燃料电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统。
【背景技术】
[0002]作为以往的燃料电池系统，有包括通过控制在旁路通路中设置的旁路阀的开度使燃料电池旁路，而将从压缩机喷出的发电上不需要的多余的一部分阴极气体排出到阴极气体排出通路中的阴极气体旁路式的阴极气体供给系统(参照JP2009-123550A)。
【发明内容】
[0003]在包括目前开发中的阴极气体旁路式的阴极气体供给系统的燃料电池系统中，将由燃料电池的要求确定的阴极气体的目标流量、由燃料电池系统的要求确定的阴极气体的下限流量的大的一方设定作为压缩机的目标供给流量。而且，控制压缩机，以使检测压缩机的供给流量的传感器的检测值成为目标供给流量。
[0004]这里，下限流量被设定作为压缩机的目标供给流量时，成为从压缩机供给燃料电池要求的目标流量以上的阴极气体。因此，为了在旁路通路中流入对燃料电池来说不需要的多余的阴极气体，由在燃料电池侧另行设置的传感器检测对燃料电池供给的阴极气体的供给流量，并控制旁路阀的开度，以使该传感器的检测值成为目标流量。
[0005]为此，在这些传感器上万一发生异常时，无法如目标那样地实施上述压缩机及旁路阀的控制，所以有必要实现这些传感器的检测值的匹配来探测异常。
[0006]可是，检测压缩机的供给流量的传感器、以及检测对燃料电池供给的阴极气体的供给流量的传感器，分别被配备在旁路前的压缩机侧的通路和旁路后的燃料电池侧的通路中，所以在旁路阀打开的状态下这些传感器的检测值不同。因此，在旁路阀打开的状态中不能实现匹配，有不能探测异常的问题。
[0007]本发明着眼于这样的问题而完成，目的在于在包括阴极气体旁路式的阴极气体供给系统的燃料电池系统中，通过检测压缩机的供给流量的传感器、以及检测对燃料电池供给的阴极气体的供给流量的传感器之间的匹配，探测异常。
[0008]根据本发明的一个方式，提供燃料电池系统，其包括将从在阴极气体供给通路中设置的压缩机喷出的一部分阴极气体通过旁路通路绕开燃料电池的阴极气体旁路式的阴极气体供给系统。燃料电池系统包括:设置在比旁路通路之间的连接部上游的阴极气体供给通路中的、检测压缩机供给的阴极气体的流量的第I流量传感器;设置在比旁路通路之间的连接部下游的阴极气体供给通路中的、检测对燃料电池供给的阴极气体的流量的第2流量传感器；以及设置在旁路通路中的、调节旁路通路中流过的阴极气体的流量的旁路阀。而且，燃料电池系统根据运行状态，对旁路阀进行开闭控制，基于旁路阀全闭时的第I流量传感器及第2流量传感器的检测值，探测两个传感器的检测值的不匹配。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的第I实施方式的燃料电池系统的概略图。
[0010]图2是本发明的第I实施方式的阴极压缩机及旁路阀的控制框图。
[0011]图3是说明目标旁路阀开度计算单元的细节的流程图。
[0012]图4是说明旁路阀全闭判定处理的内容的流程图。
[0013]图5是说明稀释要求压缩机供给流量计算单元的细节的流程图。
[0014]图6是说明故障防护(failsafe)控制的流程图。
[0015]图7是说明本实施方式的湿润度控制要求堆供给流量计算单元的细节的流程图。
【具体实施方式】
[0016]以下，参照【附图说明】本发明的实施方式。
[0017](第丨实施方式)
[0018]燃料电池组(cell)由阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)夹住电解质膜，通过对阳极电极供给含有氢的阳极气体(燃料气体)、对阴极电极供给含有氧的阴极气体(氧化剂气体)来发电。在阳极电极及阴极电极的两个电极中进行的电极反应如以下那样。
[0019]阳极电极:2H2—4H++4e—."(I)
[0020]阴极电极:4H++4e+O2—^21^0...(2)
[0021]通过该(I)(2)的电极反应，燃料电池组产生I伏特左右的电动势。
[0022]在将燃料电池组作为汽车动力源使用的情况下，由于被要求的电力很大，所以作为层叠了数百块的燃料电池组的燃料电池堆(stack)来使用。而且，构成对燃料电池堆供给阳极气体及阴极气体的燃料电池系统，取出车辆驱动用的电力。
[0023]图1是本发明的第I实施方式的燃料电池系统100的概略图。
[0024]燃料电池系统100包括:作为燃料电池的燃料电池堆I;阴极气体供给和排放装置2;阳极气体供给和排放装置3;以及控制器4。
[0025]燃料电池堆I层叠了数百块的燃料电池，接受阳极气体及阴极气体的供给，进行车辆的驱动上必要的电力的发电。
[0026]阴极气体供给和排放装置2对燃料电池堆I供给阴极气体(空气)，同时将从燃料电池堆I排出的阴极废气排出到外部空气中。阴极气体供给和排放装置2包括:阴极气体供给通路21;阴极气体排出通路22;过滤器23;作为压缩机的阴极压缩机24;中冷器25;水分回收装置(Water Recovery Device;以下称为“WRD”)26 ；阴极调压阀27 ；旁路通路28 ；旁路阀29 ；作为第I流量传感器的第I气流传感器41，作为第2流量传感器的第2气流传感器42;阴极压力传感器43;以及温度传感器44。
[0027]阴极气体供给通路21是对燃料电池堆I供给的阴极气体流动的通路。阴极气体供给通路21的一端连接到过滤器23，另一端连接到燃料电池堆I的阴极气体入口孔。
[0028]阴极气体排出通路22是从燃料电池堆I排出的阴极废气流动的通路。阴极气体排出通路22的一端连接到燃料电池堆I的阴极气体出口孔，另一端为开口端。阴极废气是在电极反应中未被使用的氧和阴极气体中包含的氮、以及由电极反应产生的水蒸气等的混合气体。
[0029]过滤器23除去阴极气体供给通路21中取入的阴极气体中的异物。
[0030]阴极压缩机24被设置在阴极气体供给通路21中。阴极压缩机24通过过滤器23，将作为阴极气体的空气取入到阴极气体供给通路21中，供给到燃料电池堆I。
[0031]中冷器25被设置比阴极压缩机24下游的阴极气体供给通路21中。中冷器25冷却从阴极压缩机24喷出的阴极气体。
[0032]WRD26分别连接到阴极气体供给通路21及阴极气体排出通路22，回收阴极气体排出通路22中流过的阴极废气中的水分，用该回收的水分加湿阴极气体供给通路21中流过的阴极气体。
[0033]阴极调压阀27被设置在比WRD26下游的阴极气体排出通路22中。阴极调压阀27由控制器4进行开闭控制，将对燃料电池堆I供给的阴极气体的压力调节到期望的压力。再有，也可以不设置阴极调压阀27，而设置隔膜等的节流孔。
[0034]旁路通路28是设置的通路，以使从阴极压缩机24喷出的一部分阴极气体能够根据需要不经由燃料电池堆I而能够直接地排出到阴极气体排出通路22。旁路通路28的一端连接阴极压缩机24和中冷器25之间的阴极气体供给通路21，另一端连接到比阴极调压阀27下游的阴极气体排出通路22。
[0035]旁路阀29被设置在旁路通路28中。旁路阀29由控制器4进行开闭控制，调节旁路通路28中流过的阴极气体的流量(以下称为“旁路流量”)。
[0036]第I气流传感器41被设置在比阴极压缩机24上游的阴极气体供给通路21中。第I气流传感器41检测对阴极压缩机24供给的阴极气体的流量(以下称为“压缩机供给流量”)。在以下，将该第I气流传感器41的检测值称为“检测压缩机供给流量”。
[0037]第2气流传感器42被设置在比旁路通路28之间的连接部下游的阴极气体供给通路21中。第2气流传感器42检测从阴极压缩机24喷出的阴极气体之中的、对燃料电池堆I供给的阴极气体的流量(以下称为“堆供给流量”)。堆供给流量是从压缩机供给流量中减去了旁路流量所得的流量。在以下，将该第2气流传感器42的检测值称为“检测堆供给流量”。
[0038]阴极压力传感器43被设置在WRD26的阴极气体入口侧附近的阴极气体供给通路21中。阴极压力传感器43检测WRD26的阴极气体入口侧附近的阴极气体的压力。在以下，将该阴极压力传