燃料电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统。
【背景技术】
[0002]以往，已经提出在完成燃料电池的预热之后，在请求对已经提供到安装燃料电池的乘客舱的空气加热时操作加热器(例如，参见日本未审查专利申请公开N0.2010-267471)。除此之外，存在燃料电池的冷却剂循环通道和共享冷却剂的空调回路的组合的各种提案(例如，参见日本未审查专利申请公开N0.2013-168281，N0.2013-177101和 N0.2008-130470)。
[0003]然而，在日本未审查专利申请公开N0.2010-267471中，即使燃料电池系统被放置在例如低温环境下时，在请求加热之后操作加热器。因此，可能需要时间以为流入的空调电路的冷却剂加温，这可能会引起对用户请求的低响应。此外，通过使用加热器可能增加功率消耗。甚至在日本未审查专利申请公开N0.2013-168281，N0.2013-177101，以及N0.2008-130470的提案中也可能出现这些缺点。
[0004]因此，本文所公开的燃料电池系统的目的在于改善包括连接到用于冷却燃料电池堆的冷却剂循环通道的空调回路的空调系统的响应。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一方面，本文公开的燃料电池系统包括:燃料电池堆；冷却剂循环通道，用于冷却燃料电池堆的冷却剂通过冷却剂循环通道循环；空调系统，包括空调回路，该空调回路连接到冷却剂循环通道，并且共享通过冷却剂循环通道循环的冷却剂；空调水栗，使冷却剂流动通过空调回路；加热器，布置在空调回路上；以及控制单元，被配置为执行空调系统准备控制，其中，在空调系统准备控制下，当空调系统未被请求加热空气时，确定冷却剂循环通道内的冷却剂是否能够被提供到空调回路，当冷却剂循环通道内的冷却剂不能被提供到空调回路时，加热器被操作以将空调回路内冷却剂的温度维持在第一预定温度或更高，以及当冷却剂循环通道内的冷却剂能够被提供到空调回路时，空调水栗被操作以将冷却剂从冷却剂循环通道抽取到空调回路中，并且将空调回路内冷却剂的温度维持在第一预定温度或更高。
[0006]当外部空气温度等于或低于预定温度时，控制单元可以执行空调系统准备控制。
[0007]当冷却剂循环通道内的冷却剂不能被提供到空调回路时，并且当空调回路内冷却剂的温度达到被设定为高于第一预定温度的第二预定温度时，控制单元可以停止操作加热器。
[0008]当冷却剂循环通道内的冷却剂不能被提供到空调回路时，控制单元可以操作加热器，以便输出比空调系统被请求加热空气时的输出低的输出。
[0009]当冷却剂循环通道内的冷却剂能够被提供到空调回路时，控制单元可以将空调回路内的冷却剂的温度维持在从第三预定温度到通过冷却剂循环通道循环的冷却剂的温度的范围内，该第三预定温度被设定为高于第一预定温度。
[0010]当冷却剂循环通道内的冷却剂能够被提供到空调回路时，控制单元可以间歇地操作空调水栗，并且每个操作的操作时间段可以被设定为等于或长于空调回路内的冷却剂能够被从冷却剂循环通道抽取的冷却剂代替的时间段。
[0011]本发明的效果
[0012]根据本文公开的燃料电池系统，可以改善包括连接到用于冷却燃料电池堆的冷却剂循环通道的空调回路的空调系统的响应。
【附图说明】
[0013]图1是示出根据第一实施例的燃料电池系统的一部分的示意性结构的示意图；
[0014]图2是示出第一实施例中的燃料电池系统的控制的示例的流程图；
[0015]图3是示出根据第一实施例的在完成燃料电池系统的预热之前第一三通阀和第一■二通阀的状态的不意图；
[0016]图4是指示根据第一实施例的在完成燃料电池系统的预热之前冷却剂的温度变化和加热器的操作条件的时间图的示例；
[0017]图5是示出根据第一实施例的在完成燃料电池系统的预热之后第一三通阀和第一■二通阀的状态的不意图；
[0018]图6是指示根据第一实施例的在完成燃料电池系统的预热之后冷却剂的温度变化和空调水栗的操作条件；以及
[0019]图7是示出根据第二实施例的控制燃料电池系统的示例的流程图。
【具体实施方式】
[0020]将参照附图秒数根据本发明的实施例。然而，附图中所示的每个组件的尺寸和比例可能不对应于现实。
[0021](第一实施例)
[0022]首先，将参照图1描述根据第一实施例的燃料电池系统I。图1是示出根据第一实施例的燃料电池系统I的一部分的示意性结构的示意图。顺便提及，图1示出燃料电池系统I的一部分，具体地，燃料电池堆3、冷却剂循环通道17和空调系统30。对此，稍后将描述的元件将不在图1中示出。燃料电池系统I可以安装在各种可移动的物体中，诸如车辆、船舶、飞机，和机器人，并且也可以安装在固定电源中。在此，将描述安装在汽车中的燃料电池系统I作为示例。燃料电池系统I包括固体高分子型燃料电池2。燃料电池单元2包括通过堆叠单电池形成的燃料电池堆3，每个单电池具有阴极、阳极电极和置于其间的电解质膜。阴极通道3a和阳极通道3b形成在燃料电池堆3的内部。例如，电解质膜是质子传导固体高分子电解质膜。此外，图1省略了单电池的图示。此外，燃料电池堆3设置在冷却剂通道3c内，冷却燃料电池堆3的冷却剂通过冷却剂通道3c流动。在燃料电池堆3中，阳极电极被供应有氢气，即，阳极气体。阴极电极被供应有含氧空气，即，阴极气体。通过阳极电极的催化反应产生的氢离子通过电解质膜移动到阴极电极，以与氧气电化学反应，从而产生电力。燃料电池堆3连接到用于测量电压值的电压表和用于测量所产生的电力的电流值的电流计。通过冷却剂通道3c流动的冷却剂冷却燃料电池堆3。
[0023]燃料电池堆3的入口，具体地，燃料电池堆3的阴极通道3a的入口部3al侧连接到阴极气体供应通道4。空气滤清器安装在阴极气体供应通道4的端部。此外，在阴极气体供应通道4上，压缩机被布置用于向燃料电池堆3栗送和供应阴极气体。在阴极气体供应通道4上，压力调节阀被布置用于调节压缩机的出口和燃料电池堆3的入口 3al之间的压力。
[0024]燃料电池堆3的阴极通道3a的出口 3a2侧连接到阴极废气排出通道6。在阴极废气排出通道6，布置背压阀。背压阀在阴极气体供应通道4上的压缩机的下游侧、在阴极通道3a中，以及在阴极废气排出通道6上的背压阀的上游侧中，调节区域的压力，即，背压阀调节阴极背压。在阴极废气排出通道6，消音器被布置在背压阀的下游侧。
[0025]燃料电池堆3的阳极通道3b的入口 3bl侧连接到阳极供应通道9。用作氢供应源的氢罐连接到阳极供应通道9的端部。在氢罐中，存储高压氢气。在阳极供应通道9上，截止阀被布置用于切断氢气的供应，并且调节器被布置用于减少氢气的压力。排气管13连接到燃料电池堆3的阳极通道3b的出口 3b2侧。在排气管13的端部上，布置气-液分离器。在气-液分离器处，循环通道和净化通道分支出来。在气-液分离器中，分离包含在阳极废气中的水。从水中分离阳极废气被排出到循环通道。与此相反，分离的水被排出到净化通道。在循环通道上布置栗。在循环通道上布置栗可以再次向阳极通道3b供应阳极废气。在气-液分离器处分出的净化通道连接到在阴极废气排出通道6上设置的背压阀的下游侧。在净化通道上布置放气阀。通过打开放气阀，没有被循环的阳极废气可以连同阴极废气排出。
[0026]燃料电池堆3的冷却剂通道3c的入口 3cl连接到冷却剂循环通道17的一端。此夕卜，冷却剂循环通道17的另一端连接到冷却剂通道3c的出口 3c2。在冷却剂循环通道17上，栗Pl被布置用于循环冷却剂和向燃料电池堆3供应冷却剂。另外，在冷却剂循环通道17上，布置散热器18。在冷却剂循环通道17上，设置第一三通阀19。从第一三通阀19分出绕过散热器18的旁通通路20。第一三通阀19是电的，并且电连接到用作控制单元的E⑶(电子控制单元)21。另外，第一三通阀19可以是所谓恒温阀，该恒温阀设置有温度感测部分，并且根据冷却剂的温度改变开口和关闭状态。当冷却剂的温度高于预定值时，第一三通阀19使冷却剂通过散热器循环并冷却冷却剂。在冷却剂通道3c的出口 3c2的附近，布置第一温度传感器22。第一温度传感器22和栗Pl也电连接到E⑶21。
[0027]燃料电池系统I包括空调系统30。空调系统30是用于安装燃料电池2的机动车的乘客车厢的空调设备。空调系统30能够根据乘客的操作将加热的空气吹送进入乘客车厢。空调系统30连接到冷却剂循环通道17，并且包括共享通过冷却剂循环通路17循环的冷却剂的空调电路31。具体地，在第一温度传感器22的下游侧处，空调回路31的入口端31a连接到冷却剂循环通道17，并且在入口端31a的连接点的下游侧处，