燃料电池系统及其控制方法、干燥状态的推断方法_2

文档序号:9237025阅读:来源:国知局
52侧)朝向下游侧设置于阳极气体配管51。开闭阀53基于来自控制部20的指令来进行开闭,控制从氢气罐52向氢气供给装置55的上游侧的氢气的流入。稳压器54是用于调整氢气供给装置55的上游侧的氢气的压力的减压阀,稳压器54的开度被控制部20控制。
[0035]氢气供给装置55例如能够由作为电磁驱动式的开闭阀的喷射器构成。压力计测部56计测氢气供给装置55的下游侧的氢气的压力,并将该计测值向控制部20发送。控制部20通过根据压力计测部56的计测值对氢气供给装置55进行控制,来控制向燃料电池10供给的氢气的流量。
[0036]阳极气体排出系统60具备阳极废气配管61、气液分离部62、阳极气体循环配管63、氢气循环用泵64、阳极排水配管65、排水阀66、以及压力计测部67。阳极气体排出系统60进行包括不被用于发电反应而从燃料电池10的阳极排出的未反应气体(氢气、氮气等)、排水的阳极废气的循环以及排出。
[0037]阳极废气配管61是将气液分离部62和燃料电池10的阳极侧排出用歧管(省略图示)的出口连接的配管。气液分离部62与阳极气体循环配管63和阳极排水配管65连接。气液分离部62将阳极废气所包含的气体成分和水分分离,气体成分被向阳极气体循环配管63引导,水分被向阳极排水配管65引导。
[0038]阳极气体循环配管63连接在阳极气体配管51的比氢气供给装置55靠下游的位置。在阳极气体循环配管63中设置有氢气循环用泵64。在气液分离部62中被分离出的气体成分所包含的氢气通过氢气循环用泵64被向阳极气体配管51送出。
[0039]阳极排水配管65是用于将在气液分离部62中被分离出的水分向燃料电池系统100的外部排出的配管。在阳极排水配管65中设置有排水阀66。控制部20通常将排水阀66关闭,在预先设定的规定的排水定时、阳极废气中的惰性气体的排出定时将排水阀66打开。
[0040]阳极气体排出系统60的压力计测部67被设置于阳极废气配管61。压力计测部67在燃料电池10的氢气歧管的出口附近,计测阳极废气的压力(燃料电池10的阳极侧的背压),并将该计测值向控制部20发送。控制部20基于阳极气体排出系统60的压力计测部56的计测值、上述的阳极气体供给系统50的压力计测部56的计测值来控制针对燃料电池10的氢气的供给。
[0041]制冷剂循环系统70具备上游侧配管71a、下游侧配管71b、散热器72、制冷剂循环用泵75、上游侧温度传感器76a、以及下游侧温度传感器76b。上游侧配管71a和下游侧配管71b分别是使用于冷却燃料电池10的制冷剂循环的制冷剂用配管。上游侧配管71a将散热器72的入口和燃料电池10的制冷剂用排出用歧管(省略图示)的出口连接。下游侧配管71b将散热器72的出口和燃料电池10的制冷剂用供给用歧管(省略图示)的入口连接。
[0042]散热器72通过在流过制冷剂用配管的制冷剂与外部空气之间进行热交换来冷却制冷剂。制冷剂循环用泵75被设置在下游侧配管71b的中途,将在散热器72中被冷却后的制冷剂向燃料电池10送出。上游侧温度传感器76a被设置于上游侧配管71a,下游侧温度传感器76b被设置于下游侧配管71b。上游侧温度传感器76a和下游侧温度传感器76b分别将计测到的制冷剂的温度向控制部20发送。
[0043]图2是表示燃料电池系统100的电气构成的概略图。燃料电池系统100除了图1的构成以外,还具备二次电池81、DC/DC转换器82、DC/AC逆变器83、电流计测部90、电池单元电压计测部91、阻抗计测部92、以及SOC检测部93。
[0044]燃料电池10经由直流配线DCL与DC/AC逆变器83连接,DC/AC逆变器83与作为燃料电池车辆的驱动力源的电动机200连接。二次电池81经由DC/DC转换器82与直流配线DCL连接。
[0045]二次电池81通过燃料电池10的输出电力、电动机200的再生电力被充电,与燃料电池10 —起作为电力源发挥作用。二次电池81例如能够由锂离子电池构成。
[0046]DC/DC转换器82基于控制部20的指令来控制燃料电池10的电流、电压,并且控制二次电池81的充放电,以可变的方式调整直流配线DCL的电压等级。DC/AC逆变器83将从燃料电池10和二次电池81得到的直流电力向交流电力转换,并该交流电流供给至电动机200。另外,在通过电动机200产生再生电力的情况下,DC/AC逆变器83将该再生电力转换为直流电力。
[0047]电流计测部90与直流配线DCL连接,计测燃料电池10输出的电流值,并向控制部20输出。电池单元电压计测部91与燃料电池10的单电池11连接,计测单电池11的电压(以下,也称为“电池单元电压”),并将该计测值向控制部20输出。阻抗计测部92利用交流阻抗法,来计测单电池11的电阻(以下,也简称为“电池单元电阻”)。
[0048]SOC检测部93与二次电池81连接。SOC检测部93检测作为二次电池81的充电状态的S0C(State of Charge),并将检测出的SOC向控制部20输出。这里,二次电池81的SOC是指二次电池81的充电余量(蓄电量)相对于二次电池81的充电容量的比率。SOC检测部93通过计测二次电池81的温度、电力、电流,来检测二次电池81的SOC。控制部20基于SOC检测部93的检测值来控制二次电池81的充放电,以使二次电池81的SOC收敛在以基准值为中心的规定的范围(能够抑制二次电池81的劣化的极限范围)内。
[0049]A2.电池单元电压与制冷剂温度的关系:
[0050]图3是表示电池单元电压与制冷剂温度的关系的图。纵轴表示电池单元电压。在图3中,从左向右按顺序示出:
[0051](a)制冷剂的温度是55°C,进行针对燃料电池的负荷变动之前的数据;
[0052](b)制冷剂的温度是70°C,进行针对燃料电池的负荷变动之前的数据;
[0053](c)制冷剂的温度是70°C,进行了 5次针对燃料电池的负荷变动之后的数据。
[0054]在各个数据中,在左侧表示催化剂量多的第I情况的结果,在右侧表示催化剂量比第I情况少的情况的结果。这里,负荷变动次数是指电池单元电压越过规定值X的次数。在本实施方式中,规定值X是指电池单元电压的最高值(最大输出电压)的80%的值。因此,负荷变动次数为5次表示电池单元电压5次越过燃料电池的最大输出电压的80%的值。
[0055]图3的结果表示了⑴与制冷剂温度是55°C的情况相比较,制冷剂温度是70°C的情况下的电池单元电压高;以及(ii)在将制冷剂温度设为70°C的情况(上述(a)、(b))下,若反复进行负荷变动则电池单元电压变低。另外,图3的结果表示了与因催化剂的量的差异引起的电池单元电压的降低相比较,因负荷变动引起的电池单元电压的降低更显著。
[0056]A3.电池单元内的位置与电流密度的关系:
[0057]图4是表示电池单元内的位置与电流密度的关系的图。纵轴表示电流密度。横轴表示电池单元内的位置。在横轴中,图的左侧表示阴极气体的入口侧,图的右侧表示阴极气体的出口侧。
[0058]图4的试验例是与图3的试验例相同的试验例。即,在图4中示出:
[0059](a)制冷剂的温度是55°C,进行针对燃料电池的负荷变动之前的数据,
[0060](b)制冷剂的温度是70°C,进行针对燃料电池的负荷变动之前的数据,
[0061](c)制冷剂的温度是70°C,进行了 5次针对燃料电池的负荷变动后的数据。
[0062]这里,负荷变动是指电池单元电压越过规定值X的次数。在本实施方式中,规定值X是指电池单元电压的最高值(最大输出电压)的80%的值。
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