燃料电池系统中的残留水扫气处理方法及燃料电池系统的制作方法
【专利说明】燃料电池系统中的残留水扫气处理方法及燃料电池系统
[0001]本申请主张基于在2014年11月7日提出申请的申请编号2014-227017号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及燃料电池系统中的残留水扫气处理。
【背景技术】
[0003]在燃料电池系统的运转停止后环境温度下降而成为冰点下时，在构成燃料电池(电池组)的单电池的内部、形成于燃料电池内部的反应气体流路及外部配管等中，水可能会冻结。在单电池内的催化剂层或气体扩散层的细孔中发生了水冻结的情况下，在燃料电池系统的下次起动时气体扩散性下降而发电性能下降。而且，在设于反应气体流路的阀处发生了水冻结的情况下，阀的开闭受到阻碍而反应气体或废气的流通受到阻碍。因此，提出了如下的方法:在燃料电池系统停止后测定燃料电池的温度或环境温度，在这些温度成为了规定的温度以下的情况下执行残留水扫气处理，将燃料电池系统内的水排出。在JP2010-198786A中公开了如下的方法:在搭载有燃料电池系统的车辆的点火装置切断时燃料电池温度为规定温度以下的情况下，对燃料气体供给排出机构及氧化剂气体供给排出机构分别进行残留水扫气。而且，在JP2008-218242A中公开了如下的方法:在燃料电池的运转停止期间中测定环境温度，在环境温度为规定温度以下的情况下，对燃料气体供给排出机构及氧化剂气体供给排出机构分别进行残留水扫气。
【发明内容】
[0004]为了更可靠地防止燃料电池系统内的水的冻结，设想了如下结构:将上述的2个方法组合，在点火装置切断时根据燃料电池的温度来进行残留水扫气处理，且在燃料电池系统停止中根据环境温度来进行残留水扫气处理。然而，在上述结构下，存在如下问题:残留水扫气处理的次数较多，因此空气压缩器及氢气的喷射器等执行残留水扫气处理的装置中的消耗电力增大。而且，存在如下问题:在点火装置切断时执行残留水扫气处理的情况下，尽管点火装置切断，但是到残留水扫气处理完成为止，产生有与空气压缩器等的动作相伴的振动和噪音，因此给使用者带来不适感。因此，期望一种能抑制残留水扫气处理所需的消耗电力且抑制给使用者带来不适感，并能够抑制燃料电池系统内的水的冻结的技术。
[0005]本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，能够作为以下的方式实现。
[0006](I)本发明的一方式，提供一种具有燃料气体供给排出机构及氧化剂气体供给排出机构的燃料电池系统中的残留水扫气处理方法。该残留水扫气处理方法包括:在所述燃料电池系统运转中预测所述燃料电池系统的外部温度是否会成为第一规定温度以下的第一预测工序；在所述第一预测工序中预测为所述外部温度会成为所述第一规定温度以下的情况下，仅对所述燃料气体供给排出机构及所述氧化剂气体供给排出机构中的所述氧化剂气体供给排出机构进行残留水扫气处理，然后停止所述燃料电池系统的运转的工序；在所述燃料电池系统的运转停止后预测所述燃料电池系统中包含的规定部件的温度是否会成为第二规定温度以下的第二预测工序；及在所述第二预测工序中预测为所述规定部件的温度会成为所述第二规定温度以下的情况下，对所述燃料气体供给排出机构进行残留水扫气处理的工序。
[0007]根据该方式的残留水扫气处理方法，在燃料电池系统的运转停止前，仅对燃料气体供给排出机构及氧化剂气体供给排出机构中的氧化剂气体供给排出机构进行残留水扫气处理，而不对燃料气体供给排出机构进行残留水扫气处理，因此与燃料气体供给排出机构也一并进行残留水扫气处理的结构相比，能够抑制残留水扫气处理用的消耗电力。而且，能够缩短处理时间，因此能够减轻给使用者带来的不适感。而且，由于在燃料电池系统的运转停止前进行氧化剂气体供给排出机构的残留水扫气处理，因此与运转停止后进行残留水扫气处理的结构相比，能够在更高温的环境下对氧化剂气体供给排出机构进行扫气。因此，能够将燃料电池的阴极内的水作为水蒸气排出，能够更可靠地排出阴极内的水。而且，在燃料电池系统的运转停止后，在预测到规定部件的温度会成为第二规定值以下的情况下，对燃料气体供给排出机构进行残留水扫气处理，因此与运转停止前相比，能够在更低温的环境下对燃料气体供给排出机构进行扫气。因此，能够在燃料气体供给排出机构的气氛内存在的更多的水蒸气冷凝后的状态下进行扫气，能够排出更多的水。
[0008](2)在上述方式的残留水扫气处理方法中，可以的是，所述残留水扫气处理方法还包括将所述氧化剂气体供给排出机构的残留水扫气处理的执行的有无存储于所述燃料电池系统所具有的存储装置的工序，对所述燃料气体供给排出机构进行残留水扫气处理的工序具有:在所述第二预测工序中预测为所述规定部件的温度会成为所述第二规定温度以下，且在所述燃料电池系统的运转停止之前对所述氧化剂气体供给排出机构进行了残留水扫气处理的情况下，对所述燃料气体供给排出机构进行残留水扫气处理而不对所述氧化剂气体供给排出机构进行残留水扫气处理的工序；及在所述第二预测工序中预测为所述规定部件的温度会成为所述第二规定温度以下，且在所述燃料电池系统的运转停止之前未对所述氧化剂气体供给排出机构进行残留水扫气处理的情况下，对所述燃料气体供给排出机构及所述氧化剂气体供给排出机构进行残留水扫气处理的工序。根据该方式的扫气方法，在燃料电池系统的运转停止前对氧化剂气体供给排出机构进行了残留水扫气处理的情况下，即使预测到规定部件的温度会成为第二规定温度以下，也不对氧化剂气体供给机构进行残留水扫气处理。因此，与在燃料电池系统的运转停止前对氧化剂气体供给排出机构进行了残留水扫气处理且在预测到规定部件的温度会成为第二规定温度以下的情况下也对氧化剂气体供给排出机构进行残留水扫气处理的结构相比，能够减少残留水扫气处理所需的消耗电力。而且，能够抑制以运转停止后的氧化剂气体供给排出机构的残留水扫气处理为起因的燃料电池的劣化。
[0009](3)在上述方式的残留水扫气处理方法中，可以的是，所述第一规定温度是0°C以下的温度。根据该方式的残留水扫气处理方法，由于第一规定温度是0°C以下的温度，因此燃料电池系统的温度会成为0°C以下的可能性高，在燃料电池系统中发生水的冻结的可能性高的情况下，能够对氧化剂气体供给排出机构进行残留水扫气处理。因此，能够抑制在燃料电池系统中水不发生冻结的温度条件(例如，比0°C高的条件)下的残留水扫气处理，能够减少消耗电力。
[0010](4)在上述方式的残留水扫气处理方法中，可以的是，所述第二规定温度是0°C。根据该方式的残留水扫气处理方法，在燃料电池系统包含的规定部件为0°C以下的情况下，即在燃料电池系统的温度会成为0°C以下的可能性极高的情况下，能够执行燃料气体供给排出机构的残留水扫气处理。因此，能够更可靠地抑制在燃料电池系统中水不发生冻结的温度条件下的残留水扫气处理。
[0011](5)在上述方式的残留水扫气处理方法中，可以的是，所述规定部件是所述燃料气体供给排出机构中设置在排水用的流路上的阀和所述氧化剂气体供给排出机构中设置在排水用的流路上的阀中的至少一方。燃料气体供给排出机构中设置在排水用的流路上的阀和氧化剂气体供给排出机构中设置在排水用的流路上的阀都是利用重力进行排水，从这样的观点出发，通常配置在燃料电池系统的铅垂下方且更接近外部的位置。因此，这些阀容易受到环境温度的影响，在低温环境下温度最容易下降。因此，在这些阀中的至少一方为第二规定温度以下的情况下执行残留水扫气处理，从而能够在燃料电池系统的各构成要素的温度成为第二规定温度以下之前进行残留水扫气处理。
[0012]本发明能够以各种方式实现。例如，能够以燃料电池系统、搭载有燃料电池系统的燃料电池汽车、用于实现燃料电池系统中的残留水扫气处理的程序、记录有上述程序的记录介质等方式实现。
【附图说明】
[0013]图1是表示应用了作为本发明的一实施方式的残留水扫气处理方法的燃料电池系统的概略结构的框图。
[0014]图2是表示在燃料电池系统中执行的残留水扫气处理的顺序的流程图。
[0015]图3A是表示本实施方式的结束时残留水扫气判定处理的顺序的流程图。
[0016]图3B是表示图3A所示的步骤S200的处理的详细顺序的流程图。
[0017]图4是表示本实施方式的驻车时残留水扫气判定处理的顺序的流程图。
【具体实施方式】
[0018]A.实施方式:
[0019]Al.系统结构:
[0020]图1是表示应用了作为本发明的一实施方式的残留水扫气处理方法的燃料电池系统的概略结构的框图。本实施方式的燃料电池系统10作为用于供给驱动用电力的系统，搭载于燃料电池汽车来使用。燃料电池系统10具备燃料电池100、也被称为燃料气体供给排出系统的燃料气体供给排出机构200、也被称为氧化剂气体供给排出系统的氧化剂气体供给排出机构300、也被称为燃料电池循环冷却系统的燃料电池循环冷却机构400、也被称为电力充放电系统的电力充放电机构500、控制装置600、起动控制装置700。
[0021]燃料电池100是所谓固体高分子型燃料电池，具备由沿着层叠方向SD层叠的多个单电池110构成的电池组、配置在电池组的两端而作为综合电极起作用的一对集电板111。各单电池110通过向隔着固体高分子电解质膜设置的阳极侧催化剂电极层供给的作为燃料气体的氢与向阴极侧催化剂电极层供给的作为氧化剂气体的空气中包含的氧的电化学反应来产生电力。催化剂电极层构成为包括载持有催化剂例如铂(Pt)的碳粒子和电解质。在单电池110中两电极侧的催化剂电极层的外侧配置有由多孔体形成的气体扩散层。作为多孔体，可使用例如碳纸及碳布等碳多孔体、或金属网及发泡金属等金属多孔体。在燃料电池100的内部，用于使燃料气体、氧化剂气体及冷却介质流通的歧管(图示省略)沿着层叠方向SD形成。
[0022]燃料气体供给排出机构200进行向燃料电池100的燃料气体的供给及从燃料电池100的阳极侧废气的排出。燃料气体供给排出机构200具备氢罐210、截止阀220、喷射器221、气液分离器250、循环用栗240、清洗阀260、