专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术：
当对电解质膜的正面和背面供给正极(cathode)气体和负极(anode)气体时,燃料电池堆发生发电反应。若电解质膜处于适度的湿润状态，则燃料电池堆高效地进行发电反应。然而，根据外界空气状态、运转条件不同，电解质膜会陷入过度干燥状态。因此，在JP-2002-352827-A中，基于燃料电池堆的阻抗检测湿润状态。而且，若判断为过度干燥，则降低正极气体的流量。通过这样，防止电解质膜成为过度干燥状态。
发明内容
另外，在燃料电池系统中具备用于使电解质膜保持适度的湿润状态的加湿器。然而，为了使系统简化或小型化，期望去除加湿器或者使其小型化。本案的发明者们认识到在这种燃料电池系统中，当正极气体的供给量变少时，剩余的生成水不会被排出，从而易于成为液泛状态。即，发明者们发现以下新问题:在这种燃料电池系统中，当如JP-2002-352827-A那样降低正极气体的流量时，反而会陷入过度湿润状态(液泛状态)。本发明是着眼于这种以往的问题而完成的。本发明的目的在于提供一种在比以往偏干燥的状态下运转的燃料电池堆中、即使在空转这样的低负荷运转的情况下也能够防止成为液泛状态的燃料电池系统。根据本发明的某个方式，具备:湿润度检测部，其对燃料电池堆的湿润度进行检测；目标SR设定部，其基于上述湿润度来设定燃料电池堆的目标SR ;以及最低SR设定部，其基于负荷来设定防止燃料电池堆液泛所需的最低SR。而且，提供一种具有SR控制部的燃料电池系统，该SR控制部在上述目标SR低于上述最低SR时，进行控制使得实际SR暂时高于上述最低SR。下面结合附图来详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。
图1是表示本发明的燃料电池系统的第一实施方式的图。图2A是说明燃料电池堆中的电解质膜的反应的示意图。图2B是说明燃料电池堆中的电解质膜的反应的示意图。图3是表示第一实施方式的燃料电池系统的控制器(控制单元)所执行的控制流程图的图。图4是表不用于设定用于防止液泛的最低SR和运转目标SR的对应表的一例的图。图5A是在中 高负荷下湿润度为偏湿润的情况下执行本实施方式的控制例程时的时序图。图5B是在低负荷下湿润度为偏干燥的情况下执行本实施方式的控制例程时的时序图。图6是表示本发明的燃料电池系统的第二实施方式的图。图7是表示供给气体压力与供给气体流速之间的相关性的图。图8是表示本发明的燃料电池系统的第三实施方式的图。图9是表示第三实施方式的燃料电池系统的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。图10是执行第三实施方式的控制例程时的时序图。图11是表示本发明的燃料电池系统的第四实施方式的图。图12是表示第四实施方式的燃料电池系统的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。图13是执行第四实施方式的控制例程时的时序图。图14是表示本发明的燃料电池系统的第五实施方式的图。图15是表示第五实施方式的燃料电池系统的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。图16是执行第五实施方式的控制例程时的时序图。图17是表示本发明的燃料电池系统的第六实施方式的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。图18是执行第六实施方式的控制例程时的时序图。图19是表示本发明的燃料电池系统的第七实施方式的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。图20是执行第七实施方式的控制例程时的时序图。图21是表示本发明的燃料电池系统的第八实施方式的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。图22是执行第八实施方式的控制例程时的时序图。
具体实施例方式(第一实施方式)图1是表示本发明的燃料电池系统的第一实施方式的图。首先，参照图1来说明本发明的燃料电池系统的一例。燃料电池系统I具备燃料电池堆10、正极气体路径20、负极气体路径30、冷却水循环路径40以及控制单元90。燃料电池堆10被供给正极气体和负极气体来产生电力。燃料电池堆10包括负荷电流传感器11和堆阻抗传感器12。负荷电流传感器11检测燃料电池堆10的负荷电流。堆阻抗传感器12检测燃料电池堆10的阻抗。正极气体路径20包括正极气体供给路径21和正极气体排出路径22。正极气体供给路径21上设置有空气供给压缩机211，该空气供给压缩机211用于向燃料电池堆10供给空气(正极气体)。由空气供给压缩机211加压输送的空气在正极气体供给路径21中流动来供给至燃料电池堆10。从燃料电池堆10排出的正极气体在正极气体排出路径22中流动。负极气体路径30包括负极气体供给路径31和负极气体循环路径32。负极气体供给路径31上设置有负极罐311和负极气体压力控制阀312。负极罐311是容纳负极气体(氢)的密闭容器。负极气体压力控制阀312根据开度来调整向负极气体循环路径32供给的负极气体的压力。负极气体循环路径32上设置有负极气体循环泵321。通过负极气体循环泵321将从燃料电池堆10排出的负极气体再次供给至燃料电池堆10。冷却水循环路径40包括冷却水循环泵41和散热器42。冷却水循环泵41加压输送在冷却水循环路径40中流动的冷却水。散热器42对从燃料电池堆10排出的冷却水的热量进行散热，防止冷却水过热。通过冷却水循环泵41将散热(冷却)后的冷却水再次输送至燃料电池堆10。控制单元90接收负荷电流传感器11和堆阻抗传感器12的信号，控制空气供给压缩机211、负极气体压力控制阀312、负极气体循环泵321以及冷却水循环泵41的动作。具体的内各在后面叙述。图2A和图2B是说明燃料电池堆中的电解质膜的反应的示意图。如上所述，燃料电池堆10被供给反应气体(正极气体O2、负极气体H2)来发电。层叠数百张在电解质膜的两个面上形成有正极电极催化剂层和负极电极催化剂层的膜电极接合体(Membra ne Electrode Assembly ；MEA)来构成燃料电池堆10。各膜电极接合体(MEA)在正极电极催化剂层和负极电极催化剂层中与负荷相应地推进以下反应来发电。
[化学式I]正极电极催化剂层:4H++4e_+02— 2H20...(1-1)负极电极催化剂层:2H2 — 4H++4e…(1_2)如图2B所示，随着反应气体(正极气体O2)在正极流路中流动，推进化学式(1-1)的反应，生成水蒸气。然后，在正极流路的下游侧相对湿度变高，正极侧与负极侧之间产生湿度差。然后，由于该湿度差，生成水的一部分逆扩散而将负极上游侧加湿。剩余的生成水与正极气体一起排出到燃料电池堆10的外部。将负极上游侧加湿的水分还从MEA蒸发到负极流路中而将在负极流路中流动的反应气体(负极气体H2)加湿。然后，被运送到负极下游侧，将负极下游(正极上游)的MEA加湿。若电解质膜处于适度的湿润状态，则能够高效地进行上述反应。当负荷大时，与负荷相应地供给大量的反应气体(正极气体O2、负极气体H2)。由此，发电反应变大。而且，通过化学式(1-1)的反应生成大量的水分。该水分将MEA加湿。剩余的水分与正极气体一起排出到燃料电池堆10的外部。然而，本案的发明者们认识到:在JP-2002-352827-A所记载的燃料电池堆中，由于正极气体的流量降低导致难以排出剩余的生成水，燃料电池堆10易于成为液泛状态。因此，本案的发明者们想到通过将正极气体的流量暂时提高到能够防止液泛的流量，来强制性地排出残留于燃料电池堆10的生成水的方法。如果像这样暂时提高正极气体的流量，则可以排出剩余的生成水而不使燃料电池堆(电解质膜)的湿润状态发生大的变化。
另外，在空转这样的低负荷运转时也会产生使正极气体的流量下降的状态，因此本发明也适用于此类场景。下面，说明具体的内容。图3是表示本实施方式的燃料电池系统的控制器(控制单元)所执行的控制流程图的图。在步骤Sll中，控制器基于负荷电流传感器11的信号来检测负荷电流。在步骤S12中，控制器基于检测出的负荷电流来设定用于防止液泛的最低SR。具体地说，控制器将负荷电流应用于预先设定的对应表(图4中示出了一例)，来求出最低SR。此外，SR是“Stoichiometric Ratio (化学计量比)”的简称,是指供给气体量相对于反应气体量的比(供给气体量/反应气体量)。即，SRl的状态意味着供给了反应气体量的气体，所供给的全部气体都进行了反应。SR2的状态意味着供给了反应气体量的两倍的气体，所供给的气体中一半气体进行了反应，残余的一半气体未进行反应而直接排出。另外，负荷电流与反应气体量大致成比例。因而，供给气体量V与使负荷电流I乘以SR后得到的值成比例。因此，下面的数式成立。[数I]V=kXIXSR其中，V:供给气体量k:系数1:负荷电流此外，如上所述，本案的发明者们认识到当在空转这样的低负荷运转时，由于正极气体的供给量少，易于成为剩余的生成水没有排出而残留于燃料电池堆10的状态(液泛状态)。因此，在低负荷运转时，以使SR比高负荷时大的方式供给正极气体。如果这样，则不进行反应的剩余的气体增加，利用该剩余的气体来排出生成水。此外，在低负荷下负荷电流I小，因此即使SR大，供给气体量本身也小于高负荷时的供给气体量。在步骤S13中，控制器对燃料电池堆10的湿润状态进行检测。具体地说，控制器基于堆阻抗传感器12的信号来检测燃料电池堆10的阻抗。阻抗越低湿润状态越高，即越偏湿润。阻抗越高湿润状态越低。即越偏干燥。在步骤S14中，控制器基于负荷电流和湿润状态来设定运转目标SR。具体地说，控制器将负荷电流和湿润状态(阻抗)应用于预先设定的对应表(图4中示出了一例)，来求出运转目标SR。此外，本实施方式的燃料电池堆在比以往低的湿润状态(即、比以往偏干燥的状态)下运转。因此，若偏湿润，则设定使电解质膜更加干燥的运转目标SR。即，若负荷相同，则与偏干燥时相比，偏湿润时设定大的SR以使供给气体量变多。如果这样，则剩余的气体增加，因此生成水易于排出到燃料电池堆的外部，电解质膜变得易于干燥。在步骤S15中，控制器判断运转目标SR是否低于最低SR。如果不低于最低SR，则控制器将处理转移至步骤S16，如果低于最低SR，则控制器将处理转移至步骤S17。在步骤S16中，控制器控制运转使得实际SR变为运转目标SR。具体地说，控制器控制空气供给压缩机211来调整正极气体(空气)的流量。在步骤S17中，控制器控制运转，使得在实际SR变为运转目标SR之后实际SR以固定周期暂时增加。若负荷大致固定，则SR与正极气体流量成比例。具体地说，控制器控制空气供给压缩机211来使正极气体(空气)的流量以固定周期暂时增加。图5A是在中 高负荷下湿润度为偏湿润的情况下执行本实施方式的控制例程时的时序图。图5B是在低负荷下湿润度为偏干燥的情况下执行本实施方式的控制例程时的时序图。此外，在括号内添加步骤编号以易于了解与流程图之间的对应关系。在中 高负荷下湿润度为偏湿润的情况下，检测负荷电流(步骤Sll)，基于该负荷电流来设定最低SR(步骤S12)。另外，对燃料电池堆10的湿润状态(阻抗)进行检测(步骤S13)，基于负荷电流和湿润状态来设定运转目标SR(步骤S14)。此时，在中 高负荷下湿润度为偏湿润的情况下，运转目标SR高于最低SR(步骤S15 否”)，因此对空气供给压缩机211进行控制来调整正极气体(空气)的流量，以变为运转目标SR。在低负荷下湿润度为偏干燥的情况下，检测负荷电流(步骤Sll)，基于该负荷电流来设定最低SR(步骤S12)。另外，对燃料电池堆10的湿润状态(阻抗)进行检测(步骤S13)，基于负荷电流和湿润状态来设定运转目标SR(步骤S14)。此时，在低负荷下湿润度为偏干燥的情况下，运转目标SR低于最低SR。即，由于为低负荷，因此正极气体(空气)的流量变少，受其影响难以排出生成水，因此变为运转目标SR低于最低SR的状态。因此，当运转目标SR低于最低SR时(步骤S15 是”)，对空气供给压缩机211进行控制使得在实际SR变为运转目标SR之后，实际SR以固定周期暂时增加。其结果，正极气体(空气)的流量以固定周期暂时增加(步骤S17)。其结果，强制性地排出残留于燃料电池堆10的生成水，从而防止液泛。此外，正极气体(空气)的流量并非持续增加，而是以固定周期暂时增加，再返回到原来的状态。因而，燃料电池堆(电解质膜)的湿润状态不会发生大的变化，而剩余的生成水被排出。另外，通过对空气供给压缩机211进行控制，来简易地调整正极气体(空气)的流量。还基于阻抗和负荷来设定正确的目标SR。(第二实施方式)图6是表示本发明的燃料电池系统的第二实施方式的图。此外，下面，对与上述内容发挥相同功能的部分附加相同的标记，适当地省略重复的说明。在本实施方式中，正极气体排出路径22上设置有正极气体压力控制阀221。正极气体压力控制阀221对从燃料电池堆10排出的正极气体的压力进行调整。图7是表示供给气体压力与供给气体流速之间的相关性的图。当打开正极气体压力控制阀221来降低气体压力时，气体的流速上升。S卩，气体的流量上升。当收紧正极气体压力控制阀221来升高气体的压力时，气体的流速下降。S卩，气体的流量下降。因而，在第一实施方式中，控制空气供给压缩机211来调整正极气体(空气)的流量，但是也可以控制正极气体压力控制阀221来调整正极气体(空气)的流量。这样也能够得到与第一实施方式相同的效果。(第三实施方式)
图8是表示本发明的燃料电池系统的第三实施方式的图。在本实施方式中，冷却水循环路径40上设置有燃料电池堆冷却水出口温度传感器43。燃料电池堆冷却水出口温度传感器43对从燃料电池堆10排出的冷却水的温度进行检测。在此，说明本实施方式的基本概念。例如在像爬坡行驶之后的下坡行驶那样长时间的高负荷行驶之后负荷急剧下降时，冷却水的目标温度也下降。然而，冷却水实际的温度并不会像负荷那样急剧地下降，比目标温度高的高温状态会持续。在这种状态下，生成水易于蒸发。因而，虽然负荷变小，但是若立刻改变与该负荷相应的SR，则燃料电池堆易于陷入过度干燥。因此，此时并不一下子改变SR，而是暂且使其成为中间值。然而，下次反而易于产生液泛。因此，此时使正极气体(空气)的流量以固定周期增加。其结果，强制性地排出残留于燃料电池堆10的生成水，从而防止了液泛。下面说明具体的内容。图9是表示本实施方式的燃料电池系统的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。步骤Sll至步骤S14以及步骤S15至步骤S17与第一实施方式相同，因此省略详情。在步骤S31中，控制器基于负荷电流来设定目标冷却水温。具体地说，控制器将负荷电流应用于预先设定的对应表，来求出目标冷却水温。在步骤S32中，控制器基于燃料电池堆冷却水出口温度传感器43的信号来检测冷却水温。在步骤S33中，控制器判断检测出的冷却水温是否高于目标冷却水温。如果不高于目标冷却水温，则控制器将处理转移至步骤S15，如果高于目标冷却水温，则控制器将处理转移至步骤S34。在步骤S34中，控制器设定冷却水温高于目标冷却水温时的运转目标SR。图10是执行本实施方式的控制例程时的时序图。在时刻t31之前负荷电流为A。此时处理如下。检测负荷电流A(步骤Sll)，基于该负荷电流A来设定用于在负荷A下防止液泛的最低SR(步骤S12)。另外，对燃料电池堆10的湿润状态(阻抗)进行检测(步骤S13)，基于负荷电流和湿润状态来设定负荷A下的运转目标SR (步骤S14)。还基于负荷电流A来设定目标冷却水温(步骤S31)，并且对冷却水温进行检测(步骤S32)，判断冷却水温是否高于目标冷却水温(步骤S33)。在时刻t31之前冷却水温与目标冷却水温一致。因此，处理转移至步骤S15。而且，负荷A下的运转目标SR高于负荷A下的最低SR(步骤S15 否”)，因此控制运转使得变为运转目标SR。在时刻t31之后，负荷电流下降到B。此时处理如下。检测负荷电流B (步骤Sll)，基于该负荷电流B来设定用于在负荷B下防止液泛的最低SR(步骤S12)。另外，对燃料电池堆10的湿润状态(阻抗)进行检测(步骤S13)，基于负荷电流和湿润状态来设定负荷B下的运转目标SR(步骤S14)。还基于负荷电流B来设定目标冷却水温(步骤S31)，并且对冷却水温进行检测(步骤S32)，判断冷却水温是否高于目标冷却水温(步骤S33)。从时刻t31到时刻t32为止冷却水温高于目标冷却水温。因此，处理转移至步骤S34，设定冷却水温高于目标冷却水温时的运转目标SR。该运转目标SR低于负荷B下的最低SR(步骤S15 是”)，因此控制运转使得在实际SR变为运转目标SR之后，实际SR以固定周期增加(步骤S17)。其结果，强制性地排出残留于燃料电池堆10的生成水，从而防止液泛。在时刻t32之后，冷却水温与目标冷却水温一致。此时处理如下。检测负荷电流B (步骤Sll)，基于该负荷电流B来设定用于在负荷B下防止液泛的最低SR(步骤S12)。另外，对燃料电池堆10的湿润状态(阻抗)进行检测(步骤S13)，基于负荷电流和湿润状态来设定负荷B下的运转目标SR (步骤S14)。还基于负荷电流B来设定目标冷却水温(步骤S31)，并且对冷却水温进行检测(步骤S32)，判断冷却水温是否高于目标冷却水温(步骤S33)。在时刻t32之后，冷却水温与目标冷却水温一致，因此处理转移至步骤S15。而且，负荷B下的运转目标SR高于负荷B下的最低SR(步骤S15 否”)，因此控制运转使得变为运转目标SR。如以上所说明的那样，当在长时间高负荷行驶之后负荷急剧下降时，冷却水的目标温度也下降。然而，冷却水的温度不会像负荷那样急剧地下降，因此比目标温度高的高温状态在某种程度上持续。在这种状态下，生成水易于蒸发。因而，虽然负荷变小，但是若立刻改变与该负荷相应的SR，则燃料电池堆易于陷入过度干燥。因此，此时并不一下子改变SR，而是暂且使其成为低于与负荷相应的SR的值(在本实施方式中为负荷A时的SR与负荷B时的SR的中间值)。然而，下次反而易于产生液泛。因此，在本实施方式中，此时使正极气体(空气)的流量以固定周期增加。其结果，强制性地排出残留于燃料电池堆10的生成水，从而防止液泛。(第四实施方式)图11是表示本发明的燃料电池系统的第四实施方式的图。在本实施方式中，正极气体供给路径21上设置有外界空气压力传感器212。外界空气压力传感器212对供给至燃料电池堆10的外界空气的压力进行检测。在此说明本实施方式的基本概念。在供给至燃料电池堆10的外界空气的压力低的情况下(例如，假定在高地行驶)，与不是这样的情况相比，正极气体带出的水分量变多。因此，当以相同的湿润度为目标时，成为以比大气压下的运转的SR低的SR运转的情况而SR变小。因此，即使正极气体流动也难以排出生成水。这样，易于产生液泛。因此，此时使正极气体(空气)以固定周期增加。通过这样，能够强制性地排出残留于燃料电池堆10的生成水，从而能够防止液泛。下面说明具体的内容。图12是表示本实施方式的燃料电池系统的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。步骤Sll至步骤S14以及步骤S15至步骤S17与第一实施方式相同，因此省略详情。在步骤S41中，控制器基于外界空气压力传感器212的信号来检测外界空气压力。在步骤S42中，控制器判断检测出的外界空气压力是否低于运转模式变更压力阈值。如果不低于运转模式变更压力阈值，则控制器将处理转移至步骤S15，如果低于运转模式变更压力阈值，则控制器将处理转移至步骤S43。
在步骤S43中，控制器设定外界空气压力低于压力阈值时的运转目标SR。图13是表示执行本实施方式的控制例程时的时序图。在时刻t41之前，外界空气压力低于运转模式变更压力阈值。此时处理如下。检测负荷电流(步骤Sll)，基于该负荷电流来设定最低SR(步骤S12)。另外，对燃料电池堆10的湿润状态(阻抗)进行检测(步骤S13)，基于负荷电流和湿润状态来设定运转目标SR(步骤S14)。还对外界空气压力进行检测(步骤S41)，判断外界空气压力是否低于运转模式变更压力阈值(步骤S42)。在时刻t41之前，外界空气压力低于运转模式变更压力阈值，因此进入步骤S43，设定外界空气压力低于压力阈值时的运转目标SR。该运转目标SR低于最低SR (步骤S15:“是”)，因此控制运转使得在实际SR变为运转目标SR之后，实际SR以固定周期增加(步骤S17)。通过这样，能够强制性地排出残留于燃料电池堆10的生成水，从而能够防止液泛。在外界空气压力高于运转模式变更压力阈值的时刻t41以后，处理如下。检测负荷电流(步骤Sll)，基于该负荷电流来设定最低SR(步骤S12)。另外，对燃料电池堆10的湿润状态(阻抗)进行检测(步骤S13)，基于负荷电流和湿润状态来设定运转目标SR(步骤S14)。还对外界空气压力进行检测(步骤S41)，判断外界空气压力是否低于运转模式变更压力阈值(步骤S42)。在时刻t41以后，外界空气压力高于运转模式变更压力阈值，因此处理转移至步骤S15。而且，运转目标SR高于最低SR(步骤S15 否”)，因此控制运转使得变为运转目标SR。如以上所说明的那样，在供给至燃料电池堆10的外界空气的压力低的情况下，与不是这样的情况相比，正极气体带出的水分量变多。因此，当以相同的湿润度为目标时，成为以比大气压下的运转的SR低的SR运转的情况而SR变小。因此，即使正极气体流动也难以排出生成水，从而易于产生液泛。因此，此时使正极气体(空气)以固定周期增加。其结果，强制性地排出残留于燃料电池堆10的生成水，从而防止液泛。(第五实施方式)图14是表示本发明的燃料电池系统的第五实施方式的图。在本实施方式中，正极气体供给路径21上设置有外界空气湿度传感器213。外界空气湿度传感器213对供给至燃料电池堆10的外界空气的湿度进行检测。在第四实施方式中使用了外界空气压力传感器212，与此相对在本实施方式中使用外界空气湿度传感器213。图15中示出了这种情况下的控制流程图。即，控制器基于外界空气湿度传感器213的信号来检测外界空气湿度(步骤S51)，判断检测出的外界空气湿度是否低于运转模式变更湿度阈值(步骤S52)，如果低于运转模式变更湿度阈值，则设定外界空气湿度低于湿度阈值时的运转目标SR(步骤S53)。图16中示出了这种情况下的时序图。即，在时刻t51之前，外界空气湿度低于运转模式变更湿度阈值。此时使实际SR以固定周期增加。这种情况也能够得到与上述相同的效果。(第六实施方式)图17是表示本发明的燃料电池系统的第六实施方式的控制器(控制单元)所执行的控制流程图的图。
步骤Sll至步骤S16与第一实施方式相同，因此省略详情。在步骤S170中，控制器求出最低SR与运转目标SR之差。在步骤S171中，差越小，控制器以越长周期来控制运转。图18是执行本实施方式的控制例程时的时序图。在时刻t61之前，运转目标SR低于最低SR。此时，最低SR与运转目标SR之差越大，周期越短。该差越小，周期越长。最低SR与运转目标SR之差越大，生成水越易于残留。因此，如果像本实施方式那样差越大周期越短，则增减次数增加。其结果，可靠地排出生成水，更加有效地维持稳定的发电。另外，如果差越小周期越长，则增减次数减少。其结果，抑制在排出生成水所需的次数，从而将排水所需的能量抑制在最低限度，因此运转效率佳。(第七实施方式)图19是表示本发明的燃料电池系统的第七实施方式的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。步骤Sll至步骤S16以及步骤S170与第六实施方式相同，因此省略详情。在步骤S172中，差越小，控制器使一个周期内的暂时增大时间越短。图20是执行本实施方式的控制例程时的时序图。在时刻t71之前，运转目标SR低于最低SR。此时，最低SR与运转目标SR之差越大，一个周期内的暂时增大时间越长。该差越小，一个周期内的暂时增大时间越短。最低SR与运转目标SR之差越大，生成水越易于残留。因此，如果像本实施方式那样差越大则一个周期内的暂时增大时间越长，因此将生成水排出到外部的动作时间长。其结果，可靠地排出生成水，更加有效地维持稳定的发电。另外，差越小则一个周期内的暂时增大时间越短，因此将排水所需的能量抑制在最低限度，运转效率佳。(第八实施方式)图21是表示本发明的燃料电池系统的第八实施方式的控制器(控制单元)所执行的控制流程的图。步骤Sll至步骤S16以及步骤S170与第六实施方式相同，因此省略详情。在步骤S173中，控制器控制运转，使得差越则一个周期内的SR的增大量(振幅)越小。图22是执行本实施方式的控制例程时的时序图。在时刻t81之前，运转目标SR低于最低SR。此时，最低SR与运转目标SR之差越大则一个周期内的SR的增大量(振幅)越大。该差越小则一个周期内的SR的增大量(振幅)越小。最低SR与运转目标SR之差越大，越会处于生成水易于残留的状态。因此，如果像本实施方式那样差越大则一个周期内的SR的增大量(振幅)越大，因此将生成水排出到外部的运动压力变大。其结果，可靠地排出生成水，更有效地维持稳定的发电。另外，差越小则一个周期内的SR的增大量(振幅)越小，因此将排水所需的能量抑制在最低限度，运转效率佳。以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过是示出了本发明的应用例的一部分，并非是将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构的意思。
在上述实施方式中，设为通过阻抗来检测湿润度，但是也可以检测各电池单元(cell)的电压，基于该电池单元电压来检测湿润度。另外，也可以基于燃料电池堆的总电压来检测湿润度。还可以基于由设置在正极气体出口的露点计检测出的气体出口露点来检测湿润度。并且，还可以基于气体出口的液态水排出速度、液态水排出量等来检测湿润度。并且，在上述实施方式中，例示了在电解质膜的一个面上流动的正极气体与在相反面上流动的负极气体在相反方向上流动的情况。然而，在电解质膜的一个面上流动的正极气体与在相反面上流动的负极气体也可以在相同方向上流动。而且，上述实施方式能够适当地组合。本申请主张2010年9月17日向日本专利局申请的特愿2010-209062的优先权，通过参照将该申请的全部内容引入本说明书中。
权利要求
1.一种燃料电池系统，包括: 湿润度检测部(S13)，其对燃料电池堆(10)的湿润度进行检测； 目标SR设定部(S14、S34、S43、S53)，其基于上述湿润度来设定燃料电池堆(10)的目标SR ； 最低SR设定部(S12)，其基于负荷来设定用于防止燃料电池堆(10)液泛所需的最低SR;以及 SR控制部(S17、S171、S172、S173)，其在上述目标SR低于上述最低SR时，进行控制使得实际SR暂时高于上 述最低SR。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述SR控制部(S17、S171、S172、S173)控制压缩机(211)以使实际SR暂时高于上述最低SR，该压缩机(211)设置在对上述燃料电池堆(10)供给正极气体的正极气体供给路径(21)上。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述SR控制部(S17、S171、S172、S173)控制正极气体压力控制阀(221)以使实际SR暂时高于上述最低SR，该正极气体压力控制阀(221)设置在从上述燃料电池堆(10)排出的正极气体的正极气体排出路径(22)上。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述湿润度检测部(S13)基于燃料电池堆(10)的阻抗来检测燃料电池堆(10)的湿润度， 上述目标SR设定部(S14)基于上述阻抗和负荷来设定目标SR。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 当冷却水温高于基于负荷设定的目标冷却水温时，上述目标SR设定部(S34)基于冷却水温和负荷来设定目标SR。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 当外界空气压力低于运转模式变更压力阈值时，上述目标SR设定部(S43)设定外界空气压力低于压力阈值时的目标SR。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 当外界空气湿度低于运转模式变更湿度阈值时，上述目标SR设定部(S53)设定外界空气湿度低于湿度阈值时的目标SR。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述SR控制部(S17、S171、S172、S173)基于上述目标SR与上述最低SR之差来控制上述实际SR的周期性的变动。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述目标SR与上述最低SR之差越大，上述SR控制部(S171)使上述实际SR的增大周期越短，上述目标SR与上述最低SR之差越小，上述SR控制部(S171)使上述实际SR的增大周期越长。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述目标SR与上述最低SR之差越大，上述SR控制部(S172)使一个周期内的暂时增大时间越长，上述目标SR与上述最低SR之差越小，上述SR控制部(S172)使一个周期内的暂时增大时间越短。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述目标SR与上述最低SR之差越大，上述SR控制部(S173)使一个周期内的实际SR的增大量越大，上述目标SR与上述最低SR之差越小，上述SR控制部(S173)使一个周期内的实际SR的增大量越小。
12.一种燃料电池系统，通过正极气体的流量来控制燃料电池堆(10)的湿润度，其特征在于， 包括控制部(S17、S171、S172、S173)，该控制部在与上述湿润度相应的正极气体的流量为规定流量以下 时，使正极气体的流量发生变动。
全文摘要
燃料电池系统包括湿润度检测部，其对燃料电池堆的湿润度进行检测；目标SR设定部，其基于湿润度来设定燃料电池堆的目标SR；最低SR设定部，其基于负荷来设定防止燃料电池堆液泛所需的最低SR；以及SR控制部，其在目标SR低于最低SR时，进行控制使得实际SR暂时高于最低SR。
文档编号H01M8/10GK103098282SQ20118004385
公开日2013年5月8日 申请日期2011年8月30日 优先权日2010年9月17日
发明者各务文雄, 藤井隆宏 申请人:日产自动车株式会社