燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在JP2012 - 003957A中，作為以往的燃料電池系統(tǒng)，記載了通過在陰極氣體供給通路中設(shè)置的壓縮機(jī)控制陰極氣體的流量，并通過陰極氣體排出通路中設(shè)置的調(diào)壓閥控制陰極氣體的壓力的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]通常，陰極氣體的壓力以及流量被控制為根據(jù)目標(biāo)輸出電流分別單獨(dú)地算出的目標(biāo)值，使得即使從燃料電池組取出目標(biāo)輸出電流，燃料電池組內(nèi)的氧分壓也不低于規(guī)定的氧分壓。
[0004]但是，為了燃料電池系統(tǒng)的熱保護(hù)，有時(shí)必須暫時(shí)地使陰極氣體的壓力降低，使壓縮機(jī)下游的溫度降低。這樣，如上所述，如果將陰極氣體的壓力以及流量控制為根據(jù)目標(biāo)輸出電流分別單獨(dú)地算出的目標(biāo)值，則可知產(chǎn)生以下那樣的問題點(diǎn)。
[0005]S卩，即使為了燃料電池系統(tǒng)的熱保護(hù)，陰極氣體的壓力被控制為小于根據(jù)目標(biāo)輸出電流算出的目標(biāo)值的目標(biāo)值，陰極氣體的流量也被控制為根據(jù)目標(biāo)輸出電流算出的目標(biāo)值，所以存在燃料電池組內(nèi)的氧分壓低于規(guī)定的氧分壓的顧慮。
[0006]本發(fā)明著眼于這樣的問題點(diǎn)而完成，目的是抑制燃料電池組內(nèi)的氧分壓低于規(guī)定的氧分壓。
[0007]用于解決課題的手段
[0008]按照本發(fā)明的一個(gè)方式，提供對燃料電池供給陽極氣體以及陰極氣體而發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。并且，該燃料電池系統(tǒng)包括:壓縮機(jī)，調(diào)節(jié)對燃料電池供給的陰極氣體的流量；調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)對燃料電池供給的陰極氣體的壓力；目標(biāo)壓力計(jì)算單元，考慮燃料電池的負(fù)載和燃料電池系統(tǒng)的熱保護(hù)要求，計(jì)算對燃料電池供給的陰極氣體的目標(biāo)壓力；目標(biāo)流量計(jì)算單元，根據(jù)燃料電池的負(fù)載和陰極氣體的目標(biāo)壓力，計(jì)算對燃料電池供給的陰極氣體的目標(biāo)流量；以及控制單元，根據(jù)陰極氣體的目標(biāo)壓力以及目標(biāo)流量，控制壓縮機(jī)以及調(diào)壓閥。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略圖。
[0010]圖2是說明本發(fā)明的第I實(shí)施方式的陰極系統(tǒng)的控制的控制方框圖。
[0011]圖3是計(jì)算組要求WRD入口壓力的映射圖。
[0012]圖4是計(jì)算組要求供給流量的映射圖。
[0013]圖5是說明本發(fā)明的第I實(shí)施方式的陰極系統(tǒng)的控制的動作的定時(shí)圖。
[0014]圖6是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的組要求供給流量計(jì)算單元的控制方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下，參照附圖等說明本發(fā)明的各實(shí)施方式。
[0016](第I實(shí)施方式)
[0017]燃料電池通過陽極電極(燃料極)和陰極電極(氧化劑極)夾持電解質(zhì)膜，通過對陽極電極供給含有氫的陽極氣體(燃料氣體)，對陰極電極供給含有氧的陰極氣體(氧化劑氣體)來發(fā)電。陽極電極以及陰極電極的兩電極中進(jìn)行的電極反應(yīng)如下。
[0018]陽極電極:2H2—4H ++4e...(I)
[0019]陰極電極:4H++4e+O2- 2H 20…(2)
[0020]通過該(I)、(2)的電極反應(yīng)，燃料電池產(chǎn)生I伏特左右的電動勢。
[0021]在將燃料電池作為汽車用動力源使用的情況下，由于要求的電力大，所以使用將數(shù)百張的燃料電池層積后的燃料電池組。于是，構(gòu)成對燃料電池組供給陽極氣體以及陰極氣體的燃料電池系統(tǒng)，取出車輛驅(qū)動用的電力。
[0022]圖1是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100的概略圖。
[0023]燃料電池系統(tǒng)100包括:燃料電池組I ;陰極氣體給排裝置2 ;陽極氣體給排裝置3;以及控制器4。
[0024]燃料電池組I是將數(shù)百張的燃料電池層積后的電池組，接受陽極氣體以及陰極氣體的供給，發(fā)電車輛的驅(qū)動所需要的電力。
[0025]陰極氣體給排裝置2對燃料電池組I供給陰極氣體，同時(shí)將從燃料電池組I排出的陰極廢氣排出到外部大氣。陰極氣體給排裝置2包括:陰極氣體供給通路21 ;陰極氣體排出通路22 ;過濾器23 ;陰極壓縮機(jī)24 ;冷熱氣自動調(diào)節(jié)器25 ;水分回收裝置(WaterRecovery Device ;以下稱為“WRD”。)26 ;陰極調(diào)壓閥27 ;氣流傳感器41 ;溫度傳感器42 ;壓力傳感器43。
[0026]陰極氣體供給通路21是流過對燃料電池組I供給的陰極氣體的通路。陰極氣體供給通路21的一端連接到過濾器23，另一端連接到燃料電池組I的陰極氣體入口孔。
[0027]陰極氣體排出通路22是流過從燃料電池組I排出的陰極廢氣的通路。陰極氣體排出通路22的一端連接到燃料電池組I的陰極氣體出口孔，另一端為開口端。陰極廢氣是陰極氣體、通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣的混合氣體。
[0028]過濾器23去除被取入到陰極氣體供給通路21的陰極氣體中的異物。
[0029]陰極壓縮機(jī)24設(shè)置在陰極氣體供給通路21中。陰極壓縮機(jī)24經(jīng)由過濾器23將作為陰極氣體的空氣(外部大氣)取入陰極氣體供給通路21，提供給燃料電池組I。陰極壓縮機(jī)24通過壓縮機(jī)驅(qū)動用電動機(jī)241進(jìn)行驅(qū)動。在壓縮機(jī)驅(qū)動用電動機(jī)241上，連接將從燃料電池組I供給的直流電力變換為交流電力的壓縮機(jī)驅(qū)動用逆變器242。通過控制器控制壓縮機(jī)驅(qū)動用逆變器242，從而控制壓縮機(jī)驅(qū)動用電動機(jī)241，進(jìn)而控制陰極壓縮機(jī)24。
[0030]冷熱氣自動調(diào)節(jié)器25設(shè)置在陰極壓縮機(jī)24下游的陰極氣體供給通路21上。冷熱氣自動調(diào)節(jié)器25冷卻從陰極壓縮機(jī)24排出的陰極氣體。
[0031]WRD26分別連接到陰極氣體供給通路21以及陰極氣體排出通路22，回收流過陰極氣體排出通路22的陰極廢氣中的水分，通過該回收的水分對流過陰極氣體供給通路21的陰極氣體進(jìn)行加濕。
[0032]陰極調(diào)壓閥27設(shè)置在WRD26下游的陰極氣體排出通路22上。陰極調(diào)壓閥27通過控制器4進(jìn)行開閉控制，將對燃料電池組I供給的陰極氣體的壓力調(diào)節(jié)為希望的壓力。
[0033]氣流傳感器41被設(shè)置在陰極壓縮機(jī)24上游的陰極氣體供給通路21上。氣流傳感器41檢測對陰極壓縮機(jī)24供給，最終對燃料電池組I供給的陰極氣體的流量(以下稱為“組供給流量”。)。
[0034]溫度傳感器42設(shè)置在冷熱氣自動調(diào)節(jié)器25和WRD26之間的陰極氣體供給通路21上。溫度傳感器42檢測WRD26的陰極氣體入口側(cè)的溫度(以下稱為“WRD入口溫度”。)。
[0035]壓力傳感器43設(shè)置在冷熱氣自動調(diào)節(jié)器25和WRD26之間的陰極氣體供給通路21上。壓力傳感器43檢測WRD26的陰極氣體入口側(cè)的壓力(以下稱為“WRD入口壓力”。)。
[0036]陽極氣體給排裝置3對燃料電池組I供給陽極氣體，同時(shí)將從燃料電池組I排出的陽極廢氣排出到陰極氣體排出通路22。陽極氣體給排裝置3包括:高壓罐31 ;陽極氣體供給通路32 ;陽極調(diào)壓閥33 ;陽極氣體排出通路34 ;清洗閥35。
[0037]高壓罐31將對燃料電池組I供給的陽極氣體保持為高壓狀態(tài)進(jìn)行儲藏。
[0038]陽極氣體供給通路32是用于將從高壓罐31排出的陽極氣體提供給燃料電池組I的通路。陽極氣體供給通路32的一端連接到高壓罐31，另一端連接到燃料電池組I的陽極氣體入口孔。
[0039]陽極調(diào)壓閥33設(shè)置在陽極氣體供給通路32上。陽極調(diào)壓閥33通過控制器4進(jìn)行開閉控制，將對燃料電池組I供給的陽極氣體的壓力調(diào)節(jié)到希望的壓力。
[0040]陽極氣體排出通路34是從燃料電池組I排出的陽極廢氣流過的通路。陽極氣體排出通路34的一端連接到燃料電池組I的陽極氣體出口孔，另一端連接到陰極氣體排出通路22。
[0041]經(jīng)由陽極氣體排出通路34排出到陰極氣體排出通路22的陽極廢氣在陰極氣體排出通路22內(nèi)與陰極廢氣混合，被排出到燃料電池系統(tǒng)100的外部。由于在陽極廢氣中包含在電極反應(yīng)中未使用的剩余的陽極氣體(氫)，所以通過與陰極廢氣混合后排出到燃料電池系統(tǒng)100的外部，該排出氣體中的氫濃度要成為預(yù)先確定的規(guī)定濃度以下。
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