专利名称：燃料电池系统和装有燃料电池系统的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统和装有燃料电池系统的车辆。
背景技术：
一种已提出的燃料电池系统包括通过包含在氧化气体中的氧和包含在燃料气体中的氢之间的电化学反应产生电力的燃料电池，该氧化气体流过设置在各电解质膜的阴极侧的氧化气体通道，该燃料气体流过设置在电解质膜的阳极侧的燃料气体通道；位于氧化气体通道中并且通过驱动电压移动的压电元件；以及同样位于氧化气体通道中并且随压电元件的移动而振动的振动器(例如，见专利早期公开公报No-2002-184430)。在这种燃料电池系统中，通过电化学反应在阴极侧产生的水可能凝聚成水滴而防止氧化气体的平稳流动。在这种情况下，使压电元件移动以触发振动器的振动。该振动使阴极表面上的水分雾化，从而去除水分。
但是，这种现有技术的燃料电池系统需要将压电元件和用作活动件(可动部件)的振动器(振动子)设置在气体通道的有限空间内。这使结构不期望地复杂化。另一个问题是，凝聚在气体通道中的水滴的雾化可能需要较长的时间。
发明内容
考虑到现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种能够通过简单的结构有效地从气体通道中去除水分的燃料电池系统。本发明的目的也在于提供一种将水滴完好地排出气体通道的燃料电池系统。本发明的目的还在于提供一种装有这些燃料电池系统的车辆。
为实现至少部分上述目的，如下构造燃料电池系统以及装有燃料电池系统的车辆。
本发明的燃料电池系统包括通过包含在氧化气体中的氧和包含在燃料气体中的氢之间的电化学反应产生电力的燃料电池，所述氧化气体流过设置在电解质膜的阴极侧的氧化气体通道，所述燃料气体流过设置在电解质膜的阳极侧的燃料气体通道；以及静电输送装置，该静电输送装置设置在燃料气体通道与氧化气体通道中的至少一个中，对凝聚在至少一个气体通道中的水滴实施静电输送以将水滴排出该气体通道。
该燃料电池系统对凝聚在气体通道中的水滴实施静电输送从而使水滴排出该气体通道。即，该技术利用静电力去除气体通道中的水分。这种简单结构有效地去除气体通道中的水分，无需在气体通道中设置任何活动件如振动器，也无需使凝聚在气体通道中的水滴雾化。通过电化学反应产生的水易于凝聚在氧化气体通道中。因此，优选将静电输送装置设置在氧化气体通道中。静电输送装置可通过静电将凝聚在气体通道中的水滴向气体通道的出口或其入口输送。
本发明的燃料电池系统包括通过包含在氧化气体中的氧和包含在燃料气体中的氢之间的电化学反应产生电力的燃料电池，氧化气体流过设置在电解质膜的阴极侧的氧化气体通道，燃料气体流过设置在电解质膜的阳极侧的燃料气体通道；设置在燃料气体通道与氧化气体通道中的至少一个中并覆盖有绝缘层的多个电极；以及电压施加装置，该电压施加装置向该多个电极施加电压以对凝聚在至少一个气体通道中的水滴实施静电输送从而将水滴排出气体通道。
该燃料电池系统向设置在气体通道中的多个电极施加电压，以对凝聚在气体通道中的水滴实施静电输送从而去除气体通道中的水分。即，该技术利用静电力去除气体通道中的水分。这种简单结构有效地去除气体通道中的水分，无需在气体通道中设置任何活动件如振动器，也无需使凝聚在气体通道中的水滴雾化。通过电化学反应产生的水易于凝聚在氧化气体通道中。因此，优选将静电输送装置设置在氧化气体通道中。电压施加装置可向多个电极施加电压以对凝聚在气体通道中的水滴向气体通道的出口实施静电输送或对凝聚在气体通道中的水滴向气体通道的入口实施静电输送。
在本发明的该燃料电池系统中，优选地，电压施加装置向多个电极施加电压以进行看上去(apparent，外观上)是朝向气体通道的出口或入口的电压的正-负变化。这种设置有效地将凝聚在气体通道中的水滴导向气体通道的出口或入口。电压施加装置可向多个电极施加电压，以进行看上去是朝向气体通道的出口和入口中位于下方的一个的电压的正-负变化。这种结构令人满意地利用了作用在水滴上的重力。
在本发明的燃料电池系统中，多个电极可放置在气体通道中水滴凝聚可能性高的特定位置。所述多个电极可位于整个氧化气体通道中或整个燃料气体通道中。但是，由于燃料电池的结构特点，优选地将所述多个电极放置水滴凝聚可能性高的任何特定位置。这种设置不在水滴不太可能凝聚的位置放置电极，从而令人满意地节约了电极资源。
在本发明的燃料电池系统的一个优选实施例中，燃料电池具有包括设置在电解质膜相对侧的阳极和阴极的膜电极组件，以及设置在该膜电极组件的相对侧的一对导电隔板。氧化气体通道由阴极和形成在一对导电隔板中的一个中的槽形成。燃料气体通道由阳极和形成在一对导电隔板中的另一个中的槽形成。多个电极放置在燃料气体通道与氧化气体通道中至少一个的槽内。在这种结构中，覆有绝缘层的多个电极设置在形成于导电隔板中不与阳极或阴极接触的槽内。这些电极的这种定位不损害阳极或阴极与导电隔板之间的导电性。
在另一个优选实施例中，本发明的燃料电池系统还包括检测燃料电池的运行状态的运行状态检测装置；以及电压施加控制装置，该电压施加控制装置根据所检测的燃料电池的运行状态确定该电压施加装置的致动或不致动以向多个电极施加或不施加电压。可控制该电压施加装置以在燃料电池工作期间持续向多个电极施加电压从而实施水滴的静电输送。但是，根据燃料电池的运行状态确定向多个电极施加或不施加电压，可令人满意地节约功率消耗。
该优选实施例的燃料电池系统还可包括运行状态判定装置，该运行状态判定装置判断由运行状态检测装置检测的燃料电池的运行状态是否达到在氧化气体通道中水滴凝聚可能性高的预定运行状态。当运行状态判定装置判定检测到的燃料电池的运行状态达到预定运行状态时，电压施加控制装置致动电压施加装置以向多个电极施加电压。当气体通道处于水滴凝聚可能性高的状态时，该设置开始向多个电极施加用于将水滴静电排出气体通道的电压。这防止了不必要的功率消耗。此处，“燃料电池的运行状态”可以是例如对燃料电池的电力需求和燃料电池的输出电力、累计功率(瓦特小时，integral power)和输出电压中的任何一个。该优选实施例的燃料电池系统还可包括运行状态判定装置，该装置判断由运行状态检测装置检测的燃料电池的运行状态是否表示水分过多。当运行状态判定装置判定检测到的燃料电池的运行状态表示水分过多时，电压施加控制装置致动电压施加装置以向多个电极施加电压。
在还有一个优选实施例中，本发明的燃料电池系统还包括电压施加控制装置，该装置控制电压施加装置以在燃料电池工作期间持续向多个电极施加电压从而对水滴实施静电输送。
本发明的车辆装有上述设置的任一项的燃料电池系统。上述任一设置的燃料电池系统有效地去除气体通道中的水分，无需在气体通道中放置任何活动件如振动器，也无需使凝聚在气体通道中的水滴雾化。装有这种燃料电池系统的车辆自然具有与上述燃料电池系统等效的功能和效用。
图1示意性地示出在一个实施例中装有燃料电池系统的车辆的构造；图2是示出单格燃料电池的分解透视图；图3是示出其上形成有氧化气体通道的隔板的俯视图；图4是沿图3的A-A线的截面视图；图5示出电压施加模式；
图6是示出静电输送例程的流程图；及图7是示出在另一实施例中其上形成有氧化气体通道的隔板的俯视图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的一个实施方式。图1示意性地示出装有燃料电池系统12的车辆10的构造。图2示出单格燃料电池(unit fuel cell)30的分解透视图。图3是示出其上形成有氧化气体通道的隔板的俯视图，图4是沿图3的A-A线的截面视图。图5示出电压施加模式。
如图1所示，本实施例的车辆10包括燃料电池系统12；将燃料电池系统12的电力供应转换为驱动力并利用该驱动力经由减速机构16使驱动轮18、18转动的致动机构14；以及控制整个车辆10的电子控制单元80。燃料电池系统12具有燃料电池组20，该燃料电池组是多个单格燃料电池30的堆叠体，所述单格燃料电池能够通过氢与氧的电化学反应产生电力；向各单格燃料电池30供应氧化气体和燃料气体的供应歧管M1和M2；以及引导已流经各单格燃料电池30的氧化气体和燃料气体的排气从燃料电池组20排出的排出歧管M3和M4。本实施例的车辆10还具有用以沿从氧化气体通道36的入口到出口的方向静电输送水滴的多个静电输送电极37(见图3)，以及向这些静电输送电极37施加电压的电压施加单元70。
燃料电池组20这样制造堆叠多个作为基本单位的单格燃料电池30，然后在该单格燃料电池30的堆叠体的各端设置一对集电板21和22、一对绝缘板23和24以及一对端板25和26。集电板21和22由不透气的导电材料例如致密的碳或铜构成。绝缘板23和24由绝缘材料例如橡胶或树脂构成。端板25和26由具有刚性的金属例如钢构成。集电板21和22分别具有用于输出通过燃料电池组20产生的电动势的输出端子21a和22a。一保持机构(未示出)使得端板25和26在沿单格燃料电池30的堆叠方向施加的压力的作用下保持各单格燃料电池。
如图2所示，每个单格燃料电池30均具有包括设置在电解质膜31相对侧的阳极32和阴极33的膜电极组件(MEA)34以及设置在MEA 34两端的一对隔板40、40。电解质膜31在其湿态具有很好的质子传导性。优选使用由DuPont公司制造的Nafion膜作为电解质膜31。每个阳极32和阴极33均具有在其上带有铂或铂与其它金属的合金的催化电极以及为碳纤维织物的碳布的气体扩散电极。MEA 34通过利用热压缩将阳极32、电解质膜31以及阴极33形成为一体而获得。每个隔板40由不透气的导电材料例如通过将碳压成不透气的模制碳(mold carbon)构成。如图2所示，在隔板40的左侧和右侧的大约中间位置形成贯穿隔板40的氧化气体供应口41和氧化气体排出口43。在隔板40的上侧和下侧的大约中间位置还形成贯穿隔板40的气体燃料供应口42和气体燃料排出口44。在隔板40的四个角还形成用于循环冷却水的贯穿隔板40的圆形孔45至48。在隔板40的一个面上，从氧化气体供应口41延伸到氧化气体排出口43的多个槽36b(见图4)形成氧化气体通道36。类似地，在隔板40的另一个面上，从气体燃料供应口42延伸到气体燃料排出口44的多个槽形成气体燃料通道38。如图4所示，在形成氧化气体通道36的槽36b的底部上的下绝缘层37a与上绝缘层37b之间插置有多个静电输送电极37，所述静电输送电极37沿从入口到出口的路径排列。
如图2所示，在MEA34与各隔板40之间插置有衬垫50。衬垫50设置在电解质膜31的相对侧(夹着电解质膜31)以抑制气体燃料和氧化气体的泄漏并防止氧化气体流在隔板40、40之间的空间内与气体燃料流混合。每个衬垫50都具有分别贯穿而面向隔板40的氧化气体供应口41、气体燃料供应口42、氧化气体排出口43和气体燃料排出口44的狭槽51至54，分别贯穿而面向圆形孔45至48的圆形孔55至58(圆形孔55在图中省略不可见)，以及尺寸形成为在其中接纳阳极32或阴极33的方孔。
在供应歧管中，氧化气体供应歧管M1是沿燃料电池组20的堆叠方向连接各单格燃料电池30中隔板40的氧化气体供应口41与衬垫50的狭槽51的中空空间。作为氧化气体的空气的供应从空气压缩机60经由流量控制阀62供给，通过未示出的加湿器加湿，然后流入氧化气体供应歧管M1。气体燃料供应歧管M2是沿燃料电池组20的堆叠方向连接各单格燃料电池30中隔板40的气体燃料供应口42与衬垫50的狭槽52的中空空间。作为气体燃料的氢气的供应从氢容器64经由流量控制阀66供给，通过未示出的加湿器加湿，然后流入气体燃料供应歧管M2。冷却水流入歧管M5和M6分别是沿燃料电池组20的堆叠方向连接各单格燃料电池30中隔板40的圆形孔45和46与衬垫50的圆形孔55和56的中空空间。作为冷却剂的冷却水的流动从未示出的泵供给并流入冷却水流入歧管M5和M6。
在排出歧管中，氧化气体排出歧管M3是沿燃料电池组20的堆叠方向连接各单格燃料电池30中隔板40的氧化气体排出口43与衬垫50的狭槽53的中空空间。已经过各单格燃料电池30的氧化气体通道36的氧化气体的排气被集中导出燃料电池组20。气体燃料排出歧管M4是沿燃料电池组20的堆叠方向连接各单格燃料电池30中隔板40的气体燃料排出口44与衬垫50的狭槽54的中空空间。已经过各单格燃料电池30的气体燃料通道38的气体燃料的排气被集中导出燃料电池组20。气体燃料的排气仍包含未反应的氢，因此可再循环进入气体燃料供应歧管M2。冷却水流出歧管M7和M8分别是沿燃料电池组20的堆叠方向连接各单格燃料电池30中隔板40的圆形孔47和48与衬垫50的圆形孔57和58的中空空间。已经过形成在冷却水隔板(未示出)中的冷却水通道的冷却水的热流被集中地导出燃料电池组20，所述冷却水隔板以多个单格燃料电池30的间隔设置在燃料电池组20中。冷却水的热流通过未示出的散热器被冷却并再循环进入冷却水流入歧管M5和M6。
如图3和图4所示，多个静电输送电极37沿从各氧化气体通道36的入口到出口的路径排列。静电输送电极37放置在覆盖各氧化气体通道36的槽36b的底面的下绝缘层37a上，并被上绝缘层37b覆盖。这些静电输送电极37是宽度(该宽度表示沿通道的长度)为0.2mm的线性电极，并以0.5-1mm的间距设置。静电输送电极37根据施加于其上的电压模式而分为六个相，相“a”至“f”。位于各相的静电输送电极37的电线接合到一条配线，该配线连接到电压施加单元70。例如，应用已知的印刷配线板制造技术制备静电输送电极37及其配线图形。
电压施加单元70根据图5中所示的电压施加模式向多个静电输送电极37施加电压。电压施加单元70向属于相“a”至“f”中相同的相的多个静电输送电极37施加相同的电压。
尽管未明确地示出，致动机构14(见图1)具有将由燃料电池组20产生的直流电转换为交流电的电力转换器以及利用转换成的交流电驱动和转动的牵引电动机。
再次参照图1，电子控制单元80构造为包括CPU 82、存储处理程序的ROM 84、临时存储数据的RAM 86以及输入-输出端口(未示出)的微处理器。电子控制单元80经由输入端口接收作为输入的以下信号来自加速踏板传感器(未示出)的加速踏板开度信号AP；来自车速传感器(未示出)的车速信号V；由功率表72检测和输送的燃料电池的累计功率的测量结果；以及包括在致动机构14中的电力转换器的输入-输出电压信号。电子控制单元80经由输出端口向电压施加单元70以及包括在致动机构14中的电力转换器和牵引电动机输出控制信号。
下面说明具有上述构造的实施例的车辆10的操作。首先说明沿从氧化气体通道36的入口到出口的方向静电输送凝聚在氧化气体通道36中的水滴的过程。根据图5中所示的电压施加模式，电压施加单元70首先分别向属于相“a”、相“b”、相“c”、相“d”、相“e”和相“f”的静电输送电极37施加电压(+，+，0，-，-，0)(图5中的No.1)。然后电压施加单元70相继施加电压(0，+，+，0，-，-)(图5中的No.2)，电压(-，0，+，+，0，-)(图5中的No.3)，电压(-，-，0，+，+，0)(图5中的No.4)，电压(0，-，-，0，+，+)(图5中的No.5)，和电压(+，0，-，-，0，+)(图5中的No.6)。本实施例的结构重复No.1至No.6的这种循环多次，以向相“a”至相“f”施加电压。即，电压施加单元70施加6-相矩形波电压。通过图5的No.1至No.6的循环中电压的正-负变化可以清楚地看出，随着时间推移，电压的正-负变化看上去是沿从氧化气体通道36的入口到出口的方向行进。凝聚在氧化气体通道36中的水滴由于静电感应而带电，并且在图5所示的No.1至No.6的循环中电压的正-负变化过程中，在被水滴附近的静电输送电极37排斥或吸引的同时沿从氧化气体通道36的入口到出口的方向行进。这样，电压施加单元70根据图5的电压施加模式向多个静电输送电极37施加电压。这实现了凝聚在氧化气体通道36中的水滴沿从氧化气体通道入口到出口方向的静电输送。
如下所述，在车辆行驶过程中凝聚在氧化气体通道36中的水滴被去除。图6是示出由电子控制单元80的CPU 82执行的静电输送例程的流程图。该例程存储在ROM 84中，并由CPU 82以预定的时间间隔(例如，每几毫秒)重复地执行。当例程开始时，CPU 82首先将对燃料电池组20的电力需求与一预定阈值T1进行比较，以判断是否要求燃料电池组20输出很高的电力(步骤S110)。对燃料电池组20的电力需求从对驱动轮18、18的车辆动力需求计算而得，而车辆动力需求通过参照存储于ROM 84中的未示出的图(map)根据车速信号V和加速踏板开度信号AP的当前输入而确定。阈值T1预先根据经验设定。燃料电池组20的输出越高，导致电化学反应越强烈，从而产生大量的水。该大量的水易于凝聚在氧化气体通道36中，从而干扰氧化气体的平稳流动。该过程实验性地确定在氧化气体通道36中凝聚的水的量与燃料电池组20的输出电力之间的关系，并将当凝聚的水的量可能干扰氧化气体平稳流动时的燃料电池组20的输出电力设定为阈值T1。
当在步骤S110判定对燃料电池组20的电力需求未超过预定阈值T1时，CPU 82将高输出标记F复位为“0”(步骤S120)并立即终止该例程。另一方面，当在步骤S110判定对燃料电池组20的电力需求超过预定阈值T1时，CPU 82随后判断高输出标记F是否设定等于为“1”(步骤S130)。当高输出标记F不等于“1”时，CPU 82设定高输出标记F为“1”以指示对燃料电池组20的高电力要求状态(步骤S140)。然后CPU 82重新设定功率表72的累计功率并在终止该例程之前开始功率累计(步骤S150)。
当在步骤S130判定高输出标记F等于“1”时，意味着在该例程的前一循环中燃料电池组20已被要求高电力输出。在这种情况下，CPU 82输入来自功率表72的累计功率的测量结果(步骤S160)并将该输入的累计功率的测量结果与一预定阈值T2进行比较(步骤S170)。即使当在步骤S110判定电力需求超过阈值T1时，电力需求也可能很快变为低于阈值T1。这意味着当电力需求超过阈值T1之后，累计功率的测量结果没有达到特定值。在这种情况下，电化学反应仅暂时变强烈，并没有导致水的凝聚。在另一情况下，电力需求在一较长的时间内持续超过阈值T1。这意味着累计功率的测量结果达到特定值，同时电力需求超过阈值T1。这种状态通常导致水的凝聚。累计功率的这种特定值由此通过实验确定，并设定为阈值T2。
当在步骤S170判定累计功率的测量结果没有超过预定阈值T2时，CPU 82立即退出例程。另一方面，当在步骤S170判定累计功率的测量结果超过预定阈值T2时，可能存在水的凝聚。因此，CPU 82在退出例程之前向电压施加单元70输出电压施加开始信号(步骤S180)。电压施加单元70接收该电压施加开始信号并根据图5所示的电压施加模式在预定时间段内向多个静电输送电极37施加电压。这种电压施加引起在氧化气体通道36中凝聚的水通过上述机理沿从氧化气体通道的入口到出口的方向的静电输送。
如上所述，该实施例的简单结构使用静电力有效地从氧化气体通道36中去除凝聚的水，而无需在氧化气体通道36中设置任何活动件如振动器，也无需雾化凝聚在氧化气体通道36中的水。电压施加单元70向多个静电输送电极37施加电压以进行看上去是朝向氧化气体通道36的出口的电压的正-负变化。这种设置有效地将氧化气体通道36中凝聚的水导向氧化气体排出歧管M3。多个静电输送电极37排列在形成在隔板40上不与阴极33接触的氧化气体通道36的槽36b的底部，并由下绝缘层37a和上绝缘层37b覆盖。这些静电输送电极37的存在没有减小隔板40与阴极33的接触面积(即，隔板40的凸面36a的面积)，从而保持足够的导电性。仅在氧化气体通道36中产生凝聚水的可能性高时(即，仅在电力需求超过阈值T1且累计功率测量结果达到特定值时)控制电压施加单元70以向多个静电输送电极37施加电压。与即使不需要静电输送时也无条件施加电压的结构相比，这种设置令人满意地节约了电力消耗。另一种可能的技术提高供应到氧化气体供应歧管M1的氧化气体的压力而吹散凝聚的水。但是这种方法要求空气压缩机60的容量很大，从而空气压缩机60占据很大的空间。另一方面，本实施例的设置不需要通过增加氧化气体供应压力来吹散凝聚的水，从而令人满意地减小了空气压缩机60需要的尺寸和容量。然而，本发明的技术可根据需要与吹散凝聚的水的结构结合使用。
应注意，上述实施例在所有方面是示意性的而非限制性的。在不脱离本发明的主要特征的范围或精神下，可能存在很多其它改变、变化和变型。因此，在权利要求的含义和等效范围内的所有变化都将包括在权利要求中。
例如，在该实施例的结构中，仅在电力需求超过阈值T1且累计功率测量结果达到特定值时控制电压施加单元70以向多个静电输送电极37施加电压。在一个可能的变型中，可在电力需求超过阈值T1时控制电压施加单元70以向多个静电输送电极37施加电压。在另一个可能的变型中，可在每次累计功率测量结果达到预设值(该值试验性地确定为当发生水的凝聚时的累计功率值)时控制电压施加单元70以向多个静电输送电极37施加电压。静电输送消耗非常小的功率，从而可控制电压施加单元70以连续地向多个静电输送电极37施加电压。另一改变的结构判断氧化气体通道36中水的含量是否过量，并在水分过多的状态下控制电压施加单元70以向多个静电输送电极37施加电压。氧化气体通道36中水的含量可通过以下方法确定。将一电压传感器连接到各单格燃料电池30以测量其输出电压。在氧化气体通道36中水分过多的状态下输出电压的特性通过实验确定并事先设定。该方法比较预设的输出电压特性与当前各单格燃料电池30的输出电压特性，以确定水的含量。
在上述实施例的结构中，静电输送电极37设置在所有的氧化气体通道36中。在一个改变的结构中，静电输送电极37可仅设置在部分水凝聚可能性高的氧化气体通道36中。在图7所示的示例中，氧化气体通道36沿水平方向延伸。由于重力的作用，水易于凝聚在下部的氧化气体通道36中。静电输送电极37可仅放置在这种位置。这令人满意地节约了电极资源。
在上述实施例的结构中，空气压缩机60用作氧化气体供给装置。由于不需要很高的氧化气体供应入口压力(供应压力)来通过氧化气体供应的增高的压力吹散凝聚的水，所以可用吹风机代替空气压缩机60。然而，用于去除凝聚的水的静电输送技术可与增高氧化气体供应的入口压力的技术结合以吹散和去除凝聚的水。在这种情况下，要求空气压缩机60具有能够充分地增高氧化气体供应的压力以吹散凝聚的水的能力。
上述实施例的程序采用图5所示的电压施加模式。也可改用任何其它电压施加模式，以实现将在氧化气体通道36中凝聚的水静电输送到氧化气体通道的出口。
在上述实施例的结构中，氧化气体通道36形成为从氧化气体供应口41向氧化气体排出口43延伸的线性槽。氧化气体通道36可形成为弯曲的槽或蛇形槽。另一种可能的结构可在隔板40的表面以预设间隔安装小立方体或小长方体并将由该立方体或长方体限定的间隙设置为氧化气体通道36。
上述实施例的结构使用静电输送技术将凝聚在氧化气体通道36中的水滴输送到氧化气体通道的出口或氧化气体排出歧管M3。可选择地，一个改变的结构可通过静电输送将凝聚在氧化气体通道36中的水滴输送到氧化气体通道的入口或氧化气体供应歧管M1。例如，当氧化气体通道36的入口位于其出口下方时，优选利用施加在凝聚在氧化气体通道36中的水滴上的重力，将水滴导向氧化气体通道的入口而不是其出口。
在上述实施例的结构中，静电输送电极37位于氧化气体通道36中。另一个可能的变型可在上述结构之外或取代上述结构在燃料气体通道38中设置类似的静电输送电极，以对凝聚在燃料气体通道38中的水滴实施静电输送。
在上述实施例中，燃料电池系统12安装在车辆10上。燃料电池系统12可安装在任何其它车辆以及运输机械如火车和飞机上，并可结合到任何为室内应用和工业应用而安装的热电联产系统中。在任一情况下，燃料电池系统12及其应用具有与上述实施例中等效的功能和效用。
工业应用性本发明的技术可应用于各种运输工具，包括汽车、火车和飞机。
权利要求
1.一种燃料电池系统，包括通过包含在氧化气体中的氧和包含在燃料气体中的氢之间的电化学反应产生电力的燃料电池，所述氧化气体流过设置在电解质膜的阴极侧的氧化气体通道，所述燃料气体流过设置在电解质膜的阳极侧的燃料气体通道；以及静电输送装置，该静电输送装置设置在所述燃料气体通道与所述氧化气体通道中的至少一个中，对凝聚在所述至少一个气体通道中的水滴实施静电输送以将水滴排出所述气体通道。
2.一种燃料电池系统，包括通过包含在氧化气体中的氧和包含在燃料气体中的氢之间的电化学反应产生电力的燃料电池，所述氧化气体流过设置在电解质膜的阴极侧的氧化气体通道，所述燃料气体流过设置在电解质膜的阳极侧的燃料气体通道；设置在所述燃料气体通道与所述氧化气体通道中的至少一个中并覆盖有绝缘层的多个电极；以及电压施加装置，该电压施加装置向所述多个电极施加电压以对凝聚在所述至少一个气体通道中的水滴实施静电输送从而将水滴排出所述气体通道。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述电压施加装置向所述多个电极施加电压，以进行看上去是朝向所述至少一个气体通道的出口或入口的电压的正-负变化。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述电压施加装置向所述多个电极施加电压，以进行看上去是朝向所述至少一个气体通道的出口和入口中位于下方的一个的电压的正-负变化。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述多个电极放置在所述至少一个气体通道中水滴凝聚可能性高的特定位置。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池具有包括设置在电解质膜相对侧的阳极和阴极的膜电极组件，以及设置在所述膜电极组件的相对侧的一对导电隔板，所述氧化气体通道由阴极和形成在所述一对导电隔板中的一个中的槽形成，所述燃料气体通道由阳极和形成在所述一对导电隔板中的另一个中的槽形成，以及所述多个电极放置在所述燃料气体通道与所述氧化气体通道中至少一个的槽内。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括检测所述燃料电池的运行状态的运行状态检测装置；以及电压施加控制装置，该电压施加控制装置根据所检测的所述燃料电池的运行状态确定所述电压施加装置的致动或不致动以向所述多个电极施加或不施加电压。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括运行状态判定装置，该运行状态判定装置判断由所述运行状态检测装置检测的所述燃料电池的运行状态是否达到在所述氧化气体通道中水滴凝聚可能性高的预定运行状态，其中，当所述运行状态判定装置判定检测到的所述燃料电池的运行状态达到预定运行状态时，所述电压施加控制装置致动所述电压施加装置以向所述多个电极施加电压。
9.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括运行状态判定装置，该运行状态判定装置判断由所述运行状态检测装置检测的所述燃料电池的运行状态是否表示水分过多，其中，当所述运行状态判定装置判定检测到的所述燃料电池的运行状态表示水分过多时，所述电压施加控制装置致动所述电压施加装置以向所述多个电极施加电压。
10.根据权利要求2-6中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括电压施加控制装置，该电压施加控制装置控制所述电压施加装置以在所述燃料电池操作期间持续向所述多个电极施加电压从而实施水滴的静电输送。
11.一种装有根据权利要求1-10中任一项所述的燃料电池系统的车辆。
全文摘要
本发明涉及燃料电池系统和装有燃料电池系统的车辆。电压施加单元首先分别向属于相“a”、相“b”、相“c”、相“d”、相“e”和相“f”的静电输送电极(37)施加电压(+，+，0，－，－，0)，然后相继施加电压(0，+，+，0，－，－)，电压(－，0，+，+，0，－)，电压(－，－，0，+，+，0)，电压(0，－，－，0，+，+)和电压(+，0，－，－，0，+)。电压施加单元重复该循环多次以向相“a”至相“f”施加电压。凝聚在氧化气体通道(36)中的水滴由于静电感应而带电，并在该循环的电压的正－负变化过程中，在被水滴附近的静电输送电极(37)排斥或吸引的同时沿从氧化气体通道(36)的入口到出口的方向行进。
文档编号B60L11/18GK1791997SQ200480013668
公开日2006年6月21日 申请日期2004年2月20日 优先权日2003年5月19日
发明者中西治通, 中田圭一, 小林雅史 申请人:丰田自动车株式会社