燃料電池系統及其控制方法
【專利說明】燃料電池系統及其控制方法
[0001]本申請主張基于在2014年11月14日提出申請的申請番號2014-231194號的日本專利申請的優先權，并將其公開的全部通過參照而援引于本申請。
技術領域
[0002]本發明涉及燃料電池系統及其控制方法。
【背景技術】
[0003]作為以往的燃料電池系統，開發出對于將燃料氣體(氫)向燃料電池(燃料電池組)的陽極供給的燃料氣體供給系統，使未由燃料電池的陽極消耗的燃料氣體經由燃料氣體循環系統的循環栗向燃料氣體供給系統循環的燃料電池系統。并且，作為具有該燃料氣體循環系統的燃料電池系統的例子，在JP2007-115460A中公開了使循環栗的轉速上升而將燃料氣體循環系統的配管內壁上冷凝的液態水排水，由此降低過剩的液態水向循環栗流入的可能性的情況。而且，在JP2008-171770A中公開了通過與壓縮器或成為燃料電池的負載的電動機的驅動相伴的聲響來掩蓋與循環栗(氫栗)的驅動相伴的聲響的情況。
【發明內容】
[0004]【發明要解決的課題】
[0005]然而，例如，在低負載下的發電較長地持續等而低負載下的燃料電池系統的運轉較長地持續的情況下，若低速旋轉下的循環栗的工作較長地持續，則在燃料電池的內部、燃料氣體循環系統、尤其是從氣液分離器的出口到循環栗的吸入口為止的部位有時會滯留液態水。例如，由于燃料電池與循環栗的溫度差引起的結露、或循環栗從氣液分離器內汲取的液態水等，而存在液態水滯留的情況。若該滯留水的量超過規定量，則在使循環栗高速旋轉時會發生滯留水向循環栗的嚙入，作為與循環栗的驅動相伴的聲響而導致異響的產生或大音量化等(以下，也稱為“異響等”)，存在給使用者造成不快感或不適感、故障的擔心等這樣的課題。
[0006]【用于解決課題的方案】
[0007]本發明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，能夠作為以下的方式實現。
[0008](I)根據本發明的一方式，提供一種燃料電池系統。該燃料電池系統具備:燃料電池；陽極氣體供給流路，向所述燃料電池供給陽極氣體；陽極氣體排出流路，從所述燃料電池排出陽極廢氣；陽極氣體循環流路，將所述陽極氣體供給流路與所述陽極氣體排出流路連接；循環設備，設于所述陽極氣體循環流路，將所述陽極廢氣向所述陽極氣體供給流路供給；及控制部，在液態水滯留于所述循環設備的情況下，控制所述循環設備的循環流量而使滯留于所述循環設備的液態水排出，所述控制部在判斷為滯留于所述循環設備的液態水量為規定值以上的情況下，限制所述循環設備的循環流量的上升率。
[0009]根據該方式的燃料電池系統，能夠使循環設備的循環流量緩慢上升，能夠抑制滯留于陽極氣體循環流路的液態水被吸入循環設備的內部的情況，即使將滯留于陽極氣體循環流路的液態水吸入循環設備的內部，也能夠抑制作為循環設備的工作聲而產生異響等的情況。
[0010](2)在上述方式的燃料電池系統中，可以是，所述控制部基于能夠從所述循環設備排出所述液態水的可排水循環流量下的可排水量與不能從所述循環設備排出所述液態水的不可排水循環流量下滯留于所述循環設備的液態水量之間的關系，推定滯留于所述循環設備的液態水量，從而判斷滯留于所述循環設備的液態水量是否為所述規定值以上。
[0011]根據該方式的燃料電池系統，能夠容易地推定滯留于循環設備的液態水量，能夠容易地判斷滯留的液態水量是否為規定值以上。
[0012](3)在上述方式的燃料電池系統中，可以是，所述控制部在使所述循環流量上升為規定量以上而從所述循環設備排出液態水的情況下，不進行對所述循環設備的所述循環流量的上升率的限制。
[0013]根據該方式的燃料電子系統，在設為規定量以上的循環流量的情況下，例如，燃料電池要求的發電量(輸出電流量)多而使陽極廢氣的循環流量的快速增加優先的狀態下，能夠實現循環流量的快速增加。
[0014](4)在上述方式的燃料電池系統中，可以是，所述循環設備是循環栗，所述控制部通過限制與所述循環流量對應的所述循環栗的轉速的上升率，來限制所述循環流量的上升率。
[0015]本發明能夠以各種方式實現，例如，能夠以燃料電池系統、燃料電池系統的控制方法等各種方式實現。
【附圖說明】
[0016]圖1是表示作為本發明的一實施方式的燃料電池系統的結構的概略圖。
[0017]圖2是將陽極氣體循環系統的氫循環栗及氣液分離部放大表示的說明圖。
[0018]圖3是表示設定使氫循環栗的轉速上升時的上升率的處理的流程圖。
[0019]圖4是表不水嗤首的有無的判定的基本方法的說明圖。
[0020]圖5是表不基于排水持續時間與滯留持續時間之間的關系的水嗤首的判定的說明圖。
[0021 ]圖6是表示水嚙音判定的具體例的流程圖。
[0022]圖7是表示初始值映射的例子的說明圖。
[0023]圖8是表示判定閾值映射的例子的說明圖。
[0024]圖9是表不水嗤判定及上升率的設定的具體例的時間圖。
[0025]【標號說明】
[0026]10…燃料電池
[0027]11…單電池
[0028]20…控制部
[0029]30…陰極氣體供給系統
[0030]31…陰極氣體供給配管
[0031]32…空氣壓縮器
[0032]33…氣流計
[0033]34…開閉閥
[0034]35…壓力計測部
[0035]40…陰極氣體排出系統
[0036]41…陰極廢氣配管
[0037]43…調壓閥
[0038]44…壓力計測部
[0039]50…陽極氣體供給系統
[0040]51…陽極氣體供給配管
[0041]52…氫罐
[0042]53…開閉閥
[0043]54…調節器
[0044]55…氫供給裝置
[0045]56…壓力計測部
[0046]60…陽極氣體循環系統
[0047]61…陽極廢氣配管
[0048]62…氣液分離部
[0049]63、63a、63b…陽極氣體循環配管
[0050]64…氫循環栗
[0051]65…陽極排水配管
[0052]66…排水閥
[0053]67…壓力計測部
[0054]68…溫度計測部
[0055]70…冷卻介質循環系統
[0056]71…冷卻介質配管
[0057]71a…上游側配管
[0058]7 Ib…下游側配管
[0059]72…散熱器
[0060]75…冷卻介質循環栗
[0061]76a…上游側溫度傳感器
[0062]76b…下游側溫度傳感器
[0063]80…電力充放電系統
[0064]82…驅動電動機
[0065]84...逆變器
[0066]86…二次電池
[0067]88…DC/DC 轉換器
[0068]100…燃料電池系統
[0069]WL…車輪
[0070]DCL...直流配線
【具體實施方式】
[0071]Α.實施方式:
[0072]圖1是表示作為本發明的一實施方式的燃料電池系統100的結構的概略圖。在本實施方式中，燃料電池系統100搭載于車輛(也稱為“燃料電池車輛”)。燃料電池系統100根據來自車輛的駕駛者的油門踏板(未圖示)的要求(以下，也稱為“油門位置”)，輸出成為車輛的動力源的電力。
[0073]燃料電池系統100具備燃料電池10、控制部20、陰極氣體供給系統30、陰極氣體排出系統40、陽極氣體供給系統50、陽極氣體循環系統60、冷卻介質循環系統70、電力充放電系統80。
[0074]燃料電池10是接受作為燃料氣體(也稱為“陽極氣體”)的氫與作為氧化氣體(也稱為“陰極氣體”)的空氣(嚴格來說是氧)的供給而發電的固體高分子型燃料電池。以下，將陽極氣體和陰極氣體一并也稱為“反應氣體”。燃料電池10具有將多個單電池11層疊的堆疊結構。在本實施方式中，燃料電池10是所謂對流型的燃料電池，陽極氣體與陰極氣體相對而反向流動。通常，燃料電池10以沿著各單電池11的面使陽極氣體從上側朝向下側流動并使陰極氣體從下側朝向上側流動的方式配置。需要說明的是，在燃料電池10上形成有反應氣體或冷卻介質用的歧管作為沿著層疊方向的貫通孔，但圖示省略。
[0075]單電池11雖然圖示省略，但是基本上具有將作為發電體的膜電極接合體(MEA:Membrane-Electrode Assembly)利用隔板夾持的結構。MEA包括由離子交換膜構成的固體高分子型電解質膜(也簡稱為“電解質膜”)、形成在電解質膜的陽極側的面上的由催化劑層及氣體擴散層構成的陽極、形成在電解質膜的陰極側的面上的由催化劑層及氣體擴散層構成的陰極。而且，在與氣體擴散層相接的隔板的面上形成有流過陽極氣體或陰極氣體的槽狀的氣體流路。但是，也有在隔板與氣體擴散層之間另行設置氣體流路部的情況。<