實現(xiàn)該控制而對控制單元100輸入或從控制單元100輸出的信號的一例。作為輸入，可列舉例如溫度傳感器102、溫度傳感器103、加速器開度傳感器101的檢出信號。另外，來自用于檢測陰極入口壓力的壓力傳感器54、和用于檢測出口壓力的壓力傳感器53的檢測信號也被輸入到控制單元100。作為輸出，可列舉例如低壓閥24、排出閥26、調(diào)壓閥27、和壓縮機41。
在燃料電池10的陰極出口處，如圖中虛線所示，也可設(shè)有排水用的配管36a或配管36b。配管36a，是在陰極廢氣的配管36之外另行設(shè)置，并在燃料電池10的內(nèi)部與陰極內(nèi)的氣體流路相連接的例子。配管36b，是從陰極廢氣的配管36分支而設(shè)置的例子。在各配管36a、36b上，設(shè)有排水用的閥門27a、27b。該閥門27a、27b在正常運轉(zhuǎn)時處于關(guān)閉狀態(tài)，根據(jù)來自控制單元100的控制信號，在排水時打開。打開該閥門27a、27b后，陰極的出口壓力激劇降低，與入口壓力之間產(chǎn)生壓差，陰極內(nèi)的生成水被排放。從排水效果的觀點，優(yōu)選的是設(shè)置配管36a和閥門27a。
B.運轉(zhuǎn)控制處理圖2是運轉(zhuǎn)控制處理的流程圖。是控制單元100以預(yù)定的時序反復(fù)執(zhí)行的處理。
處理開始后，控制單元100進(jìn)行發(fā)電要求的輸入和運轉(zhuǎn)狀態(tài)的檢測(步驟S10)。另外，控制單元100根據(jù)該發(fā)電要求，進(jìn)行發(fā)電控制，即對燃料氣和空氣的供給量進(jìn)行控制(步驟S11)。
接著，控制單元100執(zhí)行發(fā)電時生成的水的排水控制。在本實施例中，通過打開陰極出口的調(diào)壓閥27，利用入口壓力和出口壓力的壓差，進(jìn)行排水。
為了執(zhí)行該排水控制，首先，控制單元100判斷陰極的入口壓力是否低于預(yù)定的閥值Pin(步驟S12)。閥值Pin是判斷是否進(jìn)行排水控制的基準(zhǔn)值。打開調(diào)壓閥27后，隨著時間的過去，入口壓力降低，空氣的供給量有可能會不夠。閥值Pin是為了避免這種事態(tài)而設(shè)定的值，對于燃料電池10，可根據(jù)供給壓力來進(jìn)行設(shè)定，該供給壓力應(yīng)能夠確保為了穩(wěn)定地持續(xù)運轉(zhuǎn)所要求的空氣流量。
控制單元100，當(dāng)入口壓力低于閥值Pin時，就判斷不應(yīng)執(zhí)行排水控制，從而不進(jìn)行排水控制就結(jié)束運轉(zhuǎn)控制處理。關(guān)于入口壓力的判斷(步驟S12)也可以省略，可以是無條件地執(zhí)行步驟S13以后的處理的流程。
當(dāng)入口壓力在閥值Pin以上時，控制單元100就對燃料電池10內(nèi)的蓄積水量的變化率進(jìn)行推定(步驟S13)。變化率可用單位時間的生成水量和排水量的差來求取。生成水量可以是發(fā)電量的函數(shù)。發(fā)電量和生成水量的關(guān)系，可預(yù)先作為圖或函數(shù)存儲在控制單元100中。一般發(fā)電量越大，生成水量也越大。
排水量可以作為空氣流量和溫度的函數(shù)來求取。一般生成水作為水蒸氣而含在陰極廢氣中，并被排出。溫度是規(guī)定陰極廢氣的飽和水蒸氣量的參數(shù)。作為規(guī)定陰極廢氣單位體積中可含有的水蒸氣量的參數(shù)，還可以考慮陰極廢氣的全壓來求取排水量。排水量和這些參數(shù)的關(guān)系，可以預(yù)先作為圖或函數(shù)存儲在控制單元100中。一般空氣流量越小，排水量也越小。
控制單元100，當(dāng)如此得到的變化率在預(yù)定的閥值Tr以下時(步驟S14)，就判斷產(chǎn)生液泛的可能性低，從而不進(jìn)行排水控制就結(jié)束運轉(zhuǎn)控制處理。閥值Tr是判斷是否會產(chǎn)生液泛的基準(zhǔn)值，可根據(jù)實驗或解析而任意設(shè)定。如果閥值Tr設(shè)定得較高，排水控制的頻率就會降低，所以就容易產(chǎn)生液泛。如果閥值Tr設(shè)定得較低，就會頻繁地進(jìn)行排水控制，空氣的供給壓力就會降低，所以有可能導(dǎo)致發(fā)電效率下降。閥值Tr優(yōu)選的是考慮該兩方面來設(shè)定。例如，如果將閥值Tr設(shè)定為0，當(dāng)變化率為正，即處于燃料電池10的蓄積水量增加的狀態(tài)時，就會進(jìn)行排水控制。
當(dāng)變化率超過預(yù)定的閥值Tr時，由于生成水的量較多，所以進(jìn)行排水控制(步驟S14、S15)。在本實施例中，是將降低陰極的出口壓力和增加空氣的流量二者結(jié)合起來進(jìn)行排水控制。
C.排水控制圖3是表示排水控制的例子的說明圖。表示排水控制開始后，陰極側(cè)的空氣流量和出口壓力的時間變化。
如圖所示，在排水控制中，通過間歇式地開放調(diào)壓閥27，來間歇式地降低出口壓力。圖中的區(qū)間D1～D4，表示降低壓力的區(qū)間。降低出口壓力時，在陰極的入口壓力和出口壓力之間會過度地產(chǎn)生壓差，從而促進(jìn)排水。關(guān)于降低壓力的期間D1～D4及其間隔B，可以預(yù)先固定，也可以與蓄積水量的變化率相應(yīng)地進(jìn)行改變。
在圖的下方，以區(qū)間D1的出口壓力變化的放大圖為例，表示了降低壓力時的波形。如圖所示，在本實施例中，適用的波形是先使出口壓力從正常運轉(zhuǎn)時的基準(zhǔn)壓力升高后(區(qū)間T1)，再降低到低于基準(zhǔn)壓力(區(qū)間T2)，然后使之恢復(fù)到基準(zhǔn)壓力(區(qū)間T3)。壓力的上升，例如可通過增加壓縮機41的轉(zhuǎn)數(shù)、降低調(diào)壓閥27的開度來實現(xiàn)。壓力的降低，可通過增加調(diào)壓閥27的開度來實現(xiàn)。
各區(qū)間T1～T3可以任意設(shè)定，但在區(qū)間T2使壓力降低時的變化率，優(yōu)選的是比在區(qū)間T1使壓力上升時的變化率更劇烈。如此，先使壓力上升，具有能夠增加壓力下降時的入口壓力和出口壓力的壓差，從而可提高排水效率的優(yōu)點。壓力降低時的波形，不限于圖中舉例表示的例子，可以有各種設(shè)定，也可以是省略使壓力上升的區(qū)間T1，僅僅使壓力從基準(zhǔn)壓力降低的波形。
在本實施例中，為了進(jìn)一步提高排水效率，如圖所示，在降低出口壓力的同時，也增加空氣流量。流量的增加，可以通過增加壓縮機41的轉(zhuǎn)數(shù)來實現(xiàn)。在本實施例中，流量的增加適用的頻率是低于出口壓力降低的頻率，即每降低壓力3回，增加1次流量的比例。增加流量的頻率可以任意設(shè)定，也可以是與降低壓力相同的頻率。但是，為了增加空氣流量，要求增加壓縮機41的驅(qū)動動力，所以從燃料電池系統(tǒng)的能量效率的觀點，增加流量的頻率優(yōu)選的是設(shè)定得較低。
空氣流量的增加，不一定需要周期性地進(jìn)行。例如，也可以是越是判斷只靠降低壓力的排水效果，不能抑制液泛時，就只在蓄積水量的變化率較大時增加空氣流量。增加流量的頻率和期間，也可以相應(yīng)蓄積水量的變化率而改變。另外，也可以是不增加空氣流量，只靠降低壓力來進(jìn)行排水。
根據(jù)上面說明的本實施例的燃料電池系統(tǒng)，通過適用間歇式地降低出口壓力這種排水控制，既能夠避免能量效率的極端降低，又能夠抑制液泛。另外，通過間歇式地進(jìn)行排水控制，能夠保持燃料電池的運轉(zhuǎn)所需要的濕度。
D.變形例實施例中的出口壓力的降低，也可以通過以圖1為例所表示的閥門27a、27b的開放來實現(xiàn)。
在實施例中，以根據(jù)蓄積水量的變化率來判斷是否需要排水控制的情況為例進(jìn)行了表示。是否需要排水控制，可以根據(jù)各種參數(shù)進(jìn)行判斷。例如，也可以用將實施例中所表示的變化率進(jìn)行時間積分所得到的生成水的蓄積量作為參數(shù)。另外，作為另外的參數(shù)，也可以使用所要求的發(fā)電量。一般而言，考慮到當(dāng)所要求的發(fā)電量較低時，容易產(chǎn)生液泛，可以采用根據(jù)發(fā)電量和預(yù)定值的比較，來判斷是否需要排水控制的方法。
以上，就本發(fā)明的各種實施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于上述實施例，勿庸置疑，本發(fā)明在不脫離其宗旨的范圍內(nèi)，可采用各種構(gòu)成。
工業(yè)實用性本發(fā)明可適用于車載式或固定式等各種燃料電池系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，具有燃料電池，通過供給到氫極的氫和供給到氧極的氧化氣的電化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電；出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)，對上述氧極的出口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)；和壓力控制部，對上述出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制，使上述出口壓力從正常運轉(zhuǎn)時應(yīng)保持的標(biāo)準(zhǔn)壓力間歇性地降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還具有流量調(diào)節(jié)機構(gòu)，對供給到上述氧極的氧化氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；和流量控制部，對上述流量調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制，在上述出口壓力降低時，在預(yù)定的條件下，增加上述流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還具有推定部，對上述氧極內(nèi)的水的蓄積量或其變動進(jìn)行推定，上述壓力控制部，當(dāng)判斷由上述推定部所推定的氧極內(nèi)的水的蓄積量或其變動超過預(yù)定的容許值時，執(zhí)行上述控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，上述壓力控制部，先使上述出口壓力從上述標(biāo)準(zhǔn)壓力上升后，再降低到低于該標(biāo)準(zhǔn)壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，具有入口壓力檢測部，檢測上述氧極的入口壓力，上述壓力控制部，在上述入口壓力保持在預(yù)定值或預(yù)定值以上的前提下，執(zhí)行上述控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，上述燃料電池具有從上述氧極進(jìn)行排水的排水管，該排水管與用于從該氧極進(jìn)行排氣的排氣管分別設(shè)置；和開關(guān)機構(gòu)，設(shè)置在該排水管的中途，在正常運轉(zhuǎn)時保持關(guān)閉狀態(tài)，上述壓力控制部，將上述開關(guān)機構(gòu)作為上述出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)，執(zhí)行上述控制。
7.一種燃料電池的運轉(zhuǎn)控制方法，該燃料電池通過供給到氫極的氫和供給到氧極的氧化氣的電化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電，該燃料電池的運轉(zhuǎn)控制方法具有正常運轉(zhuǎn)過程，對調(diào)節(jié)上述氧極的出口壓力的出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制，將該出口壓力保持在預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力；和排水過程，對上述出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制，使上述出口壓力從上述標(biāo)準(zhǔn)壓力間歇性地降低，進(jìn)行上述氧極的排水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的運轉(zhuǎn)控制方法，還具有流量控制過程，對流量調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制，該流量調(diào)節(jié)機構(gòu)用于對供給到上述氧極的氧化氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，上述流量控制過程包括對上述流量調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制的過程，在上述壓力降低時，在預(yù)定的條件下，增加上述流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的運轉(zhuǎn)控制方法，還具有對上述氧極內(nèi)的水的蓄積量或其變動進(jìn)行推定的過程，上述排水過程，在根據(jù)上述推定，判斷上述蓄積量或其變動超過預(yù)定的容許值時被執(zhí)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的運轉(zhuǎn)控制方法，上述排水過程包括對上述出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制的過程，使上述出口壓力先從上述標(biāo)準(zhǔn)壓力上升后，再降低到低于該標(biāo)準(zhǔn)壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的運轉(zhuǎn)控制方法，還具有對上述氧極的入口壓力進(jìn)行檢測的過程，上述排水過程包括對上述出口壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行控制的過程，使上述入口壓力保持在預(yù)定值或預(yù)定值以上。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的運轉(zhuǎn)控制方法，上述燃料電池具有從上述氧極進(jìn)行排水的排水管，該排水管與用于從該氧極進(jìn)行排氣的排氣管分別設(shè)置；和設(shè)置在該排水管中途的開關(guān)機構(gòu)，上述正常運轉(zhuǎn)過程，包括使上述開關(guān)機構(gòu)保持關(guān)閉狀態(tài)的過程，上述排水過程，包括對上述開關(guān)機構(gòu)的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制的過程。
全文摘要
在燃料電池系統(tǒng)中，按下面的程序控制供給到陰極側(cè)的空氣的流量和壓力。首先，將空氣以發(fā)電所要求的流量和供給壓力供給到陰極。在該狀態(tài)下，根據(jù)要求的發(fā)電量、空氣流量，推定在陰極蓄積的生成水的量的變化率。當(dāng)生成水的蓄積量以大的變化率增加時，為了避免液泛，將陰極出口的調(diào)壓閥間歇式地打開，降低出口壓力。另外，以低于壓力降低的頻率，增加空氣流量。如此一來，可以利用陰極的入口和出口的壓力差、和空氣流量，促進(jìn)生成水的排水，而且能量損失小。
文檔編號H01M8/06GK1791995SQ20048001347
公開日2006年6月21日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者弓田修, 水野圭造 申請人:豐田自動車株式會社