燃料電池系統技術方案

將負極氣體和正極氣體供給到燃料電池來使其發電的燃料電池系統具備：控制閥，其控制向燃料電池供給的負極氣體的壓力；脈動運轉單元，其基于燃料電池系統的運轉狀態來控制控制閥的開度，由此以規定的壓力使燃料電池內的負極氣體的壓力脈動；以及滯點判斷單元，其基于燃料電池內的負極氣體的壓力變化，來判斷燃料電池內是否存在局部上負極氣體濃度變低的滯點，其中，在判斷為燃料電池內存在滯點時，脈動運轉單元增大規定的壓力來進行脈動運轉。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】將負極氣體和正極氣體供給到燃料電池來使其發電的燃料電池系統具備：控制閥，其控制向燃料電池供給的負極氣體的壓力；脈動運轉單元，其基于燃料電池系統的運轉狀態來控制控制閥的開度，由此以規定的壓力使燃料電池內的負極氣體的壓力脈動；以及滯點判斷單元，其基于燃料電池內的負極氣體的壓力變化，來判斷燃料電池內是否存在局部上負極氣體濃度變低的滯點，其中，在判斷為燃料電池內存在滯點時，脈動運轉單元增大規定的壓力來進行脈動運轉?！緦＠f明】燃料電池系統
本專利技術涉及一種燃料電池系統。
技術介紹
在日本2007-517369A中，作為以往的燃料電池系統，記載了在負極(anode)氣體供給通路上設置有常閉電磁閥、并且在負極氣體排出通路上從上游起依次設置有常開電磁閥和緩沖罐(回收罐)的燃料電池系統。該以往的燃料電池系統是不使被排出到負極氣體排出通路的未使用的負極氣體返回到負極氣體供給通路的負極氣體非循環型的燃料電池系統，通過周期性地開閉常閉電磁閥和常開電磁閥，使蓄積在緩沖罐中的未使用的負極氣體反流到燃料電池堆從而再利用。
技術實現思路
然而，在前述的以往的燃料電池系統中，已知會根據運轉狀態而在燃料電池內部的負極氣體流路內產生局部上負極氣體濃度變低的滯點。而且，已知若在滯點存在于負極氣體流路內的狀態下繼續脈動運轉，則存在以下的問題:反應所需的負極氣體不足而使發電效率降低，并且使燃料電池劣化。本專利技術是著眼于這種問題而完成的，其目的在于抑制在滯點存在于負極氣體流路內的狀態下實施脈動運轉的情況，從而抑制發電效率的降低和燃料電池的劣化。_6] 用于解決問題的方案根據本專利技術的某個方式,作為將負極氣體和正極氣體供給到燃料電池來使其發電的燃料電池系統，提供了如下一種燃料電池系統，該燃料電池系統具備:控制閥，其控制向燃料電池供給的負極氣體的壓力；脈動運轉單元，其基于燃料電池系統的運轉狀態來控制控制閥的開度，由此以規定的壓力使上述燃料電池內的負極氣體的壓力脈動；以及滯點判斷單元，其基于燃料電池內的負極氣體的壓力變化，來判斷燃料電池內是否存在局部上負極氣體濃度變低的滯點。而且，在判斷為燃料電池內存在滯點時，脈動運轉單元增大規定的壓力來進行脈動運轉。下面參照附圖來詳細說明本專利技術的實施方式、本專利技術的優點?！緦＠綀D】【附圖說明】圖1A是本專利技術的第一實施方式的燃料電池的概要立體圖。圖1B是圖1A的燃料電池的B-B剖視圖。圖2是本專利技術的第一實施方式的負極氣體非循環型的燃料電池系統的概要結構圖。圖3是說明燃料電池系統的運轉狀態為固定的穩定運轉時的脈動運轉的圖。圖4是說明本專利技術的第一實施方式的脈動運轉控制的流程圖。圖5是基于負極壓力降低量Λ P和下降過渡前緩沖濃度Cbuff來計算估計流路內最低負極氣體濃度Cmin的對應圖。圖6是基于負極壓力降低量ΛΡ和下降過渡前負極壓力Ppre來計算估計滯點距離Lmin的對應圖。圖7是基于估計滯點距離Lmin來計算滯點排出負極壓力上限值Pl的表。圖8是說明本專利技術的第一實施方式的脈動運轉控制的效果的圖。圖9是說明本專利技術的第二實施方式的脈動運轉控制的流程圖。圖10是說明本專利技術的第三實施方式的負極壓力的恢復控制的流程圖。圖11是表示在下降過渡運轉時將壓力調節閥完全閉合以使負極壓力降低到下限壓力的情況下的負極壓力的變化的時序圖。圖12是說明在負極氣體流路的內部產生局部上負極氣體濃度低于他處的部分的理由的圖。圖13是說明在下降過渡運轉后使負極壓力上升之后再次實施下降過渡運轉時的問題的圖?！揪唧w實施方式】(第一實施方式)燃料電池通過用負極(anode)電極(燃料極)和正極(cathode)電極(氧化劑極)將電解質膜夾在中間并向負極電極供給含氫的負極氣體(燃料氣體)、向正極電極供給含氧的正極氣體(氧化劑氣體)來進行發電。在負極電極和正極電極這兩個電極處進行的電極反應如下。負極電極:2H2— 4H++4e、..(I)正極電極:4H++4e+O2 — 2H20...(2)通過該(I)和⑵的電極反應，燃料電池產生I伏特左右的電動勢。圖1A和圖1B是說明本專利技術的第一實施方式的燃料電池10的結構的圖。圖1A是燃料電池10的概要立體圖。圖1B是圖1A的燃料電池10的B-B剖視圖。燃料電池10構成為在膜電極組件(Membrane Electrode Assembly,以下稱為“MEA”)11的表面和背面兩面配置負極隔板12和正極隔板13。MEAll具備電解質膜111、負極電極112以及正極電極113。MEAll在電解質膜111的其中一面具有負極電極112，在另一面具有正極電極113。電解質膜111是由氟系樹脂形成的質子傳導性的離子交換膜。電解質膜111在濕潤狀態下表現出良好的電傳導性。負極電極112具備催化劑層112a和氣體擴散層112b。催化劑層112a與電解質膜111接觸。催化劑層112a由鉬或承載有鉬等的炭黑粒子形成。氣體擴散層112b設置于催化劑層112a的外側(電解質膜111的相反側)，與負極隔板12接觸。氣體擴散層112b由具有足夠的氣體擴散性和導電性的構件形成，例如由碳布形成，該碳布是用由碳纖維形成的線織成的。正極電極113也與負極電極112同樣地具備催化劑層113a和氣體擴散層113b。負極隔板12與氣體擴散層112b接觸。負極隔板12在與氣體擴散層112b接觸的一側具有用于向負極電極112供給負極氣體的多個槽狀的負極氣體流路121。正極隔板13與氣體擴散層113b接觸。正極隔板13在與氣體擴散層113b接觸的一側具有用于向正極電極113供給正極氣體的多個槽狀的正極氣體流路131。在負極氣體流路121中流動的負極氣體和在正極氣體流路131中流動的正極氣體相互平行地流向同一方向。也可以相互平行地流向相反方向。在將這種燃料電池10用作汽車用動力源的情況下，由于所要求的電力大，因此作為將數百塊燃料電池10層疊而得到的燃料電池堆來使用。然后，構成向燃料電池堆供給負極氣體和正極氣體的燃料電池系統，取出用于驅動車輛的電力。圖2是本專利技術的第一實施方式的負極氣體非循環型的燃料電池系統I的概要結構圖。燃料電池系統I具備燃料電池堆2、負極氣體供給裝置3以及控制器4。燃料電池堆2是層疊多塊燃料電池10而得到的，接受負極氣體和正極氣體的供給來進行發電，產生驅動車輛所需的電力(例如驅動電動機所需的電力)。向燃料電池堆2供給正極氣體或從燃料電池堆2排出正極氣體的正極氣體供排裝置以及對燃料電池堆2進行冷卻的冷卻裝置不是本專利技術的主要部分，因此為了易于理解而省略了其圖示。在本實施方式中將空氣用作正極氣體。負極氣體供給裝置3具備高壓罐31、負極氣體供給通路32、壓力調節閥33、壓力傳感器34、負極氣體排出通路35、緩沖罐36、凈化通路37以及凈化閥38。高壓罐31將要向燃料電池堆2供給的負極氣體保持為高壓狀態來貯存。負極氣體供給通路32是用于將從高壓罐31排出的負極氣體供給到燃料電池堆2的通路，一個端部與高壓罐31連接，另一個端部與燃料電池堆2的負極氣體入口孔21連接。壓力調節閥33設置于負極氣體供給通路32。壓力調節閥33將從高壓罐31排出的負極氣體調節為期望的壓力并供給到燃料電池堆2。壓力調節閥33是能夠連續地或階段地調節開度的電磁閥，其開本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池系統，將負極氣體和正極氣體供給到燃料電池來使其發電，該燃料電池系統具備：控制閥，其控制向上述燃料電池供給的負極氣體的壓力；脈動運轉單元，其基于上述燃料電池系統的運轉狀態來控制上述控制閥的開度，由此以規定的壓力使上述燃料電池內的負極氣體的壓力脈動；以及滯點判斷單元，其基于上述燃料電池內的負極氣體的壓力變化，來判斷上述燃料電池內是否存在局部上負極氣體濃度變低的滯點，其中，在判斷為上述燃料電池內存在滯點時，上述脈動運轉單元增大上述規定的壓力來進行脈動運轉。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：池添圭吾，筑后隼人，牧野真一，
申請(專利權)人：日產自動車株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP