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] 为了避免在用作驱动车辆的电源的堆叠组件(燃料电池组）中的单元电池的所谓 的波动或堆叠未对齐，已经提出了增加通过堆叠单元电池而形成的堆叠体的共振频率(例 如，参见日本专利申请公开N〇.2012-133965(JP 2012-133965 A))。根据JP 2012-133965 A，在堆叠组件的位移方向上安装弹簧元件以提高堆叠组件的共振频率，使得在车辆运行期 间堆叠组件的振动不出现在共振频率处。
[0003] 然而，JP 2012-133965 A中所公开的系统通过硬件配置的方式来提高共振频率； 因此，可能会增加零件数或部件的数目，这可能会导致成本增加。即使通过提高共振频率能 够减小堆叠组件的振动出现在共振频率处的可能性，但由于零件的劣化和初始组装状况， 堆叠组件的振动更可能出现在共振频率处。此外，在JP 2012-133965 A所公开的系统中，根 据堆叠组件的状况的变化例如其部件的劣化，堆叠组件的振动可能会出现在共振频率处。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种燃料电池系统。
[0005] 根据本发明的一个方面的燃料电池系统包括堆叠组件、共振确定单元和控制器。 堆叠组件包括堆叠在一起的多个单元电池。单元电池中的每个包括电解质膜和电极对，电 解质膜被夹在电极之间。共振确定单元被配置成确定在车辆运行期间出现的堆叠组件的振 动是否处于堆叠组件的共振区内。控制器被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振动 处于共振区内的情况下改变堆叠组件的固有频率，使得堆叠组件的振动处于共振区外。根 据本发明的上述方面，能够在避免堆叠组件的共振现象同时抑制零件数的增加，即使在燃 料电池的状况由于时间变化等而发生改变的情况下也是如此。
[0006] 在本发明的该方面中，控制器可以被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振 动处于共振区内的情况下改变堆叠组件在单元电池的堆叠方向上的长度。利用该布置，能 够改变堆叠组件的固有频率。
[0007] 在本发明的该方面中，控制器可以被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振 动处于共振区内的情况下增加或降低堆叠组件的温度。利用该布置，能够改变堆叠组件的 固有频率。
[0008] 在上述配置中，燃料电池系统还可以包括被配置成向堆叠组件提供冷却剂的栗。 控制器可以被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振动处于共振区内的情况下改变栗 的转速以增加或降低堆叠组件的温度。根据一个实施例，该栗为水栗。
[0009] 在上述配置中，控制器可以被配置成：在共振确定单元确定堆叠组件的振动处于 共振区内的情况下增加或减小在单元电池的堆叠方向上向堆叠组件施加的紧固负荷。利用 该布置，能够改变堆叠组件的固有频率。
[0010] 在上述配置中，燃料电池系统还可以包括被配置成改变紧固负荷的致动器。控制 器可以被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振动处于共振区内的情况下控制致动器 以增加或减小紧固负荷。
[0011] 在本发明的该方面中，控制器可以被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振 动处于共振区内的情况下增加或减小向堆叠组件提供的流体的压力。利用该布置，能够改 变堆叠组件的固有频率。
[0012] 在上述配置中，燃料电池系统还可以包括被配置成向堆叠组件中提供反应气体的 气体供给装置。控制器可以被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振动处于共振区内 的情况下控制气体供给装置以增加或减小反应气体的压力。
[0013] 在本发明的该方面中，控制器可以被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振 动处于共振区内的情况下增加或减小堆叠组件中包含的液态水的量。利用该布置，能够改 变堆叠组件的固有频率。
[0014] 在上述配置中，控制器可以被配置成：在共振确定单元确定堆叠组件的振动处于 共振区内的情况下增加向堆叠组件提供的流体的流率以减小堆叠组件中包含的液态水的 量。利用该布置，能够改变堆叠组件的固有频率。
[0015] 在上述配置中，控制器可以被配置成：在共振确定单元确定堆叠组件的振动处于 共振区内的情况下增加堆叠组件中生成的电力的量以增加堆叠组件中包含的液态水的量。 另外，控制器可以被配置成:在共振确定单元确定堆叠组件的振动处于共振区内的情况下 减小堆叠组件中生成的电力的量以减小堆叠组件中包含的液态水的量。利用该布置，能够 改变堆叠组件的固有频率。
[0016] 在上述配置中，控制器可以被配置成：在共振确定单元确定堆叠组件的振动处于 共振区内的情况下减小向堆叠组件提供的流体的压力以减小堆叠组件中包含的液态水的 量。利用该布置，能够改变堆叠组件的固有频率。
[0017] 根据本发明的第二方面的燃料系统包括堆叠组件、加速度传感器、固有频率控制 装置和控制器。堆叠组件包括堆叠在一起的多个单元电池，单元电池中的每个包括电解质 膜和电极对，电解质膜被夹在电极之间。加速度传感器安装在堆叠组件上并且被配置成分 析堆叠组件的振动以确定堆叠组件的振动是否处于堆叠组件的共振区内。固有频率控制装 置被配置成改变以下方面的至少之一:堆叠组件的长度、堆叠组件的密度和堆叠组件的纵 向弹性模量。控制器被配置成:在由加速度传感器分析出的堆叠组件的振动处于共振区内 的情况下控制固有频率控制装置以改变以下方面的至少之一:堆叠组件的长度、堆叠组件 的密度和堆叠组件的纵向弹性模量。
[0018] 在本发明的第二方面中，固有频率控制装置可以被配置成:在由加速度传感器分 析出的堆叠组件的振动处于共振区内的情况下改变以下方面的至少之一：向堆叠组件提供 的流体的量和向堆叠组件提供的流体的压力。
【附图说明】
[0019] 下面将参照附图描述本发明的示例实施方式的特征、优点以及技术和工业意义， 在附图中，相似的附图标记指示相似的元件，并且其中：
[0020]图1是示出根据本发明的实施方式的燃料电池系统的一般配置的说明图；
[0021] 图2是示意性地示出根据本发明的实施方式的堆叠组件的说明图；
[0022] 图3是指示本发明的实施方式中的一些实施方式中的堆叠组件的共振区的曲线 图；
[0023] 图4是说明根据本发明的一个实施方式的燃料电池系统的控制的一个示例的流程 图；
[0024] 图5是示意性地示出根据本发明的一个实施方式的堆叠组件的单元电池的堆叠状 况的说明图；
[0025] 图6是说明根据本发明的一个实施方式的燃料电池系统的控制的一个示例的流程 图；
[0026] 图7是指示在本发明的一个实施方式中紧固螺栓的紧固负荷与应变之间的关系的 曲线图的不例；
[0027] 图8是示意性地示出根据本发明的一个实施方式的堆叠组件的单元电池的堆叠状 况的说明图；
[0028] 图9是说明根据本发明的一个实施方式的燃料电池系统的控制的一个示例的流程 图；
[0029] 图10是说明根据本发明的一个实施方式的燃料电池系统的控制的一个示例的流 程图；
[0030]图11是说明根据本发明的一个实施方式的燃料电池系统的控制的一个示例的流 程图；以及
[0031]图12是说明根据本发明的一个实施方式的燃料电池系统的控制的一个示例的流 程图。
【具体实施方式】
[0032] 将参照附图描述本发明的一些实施方式。在附图中，零件可能未被示出成使得各 个零件的尺寸、比率与实际零件的尺寸、比率完全相同。此外，在图1中可能未描绘在下面描 述中出现的一些元件。
[0033] 首先，将参照图1描述实施方式的燃料电池系统1。图1是示出实施方式的燃料电池 系统1的一般配置的说明图。图2是示意性地示出该实施方式中的堆叠组件3的说明图。燃料 电池系统1安装在车辆上并且主要用作驱动车辆的电源。然而，类似的系统可以安装在各种 移动对象如船、飞机和机器人等上以供在这些对象中使用。燃料电池系统1包括固体聚合物 燃料电池2。燃料电池2包括通过将多个单元电池30堆叠在一起而形成的堆叠组件3。单元电 池30中的每个具有电解质膜和电极，即阴极电极和阳极电极，电解质膜被夹在电极之间。在 堆叠组件3中形成有阴极通道3a和阳极通道3b。电解质膜是质子传导性固体聚合物电解质 膜。在图1中，未示出单元电池30。在单元电池30中，向阳极电极提供氢气或阳极气体并且向 阴极电极提供含有氧的空气或阴极气体。然后，在阳极电极处通过催化反应产生的氢离子 穿过电解质膜并且移动至阴极电极，以诱发与氧的电化学反应并且产生电力。测量这样产 生的电的电压值的电压表V和测量电流值的电流表A连接至通过将单元电池30堆叠在一起 而形成的堆叠组件3。在堆叠组件3中设置有冷却剂通道3c，用于冷却堆叠组件3的冷却剂流 动通过冷却剂通道3c。流过冷却剂通道3c的冷却剂对堆叠组件3进行冷却。阴极气体或阳极 气体可被视为本发明中的反应气体。
[0034] 如图2所示，堆叠组件3包括堆叠在一起的多个单元电池30。在图2中，Lc表示在单 元电池30的堆叠方向上测量的堆叠组件3的长度。加速度传感器AS安装在堆叠在一起的单 元电池30中的位于堆叠组件3的中心部分的单元电池30上。考虑到振动幅度在堆叠组件3的 中心部分最大的事实，加速度传感器AS被安装在位于堆叠组件3的中心部分的单元电池30 上，以便观察位于堆叠组件3的中心部分的单元电池30行为。利用这样安装的加速度传感器 AS，能够确定位于堆叠组件3的中心部分的单元电池30的加速度，并且能够分析出堆叠组件 3如何振动。能够这样分析堆叠组件3的振动的加速度传感器AS可以被视为本发明的共振确 定单元的一部分。通过关于时间对由加速度传感器AS测量的加速度进行一次积分来获得速 度，并且通过关于时间对该加速度进行两次积分来获得位移；因此，当对堆叠组件3的振动 进行分析时可以进行使用位移的分析。即，可以基于位移来设定下面将描述的共振区。 [0035]阴极气体供给通道4连接至堆叠组件3的入口，更具体地，连接至堆叠组件3的阴极