燃料电池系统、干燥程度取得方法
【专利说明】燃料电池系统、干燥程度取得方法
[0001]本申请主张基于在2014年11月15日提出申请的申请编号2014-232248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。
【背景技术】
[0003]已知有基于燃料电池的阻抗来检测构成燃料电池的电解质膜是否干燥的方法。具体而言，若阻抗小于基准值，则检测为湿润，若阻抗为基准值以上，则检测为干燥(JP2009-231225)。
【发明内容】
[0004]在上述在先技术的情况下，若燃料电池的阻抗因电解质膜的干燥以外的原因而发生变化，则存在误检测的可能性。本发明以这样的误检测的抑制为解决课题。
[0005]本发明用于解决上述课题，可以作为以下的方式实现。
[0006](I)根据本发明的一方式，提供如下的燃料电池系统。该燃料电池系统具备:测定部，测定燃料电池的阻抗；控制部，控制所述燃料电池的运转状态；及取得部，在所述运转状态为第一运转状态的情况下，根据所述测定出的阻抗来取得所述燃料电池的干燥程度，在所述运转状态为水平衡比所述第一运转状态多的第二运转状态的情况下，取得所述干燥程度作为湿润状态。根据该方式，能够抑制水平衡多的运转状态下的误检测。这是因为，在水平衡多的运转状态下，基于阻抗的干燥检测停止。水平衡多的运转状态下，在基于阻抗的干燥检测中容易产生误检测。
[0007](2)可以的是，所述取得部在所述阻抗的实数部比基准值小的情况下取得所述干燥程度作为湿润状态，在所述运转状态为所述第一运转状态时基于由所述测定部进行的测定来取得所述实数部，在所述运转状态为所述第二运转状态时视为所述实数部为比所述基准值小的值。根据该方式，在第一及第二运转状态下，可以使用同一基准值。
[0008](3)根据本发明的另一方式，提供如下的燃料电池系统。该燃料电池系统具备:测定部，测定燃料电池的阻抗；控制部，控制所述燃料电池的运转状态；及取得部，在所述运转状态为第一运转状态的情况下，根据所述测定出的阻抗来取得所述燃料电池的干燥程度，在所述运转状态为水平衡比所述第一运转状态多的第二运转状态的情况下，根据在所述运转状态为所述第一运转状态的情况下由所述测定部测定出的阻抗来取得所述干燥程度。根据该方式，能够检测水平衡多的运转状态下的误检测。这是因为，在水平衡多的运转状态下，使用在水平衡少的运转状下测定到的阻抗来执行干燥检测。
[0009](4)所述第二运转状态可以是所述燃料电池的温度小于规定值而进行运转的状态。根据该方式，能稳定地决定是第一运转状态还是第二运转状态。
[0010](5)所述测定部可以使用一个频率来执行所述阻抗的测定。根据该方式，能够容易地测定阻抗。
[0011](6)在由所述取得部取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，所述控制部可以执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。根据该方式，能够抑制燃料电池的干燥。
[0012]本发明能够以上述以外的各种方式实现。例如，能够以燃料电池的运转方法、用于实现该方法的计算机程序、存储有该计算机程序的非暂时性的存储介质、执行该计算机程序的干燥程度取得装置、执行该计算机程序的干燥抑制装置等方式实现。
【附图说明】
[0013]图1是表示燃料电池系统的结构的概略图。
[0014]图2是表示燃料电池系统的电结构的概略图。
[0015]图3是表示干燥抑制处理的流程图(实施方式I)。
[0016]图4是表示燃料电池的等价电路的电路图。
[0017]图5是等价电路中的柯尔-柯尔(Cole-Cole)曲线图。
[0018]图6是表示阻抗的实数部与制冷剂温度之间的概略性的关系的坐标图。
[0019]图7是表示干燥抑制处理的流程图(实施方式2)。
【具体实施方式】
[0020]对实施方式I进行说明。图1是表示燃料电池系统100的结构的概略图。燃料电池系统100具备燃料电池10、控制装置20、阴极气体供给部30、阴极气体排出部40、阳极气体供给部50、阳极气体循环排出部60、制冷剂供给部70。
[0021]燃料电池10是接受作为反应气体的氢(阳极气体)和空气(阴极气体)的供给而发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池10具有将多个单电池11层叠而成的堆叠结构。各单电池11具有:在电解质膜的两面上配置有电极的发电体即膜电极接合体；夹持膜电极接合体的两张隔板。
[0022]电解质膜由干燥程度为湿润状态且表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。需要说明的是，在本实施方式中所说的干燥程度是决定作为湿润状态或干燥状态中的任一个的指标。湿润状态是如上所述表现出良好的质子传导性而作为燃料电池10的运转没有障碍的状态。干燥状态是非湿润状态的状态，即质子传导性不良好而作为燃料电池10的运转存在障碍的状态。电极由碳构成。在电极与电解质膜的界面上载持有用于促进发电反应的铂催化剂。在各单电池11上设有反应气体或制冷剂用的歧管(未图示)。歧管的反应气体经由设于各单电池11的气体流路向各单电池11的发电区域供给。
[0023]控制装置20具备控制部22、取得部25。控制部22接受来自负载200的发电要求，根据该要求来控制以下说明的燃料电池系统100的各结构部，实现基于燃料电池10的发电。
[0024]阴极气体供给部30具备阴极气体配管31、空气压缩器32、空气流量计33。阴极气体配管31是与燃料电池10的阴极侧连接的配管。空气压缩器32经由阴极气体配管31而与燃料电池10连接，将取入外部空气并压缩后的空气作为阴极气体向燃料电池10供给。
[0025]空气流量计33在空气压缩器32的上游侧，计测空气压缩器32取入的外部空气的量，并向控制装置20发送。控制装置20基于该计测值，对空气压缩器32进行驱动，由此将向燃料电池10的空气的供给量与向负载200的发电电力施加建立关联地或者与电力施加分开地进行控制。
[0026]阴极气体排出部40具备阴极废气配管41、调压阀43、压力计测部44。阴极废气配管41是与燃料电池10的阴极侧连接的配管，将阴极废气向燃料电池系统100的外部排出。调压阀43调整阴极废气配管41中的阴极废气的压力(燃料电池10的背压)。压力计测部44设置在调压阀43的上游侧，计测阴极废气的压力，并将其计测值向控制装置20发送。控制装置20基于压力计测部44的计测值来调整调压阀43的开度。
[0027]阳极气体供给部50具备阳极气体配管51、氢罐52、开闭阀53、调节器54。氢罐52经由阳极气体配管51而与燃料电池10的阳极连接，将填充于罐内的氢向燃料电池10供给。
[0028]开闭阀53及调节器54从上游侧(即接近氢罐52的一侧)依次设于阳极气体配管51。开闭阀53按照来自控制装置20的指令进行开闭，控制从氢罐52的氢的流入。调节器54是用于调整氢的压力的减压阀，其开度由控制装置20控制。
[0029]阳极气体循环排出部60具备阳极废气配管61、气液分离部62、阳极气体循环配管63、氢循环用栗64、阳极排水配管65、排水阀66。阳极废气配管61是将燃料电池10的阳极的出口与气液分离部62连接的配管，将包含发电反应未使用的未反应气体(氢或氮等)的阳极废气向气液分离部62引导。
[0030]气液分离部62与阳极气体循环配管63和阳极排水配管65连接。气液分离部62对阳极废气包含的气体成分与水分进行分离，将气体成分向阳极气体循环配管63引导，将水分向阳极排水配管65引导。
[0031]阳极气体循环配管63与阳极气体配管51连接。在阳极气体循环配管63上设有氢循环用栗64，通过该氢循环用栗64，将气液分离部62中分离的气体成分包含的氢向阳极气体配管51送出。这样，在该燃料电池系统100中，使阳极废气含有的氢循环，再次向燃料电池10供给，由此能提高氢的利用效率。
[0032]阳极排水配管65是用于将在气液分离部62中分离的水分向燃料电池系统100的外部排出的配管。排水阀66设于阳极排水配管65，按照来自控制装置20的指令进行开闭。控制装置20在燃料电池系统100的运转中，通常，将排水阀66关闭，在预先设定的规定的排水定时或阳极废气中的非活性气体的排出定时将排水阀66打开。
[0033]制冷剂供给部70具备制冷剂用配管71、散热器72、制冷剂循环用栗73、制冷剂温度计测部74。制冷剂用配管71是将设于燃料电池10的制冷剂用的入口歧管与出口歧管连结的配管，使用于对燃料电池10进行冷却的制冷剂循环。散热器72设于制冷剂用配管71，在制冷剂用配管71中流动的制冷剂与外部空气之间进行热交换，由此对制冷剂进行冷却。
[0034]制冷剂循环用栗73在制冷剂用配管71中，设置在比散热器72靠下游侧(燃料电池10的制冷剂入口侧)处，将在散热器72中冷却后的制冷剂向燃料电池10送出。制冷剂温度计测部74在制冷剂用配管71中，