燃料電池系統技術方案

一種燃料電池系統，具備燃料電池堆、壓縮機、正極流路、從正極流路分支出來并繞過燃料電池堆的旁路流路、調整旁路流量的旁路閥、檢測向堆供給的流量的堆流量傳感器以及檢測壓縮機的吸入流量的壓縮機流量傳感器，該燃料電池系統包括控制部，該控制部具備：堆要求流量計算部，其根據燃料電池的狀態來計算堆所需的流量；以及壓縮機要求流量計算部，其計算在與上述要求不同的要求下壓縮機應該流通的流量，其中，該控制部在壓縮機要求流量大于堆要求流量的情況下，基于壓縮機要求流量以及由壓縮機流量傳感器檢測出的壓縮機流量來控制壓縮機，并且基于堆要求流量以及由堆流量傳感器檢測出的堆流量來控制旁路閥。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】一種燃料電池系統，具備燃料電池堆、壓縮機、正極流路、從正極流路分支出來并繞過燃料電池堆的旁路流路、調整旁路流量的旁路閥、檢測向堆供給的流量的堆流量傳感器以及檢測壓縮機的吸入流量的壓縮機流量傳感器，該燃料電池系統包括控制部，該控制部具備：堆要求流量計算部，其根據燃料電池的狀態來計算堆所需的流量；以及壓縮機要求流量計算部，其計算在與上述要求不同的要求下壓縮機應該流通的流量，其中，該控制部在壓縮機要求流量大于堆要求流量的情況下，基于壓縮機要求流量以及由壓縮機流量傳感器檢測出的壓縮機流量來控制壓縮機，并且基于堆要求流量以及由堆流量傳感器檢測出的堆流量來控制旁路閥。【專利說明】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JP2009-123550A的燃料電池系統中，操作正極壓縮機使得向燃料電池堆供給的空氣的流量為發電所需的目標流量。而且在正極壓縮機要供給比發電所需的空氣量多的空氣時(用于避免浪涌的空氣量)，壓縮機供給大于發電所需的空氣量的流量，并且使用旁路閥將對堆來說不需要的流量供給到旁路流路。
技術實現思路
在JP2009-123550A中，壓縮機供給用于避免浪涌的流量，并且在旁路閥的控制中，通過設置于比旁路流路更靠下游的堆入口側的空氣流量傳感器來檢測向燃料電池堆供給的空氣量，然后，對控制閥的開度進行反饋以使該流量成為堆的目標流量。在JP2009-123550A的控制中，壓縮機的控制是開放式控制，因此存在壓縮機流量比應該供給的流量多的擔憂。 在這種情況下，也能夠通過增大旁路閥的開度來使供給到堆的流量為堆的目標流量。然而，在壓縮機的供給流量原本就多于用于避免浪涌的流量的情況下，在開放式控制下是無法減小該供給流量的，存在會增大壓縮機的消耗電力的擔憂。 本專利技術是著眼于這種以往的問題而完成的。本專利技術的目的在于提供一種能夠防止壓縮機的消耗電力無用地增大的燃料電池系統。 本專利技術的燃料電池系統的一個方式是如下燃料電池系統，其包括:燃料電池堆；正極壓縮機，其供給正極氣體；正極流路，其連接于上述燃料電池堆，流通上述正極氣體；旁路流路，其從比上述燃料電池堆更靠上游的正極流路分支出來，繞過燃料電池堆；旁路閥，其設置于上述旁路流路，調整在旁路流路中流動的正極流量；堆流量傳感器，其檢測向上述燃料電池堆供給的正極流量；以及壓縮機流量傳感器，其檢測被上述正極壓縮機吸入的正極流量。而且，該燃料電池系統還包括控制部，上述控制部具備:堆要求流量計算部，其根據燃料電池的狀態來計算堆所需的流量；以及壓縮機要求流量計算部，其計算在與上述要求不同的要求下壓縮機應該流通的流量，其中，在壓縮機要求流量大于堆要求流量的情況下，上述控制部基于上述壓縮機要求流量以及由壓縮機流量傳感器檢測出的壓縮機流量來控制上述正極壓縮機，并且基于上述堆要求流量以及由堆流量傳感器檢測出的堆流量來控制上述旁路閥。 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。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1是表示本專利技術的燃料電池系統的主要部分(正極氣體系統)的圖。 圖2是表示本專利技術的燃料電池系統的第一實施方式的控制部的框圖。 圖3A是說明浪涌避免流量的圖。 圖3B是說明氫稀釋流量的圖。 圖4是說明第一實施方式的作用效果的圖。 圖5是表示本專利技術的燃料電池系統的第二實施方式的控制部的框圖。 圖6是說明在發電電流上升時得到的第二實施方式的作用效果的時序圖。 圖7A是旁路閥閉合動作的控制流程圖。 圖7B是旁路閥閉合動作的控制流程圖。 圖8是說明在發電電流下降時得到的第二實施方式的作用效果的時序圖。 【具體實施方式】 (第一實施方式) 圖1是表示本專利技術的燃料電池系統的主要部分(正極氣體系統)的圖。 燃料電池系統I包括燃料電池堆10、正極壓縮機20、旁路閥30以及空氣壓力調節閥40。 燃料電池堆10被供給正極(cathode)氣體和負極(anode)氣體來產生電力。 正極壓縮機20加壓輸送空氣。正極壓縮機20設置于正極流路51。正極流路51連接于燃料電池堆10。正極壓縮機20所加壓輸送的空氣在正極流路51中流動。 旁路閥30設置于旁路流路52的中途。旁路流路52從比燃料電池堆10更靠上游的正極流路51分支出來，合流于比燃料電池堆10更靠下游的正極流路51。正極壓縮機20所加壓輸送的空氣的一部分(燃料電池堆10所不需要的剩余的空氣)分支而流向旁路流路52。旁路閥30調整在旁路流路52中流動的正極流量。 空氣壓力調節閥40設置于比燃料電池堆10更靠下游且比旁路流路52的合流部更靠上游的正極流路51。空氣壓力調節閥40的開度越小，則正極流路51的壓力越高。空氣壓力調節閥40的開度越大，則正極流路51的壓力越低。 壓縮機流量傳感器61設置于比正極壓縮機20更靠上游的正極流路51。該壓縮機流量傳感器61檢測被正極壓縮機20吸入的正極流量(壓縮機吸入流量Fl)。 壓力傳感器62和堆流量傳感器63設置于比旁路流路52的分支部更靠下游且比燃料電池堆10更靠上游的正極流路51。壓力傳感器62檢測燃料電池堆10的入口的正極壓力(堆入口壓力P)。堆流量傳感器63檢測向燃料電池堆10供給的正極流量(堆供給流量 F2)。 此外，雖然省略了圖示，但是也對燃料電池堆10供給負極氣體(氫)。燃料電池堆10利用正極氣體(氧)和負極氣體(氫)來產生發電反應。沒有在發電反應中消耗掉的廢氣(氫排氣)混入比空氣壓力調節閥40更靠下游的正極流路51，被正極氣體稀釋而排出到大氣。 圖2是表示本專利技術的燃料電池系統的第一實施方式的控制部的框圖。 本專利技術的燃料電池系統的控制部70包括二輸入二輸出FB控制部71、最大選擇部72、壓縮機FB控制部73以及旁路閥FB控制部74。 二輸入二輸出FB控制部71決定二輸出(空氣壓力調節閥指令值和堆要求目標壓縮機吸入流量)，使得二輸入(堆供給流量F2和堆入口壓力P)收斂為目標值(目標堆供給流量和目標堆入口壓力)。具體地說，對二輸入二輸出FB控制部71設定將系統模型化所得的運算式，基于該運算式來運算空氣壓力調節閥指令值和堆要求目標壓縮機吸入流量。此夕卜，堆要求目標壓縮機吸入流量相當于權利要求的“第二壓縮機要求流量”。另外，目標堆供給流量和目標堆入口壓力是基于對燃料電池堆要求的目標輸出來設定的。 最大選擇部72從堆要求目標壓縮機吸入流量、浪涌避免流量以及氫稀釋流量中選擇最大值，設定為目標壓縮機吸入流量。參照圖3A和圖3B來說明浪涌避免流量和氫稀釋流量以及這樣做的理由。 正極壓縮機20是渦輪壓縮機。渦輪壓縮機具有如圖3A所示的特性，在有可能產生浪涌的區域(浪涌區域)渦輪壓縮機的運轉被禁止。例如考慮以下情況:基于對燃料電池堆要求的目標輸出而設定的運轉點為Pll (壓縮機供給流量Q11，壓縮機前后壓力比rl)。該運轉點Pll存在于浪涌區域。當在這種運轉點Pll運轉壓縮機時，恐怕會產生浪涌。因此在這種情況下，需要以比基于對燃料電池堆要求的目標輸出而設定的空氣量Qll大的空氣量Q12來運轉壓縮機，由此脫離浪涌區域。即，在這種情況下，空氣量Q12是運轉壓縮機時的下限流量，該下限流量(壓縮機下限流量)為浪本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池系統，包括：燃料電池堆；正極壓縮機，其供給正極氣體；正極流路，其連接于上述燃料電池堆，流通上述正極氣體；旁路流路，其從比上述燃料電池堆更靠上游的正極流路分支出來，繞過燃料電池堆；旁路閥，其設置于上述旁路流路，調整在旁路流路中流動的正極流量；堆流量傳感器，其檢測向上述燃料電池堆供給的正極流量；以及壓縮機流量傳感器，其檢測被上述正極壓縮機吸入的正極流量，該燃料電池系統還包括控制部，上述控制部具備：堆要求流量計算部，其根據燃料電池的狀態來計算堆所需的流量；以及壓縮機要求流量計算部，其計算在與上述要求不同的要求下壓縮機應該流通的流量，其中，在壓縮機要求流量大于堆要求流量的情況下，上述控制部基于上述壓縮機要求流量以及由壓縮機流量傳感器檢測出的壓縮機流量來控制上述正極壓縮機，并且基于上述堆要求流量以及由堆流量傳感器檢測出的堆流量來控制上述旁路閥。

【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：淺井祥朋，武田大，
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