燃料电池系统及其控制方法
【专利说明】燃料电池系统及其控制方法
[0001]本申请主张基于在2014年11月14日提出申请的申请番号2014-231194号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及燃料电池系统及其控制方法。
【背景技术】
[0003]作为以往的燃料电池系统，开发出对于将燃料气体(氢)向燃料电池(燃料电池组)的阳极供给的燃料气体供给系统，使未由燃料电池的阳极消耗的燃料气体经由燃料气体循环系统的循环栗向燃料气体供给系统循环的燃料电池系统。并且，作为具有该燃料气体循环系统的燃料电池系统的例子，在JP2007-115460A中公开了使循环栗的转速上升而将燃料气体循环系统的配管内壁上冷凝的液态水排水，由此降低过剩的液态水向循环栗流入的可能性的情况。而且，在JP2008-171770A中公开了通过与压缩器或成为燃料电池的负载的电动机的驱动相伴的声响来掩盖与循环栗(氢栗)的驱动相伴的声响的情况。
【发明内容】
[0004]【发明要解决的课题】
[0005]然而，例如，在低负载下的发电较长地持续等而低负载下的燃料电池系统的运转较长地持续的情况下，若低速旋转下的循环栗的工作较长地持续，则在燃料电池的内部、燃料气体循环系统、尤其是从气液分离器的出口到循环栗的吸入口为止的部位有时会滞留液态水。例如，由于燃料电池与循环栗的温度差引起的结露、或循环栗从气液分离器内汲取的液态水等，而存在液态水滞留的情况。若该滞留水的量超过规定量，则在使循环栗高速旋转时会发生滞留水向循环栗的啮入，作为与循环栗的驱动相伴的声响而导致异响的产生或大音量化等(以下，也称为“异响等”)，存在给使用者造成不快感或不适感、故障的担心等这样的课题。
[0006]【用于解决课题的方案】
[0007]本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，能够作为以下的方式实现。
[0008](I)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备:燃料电池；阳极气体供给流路，向所述燃料电池供给阳极气体；阳极气体排出流路，从所述燃料电池排出阳极废气；阳极气体循环流路，将所述阳极气体供给流路与所述阳极气体排出流路连接；循环设备，设于所述阳极气体循环流路，将所述阳极废气向所述阳极气体供给流路供给；及控制部，在液态水滞留于所述循环设备的情况下，控制所述循环设备的循环流量而使滞留于所述循环设备的液态水排出，所述控制部在判断为滞留于所述循环设备的液态水量为规定值以上的情况下，限制所述循环设备的循环流量的上升率。
[0009]根据该方式的燃料电池系统，能够使循环设备的循环流量缓慢上升，能够抑制滞留于阳极气体循环流路的液态水被吸入循环设备的内部的情况，即使将滞留于阳极气体循环流路的液态水吸入循环设备的内部，也能够抑制作为循环设备的工作声而产生异响等的情况。
[0010](2)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，所述控制部基于能够从所述循环设备排出所述液态水的可排水循环流量下的可排水量与不能从所述循环设备排出所述液态水的不可排水循环流量下滞留于所述循环设备的液态水量之间的关系，推定滞留于所述循环设备的液态水量，从而判断滞留于所述循环设备的液态水量是否为所述规定值以上。
[0011]根据该方式的燃料电池系统，能够容易地推定滞留于循环设备的液态水量，能够容易地判断滞留的液态水量是否为规定值以上。
[0012](3)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，所述控制部在使所述循环流量上升为规定量以上而从所述循环设备排出液态水的情况下，不进行对所述循环设备的所述循环流量的上升率的限制。
[0013]根据该方式的燃料电子系统，在设为规定量以上的循环流量的情况下，例如，燃料电池要求的发电量(输出电流量)多而使阳极废气的循环流量的快速增加优先的状态下，能够实现循环流量的快速增加。
[0014](4)在上述方式的燃料电池系统中，可以是，所述循环设备是循环栗，所述控制部通过限制与所述循环流量对应的所述循环栗的转速的上升率，来限制所述循环流量的上升率。
[0015]本发明能够以各种方式实现，例如，能够以燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法等各种方式实现。
【附图说明】
[0016]图1是表示作为本发明的一实施方式的燃料电池系统的结构的概略图。
[0017]图2是将阳极气体循环系统的氢循环栗及气液分离部放大表示的说明图。
[0018]图3是表示设定使氢循环栗的转速上升时的上升率的处理的流程图。
[0019]图4是表不水嗤首的有无的判定的基本方法的说明图。
[0020]图5是表不基于排水持续时间与滞留持续时间之间的关系的水嗤首的判定的说明图。
[0021 ]图6是表示水啮音判定的具体例的流程图。
[0022]图7是表示初始值映射的例子的说明图。
[0023]图8是表示判定阈值映射的例子的说明图。
[0024]图9是表不水嗤判定及上升率的设定的具体例的时间图。
[0025]【标号说明】
[0026]10…燃料电池
[0027]11…单电池
[0028]20…控制部
[0029]30…阴极气体供给系统
[0030]31…阴极气体供给配管
[0031]32…空气压缩器
[0032]33…气流计
[0033]34…开闭阀
[0034]35…压力计测部
[0035]40…阴极气体排出系统
[0036]41…阴极废气配管
[0037]43…调压阀
[0038]44…压力计测部
[0039]50…阳极气体供给系统
[0040]51…阳极气体供给配管
[0041]52…氢罐
[0042]53…开闭阀
[0043]54…调节器
[0044]55…氢供给装置
[0045]56…压力计测部
[0046]60…阳极气体循环系统
[0047]61…阳极废气配管
[0048]62…气液分离部
[0049]63、63a、63b…阳极气体循环配管
[0050]64…氢循环栗
[0051]65…阳极排水配管
[0052]66…排水阀
[0053]67…压力计测部
[0054]68…温度计测部
[0055]70…冷却介质循环系统
[0056]71…冷却介质配管
[0057]71a…上游侧配管
[0058]7 Ib…下游侧配管
[0059]72…散热器
[0060]75…冷却介质循环栗
[0061]76a…上游侧温度传感器
[0062]76b…下游侧温度传感器
[0063]80…电力充放电系统
[0064]82…驱动电动机
[0065]84...逆变器
[0066]86…二次电池
[0067]88…DC/DC 转换器
[0068]100…燃料电池系统
[0069]WL…车轮
[0070]DCL...直流配线
【具体实施方式】
[0071]Α.实施方式:
[0072]图1是表示作为本发明的一实施方式的燃料电池系统100的结构的概略图。在本实施方式中，燃料电池系统100搭载于车辆(也称为“燃料电池车辆”)。燃料电池系统100根据来自车辆的驾驶者的油门踏板(未图示)的要求(以下，也称为“油门位置”)，输出成为车辆的动力源的电力。
[0073]燃料电池系统100具备燃料电池10、控制部20、阴极气体供给系统30、阴极气体排出系统40、阳极气体供给系统50、阳极气体循环系统60、冷却介质循环系统70、电力充放电系统80。
[0074]燃料电池10是接受作为燃料气体(也称为“阳极气体”)的氢与作为氧化气体(也称为“阴极气体”)的空气(严格来说是氧)的供给而发电的固体高分子型燃料电池。以下，将阳极气体和阴极气体一并也称为“反应气体”。燃料电池10具有将多个单电池11层叠的堆叠结构。在本实施方式中，燃料电池10是所谓对流型的燃料电池，阳极气体与阴极气体相对而反向流动。通常，燃料电池10以沿着各单电池11的面使阳极气体从上侧朝向下侧流动并使阴极气体从下侧朝向上侧流动的方式配置。需要说明的是，在燃料电池10上形成有反应气体或冷却介质用的歧管作为沿着层叠方向的贯通孔，但图示省略。
[0075]单电池11虽然图示省略，但是基本上具有将作为发电体的膜电极接合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly)利用隔板夹持的结构。MEA包括由离子交换膜构成的固体高分子型电解质膜(也简称为“电解质膜”)、形成在电解质膜的阳极侧的面上的由催化剂层及气体扩散层构成的阳极、形成在电解质膜的阴极侧的面上的由催化剂层及气体扩散层构成的阴极。而且，在与气体扩散层相接的隔板的面上形成有流过阳极气体或阴极气体的槽状的气体流路。但是，也有在隔板与气体扩散层之间另行设置气体流路部的情况。<