检测燃料电池的反应气体的泄漏的方法及燃料电池系统的制作方法_2

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体的泄漏的方法和燃料电池系统以外的各种方式实现。例如,能够以搭载燃料电池系统的燃料电池车辆等移动体、燃料电池系统的起动方法或控制方法、实现这些方法的计算机程序、记录有该计算机程序的非暂时性的记录介质等方式实现。
【附图说明】
[0017]图1是表示燃料电池系统的结构的概略图。
[0018]图2是表示第一实施方式的第一氢泄漏检测处理的流程的说明图。
[0019]图3是用于说明第一实施方式的第一氢泄漏检测处理中的判定处理的说明图。
[0020]图4是表示第二氢泄漏检测处理的流程的说明图。
[0021]图5是表示第二实施方式中的第一氢泄漏检测处理的流程的说明图。
[0022]图6是用于说明第二实施方式的第一氢泄漏检测处理中的判定处理的说明图。
[0023]图7是表示第三实施方式的第一氢泄漏检测处理的流程的说明图。
[0024]图8是用于说明第三实施方式的第一氢泄漏检测处理中的判定处理的说明图。
【具体实施方式】
[0025]A.第一实施方式:
[0026][燃料电池系统的结构]
[0027]图1是表示作为本发明的第一实施方式的燃料电池系统100的结构的概略图。该燃料电池系统100搭载于燃料电池车辆,根据来自驾驶者的要求,输出作为驱动力使用的电力。燃料电池系统100具备控制部10、燃料电池20、阴极气体供排部30、阳极气体供排循环部50。
[0028]控制部10由具备中央处理装置和主存储装置的微型计算机构成,通过向主存储装置上读入程序并执行,由此发挥各种功能。控制部10在燃料电池系统100的运转中,对以下说明的各结构部进行控制,执行使燃料电池20发出与输出要求对应的电力的燃料电池20的运转控制。而且,控制部10在开始燃料电池20的发电之前,执行检测燃料电池系统100内的氢的泄漏的氢泄漏检测处理。关于氢泄漏检测处理在后文叙述。
[0029]燃料电池20是接受氢(阳极气体)和空气(阴极气体)的供给作为反应气体而发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池20具有层叠了多个单电池21的堆叠结构。各单电池21分别是即使为单体也能够发电的发电要素,具有在电解质膜的两面配置有电极的发电体即膜电极接合体、夹着膜电极接合体的两块分隔件(未图示)。电解质膜由在内部包含有水分的湿润状态时表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。
[0030]阴极气体供排部30具有向燃料电池20供给阴极气体的功能和将从燃料电池20的阴极排出的阴极废气及排水向燃料电池系统100的外部排出的功能。阴极气体供排部30将通过空气压缩器(图示省略)取入外部空气并进行了压缩后的空气作为阴极气体,经由与燃料电池20的阴极侧的入口连接的配管向燃料电池20供给。而且,阴极气体供排部30经由与燃料电池20的阴极侧的出口连接的配管,将阴极废气及排水向燃料电池系统100的外部排出。
[0031]阳极气体供排循环部50具有向燃料电池20供给阳极气体的功能。而且,阳极气体供排循环部50具有将从燃料电池20的阳极排出的阳极废气及排水向燃料电池系统100的外部排出的功能、使阳极废气在燃料电池系统100内循环的功能。阳极气体供排循环部50相当于本发明中的反应气体供给部的下位概念。
[0032]阳极气体供排循环部50在燃料电池20的上游侧具备阳极气体配管51、氢罐52、主截止阀53、调节器54、氢供给装置55、压力计测部56。在氢罐52中填充有用于向燃料电池20供给的高压氢。氢罐52经由阳极气体配管51而与燃料电池20的阳极侧的入口连接。
[0033]在阳极气体配管51上,从作为上游侧的氢罐52侧依次设有主截止阀53、调节器54、氢供给装置55、压力计测部56。主截止阀53由开闭阀构成。控制部10通过对主截止阀53的开闭进行控制,而控制从氢罐52向氢供给装置55的上游侧的氢的流入。控制部10在燃料电池系统100的运转结束时将主截止阀53关闭,在使燃料电池20的发电开始时打开主截止阀53。调节器54是用于调整氢供给装置55的上游侧的氢的压力的减压阀,其开度由控制部10控制。氢供给装置55例如由作为电磁驱动式的开闭阀的喷射器构成。
[0034]阳极气体配管51的氢的压力在主截止阀53与调节器54之间的区间中成为高压(例如,500KPa左右),在调节器54与氢供给装置55之间的区间中成为中压(例如,350KPa左右)。而且,在氢供给装置55与燃料电池20之间的区间中成为低压(例如,200KPa左右)。以下,将阳极气体配管51中的氢供给装置55与燃料电池20之间的区间也特别称为“低压区间LPZ”。低压区间LPZ中的阳极气体配管51相当于本发明的供给配管的下位概念。
[0035]压力计测部56计测氢供给装置55的下游侧的低压区间LPZ中的氢的压力,并向控制部10发送。控制部10在燃料电池20的运转中,基于压力计测部56的计测值,控制表示氢供给装置55的开闭定时的驱动周期,由此控制向燃料电池20供给的氢量。而且,控制部10在燃料电池20的运转开始之前的氢泄漏检测处理中,使用压力计测部56的计测值(后述)。压力计测部56相当于本发明中的压力检测部的下位概念。
[0036]阳极气体供排循环部50在燃料电池20的下游侧具备阳极废气配管61、气液分离部62、阳极气体循环配管63、氢栗64、阳极排水配管65、排水阀66。阳极废气配管61与燃料电池20的阳极侧的出口和气液分离部62连接。
[0037]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。经由阳极废气配管61流入气液分离部62的阳极废气由气液分离部62分离成气体成分和水分。在气液分离部62内,阳极废气的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与阳极气体配管51的低压区间LPZ连接。在阳极气体循环配管63上设有氢栗64。氢栗64作为将在气液分离部62中分离出的气体成分包含的氢向阳极气体配管51送出的循环栗起作用。这样,在阳极气体供排循环部50,通过阳极气体配管51的低压区间LPZ、燃料电池20的阳极、阳极废气配管61、阳极气体循环配管63构成氢的循环路径。
[0039]在阳极排水配管65设有作为开闭阀的排水阀66。排水阀66按照来自控制部10的指令进行开闭。控制部10通常将排水阀66关闭,在预先设定的规定的排水定时、或阳极废气中的非活性气体的排出定时将排水阀66打开。控制部10在燃料电池系统100的结束时使排水阀66为关闭状态。
[0040]此外,燃料电池系统100具备用于控制燃料电池20的温度的将制冷剂向燃料电池20的各单电池21供给的制冷剂供给部(省略图示及详细的说明)。而且,燃料电池系统100至少具备二次电池、DC/DC转换器作为电气性的结构部(图示省略)。二次电池蓄积燃料电池20输出的电力或再生电力,与燃料电池20 —起作为电力源起作用。DC/DC转换器能够控制二次电池的充放电或燃料电池20的输出电压。控制部10在燃料电池20的运转开始前,使用二次电池的电力,使燃料电池系统100运转。
[0041][氢泄漏检测处理]
[0042]参照图2?图4,说明控制部10在燃料电池系统100的起动时执行的氢泄漏检测处理。燃料电池系统100在燃料电池车辆的驾驶者进行了点火装置接通的操作时起动。控制部10在燃料电池系统100起动时,作为氢泄漏检测处理,首先执行第一氢泄漏检测处理,并根据第一氢泄漏检测处理的判定结果来执行第二氢泄漏检测处理。
[0043]图2是表示第一氢泄漏检测处理的流程的说明图。在步骤SlO中,控制部10在开始反应气体向燃料电池20的供给之前,通过压力计测部56,检测低压区间LPZ的压力。步骤SlO的工序相当于本发明的压力检测工序的下位概念。在步骤S20中,控制部10使用在步骤SlO中取得的压力的检测值,判定有无氢的泄漏发生的可能性。步骤S20相当于本发明的判定工序的下位概念。
[0044]图3是用于说明第一氢泄漏检测处理中的步骤S20的判定处理的说明图。在本实施方式中,控制部10在步骤S20中,判定压力的检测值Pm是否为预先设定的规定的阈值压力Pta(以下,也称为“第一阈值压力Pta”)以上。S卩,控制部10判定Pm彡Pt的关系是否满足。在本实施方式中,作为阈值压力Pta,设定为低于燃料电池系统100的运转结束时的低压区间LPZ的压力Pe且高于大气压AP的值。
[0045]在此,在本实施方式中,控制部10将阴极气体供排部30或阳极气体供排循环部50具有的阀门关闭,将低压区间LPZ加压成规定的压力(例如,ISOKPa以上),以密封的状态结束燃料电池系统100的运转。以下,将燃料电池系统100的运转结束时的低压区间LPZ的压力Pe也称为“运转结束时压力Pe”。控制部10可以在低压区间LPZ的压力低于规定的运转结束时压力Pe的情况下,对氢供给装置55进行驱动,在加压至运转结束时压力Pe之后结束燃料电池系统100的运转。
[0046]在从包含低压区间LPZ的氢的循环路径发生了氢的泄漏的情况下,即使燃料电池系统100的运转停止时间为短时间(例如,几分钟以内),低压区间LPZ的压力也会下降至大气压AP的附近或大气压AP以下。在本实施方式中,作为第一阈值压力Pta,设定为大气压ΑΡ+α (0〈α〈10) KPa的值(下述的式Α)。
[0047]Pta = ΑΡ+α …(A)
[0048]α可以是实验性地预先确定的值,例如,可以设为6KPa左右
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