燃料电池系统以及燃料电池系统的阀控制方法与流程

本发明涉及防止阳极流路的氢浓度下降的燃料电池系统以及燃料电池系统的阀控制方法。

背景技术：

1、近年，为了能够确保更多的人能够用上适当、可靠、可持续且先进的能源，正在研究开发关于有助于能源高效化的燃料电池。

2、在专利文献1中公开了一种搭载于燃料电池车辆的燃料电池系统。以下，也将该燃料电池系统称为第一系统。在第一系统中，从阳极供给流路向燃料电池堆内的阳极流路供给阳极气体。阳极气体的主要成分是氢。在第一系统中，从阴极供给通路向燃料电池堆内的阴极流路供给阴极气体。阴极气体是空气(氧、氮等)。燃料电池堆通过阳极气体中的氢与阴极气体中的氧的反应进行发电。从阳极流路排出阳极排气(氢、氮、水分等)。阳极排气被供给到气液分离器。气液分离器将阳极排气分离成空气(氢、氮等)与液体(水)。

3、气液分离器的阳极排气能够经由循环流路被供给到阳极供给流路。或者，气液分离器的阳极排气能够经由吹扫流路以及稀释器被排出到燃料电池系统的外部。此外，气液分离器的阳极排气能够与水一同经由排泄流路以及稀释器被排出到燃料电池系统的外部。

4、现在，开发了一种新的燃料电池系统。以下，也将现在开发的燃料电池系统称为第二系统。在第二系统中，代替第一系统的吹扫流路而设置有连接流路。连接流路从循环流路形成分支且与阴极供给流路连接。也就是说，在第二系统中，气液分离器的阳极排气不仅能够被供给到阳极供给流路，也能够被供给到阴极供给流路。阳极排气中的氢在燃料电池堆的阴极电极的催化剂上与氧进行反应而被消耗。因此，在第二系统中，从阳极系统排出到外部的氢减少，在稀释器中为了稀释氢所需要的空气也随之减少。因而，根据第二系统，能够降低向稀释器供给空气的气泵的转速，与第一系统相比，燃料效率提高。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本特开2007-35436号公报

技术实现思路

1、随着燃料电池堆的负载的增加，燃料电池堆的发电量增加。当燃料电池堆的发电量增加时，阳极系统的压力以及阴极系统的压力上升，并且阳极系统中的氮的增加速度上升。

2、在第一系统中，气液分离器的阳极排气经由稀释器被排出到外部(大气)。在第一系统中，包含氮的阳极排气的排出流量由阳极系统的压力与大气压的差压决定。在燃料电池堆的负载增加了的情况下，阳极系统的压力与大气压的差压增大。因此，在第一系统中，随着燃料电池堆的负载的增加，氮的排出流量也增加。

3、另一方面，在第二系统中，气液分离器的阳极排气经由连接流路被供给(排出)到阴极供给流路。在第二系统中，包含氮的阳极排气的排出流量由阳极系统的压力与阴极系统的压力的差压决定。在燃料电池堆的负载增加了的情况下，阳极系统的压力与阴极系统的压力的差压比阳极系统的压力与大气压的差压小。因此，在第二系统中，即使燃料电池堆的负载增加，氮的排出流量也不会增加那么多。

4、另外，第二系统为了提高燃料电池堆的耐久性，将燃料电池堆内设为高湿度。其结果是，第二系统的阳极排气包含许多的水分，气液分离器始终贮存水。因此，从气液分离器经由排泄流路被排出到外部的阳极排气的量不太多。

5、根据以上的理由，与第一系统相比，第二系统不容易从阳极系统排出氮。当阳极系统的氮浓度增加时，阳极系统的氢浓度相对减少。为了使燃料电池堆的发电稳定，需要排出阳极系统的氮，抑制氢浓度的下降。

6、本发明的目的在于解决上述的问题。

7、本发明的第一方面涉及燃料电池系统，其具备：燃料电池堆，其用阳极流路的阳极气体和阴极流路的阴极气体来进行发电；阳极供给流路，其将所述阳极气体供给到所述阳极流路；阴极供给流路，其将所述阴极气体供给到所述阴极流路；循环流路，其将从所述阳极流路排出的排出流体供给到所述阳极供给流路；连接流路，其将从所述阳极流路排出的所述排出流体供给到所述阴极供给流路；排出流路，其从所述阳极流路向外部排出所述排出流体；第一阀，其对所述连接流路进行开闭；第二阀，其对所述排出流路进行开闭；以及控制部，其控制所述第一阀和所述第二阀各自的开闭，在所述燃料电池系统中，还具备存储第一阈值和第二阈值的存储部，所述第一阈值是用于对是否要进行用于使所述阳极流路的氮减少的控制进行判断的氮量的阈值，所述第二阈值是用于对所述第一阀和所述第二阀各自的开闭进行判断的发电量的阈值，所述控制部估计所述阳极流路中的所述氮量，并且进行将估计出的所述氮量与所述第一阈值进行比较的第一比较，在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值的情况下，所述控制部进行将所述燃料电池堆的发电量的目标值即目标发电量与所述第二阈值进行比较的第二比较，所述控制部基于所述第一比较的结果和所述第二比较的结果来控制所述第一阀的开闭和所述第二阀的开闭。

8、本发明的第二方面是燃料电池系统的阀控制方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池堆，其用阳极流路的阳极气体和阴极流路的阴极气体来进行发电；阳极供给流路，其将所述阳极气体供给到所述阳极流路；阴极供给流路，其将所述阴极气体供给到所述阴极流路；循环流路，其将从所述阳极流路排出的排出流体供给到所述阳极供给流路；连接流路，其将从所述阳极流路排出的所述排出流体供给到所述阴极供给流路；排出流路，其从所述阳极流路向外部排出所述排出流体；第一阀，其对所述连接流路进行开闭；第二阀，其对所述排出流路进行开闭；以及计算机，其控制所述第一阀和所述第二阀各自的开闭，在所述燃料电池系统的阀控制方法中，所述计算机存储第一阈值和第二阈值，所述第一阈值是用于对是否要进行用于使所述阳极流路的氮减少的控制进行判断的氮量的阈值，所述第二阈值是用于对所述第一阀和所述第二阀各自的开闭进行判断的发电量的阈值，所述计算机估计所述阳极流路中的所述氮量，并且进行将估计出的所述氮量与所述第一阈值进行比较的第一比较，在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值的情况下，所述计算机进行将所述燃料电池堆的发电量的目标值即目标发电量与所述第二阈值进行比较的第二比较，所述计算机基于所述第一比较的结果和所述第二比较的结果来控制所述第一阀的开闭和所述第二阀的开闭。

9、本发明通过进行第一比较和第二比较，在适当的定时进行第一阀的开闭和第二阀的开闭。通过在适当的定时打开第一阀或第二阀，从阳极流路排出包含氮的阳极排气。另外，通过在适当的定时关闭第一阀以及第二阀，不会在需要以上地从阳极流路排出阳极排气。因而，根据本发明，能够兼顾燃料效率提高和氢浓度维持。本发明进而有助于能量的高效化。

10、根据参照附图说明的以下的实施方式的说明，能容易地理解上述的目的、特征以及优点。

技术特征：

1.一种燃料电池系统，其具备：

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，

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，

6.一种燃料电池系统的阀控制方法，所述燃料电池系统具备：

技术总结
本发明涉及燃料电池系统以及燃料电池系统的阀控制方法。燃料电池系统(10)的控制部(96)估计阳极流路(36)中的氮量，进行将估计出的氮量与第一阈值进行比较的第一比较，在第一比较中氮量超过第一阈值的情况下，进行将燃料电池堆(12)的发电量的目标值即目标发电量与第二阈值进行比较的第二比较，基于第一比较的结果和第二比较的结果来控制第一阀(82)的开闭和第二阀(58)的开闭。

技术研发人员：井上一秀,古贺一纱,中川拓人
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15