燃料電池系統的制作方法

燃料電池系統的制作方法
【專利摘要】燃料電池系統具備：制冷劑循環通路，對燃料電池進行冷卻的制冷劑在該制冷劑循環通路中循環；泵，其使制冷劑循環；散熱部，其將制冷劑的熱放出來對制冷劑進行冷卻；旁路通路，其以繞過上述散熱部的方式與制冷劑循環通路連接；以及開閉閥，其設置于經由散熱部而來的低溫制冷劑與未經由散熱部而經由旁路通路而來的高溫制冷劑進行合流的合流部，當高溫制冷劑的溫度為規定的開閥溫度以上時打開以使低溫制冷劑與高溫制冷劑合流來供給到燃料電池，該燃料電池系統根據燃料電池的狀態來計算泵的基本噴出流量，在低溫制冷劑的溫度低于規定溫度時，使泵的噴出流量比基本噴出流量增多。
【專利說明】燃料電池系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池系統。
【背景技術】
[0002]在日本JP2006-302739A中，作為以往的燃料電池系統，記載了一種使用電磁三通閥來切換對燃料電池堆進行冷卻的冷卻水的循環路徑的燃料電池系統。

【發明內容】

[0003]為了簡化燃料電池系統，討論了使用恒溫器(thermostat)來代替電磁三通閥。然而，當使用恒溫器來代替電磁三通閥時，已知以下的情況:若在經由散熱器而來的冷卻水的溫度低時恒溫器被打開，則在恒溫器的內部冷卻水的溫度會急劇降低而恒溫器反復開閉，從而發生供給到燃料電池堆的冷卻水的溫度上下變動的振動(hunting)。
[0004]本發明是著眼于這種問題點而完成的，其目的在于抑制振動的產生。
[0005]根據本發明的某個方式，提供了一種燃料電池系統，該燃料電池系統具備:制冷劑循環通路，對燃料電池進行冷卻的制冷劑在該制冷劑循環通路中循環；泵，其設置于制冷劑循環通路，使制冷劑循環；散熱部，其設置于制冷劑循環通路，放出制冷劑的熱來對制冷劑進行冷卻；旁路通路，其與制冷劑循環通路連接以繞過散熱部；以及開閉閥，其設置于經由散熱部而來的低溫制冷劑與未經由散熱部而經由旁路通路而來的高溫制冷劑進行合流的合流部，當高溫制冷劑的溫度為規定的開閥溫度以上時打開以使低溫制冷劑與高溫制冷劑合流來供給到燃料電池，該燃料電池系統根據燃料電池的狀態來計算泵的基本噴出流量，在低溫制冷劑的溫度低于規定溫度時，使泵的噴出流量比基本噴出流量增多。
[0006]參照附圖，在下面詳細說明本發明的實施方式、本發明的優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發明的第一實施方式的燃料電池系統的概要圖。
[0008]圖2是說明本發明的第一實施方式的循環泵的泵流量控制的流程圖。
[0009]圖3是基于堆負荷來計算目標堆出口水溫的表。
[0010]圖4是基于堆出口水溫與目標堆出口水溫之間的溫差來計算基本泵流量的表。
[0011]圖5是基于基本泵流量來計算振動產生散熱器出口水溫的表。
[0012]圖6是說明第一規定溫度α和第二規定溫度β的設定方法的圖。
[0013]圖7是基于散熱器出口水溫來計算振動避免泵流量的表。
[0014]圖8是說明本發明的第二實施方式的循環泵的泵流量控制的流程圖。
[0015]圖9是說明正極壓力校正處理的流程圖。
[0016]圖10是基于堆負荷來計算基本正極壓力的表。
[0017]圖11是基于目標堆出口水溫和平均水溫來計算正極壓力的校正值的表。
[0018]圖12是說明本發明的第三實施方式的循環泵的泵流量控制的流程圖。[0019]圖13是說明正極氣體流量校正處理的流程圖。
[0020]圖14是基于堆負荷來計算基本正極氣體流量的表。
[0021]圖15是基于目標堆出口水溫和平均水溫來計算正極氣體流量的校正值的表。
【具體實施方式】
[0022](第一實施方式)
[0023]燃料電池通過用負極(anode)電極(燃料極)和正極(cathode)電極(氧化劑極)夾持電解質膜并向負極電極供給含有氫的負極氣體(燃料氣體)、向正極電極供給含有氧的正極氣體(氧化劑氣體)來進行發電。在負極電極和正極電極這兩個電極處進行的電極反應如下。
[0024]負極電極:2H2— 4H++4e、..(I)
[0025]正極電極:4H++4e>02— 2H20...(2)
[0026]通過該(I) (2)的電極反應，燃料電池產生I伏特左右的電動勢。
[0027]在將燃料電池用作汽車用動力源的情況下，由于要求的電力大，因此作為將數百塊的燃料電池層疊所得的燃料電池堆來進行使用。然后，構成向燃料電池堆供給負極氣體和正極氣體的燃料電池系統，取出車輛驅動用的電力。
[0028]圖1是本發明的第一實施方式的燃料電池系統100的概要圖。
[0029]燃料電池系統100具備燃料電池堆1、正極氣體供排裝置2、負極氣體供排裝置3、堆冷卻裝置4以及控制器5。
[0030]燃料電池堆I是層疊數百塊燃料電池而得的，接受負極氣體和正極氣體的供給來進行發電，產生驅動車輛所需的電力。
[0031]正極氣體供排裝置2是向燃料電池堆I供給正極氣體并且將從燃料電池堆I排出的正極排氣排出到外部大氣的裝置。正極氣體供排裝置2具備正極氣體供給通路21、過濾器22、正極壓縮機23、正極氣體排出通路24、正極壓力調節閥25、氣流傳感器26以及壓力傳感器27。
[0032]正極氣體供給通路21是流通向燃料電池堆I供給的正極氣體的通路。正極氣體供給通路21 —端連接于過濾器22，另一端連接于燃料電池堆I的正極氣體入口孔11。
[0033]過濾器22將取入到正極氣體供給通路21的正極氣體中的異物去除。
[0034]正極壓縮機23設置于正極氣體供給通路21。正極壓縮機23經由過濾器22將作為正極氣體的空氣(外部大氣)取入到正極氣體供給通路21，供給到燃料電池堆I。
[0035]正極氣體排出通路24是流通從燃料電池堆I排出的正極排氣的通路。正極氣體排出通路24 —端連接于燃料電池堆I的正極氣體出口孔12，另一端為開口端。
[0036]正極壓力調節閥25設置于正極氣體排出通路24。正極壓力調節閥25由控制器5來控制開閉，將正極壓力調節閥25上游側的流通正極氣體的通路的壓力(以下稱為“正極壓力”)調節為期望的壓力。
[0037]氣流傳感器26設置于正極壓縮機23上游的正極氣體供給通路21。氣流傳感器26檢測在正極氣體供給通路21中流動的正極氣體的流量。
[0038]壓力傳感器27設置于正極氣體入口孔11附近的正極氣體供給通路21。壓力傳感器27檢測正極壓力。控制器5基于壓力傳感器27的檢測值來調整正極壓力調節閥25的開度，將正極壓力調節為期望的壓力。
[0039]負極氣體供排裝置3是向燃料電池堆I供給負極氣體并且將從燃料電池堆I排出的負極排氣排出到正極氣體排出通路24的裝置。負極氣體供排裝置3具備高壓罐31、負極氣體供給通路32、負極壓力調節閥33、負極氣體排出通路34以及凈化閥35。
[0040]高壓罐31將要向燃料電池堆I供給的負極氣體保持為高壓狀態來貯存。
[0041]負極氣體供給通路32是用于將從高壓罐31排出的負極氣體供給到燃料電池堆I的通路。負極氣體供給通路32—端連接于高壓罐31，另一端連接于燃料電池堆I的負極氣體入口孔13。
[0042]負極壓力調節閥33設置于負極氣體供給通路32。負極壓力調節閥33由控制器5來控制開閉，將從高壓罐31流出到負極氣體供給通路32的負極氣體的壓力調節為期望的壓力。
[0043]負極氣體排出通路34是流通從燃料電池堆I排出的負極排氣的通路。負極氣體排出通路34 —端連接于燃料電池堆I的負極氣體出口孔14，另一端連接于正極氣體排出通路24。
[0044]凈化閥35設置于負極氣體排出通路34。凈化閥35由控制器5來控制開閉，對從負極氣體排出通路34排出到正極氣體排出通路24的負極排氣的流量進行控制。
[0045]堆冷卻裝置4是對燃料電池堆I進行冷卻、將燃料電池堆I保持為適于發電的溫度的裝置。堆冷卻裝置4具備冷卻水循環通路41、散熱器42、旁路通路43、恒溫器44、循環泵45、加熱器46、第一水溫傳感器47以及第二水溫傳感器48。
[0046]冷卻水循環通路41是用于對燃料電池堆I進行冷卻的冷卻水循環的通路。
[0047]散熱器42設置于冷卻水循環通路41。散熱器42對從燃料電池堆I排出的冷卻水進行冷卻。
[0048]旁路通路43 —端連接于冷卻水循環通路41，另一端連接于恒溫器44，以能夠使冷卻水繞過散熱器42進行循環。
[0049]恒溫器44設置于散熱器42下游側的冷卻水循環通路41。恒溫器44是根據在內部流動的冷卻水的溫度來自動地開閉的開閉閥。恒溫器44當在內部流動的冷卻水的溫度低于規定的恒溫器開閥溫度時為關閉的狀態，僅將經由旁路通路43而來的相對高溫的冷卻水供給到燃料電池堆I。另一方面，當在內部流動的冷卻水的溫度變為恒溫器開閥溫度以上時開始慢慢打開，使經由旁路通路42而來的冷卻水與經由散熱器43而來的相對低溫的冷卻水在內部混合來供給到燃料電池堆。這樣，無論恒溫器44的開閉狀態如何，經由旁路通路43而來的冷卻水都會流入到恒溫器44中。
[0050]此外，也可以構成為以下結構:在恒溫器44的開度為規定以上時，切斷來自旁路通路42的冷卻水的流入，僅將經由散熱器43而來的冷卻水供給到燃料電池堆I。另外，能夠利用構成恒溫器44的蠟材料和彈簧來調整恒溫器開閥溫度，只要根據燃料電池堆I的特性來適當設定該恒溫器開閥溫度即可。
[0051]循環泵45設置于恒溫器44下游側的冷卻水循環通路41，使冷卻水循環。循環泵45的噴出流量(以下稱為“泵流量”)由控制器5來控制。
[0052]加熱器46設置于恒溫器44與循環泵45之間的冷卻水循環通路41。加熱器46在燃料電池堆I預熱時被通電，使冷卻水的溫度上升。在本實施方式中，將PTC加熱器用作加熱器46，但是并不限于此。
[0053]第一水溫傳感器47設置于冷卻水循環通路41與旁路通路43的分支點上游側的冷卻水循環通路41。第一水溫傳感器47對從燃料電池堆I排出的冷卻水的溫度(以下稱為“堆出口水溫”)進行檢測。堆出口水溫相當于燃料電池堆的溫度(以下稱為“堆溫度”)。
[0054]第二水溫傳感器48設置于循環泵45下游側的冷卻水循環通路41。第二水溫傳感器48對流入到燃料電池堆I的冷卻水的溫度(以下稱為“堆入口水溫”)進行檢測。在本實施方式中，將由該第二水溫傳感器48檢測出的堆入口水溫代用作在恒溫器44的內部流動的冷卻水的溫度。
[0055]控制器5由具備中央運算裝置(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)以及輸入輸出接口(I/o接口)的微計算機構成。除了來自上述的第一水溫傳感器47和第二水溫傳感器48的信號以外，來自檢測外部氣溫的外部氣溫傳感器51、檢測作為對燃料電池堆I施加的負荷(以下稱為“堆負荷”)的燃料電池堆I的輸出電流的電流傳感器52等控制燃料電池系統100所需的各種傳感器的信號也被輸入到控制器5。在本實施方式中，將由外部氣溫傳感器51檢測出的外部氣溫代用作從散熱器42排出的冷卻水的溫度(以下稱為“散熱器出口水溫”)。
[0056]在此，在如本實施方式那樣使用恒溫器44來切換冷卻水的循環路徑的情況下，已知會產生如下的問題點。
[0057]在燃料電池系統100起動時，通常堆出口水溫與外部氣溫是同等的。因此，在燃料電池系統100起動后不久，在恒溫器44的內部流動的冷卻水的溫度低于恒溫器開閥溫度，因此僅將經由旁路通路43而來的冷卻水供給到燃料電池堆I。
[0058]之后，當通過與燃料電池堆I的熱交換而冷卻水的溫度上升、堆出口水溫上升到恒溫器開閥溫度時，恒溫器44開閥，經由旁路通路43而來的冷卻水與經由散熱器42而來的冷卻水在恒溫器44內混合而供給到燃料電池堆I。
[0059]此時，經由散熱器42而來的冷卻水已被散熱器42冷卻到與外部氣溫同等的溫度。因此，尤其是在如外部氣溫低于0°C那樣的低溫環境下，經由旁路通路43而來的冷卻水的溫度(堆出口水溫)與經由散熱器42而來的冷卻水的溫度(散熱器出口水溫)的溫度差變大，有時在恒溫器44內進行混合所得的冷卻水的溫度會急劇降低。已知這樣就會產生以下的問題:恒溫器44反復開閉，從而發生供給到燃料電池堆I的冷卻水的溫度(堆入口水溫)上下變動的振動。
[0060]因此，在本實施方式中，根據散熱器出口水溫來判斷是否有可能發生振動，在有可能發生振動時，在堆出口水溫已上升到恒溫器開閥溫度附近的時間點使泵流量增多。由此，能夠使經由旁路通路43來流入到恒溫器44的冷卻水的流量增多，從而能夠提高在恒溫器44內流動的冷卻水的流速。其結果，能夠抑制恒溫器44被打開而經由散熱器42而來的冷卻水流入時的恒溫器44內的冷卻水溫的急劇降低，從而能夠抑制振動。
[0061]下面，參照圖2至圖7來說明本實施方式的循環泵流量控制。
[0062]圖2是說明本實施方式的循環泵的泵流量控制的流程圖。控制器5在燃料電池系統100的運轉過程中以規定的運算周期(例如10[ms])執行本例程。
[0063]在步驟SI中，控制器5讀入各種傳感器的檢測信號。
[0064]在步驟S2中，控制器5參照后述的圖3的表來基于堆負荷、即由電流傳感器52檢測出的輸出電流來計算堆出口水溫的目標值(以下稱為“目標堆出口水溫”)。
[0065]在步驟S3中，控制器5計算由第一水溫傳感器47檢測出的堆出口水溫與目標堆出口水溫之間的溫差。
[0066]在步驟S4中，控制器5參照后述的圖4的表，基于堆出口水溫與目標堆出口水溫之間的溫差來計算泵流量的基本值(以下稱為“基本泵流量”)。
[0067]在步驟S5中，控制器5參照后述的圖5的表，基于基本泵流量來計算開始產生振動的散熱器出口水溫(以下稱為“振動產生散熱器出口水溫”)。振動產生散熱器出口水溫是如下的溫度:在將泵流量控制為基本泵流量的情況下，當散熱器出口水溫低于振動產生散熱器出口水溫時，在打開恒溫器時存在產生振動的擔憂。
[0068]在步驟S6中，控制器5判定散熱器出口水溫是否為振動產生散熱器出口水溫以下。如果散熱器出口水溫為振動產生出口水溫以下，則控制器5進行步驟S7的處理。另一方面，如果散熱器出口水溫高于振動產生散熱器出口水溫，則控制器5進行步驟S8的處理。
[0069]在步驟S7中，控制器5判定在恒溫器44內進行混合所得的冷卻水的溫度、即堆入口水溫是否已進入規定范圍內。具體地說，判定堆入口水溫是否高于使恒溫器開閥溫度減去第一規定溫度α所得的溫度(以下稱為“增多開始溫度”)且低于使規定的恒溫器閉閥溫度加上第二規定溫度β所得的溫度(以下稱為“增多結束溫度”)。參照圖6，在后面敘述第一規定溫度α和第二規定溫度β的設定方法。如果堆入口水溫尚未進入規定范圍內，則控制器5進行步驟S8的處理。另一方面，如果堆入口水溫已進入規定范圍內，則控制器5進行步驟SlO的處理。
[0070]在步驟S8中，控制器5將基本泵流量設定為目標泵流量。這是由于，如果散熱器出口水溫高于振動產生散熱器出口水溫，則即使不使泵流量增多也不會存在產生振動的擔憂。另外，是由于，若在增多開始溫度之前已使泵流量增多，則燃料電池系統100的系統效率和預熱性能會惡化。
[0071]在步驟S9中，控制器5對循環泵進行控制以使泵流量為目標泵流量。
[0072]在步驟SlO中，控制器5參照后述的圖7的表，基于散熱器出口水溫來計算不會產生振動的泵流量(以下稱為“振動避免泵流量”)。
[0073]在步驟SI I中，控制器5將振動避免泵流量設定為目標泵流量，進行使泵流量與基本泵流量相比增多的校正。
[0074]圖3是基于堆負荷來計算目標堆出口水溫的表。
[0075]如圖3所示，目標堆出口水溫基本上被設定為恒溫器開閥溫度以上，并被設定成隨著堆負荷變大而變大。
[0076]堆負荷越大，在燃料電池堆I的內部產生的生成水的量越多，構成燃料電池堆I的各燃料電池的電解質膜的含水率越有增多的趨勢。因此，為了將電解質膜的含水率保持為固定，堆負荷越大越提高目標堆出口水溫。通過提高目標堆出口水溫，在燃料電池堆I的內部產生的生成水中的變成水蒸氣而作為正極排氣排出的生成水的比例增多，因此能夠將電解質膜的含水率保持為固定。
[0077]圖4是基于堆出口水溫與目標堆出口水溫之間的溫差來計算基本泵流量的表。
[0078]如圖4所示，在堆出口水溫與目標堆出口水溫之間的溫差為負的值時，即，在堆出口水溫低于目標堆出口水溫時，需要使堆出口水溫上升，因此泵流量被設定為最低流量。另一方面，在堆出口水溫與目標堆出口水溫之間的溫差為正的值時，即，在堆出口水溫高于目標堆出口水溫時，需要使堆出口水溫降低，因此進行設定使得溫差越大泵流量越多。
[0079]圖5是基于基本泵流量來計算振動產生散熱器出口水溫的表。
[0080]如圖5所示，能夠通過實驗等來根據散熱器出口水溫和泵流量預先求出產生振動的邊界線，散熱器出口水溫越低，避免振動所需的泵流量越大。
[0081]圖6是說明第一規定溫度α和第二規定溫度β的設定方法的圖，示出了堆入口溫度與恒溫器的開閥量之間的關系。
[0082]如圖6所示，即使堆入口溫度相同，恒溫器的開閥量在從全閉狀態向全開狀態時與在從全開狀態向全閉狀態時也是不同的開閥量。也就是說，恒溫器的從全閉狀態向全開狀態時的特性(以下稱為“開閥特性”)與從全開狀態向全閉狀態時的特性(以下稱為“閉閥特性”)是不同的。
[0083]因此，在本實施方式中，考慮該恒溫器的開閥特性和閉閥特性來設定第一規定溫度α和第二規定溫度β，決定規定范圍。
[0084]S卩，考慮恒溫器的開閥特性來對第一規定溫度α進行設定，使得開始增多泵流量的溫度為比恒溫器開閥溫度、即開始打開恒溫器的溫度稍稍低的溫度。
[0085]另一方面，考慮恒溫器的閉閥特性來將第二規定溫度β設定為比恒溫器閉閥溫度和恒溫器開閥溫度高的溫度，使其為即使結束泵流量的增多校正也不會使堆入口水溫回到恒溫器閉閥溫度的溫度。
[0086]圖7是基于散熱器出口水溫來計算振動避免泵流量的表。
[0087]該表是與圖5的表相同的表，使用通過實驗等根據散熱器出口水溫和泵流量預先求出的產生振動的邊界線，基于散熱器出口水溫來計算振動避免泵流量。
[0088]根據以上說明的本實施方式，在散熱器出口水溫(外部氣溫)低而判斷為當恒溫器44被開閥時有可能會發生振動時，在恒溫器44內的冷卻水的溫度(堆入口溫度)變得高于增多開始溫度的時間點使泵流量相對于基本泵流量增多。增多開始溫度是稍稍低于恒溫器開閥溫度的溫度。
[0089]由此，當恒溫器44剛要打開之前增多泵流量，從而能夠使經由旁路通路43流入到恒溫器44的冷卻水的流量增多。其結果，在恒溫器44內流動的冷卻水的流速上升，因此能夠抑制恒溫器44被打開而經由散熱器42而來的冷卻水流入時的恒溫器44內的冷卻水溫的急劇降低，從而抑制振動。
[0090]另外，到恒溫器44剛要打開之前為止不增多泵流量，因此能夠抑制燃料電池系統的系統效率和預熱性能的惡化。
[0091]另外，根據本實施方式，在散熱器出口水溫為振動產生散熱器出口水溫以下時判斷為有可能會發生振動。此時，基于基本泵流量來使振動產生散熱器出口水溫變動。由此，能夠高精度地判斷是否有可能會發生振動，不會無用地使泵流量增多。因此，能夠提高燃料電池系統的效率。
[0092]另外，根據本實施方式，根據恒溫器44的閉閥特性來設定增多結束溫度，將其設定為即使結束泵流量的增多校正也不會使堆入口水溫回到恒溫器閉閥溫度的溫度。
[0093]由此，能夠可靠地抑制振動，并且不會超過需要地增多泵流量，因此能夠抑制燃料電池系統的電耗費的惡化。[0094](第二實施方式)
[0095]接著，說明本發明的第二實施方式。本發明的第二實施方式在以下方面與第一實施方式不同:在要使循環泵45的泵流量增多時，使正極壓力降低。下面，以該不同點為中心來進行說明。此外，在下面示出的各實施方式中，對實現與第一實施方式相同的功能的部分等附加同一標記，適當省略重復的說明。
[0096]當使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，堆溫度的上升速度降低或者堆溫度降低。因此，在燃料電池堆I的內部產生的生成水中的變成水蒸氣而作為正極排氣排出的生成水的比例降低，電解質膜的含水率有增多的趨勢。
[0097]因此，在本實施方式中，在要使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，通過使正極壓力降低，來使變成水蒸氣而作為正極排氣排出的生成水的比例增多。也就是說，在要使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，通過使正極壓力比通常時降低，來形成使電解質膜比通常時干燥的運轉狀態。由此，能夠將電解質膜的含水率保持為固定。
[0098]圖8是說明本實施方式的循環泵45的泵流量控制的流程圖。控制器5在燃料電池系統的運轉過程中以規定的運算周期(例如10[ms])執行本例程。
[0099]從步驟SI到步驟Sll的處理與第一實施方式相同。
[0100]在步驟S21中，控制器5實施對正極壓力進行校正的正極壓力校正處理。參照圖9至圖11，在后面敘述正極壓力校正處理。
[0101]圖9是說明正極壓力校正處理的流程圖。
[0102]在步驟S211中，控制器5參照圖10的表，基于堆負荷來計算正極壓力的基本值(以下稱為“基本正極壓力”)。
[0103]在步驟S212中，控制器5計算目標堆出口水溫(步驟S2)與由第一水溫傳感器47檢測出的堆出口水溫之間的溫差。
[0104]在步驟S213中，控制器5參照圖11的表，基于目標堆出口水溫與堆出口水溫之間的溫差來計算正極壓力的校正值。如圖11所示，對正極壓力的校正值進行設定，使得目標堆出口水溫與堆出口水溫之間的溫差越大，該校正值越小。這樣設定是由于:堆出口水溫相對于目標堆出口水溫低是指燃料電池堆I的溫度相對低，溫差越大，電解質膜的含水率越
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[0105]在步驟S214中，控制器5使基本正極壓力與正極壓力的校正值相加，來計算目標正極壓力。
[0106]在步驟S215中，控制器5對正極壓力調節閥25的開度進行控制，使得正極壓力為目標正極壓力。
[0107]根據以上說明的本實施方式，在要使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，使正極壓力降低。也就是說，在使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多了時，電解質膜的含水率有增多的趨勢，因此使正極壓力比通常時降低來使電解質膜干燥。由此，可以得到與第一實施方式相同的效果，除此以外，即使在使泵流量增多而堆溫度處于降低趨勢的情況下，也能夠抑制變成水蒸氣而作為正極排氣排出的生成水的比例減少的情況，因此能夠將電解質膜的含水率保持為固定。
[0108](第三實施方式)
[0109]接著，說明本發明的第三實施方式。本發明的第三實施方式在以下方面與第一實施方式不同:在要使循環泵45的泵流量增多時，使正極氣體流量增多。下面，以該不同點為中心來進行說明。此外，在下面示出的各實施方式中，對實現與第一實施方式相同的功能的部分等附加同一標記，適當省略重復的說明。
[0110]如前所述，當使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，在燃料電池堆的內部產生的生成水中的變成水蒸氣而作為正極排氣排出的生成水的比例降低，因此電解質膜的含水率有增多的趨勢。
[0111]因此，在本實施方式中，在要使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，通過增多正極氣體的流量，來使從燃料電池堆I排出的水蒸氣的量增多。也就是說，在要使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，通過使正極氣體流量比通常時增多，來形成使電解質膜比通常時干燥的運轉狀態。由此，能夠將電解質膜的含水率保持為固定。
[0112]圖12是說明本實施方式的循環泵45的泵流量控制的流程圖。控制器5在燃料電池系統的運轉過程中以規定的運算周期(例如10[ms])執行本例程。
[0113]從步驟SI到步驟Sll的處理與第一實施方式相同。
[0114]在步驟S31中，控制器5實施對正極氣體的流量進行校正的正極流量校正處理。參照圖13至圖15，在后面敘述正極流量校正處理。
[0115]圖13是說明正極流量校正處理的流程圖。
[0116]在步驟S311中，控制器5參照圖14的表，基于堆負荷來計算向燃料電池堆I供給的正極氣體的流量的基本值(以下稱為“基本正極氣體流量”)。
[0117]在步驟S312中，控制器5計算目標堆出口水溫(步驟S2)與由第一水溫傳感器47檢測出的堆出口水溫之間的溫差。
[0118]在步驟S313中，控制器5參照圖15的表，基于目標堆出口水溫與堆出口水溫之間的溫差來計算正極氣體流量的校正值。如圖15所示，對正極氣體流量的校正值進行設定，使得目標堆出口水溫與堆出口水溫之間的溫差越大，該校正值越大。
[0119]在步驟S314中，控制器5使基本正極氣體流量與正極氣體流量的校正值相加，來計算目標正極氣體流量。
[0120]在步驟S315中，控制器5對正極壓縮機23的轉速進行控制，使得正極氣體流量為目標正極氣體流量。
[0121]根據以上說明的本實施方式，在要使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，使正極氣體流量增多。也就是說，在使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多了時，電解質膜的含水率有增多的趨勢，因此使正極氣體流量比通常時增多，來使電解質膜干燥。由此，可以得到與第一實施方式相同的效果，除此以外，即使在使泵流量增多而堆溫度處于降低趨勢的情況下，也能夠使從燃料電池堆I排出的生成水的量增多，因此能夠將電解質膜的含水率保持為固定。
[0122]以上，說明了本發明的實施方式，但是上述實施方式不過是示出了本發明的應用例的一部分，其宗旨并不在于將本發明的技術范圍限定于上述實施方式的具體結構。
[0123]例如，也可以在要使循環泵45的泵流量與基本泵流量相比增多時，協調控制正極壓力和正極氣體流量，來將電解質膜的含水率保持為固定。另外，也可以在能夠測量或估計電解質膜的含水率時，基于電解質膜的含水率，使得含水率越高，第二實施方式中的壓力的校正量和第三實施方式中的流量的校正量越大。[0124]另外，在上述各實施方式中，基于基本泵流量來使振動產生散熱器出口水溫變動，但是也可以將基本泵流量為最低流量時的振動產生散熱器溫度設定為固定值。
[0125]另外，在上述第一實施方式中，基于檢測出的發電電流，參照圖3的目標出口水溫來控制泵流量，但是也可以代之如下那樣控制泵流量。
[0126]首先，調出燃料電池堆I的目標內部電阻(內部阻抗)。它既可以是考慮零下啟動、發電效率而通過實驗等設定出的一個值，也可以根據電流、其它條件可變。接著，檢測燃料電池堆I的內部電阻。然后，也可以基于該目標內部電阻和檢測處的內部電阻來控制泵流量。例如，如果檢測值大于目標內部電阻，則電解質膜的濕潤狀態(含水率)與目標相比偏干燥側，因此為了使其濕潤(加濕)而增多泵流量，使燃料電池堆I的溫度降低。
[0127]另外，在上述第二實施方式和第三實施方式中，根據目標堆出口水溫與堆出口水溫之間的溫差來計算正極壓力和正極氣體流量的校正值，但是也可以根據堆出口水溫和堆入口水溫的平均水溫來進行計算。
[0128]本申請主張2011年9月2日向日本專利局申請的特愿2011-191814的優先權，通過參照將該申請的全部內容引入本說明書中。
【權利要求】
1.一種燃料電池系統，將負極氣體和正極氣體供給到燃料電池來進行發電，該燃料電池系統具備: 制冷劑循環通路，對上述燃料電池進行冷卻的制冷劑在該制冷劑循環通路中循環； 泵，其設置于上述制冷劑循環通路，使制冷劑循環； 散熱部，其設置于上述制冷劑循環通路，將制冷劑的熱放出來對制冷劑進行冷卻； 旁路通路，其以繞過上述散熱部的方式與上述制冷劑循環通路連接； 開閉閥，其設置于經由上述散熱部而來的低溫制冷劑與未經由上述散熱部而經由上述旁路通路而來的高溫制冷劑進行合流的合流部，當上述高溫制冷劑的溫度為規定的開閥溫度以上時該開閉閥打開以使上述低溫制冷劑與上述高溫制冷劑合流來供給到上述燃料電池； 基本噴出流量計算單元，其根據上述燃料電池的狀態來計算上述泵的基本噴出流量；以及 噴出流量增多單元，其在上述低溫制冷劑的溫度低于規定溫度時，使上述泵的噴出流量與上述基本噴出流量相比增多。
2.根據權利要求1所述的燃料電池系統，其特征在于， 上述低溫制冷劑的溫度越低，上述噴出流量增多單元使上述泵的噴出流量與上述基本噴出流量相比越增多。
3.根據權利要求1或2所述的燃料電池系統，其特征在于， 還具備規定溫度變化單元，該規定溫度變化單元基于上述基本噴出流量來改變上述規定溫度，使得上述基本噴出流量越少，上述規定溫度越高。
4.根據權利要求1?3中的任一項所述的燃料電池系統，其特征在于， 上述規定溫度是以下的溫度: 在將上述泵的噴出流量控制為基本噴出流量時、如果使上述低溫制冷劑與上述高溫制冷劑合流則上述開閉閥振動的溫度。
5.根據權利要求1?4中的任一項所述的燃料電池系統，其特征在于， 在經由上述開閉閥供給到上述燃料電池的制冷劑的溫度變為比上述開閉閥的開閥溫度低的規定的增多開始溫度時，上述噴出流量增多單元開始上述泵的噴出流量的增多。
6.根據權利要求1?5中的任一項所述的燃料電池系統,其特征在于， 在經由上述開閉閥供給到上述燃料電池的制冷劑的溫度變為比上述開閉閥的閉閥溫度高的規定的增多結束溫度時，上述噴出流量增多單元結束上述泵的噴出流量的增多。
7.根據權利要求1?6中的任一項所述的燃料電池系統,其特征在于， 還具備正極壓力降低單元，在要使上述泵的噴出流量與上述基本噴出流量相比增多時，該正極壓力降低單元使上述燃料電池內的正極氣體通路的壓力降低。
8.根據權利要求1?7中的任一項所述的燃料電池系統，其特征在于， 還具備正極流量增多單元，在要使上述泵的噴出流量與上述基本噴出流量相比增多時，該正極流量增多單元使正極氣體的供給流量增多。
【文檔編號】H01M8/04GK103733407SQ201280037980
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月2日 優先權日:2011年9月2日
【發明者】筑后隼人, 西村英高 申請人:日產自動車株式會社