燃料電池系統技術方案

一種包括陰極氣體旁路式的陰極氣體供給系統的燃料電池系統，包括：檢測壓縮機供給的陰極氣體的流量的第1流量傳感器；檢測對燃料電池供給的陰極氣體的流量的第2流量傳感器；調節旁路通路中流過的陰極氣體的流量的旁路閥；根據燃料電池系統的運行狀態，對旁路閥進行開閉控制的旁路閥控制裝置；以及基于旁路閥全閉時的、第1流量傳感器及第2流量傳感器的檢測值，探測兩個傳感器的檢測值的不匹配的不匹配診斷裝置。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及燃料電池系統。
技術介紹
作為以往的燃料電池系統，有包括通過控制在旁路通路中設置的旁路閥的開度使燃料電池旁路，而將從壓縮機噴出的發電上不需要的多余的一部分陰極氣體排出到陰極氣體排出通路中的陰極氣體旁路式的陰極氣體供給系統(參照JP2009-123550A)。
技術實現思路
在包括目前開發中的陰極氣體旁路式的陰極氣體供給系統的燃料電池系統中，將由燃料電池的要求確定的陰極氣體的目標流量、由燃料電池系統的要求確定的陰極氣體的下限流量的大的一方設定作為壓縮機的目標供給流量。而且，控制壓縮機，以使檢測壓縮機的供給流量的傳感器的檢測值成為目標供給流量。這里，下限流量被設定作為壓縮機的目標供給流量時，成為從壓縮機供給燃料電池要求的目標流量以上的陰極氣體。因此，為了在旁路通路中流入對燃料電池來說不需要的多余的陰極氣體，由在燃料電池側另行設置的傳感器檢測對燃料電池供給的陰極氣體的供給流量，并控制旁路閥的開度，以使該傳感器的檢測值成為目標流量。為此，在這些傳感器上萬一發生異常時，無法如目標那樣地實施上述壓縮機及旁路閥的控制，所以有必要實現這些傳感器的檢測值的匹配來探測異常。可是，檢測壓縮機的供給流量的傳感器、以及檢測對燃料電池供給的陰極氣體的供給流量的傳感器，分別被配備在旁路前的壓縮機側的通路和旁路后的燃料電池側的通路中，所以在旁路閥打開的狀態下這些傳感器的檢測值不同。因此，在旁路閥打開的狀態中不能實現匹配，有不能探測異常的問題。本專利技術著眼于這樣的問題而完成，目的在于在包括陰極氣體旁路式的陰極氣體供給系統的燃料電池系統中，通過檢測壓縮機的供給流量的傳感器、以及檢測對燃料電池供給的陰極氣體的供給流量的傳感器之間的匹配，探測異常。根據本專利技術的一個方式，提供燃料電池系統，其包括將從在陰極氣體供給通路中設置的壓縮機噴出的一部分陰極氣體通過旁路通路繞開燃料電池的陰極氣體旁路式的陰極氣體供給系統。燃料電池系統包括：設置在比旁路通路之間的連接部上游的陰極氣體供給通路中的、檢測壓縮機供給的陰極氣體的流量的第1流量傳感器；設置在比旁路通路之間的連接部下游的陰極氣體供給通路中的、檢測對燃料電池供給的陰極氣體的流量的第2流量傳感器；以及設置在旁路通路中的、調節旁路通路中流過的陰極氣體的流量的旁路閥。而且，燃料電池系統根據運行狀態，對旁路閥進行開閉控制，基于旁路閥全閉時的第1流量傳感器及第2流量傳感器的檢測值，探測兩個傳感器的檢測值的不匹配。附圖說明圖1是本專利技術的第1實施方式的燃料電池系統的概略圖。圖2是本專利技術的第1實施方式的陰極壓縮機及旁路閥的控制框圖。圖3是說明目標旁路閥開度計算單元的細節的流程圖。圖4是說明旁路閥全閉判定處理的內容的流程圖。圖5是說明稀釋要求壓縮機供給流量計算單元的細節的流程圖。圖6是說明故障防護(failsafe)控制的流程圖。圖7是說明本實施方式的濕潤度控制要求堆供給流量計算單元的細節的流程圖。具體實施方式以下，參照附圖說明本專利技術的實施方式。(第1實施方式)燃料電池組(cell)由陽極電極(燃料極)和陰極電極(氧化劑極)夾住電解質膜，通過對陽極電極供給含有氫的陽極氣體(燃料氣體)、對陰極電極供給含有氧的陰極氣體(氧化劑氣體)來發電。在陽極電極及陰極電極的兩個電極中進行的電極反應如以下那樣。陽極電極：2H2→4H++4e-…(1)陰極電極：4H++4e-+O2→2H2O…(2)通過該(1)(2)的電極反應，燃料電池組產生1伏特左右的電動勢。在將燃料電池組作為汽車動力源使用的情況下，由于被要求的電力很大，所以作為層疊了數百塊的燃料電池組的燃料電池堆(stack)來使用。而且，構成對燃料電池堆供給陽極氣體及陰極氣體的燃料電池系統，取出車輛驅動用的電力。圖1是本專利技術的第1實施方式的燃料電池系統100的概略圖。燃料電池系統100包括：作為燃料電池的燃料電池堆1；陰極氣體供給和排放裝置2；陽極氣體供給和排放裝置3；以及控制器4。燃料電池堆1層疊了數百塊的燃料電池，接受陽極氣體及陰極氣體的供給，進行車輛的驅動上必要的電力的發電。陰極氣體供給和排放裝置2對燃料電池堆1供給陰極氣體(空氣)，同時將從燃料電池堆1排出的陰極廢氣排出到外部空氣中。陰極氣體供給和排放裝置2包括：陰極氣體供給通路21；陰極氣體排出通路22；過濾器23；作為壓縮機的陰極壓縮機24；中冷器25；水分回收裝置(WaterRecoveryDevice；以下稱為“WRD”)26；陰極調壓閥27；旁路通路28；旁路閥29；作為第1流量傳感器的第1氣流傳感器41，作為第2流量傳感器的第2氣流傳感器42；陰極壓力傳感器43；以及溫度傳感器44。陰極氣體供給通路21是對燃料電池堆1供給的陰極氣體流動的通路。陰極氣體供給通路21的一端連接到過濾器23，另一端連接到燃料電池堆1的陰極氣體入口孔。陰極氣體排出通路22是從燃料電池堆1排出的陰極廢氣流動的通路。陰極氣體排出通路22的一端連接到燃料電池堆1的陰極氣體出口孔，另一端為開口端。陰極廢氣是在電極反應中未被使用的氧和陰極氣體中包含的氮、以及由電極反應產生的水蒸氣等的混合氣體。過濾器23除去陰極氣體供給通路21中取入的陰極氣體中的異物。陰極壓縮機24被設置在陰極氣體供給通路21中。陰極壓縮機24通過過濾器23，將作為陰極氣體的空氣取入到陰極氣體供給通路21中，供給到燃料電池堆1。中冷器25被設置比陰極壓縮機24下游的陰極氣體供給通路21中。中冷器25冷卻從陰極壓縮機24噴出的陰極氣體。WRD26分別連接到陰極氣體供給通路21及陰極氣體排出通路22，回收陰極氣體排出通路22中流過的陰極廢氣中的水分，用該回收的水分加濕陰極氣體供給通路21中流過的陰極氣體。陰極調壓閥27被設置在比WRD26下游的陰極氣體排出通路22中。陰極調壓閥27由控制器4進行開閉控制，將對燃料電池堆1供給的陰極氣體的壓力調節到期望的壓力。再有，也可以不設置陰極調壓閥27，而設置隔膜等的節流孔。旁路通路28是設置的通路，以使從陰極壓縮機24噴出的一部分陰極氣體能夠根據需要不經由燃料電池堆1而能夠直接地排出到陰極氣體排出通路22。旁路通路28的一端連接陰極壓縮機24和中冷器25之間的陰極氣體供給通路21，另一端連接到比陰極調壓閥27下游的陰極氣體排出通路22。旁路閥29被設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池系統，包括將從設置在陰極氣體供給通路上的壓縮機噴出的一部分陰極氣體通過旁路通路繞開燃料電池的陰極氣體旁路式的陰極氣體供給系統，該燃料電池系統包括：第1流量傳感器，其設置在比所述旁路通路之間的連接部上游的所述陰極氣體供給通路中，檢測所述壓縮機供給的陰極氣體的流量；第2流量傳感器，其設置在比所述旁路通路之間的連接部下游的所述陰極氣體供給通路中，檢測對所述燃料電池供給的陰極氣體的流量；旁路閥，其設置在所述旁路通路中，調節所述旁路通路中流過的陰極氣體的流量；旁路閥控制裝置，其根據所述燃料電池系統的運行狀態，對所述旁路閥進行開閉控制；以及不匹配診斷裝置，其基于所述旁路閥全閉時的、所述第1流量傳感器及所述第2流量傳感器的檢測值，探測兩個傳感器的檢測值的不匹配。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.10.08 JP 2013-2113191.一種燃料電池系統，包括將從設置在陰極氣體供給通路上的壓縮機噴
出的一部分陰極氣體通過旁路通路繞開燃料電池的陰極氣體旁路式的陰極氣
體供給系統，該燃料電池系統包括：
第1流量傳感器，其設置在比所述旁路通路之間的連接部上游的所述陰
極氣體供給通路中，檢測所述壓縮機供給的陰極氣體的流量；
第2流量傳感器，其設置在比所述旁路通路之間的連接部下游的所述陰
極氣體供給通路中，檢測對所述燃料電池供給的陰極氣體的流量；
旁路閥，其設置在所述旁路通路中，調節所述旁路通路中流過的陰極氣
體的流量；
旁路閥控制裝置，其根據所述燃料電池系統的運行狀態，對所述旁路閥
進行開閉控制；以及
不匹配診斷裝置，其基于所述旁路閥全閉時的、所述第1流量傳感器及
所述第2流量傳感器的檢測值，探測兩個傳感器的檢測值的不匹配。
2.如權利要求1所述的燃料電池系統，還包括：
壓縮機控制裝置，其控制所述壓縮機，使得同時地滿足所述燃料電池的
要求及所述燃料電池系統的要求，
所述壓縮機控制裝置還考慮不匹配診斷裝置的診斷結果，控制所述壓縮
機。
3.如權利要求2所述的燃料電池系統，還包括：
目標陰極氣體流量計算裝置，其基于所述燃料電池的要求，計算對所述
燃料電池應供給的目標陰極氣體流量；以及
下限流量計算裝置，其基于所述燃料電池系統的要求，計算所述壓縮機
供給的陰極氣體的下限流量，
所述壓縮機控制裝置
將所述目標陰極氣體流量和所述下限流量的大的一方設定作為所述壓縮
機的目標供給流量，基于該目標供給流量和所述第1流量傳感器的檢測值，
控制所述壓縮機，
在發生了所述第1流量傳感器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：筑后隼人，富田要介，
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