專利名稱：燃料電池系統(tǒng)以及移動(dòng)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
以往，有各種關(guān)于燃料電池的提案。例如，專利文獻(xiàn)1中公示出在具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)層的陽(yáng)極一側(cè)配置了鈀系金屬膜的燃料電池。在該專利文獻(xiàn)1中，通過(guò)使具有氫滲透性的金屬膜與電解質(zhì)層接合，可將未高純度精制的重整氣體作為燃料氣體直接提供給陽(yáng)極。作為使電解質(zhì)層和鈀系金屬膜等氫滲透性金屬膜接合的構(gòu)成，此外，作為電解質(zhì)，還可采用具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，鈀系統(tǒng)金屬等氫滲透性金屬具有低溫時(shí)易產(chǎn)生氫脆化的性質(zhì)。因此，具有氫滲透性金屬層的燃料電池，在燃料電池停止時(shí)等燃料電池的溫度低時(shí)，氫滲透性金屬層有可能產(chǎn)生氫脆化，從而損害燃料電池的耐久性。
本發(fā)明正是為了解決上述現(xiàn)有問(wèn)題而提出的，其目的在于在具有氫滲透性金屬層的燃料電池中，防止氫滲透性金屬層發(fā)生氫脆化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第1種方式提供一種用于輸出電力的電源系統(tǒng)。本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)的要點(diǎn)在于，包括燃料電池，其配置了具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)層以及與該電解質(zhì)層接合的氫滲透性金屬層；燃料氣體供給部，其向上述燃料電池的陽(yáng)極一側(cè)提供含有氫氣的燃料氣體；吹掃氣體供給部，其向上述燃料電池的陽(yáng)極一側(cè)提供不含有氫氣的吹掃氣體；吹掃控制部，其在上述燃料電池停止發(fā)電后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部，用上述吹掃氣體置換上述燃料電池內(nèi)的上述燃料氣體。
若采用此種電源系統(tǒng)，由于在燃料電池停止發(fā)電后，用吹掃氣體置換燃料電池內(nèi)的燃料氣體，因而即使停止發(fā)電后燃料電池的內(nèi)部溫度下降，燃料電池所具有的氫滲透性金屬層也不會(huì)發(fā)生氫脆化。
本發(fā)明的第1種方式的電源系統(tǒng)還可配置吹掃判斷部，在上述燃料電池停止發(fā)電后，判斷是否符合應(yīng)向上述燃料電池的陽(yáng)極一側(cè)提供吹掃氣體的條件；和吹掃控制部，其在上述吹掃判斷部判斷為符合上述吹掃條件的情況下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部，用上述吹掃氣體置換上述燃料電池內(nèi)的上述燃料氣體，在上述吹掃判斷部判斷為不符合上述吹掃條件的情況下，不驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部。
若采用此種結(jié)構(gòu)，由于判斷是否符合應(yīng)提供吹掃氣體的吹掃條件，當(dāng)判斷為符合吹掃條件時(shí)，用吹掃氣體置換燃料電池內(nèi)的燃料氣體，當(dāng)判斷為不符合吹掃條件時(shí)，不驅(qū)動(dòng)吹掃氣體供給部，所以可根據(jù)燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，實(shí)施能耗少的吹掃氣體供給控制。
在本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)中，也可設(shè)定為由上述吹掃判斷部根據(jù)表示上述電源系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的規(guī)定信息和/或反映對(duì)上述電源系統(tǒng)所需電力變化的規(guī)定信息，來(lái)判斷是否符合上述吹掃條件。
若采用此種構(gòu)成，由于根據(jù)表示電源系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的規(guī)定信息以及反映電源系統(tǒng)所需電力變化的規(guī)定信息，判斷是否符合吹掃條件，因而在預(yù)測(cè)出發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)較短的條件下，可以不提供吹掃氣體而停止發(fā)電。因此，在停止后短時(shí)間內(nèi)重新開(kāi)始發(fā)電(重新起動(dòng))的情況下，可以維持將燃料氣體保持在燃料電池內(nèi)的狀態(tài)，重新起動(dòng)時(shí)立即獲得所需量的電力。因此，能夠通過(guò)縮短重新起動(dòng)時(shí)間來(lái)抑制重新起動(dòng)時(shí)的能耗。此外，在預(yù)測(cè)為發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)較長(zhǎng)的條件下，由于用吹掃氣體置換燃料電池內(nèi)的燃料氣體，因而即使發(fā)電停止后，燃料電池的內(nèi)部溫度下降，也不會(huì)引起燃料電池所具有的氫滲透性金屬層發(fā)生氫脆化。
在本發(fā)明涉及的第1種方式的電源系統(tǒng)中，也可設(shè)定為上述吹掃控制部，在上述燃料電池停止發(fā)電后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)，驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部。若采用此種構(gòu)成，不必進(jìn)行伴隨復(fù)雜處理的判斷即可適時(shí)驅(qū)動(dòng)吹掃氣體供給部。這時(shí)，由于在經(jīng)過(guò)上述規(guī)定時(shí)間之前的期間內(nèi)重新起動(dòng)燃料電池的情況下，并不提供吹掃氣體，因而可通過(guò)縮短重新起動(dòng)時(shí)間來(lái)抑制重新起動(dòng)時(shí)的能耗。
在本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)中，也可以還包括燃料氣體升壓部，其在上述燃料電池停止發(fā)電期間，未驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部時(shí)，提高形成于上述燃料電池內(nèi)的上述燃料氣體流路中的上述燃料氣體的壓力。
若采用此種構(gòu)成，在未驅(qū)動(dòng)吹掃氣體供給部而使燃料電池停止發(fā)電時(shí)，可在燃料電池內(nèi)預(yù)先蓄積更多的燃料氣體。因此，在重新起動(dòng)燃料電池時(shí)，可立即使用足量的燃料氣體開(kāi)始發(fā)電，剛起動(dòng)之后立即可以獲得所需量的電力。
這時(shí)，也可設(shè)定為上述燃料氣體升壓部驅(qū)動(dòng)上述燃料氣體供給部，提供上述燃料氣體，并且通過(guò)封閉上述燃料氣體流路的出口部來(lái)提高上述燃料氣體的壓力。若設(shè)定為此種構(gòu)成，通過(guò)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)即可提高燃料電池內(nèi)的燃料氣體的壓力。
此外，在本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)中，也可設(shè)定為還包括溫度檢測(cè)部，其構(gòu)成上述電源系統(tǒng)，并在上述燃料電池發(fā)電時(shí)檢測(cè)升溫至規(guī)定高溫后進(jìn)行動(dòng)作的規(guī)定部位的溫度；上述吹掃判斷部，在上述溫度檢測(cè)部所檢測(cè)出的上述溫度在規(guī)定值以下時(shí)，判斷為符合上述吹掃條件。
若設(shè)定為此種構(gòu)成，當(dāng)溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，可在燃料電池內(nèi)保持燃料氣體。因此，可防止出現(xiàn)下述情況，即盡管燃料電池以外的規(guī)定部位維持可立即發(fā)電的狀態(tài)，卻由于向燃料電池提供吹掃氣體，使重新起動(dòng)時(shí)無(wú)法迅速發(fā)電。
在本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)中，也可設(shè)定為在驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部后，上述燃料電池開(kāi)始發(fā)電時(shí)，上述燃料氣體供給部將超過(guò)與上述燃料電池應(yīng)發(fā)電力對(duì)應(yīng)量的燃料氣體提供給上述燃料電池。在此情況下，重新起動(dòng)時(shí)，通過(guò)促進(jìn)從燃料電池內(nèi)掃除吹掃氣體的動(dòng)作，可更加迅速地獲得所需量的電力。
在本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)中，也可設(shè)定為，當(dāng)上述燃料電池應(yīng)發(fā)電力在規(guī)定值以下時(shí)，上述燃料氣體供給部提供超過(guò)與上述應(yīng)發(fā)電力對(duì)應(yīng)量的燃料氣體，當(dāng)上述應(yīng)發(fā)電力超過(guò)上述規(guī)定值時(shí)，提供與上述應(yīng)發(fā)電力對(duì)應(yīng)量的燃料氣體。若設(shè)定此種構(gòu)成，當(dāng)為了掃除吹掃氣體而提供足量的燃料氣體時(shí)，還可防止因提供的燃料氣體過(guò)剩而白白浪費(fèi)燃料氣體及能量。
本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)還可配置二次電池。在此種情況下，即使燃料電池停止發(fā)電，仍可從電源裝置中輸出電力。
本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)還可配置檢測(cè)上述二次電池的殘余容量的殘余容量檢測(cè)部；當(dāng)上述殘余容量在規(guī)定值以下時(shí)，先于上述燃料電池停止發(fā)電的動(dòng)作，使用上述燃料電池對(duì)上述二次電池進(jìn)行充電。若設(shè)定為此種構(gòu)成，由于可在確保二次電池的殘余容量之后使燃料電池停止發(fā)電，因而在重新起動(dòng)燃料電池時(shí)，可從二次電池獲得所需電力。
本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)還可配置二次電池和取得對(duì)上述電源系統(tǒng)的輸出要求的輸出要求取得部；當(dāng)上述輸出要求取得部取得的上述輸出要求在規(guī)定值以下時(shí)，上述吹掃判斷部判斷為不符合上述吹掃條件，并且從上述二次電池中輸出電力。
若設(shè)定為此種構(gòu)成，當(dāng)輸出要求小，而利用燃料電池進(jìn)行發(fā)電的效率變低時(shí)，通過(guò)使燃料電池停止發(fā)電并使用二次電池，可以提高系統(tǒng)的總體效率。
本發(fā)明的第1移動(dòng)體，作為驅(qū)動(dòng)能源而裝載有本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)。
移動(dòng)體，為了能夠頻繁進(jìn)行燃料電池的停止與重新起動(dòng)，可通過(guò)裝載本發(fā)明的電源系統(tǒng)來(lái)有效防止燃料電池停止時(shí)氫滲透性金屬層發(fā)生氫脆化。
本發(fā)明的第2移動(dòng)體的要點(diǎn)是作為驅(qū)動(dòng)能源而裝載有本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)，并且還包括可用于驅(qū)動(dòng)上述移動(dòng)體的規(guī)定起動(dòng)開(kāi)關(guān)；上述吹掃控制部，在上述起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、上述燃料電池停止發(fā)電之后，經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間時(shí)，驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部。
若設(shè)定為此種構(gòu)成，則可以更加可靠地判斷燃料電池是否停止較長(zhǎng)時(shí)間，并進(jìn)行吹掃氣體的供給。此外，在燃料電池停止發(fā)電后的短時(shí)間內(nèi)重新起動(dòng)燃料電池時(shí)，可防止因提供了吹掃氣體而產(chǎn)生的問(wèn)題。
此外，本發(fā)明的第3移動(dòng)體的要點(diǎn)是作為驅(qū)動(dòng)能源而裝載有本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)，并且還包括可用于驅(qū)動(dòng)上述移動(dòng)體的規(guī)定起動(dòng)開(kāi)關(guān)；上述吹掃判斷部在上述起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，判斷為符合上述吹掃條件。
在這種情況下，可通過(guò)簡(jiǎn)單構(gòu)成以高概率判斷燃料電池是否停止較長(zhǎng)時(shí)間。因此，可有效防止燃料電池停止時(shí)因提供了吹掃氣體而產(chǎn)生的問(wèn)題。
本發(fā)明的第4種移動(dòng)體的要點(diǎn)是作為驅(qū)動(dòng)能源而裝載有本發(fā)明的第1種方式涉及的電源系統(tǒng)，并且還包括取得用于驅(qū)動(dòng)上述移動(dòng)體的操作部的操作狀態(tài)的操作狀態(tài)取得部；上述吹掃控制部，在上述燃料電池停止時(shí)，驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部后，上述操作狀態(tài)取得部取得上述操作狀態(tài)時(shí)，使上述吹掃氣體供給部停止。
若設(shè)定為此種構(gòu)成，在燃料電池停止發(fā)電后，當(dāng)駕駛員打算驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體時(shí)，可迅速開(kāi)始提供燃料氣體。因而，可以更加迅速地從燃料電池獲得所需電力。
在本發(fā)明的第4種移動(dòng)體中，也可設(shè)定為上述電源系統(tǒng)還包括檢測(cè)上述燃料電池溫度的溫度檢測(cè)部和作為上述移動(dòng)體的另一驅(qū)動(dòng)能源的二次電池；上述吹掃控制部，在上述溫度檢測(cè)部所檢測(cè)出的上述燃料電池溫度在規(guī)定值以下時(shí)，驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部之后，上述操作狀態(tài)取得部取得上述操作狀態(tài)的情況下，仍繼續(xù)驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部。
若采用此種構(gòu)成，可通過(guò)二次電池驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體，并且由于可在燃料電池的溫度下降、發(fā)電效率變低時(shí)利用燃料電池進(jìn)行發(fā)電，因而可防止電源系統(tǒng)的效率降低。
本發(fā)明可用上述以外的多種方式實(shí)現(xiàn)，例如可用電源系統(tǒng)及移動(dòng)體或燃料電池系統(tǒng)的停止方法等方式實(shí)現(xiàn)。


圖1是表示電動(dòng)汽車的簡(jiǎn)要構(gòu)成的說(shuō)明圖。
圖2是表示燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成概況的框圖。
圖3是表示單體電池結(jié)構(gòu)的剖面模式圖。
圖4是表示運(yùn)轉(zhuǎn)控制處理程序的流程圖。
圖5是表示控制判斷處理程序的流程圖。
圖6是表示休止處理程序的流程圖。
圖7是表示停止處理程序的流程圖。
圖8是表示重新起動(dòng)處理程序的流程圖。
圖9是表示單體電池結(jié)構(gòu)的剖面模式圖。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)實(shí)施例，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
A、裝置的整體構(gòu)成A1、電動(dòng)汽車10的構(gòu)成圖1是表示裝載有本發(fā)明的第1實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)20的電動(dòng)汽車10的簡(jiǎn)要構(gòu)成的說(shuō)明圖。電動(dòng)汽車10配置了電源系統(tǒng)15。作為從電源系統(tǒng)15提供電力的負(fù)載，電動(dòng)汽車10配置了經(jīng)由驅(qū)動(dòng)變換器26與電源系統(tǒng)15連接的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30以及高壓輔機(jī)28。在上述電源系統(tǒng)15和負(fù)載之間設(shè)有配線40，通過(guò)該配線40在電源系統(tǒng)15和負(fù)載之間進(jìn)行電力交換。
電源系統(tǒng)15配置了燃料電池系統(tǒng)20和二次電池22。燃料電池系統(tǒng)20配置了后述的發(fā)電主體即燃料電池60。二次電池22經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器24與配線40連接，DC/DC轉(zhuǎn)換器24和燃料電池60并聯(lián)在上述配線40上。
二次電池22，在燃料電池系統(tǒng)20開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，提供用于驅(qū)動(dòng)燃料電池系統(tǒng)20的各個(gè)部分的電力，在燃料電池系統(tǒng)20預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)完畢之前，向各負(fù)載提供電力。此外，二次電池22，在燃料電池60的電力供給量不足時(shí)，提供其不足部分。如圖1所示，二次電池22上同時(shí)設(shè)有用于檢測(cè)二次電池22的殘余容量(SOC)的殘余容量監(jiān)視器23。殘余容量監(jiān)視器23，可作為對(duì)二次電池22中的充放電的電流值和時(shí)間進(jìn)行乘積運(yùn)算的SOC計(jì)以及電壓傳感器。
DC/DC轉(zhuǎn)換器24，通過(guò)設(shè)定輸出側(cè)的目標(biāo)電壓值，調(diào)節(jié)配線40上的電壓，從而調(diào)節(jié)燃料電池60的輸出電壓。其結(jié)果是，可從燃料電池60以及二次電池22中輸出規(guī)定量的電力。
作為接受電源系統(tǒng)15電力供給的負(fù)載之一的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30是同步馬達(dá)，配置了用于形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的三相線圈。由電源系統(tǒng)15提供的電力，通過(guò)驅(qū)動(dòng)變換器26變換為三相交流電后提供給驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30的輸出軸34經(jīng)由減速齒輪32與車輛驅(qū)動(dòng)軸36連接。驅(qū)動(dòng)軸36上設(shè)有車速傳感器37。
作為其它負(fù)載的高壓輔機(jī)28是以300V以上的電壓來(lái)直接使用電源系統(tǒng)15提供的電力的裝置。作為高壓輔機(jī)，例如有向燃料電池60提供空氣的鼓風(fēng)機(jī)67、68以及用于提供重整原料的泵61(參照?qǐng)D2)。這些裝置雖是包含在燃料電池系統(tǒng)20中的裝置，但在圖1中，高壓輔機(jī)28在燃料電池系統(tǒng)15的外側(cè)。還有，作為高壓輔機(jī)28，除包含在燃料電池系統(tǒng)20中的裝置之外，還包括電動(dòng)汽車10所配置的空調(diào)裝置(空調(diào)器)。
電動(dòng)汽車10，還配置了控制部50?？刂撇?0由配置了CPU、ROM、RAM、計(jì)時(shí)器等的微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。作為控制部50取得的輸入信號(hào)，例如有上述殘余容量監(jiān)視器23輸出的信號(hào)、車速傳感器37輸出的信號(hào)。此外，控制部50中還可輸入驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30的起動(dòng)開(kāi)關(guān)的通斷信號(hào)及表示電動(dòng)汽車10中的換檔位置、腳制動(dòng)器的開(kāi)閉、加速踏板開(kāi)度的信號(hào)等。取得這些信號(hào)后，控制部50實(shí)施各種控制處理，向DC/DC轉(zhuǎn)換器24、燃料電池系統(tǒng)20的各個(gè)部分、驅(qū)動(dòng)變換器26、高壓輔機(jī)28等輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
A2、燃料電池系統(tǒng)20的構(gòu)成圖2是表示燃料電池系統(tǒng)20的簡(jiǎn)要構(gòu)成的框圖。本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)20作為燃料電池60配置了固體氧化物型燃料電池。
燃料電池系統(tǒng)20配置了鼓風(fēng)機(jī)67，鼓風(fēng)機(jī)67向燃料電池60的陰極提供空氣作為氧化氣體。燃料電池60中設(shè)有可傳導(dǎo)燃料電池60的熱量的熱交換器65，鼓風(fēng)機(jī)67提供的空氣，經(jīng)由熱交換器65將燃料電池60冷卻后提供給陰極。在陰極上供電化學(xué)反應(yīng)后排出的空氣(下文稱為陰極氣體)被配管70引導(dǎo)而排出到外部。此處，在燃料電池系統(tǒng)20中，設(shè)有從配管70分支出的配管71，如后文所述，一部分陰極氣體可在重整反應(yīng)中再次利用。
提供給燃料電池60的陽(yáng)極的燃料氣體，可通過(guò)對(duì)規(guī)定原料進(jìn)行重整而生成。作為供重整反應(yīng)的原料，例如可使用汽油及天然氣等碳?xì)浠衔铩⒁约凹状?、乙醇、或乙醛等各種碳?xì)湎祷衔铩?br> 重整原料可通過(guò)泵61提供給混合器62。在混合器62中，重整原料與陰極氣體中的空氣以及另行提供的水蒸氣混合。此外，當(dāng)重整原料是液體時(shí)，可在混合器62中進(jìn)行重整原料的氣化。這樣生成的混合氣被提供給重整器64后，通過(guò)重整反應(yīng)生成富氫的重整氣體。也就是說(shuō)，在重整器64中，在進(jìn)行水蒸氣重整反應(yīng)，并且還可通過(guò)利用陰極氣體中的氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，利用這些反應(yīng)生成氫氣。重整器64配置了用于促進(jìn)重整反應(yīng)的重整催化劑。作為重整催化劑，有眾所周知的銅—鋅系的賤金屬催化劑以及鉑等貴金屬催化劑等，可根據(jù)使用的重整原料適當(dāng)選擇。此外，重整器64中設(shè)有檢測(cè)重整催化劑溫度的溫度傳感器63。生成的重整氣體，可作為燃料氣體提供給燃料電池60的陽(yáng)極。
提供給陽(yáng)極的燃料氣體，在用于發(fā)電之后，作為陽(yáng)極廢氣可從配管72中排出。陽(yáng)極廢氣，由于含有發(fā)電中未被使用的殘留氫氣等有害成分，因而在排到外部之前，通過(guò)凈化器66降低這些有害成分量，對(duì)陽(yáng)極廢氣進(jìn)行凈化。在本實(shí)施例中，用凈化器66燃燒去除這些有害成分。燃燒使用的空氣由鼓風(fēng)機(jī)68從配管73提供。這時(shí)，經(jīng)由熱交換管65而配管73，從而可以將燃燒用的空氣同時(shí)用于冷卻燃料電池60。另外，在引導(dǎo)陽(yáng)極廢氣的配管72中，設(shè)有閥74以及檢測(cè)陽(yáng)極廢氣壓力的壓力傳感器75。此外，燃料電池60上設(shè)有用于檢測(cè)內(nèi)部溫度的溫度傳感器69。
燃料電池系統(tǒng)20的運(yùn)轉(zhuǎn)受上述控制部50的控制?？刂撇?0內(nèi)輸入溫度傳感器63、69以及壓力傳感器75等與燃料電池系統(tǒng)20的各部分的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有關(guān)的信息，并且從控制部50向泵61、鼓風(fēng)機(jī)67、68等的各個(gè)部分輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
A3、燃料電池60的構(gòu)成圖3是表示構(gòu)成燃料電池60的單體電池80的構(gòu)成的剖面模式圖。燃料電池60具有層壓?jiǎn)误w電池80的層疊結(jié)構(gòu)。單體電池80具有以氣體分離器87、88夾持電解質(zhì)部分81的結(jié)構(gòu)。在氣體分離器87和電解質(zhì)部分81之間形成氧化氣體通過(guò)的氧化氣體流路。此外，在氣體分離器88和電解質(zhì)部分81之間形成燃料氣體通過(guò)的燃料氣體流路。氣體分離器87、88是用碳及金屬等導(dǎo)電材料形成的不透氣材料。
電解質(zhì)部分81具有以用釩(V)形成的致密基體材料84為中心的氫滲透性金屬構(gòu)成的五層結(jié)構(gòu)。在基體材料84的兩面上形成由固體氧化物構(gòu)成的電解質(zhì)層83、85的薄膜。電解質(zhì)層83、85可使用BaCeO3、SrCeO3系陶瓷質(zhì)子傳導(dǎo)體等。在電解質(zhì)層83、85的外表面上設(shè)有鈀(Pd)被膜82、86。在本實(shí)施例中，Pd被膜82、86的厚度為0.1μm，電解質(zhì)層83、85的厚度為1μm，基體材料84的厚度為40μm，但各層的厚度可根據(jù)設(shè)定的燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度等適當(dāng)設(shè)定。
具有此種構(gòu)成的燃料電池60通過(guò)在致密基體材料84的上表面形成電解質(zhì)膜83、85，可使電解質(zhì)層83、85充分薄膜化。因此，可減少固體氧化物的膜阻力，可在比現(xiàn)用的固體電解質(zhì)型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度低的溫度、大約200～600℃左右運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池。
為了促進(jìn)陽(yáng)極以及陰極上進(jìn)行的反應(yīng)，可根據(jù)需要在單體電池內(nèi)設(shè)置鉑(Pt)等催化劑層。催化劑層可設(shè)置在例如電解質(zhì)層81和氣體分離器87、88之間。此外，也可設(shè)置在被膜82和電解質(zhì)層83之間、被膜86和電解質(zhì)層85之間、電解質(zhì)層83、85和基體材料84之間等處。
圖3中例示出具有五層結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)部分的燃料電池60，但燃料電池60可有多種變形。例如，也可省略被膜82、86中的一方，或兩方全部省略。在不設(shè)置被膜的情況下，可在電解質(zhì)部分的氣體流路一側(cè)的面上設(shè)置催化劑層，并且還可在其外側(cè)設(shè)置與氣體分離器相接的、由多孔質(zhì)材料構(gòu)成的電極。無(wú)論在何種情況下，均可通過(guò)采用在具有氫滲透性的致密金屬膜上形成具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)，制作出與以往相比運(yùn)轉(zhuǎn)溫度更低的固體電解質(zhì)型燃料電池。
B、運(yùn)轉(zhuǎn)控制B 1、運(yùn)轉(zhuǎn)控制處理的概要在本實(shí)施例的電源系統(tǒng)15中，可根據(jù)表示電源系統(tǒng)15的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息及反映對(duì)電源系統(tǒng)所需電量變化的信息，進(jìn)行與燃料電池系統(tǒng)20的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有關(guān)的控制切換。在本實(shí)施例中，作為與燃料電池系統(tǒng)20的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有關(guān)的控制處理，準(zhǔn)備了“休止處理”、“停止處理”、“重新起動(dòng)處理”、“通常處理”。
休止處理是在臨時(shí)停止燃料電池60的發(fā)電時(shí)進(jìn)行的控制處理。在實(shí)施該休止處理期間，燃料電池60內(nèi)部的燃料氣體流路中保持有燃料氣體，維持可根據(jù)需要立即開(kāi)始發(fā)電的狀態(tài)。下文將實(shí)施休止處理期間的燃料電池系統(tǒng)20的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)稱為休止模式。
停止處理是在長(zhǎng)時(shí)間停止燃料電池60的發(fā)電時(shí)實(shí)施的停止控制處理。通過(guò)實(shí)施該停止處理，可從燃料電池60內(nèi)部的燃料氣體流路中掃除燃料氣體。下文將實(shí)施停止處理期間的燃料電池系統(tǒng)20的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)稱為停止模式。
重新起動(dòng)處理是重新開(kāi)始燃料電池60的發(fā)電時(shí)實(shí)施的處理。即，為了重新起動(dòng)處于休止模式或停止模式的燃料電池系統(tǒng)20而實(shí)施的處理。
通常處理是指上述休止處理、停止處理、重新起動(dòng)處理之外實(shí)施的處理，實(shí)施通常處理時(shí)，燃料電池60進(jìn)行發(fā)電。實(shí)施通常處理時(shí)，例如可用從燃料電池60獲得的電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車10，或用從燃料電池60和二次電池22二者獲得的電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車10，或用燃料電池60給二次電池22充電。
圖4是表示用電源系統(tǒng)15的控制部50實(shí)施的運(yùn)轉(zhuǎn)控制處理程序的流程圖。本程序，一接通驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30的起動(dòng)開(kāi)關(guān)即可起動(dòng)。此外，本程序，在起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、停止燃料電池的發(fā)電、吹掃處理完畢這三個(gè)條件成立之前，在控制部50內(nèi)反復(fù)實(shí)施。本程序一經(jīng)起動(dòng)，控制部50首先取得特征位(步驟S100)。在控制部50中，與本程序并行地反復(fù)實(shí)施后述控制判斷處理程序，通過(guò)該控制判斷處理程序設(shè)定重新起動(dòng)特征位、休止處理特征位、停止處理特征位的接通/斷開(kāi)。在步驟S 100中，參照控制判斷處理程序的最新判斷結(jié)果，取得由控制判斷處理程序設(shè)定的特征位。
接著，控制部50判斷重新起動(dòng)處理特征位是否接通(ON)(步驟S200)。重新起動(dòng)特征位如果接通，控制部50實(shí)施重新起動(dòng)處理(步驟S300)。重新起動(dòng)特征位如果斷開(kāi)，則控制部50判斷休止處理特征位是否接通(步驟S210)。休止處理特征位如果接通，則控制部50實(shí)施休止處理(步驟S300)。休止處理特征位如果斷開(kāi)，則控制部50判斷停止處理特征位是否接通(步驟S220)。停止處理特征位如果接通，則控制部50實(shí)施停止處理控制(步驟S400)。停止處理特征位如果斷開(kāi)，則控制部50實(shí)施通常處理(步驟S600)。
B2、控制判斷處理圖5是表示參照?qǐng)D4的步驟S100的結(jié)果的控制判斷處理程序的流程圖。本程序是通過(guò)取得表示電源系統(tǒng)15的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息以及反映對(duì)電源系統(tǒng)15所需的電力變化的信息來(lái)設(shè)定上述的各特征位的接通/斷開(kāi)的。本程序一經(jīng)起動(dòng)，控制部50首先判斷驅(qū)動(dòng)馬達(dá)30的起動(dòng)開(kāi)關(guān)是否接通(步驟S105)。起動(dòng)開(kāi)關(guān)如果接通，則很可能已經(jīng)或馬上會(huì)對(duì)電源系統(tǒng)15要求輸出。
在步驟S105中，起動(dòng)開(kāi)關(guān)如果接通，則控制部50接著判斷換檔位置是“P”還是“N”(步驟S110)。換檔位置如果是“P”或“N”之外，則很可能已經(jīng)或馬上對(duì)電源系統(tǒng)15要求輸出。
在步驟S110中，換檔位置如果是“P”或“N”之外，控制部50接著判斷車速是否在規(guī)定的基準(zhǔn)值SPDr以下(步驟S115)。SPDr作為一種用于判斷車速降低引起燃料電池60的發(fā)電效率變差的基準(zhǔn)值，已預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50中。
在步驟S115中，車速如果大于SPDr，則控制部50判斷加速踏板的開(kāi)度是否在ACCr以下(步驟S120)。ACCr作為一種用于判斷因加速踏板開(kāi)度小、輸出要求低而引起燃料電池60的發(fā)電效率變差的基準(zhǔn)值，已預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50中。
在步驟S120中，加速踏板的開(kāi)度如果大于ACCr，則控制部50判斷腳制動(dòng)器是否接通(步驟S125)。腳制動(dòng)器接通表示輸出要求低。
在步驟S125中，腳制動(dòng)器如果斷開(kāi)，則控制部50判斷對(duì)電源系統(tǒng)15的輸出要求是否在Pr以下(步驟S130)。Pr作為一種用于判斷因輸出要求小引起燃料電池60的發(fā)電效率變差的基準(zhǔn)值，預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50中。
在步驟S130中，輸出要求如果大于Pr，則可判斷為應(yīng)使用燃料電池進(jìn)行發(fā)電的狀態(tài)。因此，接著控制部50判斷休止處理特征位是否接通(步驟S135)。休止處理特征位如果接通，則控制部50將重新起動(dòng)處理特征位再次設(shè)定為接通(步驟S145)，結(jié)束本程序。這時(shí)，停止處理特征位處于斷開(kāi)狀態(tài)。
在步驟S135中，休止處理特征位如果斷開(kāi)，則控制部50判斷停止處理特征位是否接通(步驟S140)。停止處理特征位如果接通，則控制部50將重新起動(dòng)處理特征位再次設(shè)定為接通(步驟S145)，結(jié)束本程序。
在步驟S140中，停止處理特征位如果是斷開(kāi)，控制部50結(jié)束本程序。此時(shí)重新起動(dòng)處理特征位處于斷開(kāi)狀態(tài)。
在步驟S110～S130中，任一條件得到滿足時(shí)，根據(jù)表示電源系統(tǒng)15的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息以及表示電源系統(tǒng)15所需電量變化的信息，可判斷為應(yīng)停止燃料電池60發(fā)電的狀態(tài)。因此，接著控制部50判斷二次電池22的殘余容量SOC是否在SOCr2以下(步驟S150)。SOCr2作為一種用于判斷二次電池22可輸出從休止模式到重新開(kāi)始發(fā)電時(shí)所需電力(驅(qū)動(dòng)構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)20的高壓輔機(jī)所需的電力等)的基準(zhǔn)值，已預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50中。
在步驟S150中，二次電池22的殘余容量SOC如果大于SOCr2，則即使進(jìn)入休止模式，也可從二次電池22獲得下次重新開(kāi)始發(fā)電時(shí)所需的電力，因此控制部50接著判斷重整器64的重整催化劑溫度是否在TMPr1以下(步驟S155)。TMPr1作為一種用于判斷表示重整催化劑具有促進(jìn)重整反應(yīng)的充分活性的基準(zhǔn)值，已預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50中。
在步驟S155中，重整催化劑的溫度如果高于TMPr1，則控制部50將休止處理特征位設(shè)定為接通(步驟S160)，結(jié)束本程序。此時(shí)，停止處理特征位以及重新起動(dòng)特征位處于斷開(kāi)狀態(tài)。
在步驟S155中，重整催化劑的溫度如果在TMPr1以下，控制部50將停止處理特征位設(shè)定為接通(步驟S175)，結(jié)束本程序。此時(shí)，休止處理特征位以及重新起動(dòng)特征位均處于斷開(kāi)狀態(tài)。
此外，在步驟150中，二次電池22的殘余容量SOC處于SOCr2以下時(shí)，控制部50結(jié)束本程序，此時(shí)，所有特征位均處于斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)二次電池22的殘余容量SOC在SOCr2以下時(shí)，雖然不能從二次電池22獲得下次重新開(kāi)始發(fā)電時(shí)所需的電力，但通過(guò)將所有特征位都設(shè)定在斷開(kāi)位置，選擇燃料電池進(jìn)行發(fā)電的通常處理(參照?qǐng)D4)，然后由燃料電池60給二次電池22充電。
在步驟S105中，起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，接著控制部50判斷二次電池22的殘余容量SOC是否在SOCr1以下(步驟S165)。SOCr1作為一種用于判斷二次電池22可輸出從停止模式到重新開(kāi)始發(fā)電時(shí)所需電量的基準(zhǔn)值，已預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50中。
在步驟S165中，二次電池22的殘余容量如果大于SOCr1，由于即使進(jìn)入停止模式也可從二次電池22獲得下次重新開(kāi)始發(fā)電時(shí)所需的電力，因而控制部接著判斷重整器64的重整催化劑的溫度是否在TMPr1以下(步驟S170)。該步驟S170是與上述步驟S155相同的處理。
在步驟S170中，重整催化劑的溫度如果在TMPr1以下，控制部50將停止處理特征位設(shè)定為接通(步驟S175)，結(jié)束本程序。此時(shí)，休止處理特征位以及重新起動(dòng)特征位均處于斷開(kāi)狀態(tài)。
在步驟S170中，重整催化劑的溫度如果高于TMPr1，控制部50將休止處理特征位設(shè)定為接通(步驟S160)，結(jié)束本程序。此時(shí)，停止處理特征位以及重新起動(dòng)特征位均處于斷開(kāi)狀態(tài)。
此外，在步驟S165中，當(dāng)二次電池22的殘余容量SOC處于SOCr1以下時(shí)，控制部50結(jié)束本程序。此時(shí)，所有特征位均處于斷開(kāi)狀態(tài)。二次電池22的殘余容量SOC處于SOCr2以下時(shí)，雖然不能從二次電池22獲得下次重新開(kāi)始發(fā)電時(shí)所需的電力，便通過(guò)將所有特征位都置于斷開(kāi)位置，選擇燃料電池60進(jìn)行發(fā)電的通常處理(參照?qǐng)D4)，此后即可由燃料電池60給二次電池22充電。
通過(guò)以上的控制判斷處理，即可設(shè)定重新起動(dòng)處理特征位、休止處理特征位、停止處理特征位的通斷。
B3、休止處理圖6是表示可用圖4的步驟S300實(shí)施的休止處理程序的流程圖。是當(dāng)重新起動(dòng)處理特征位為斷開(kāi)，休止處理特征位為接通時(shí)，控制部50實(shí)行的處理。本程序一經(jīng)起動(dòng)，則控制部50判斷燃料電池60是否處于發(fā)電期間(步驟S310)，燃料電池如果是在發(fā)電期間，則控制部50停止燃料電池60的發(fā)電，實(shí)施用于將燃料電池系統(tǒng)20的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)設(shè)定為休止模式的控制。也就是說(shuō)，控制部50首先將燃料電池60設(shè)定為開(kāi)路，并且封閉閥74(步驟S320)。在電源系統(tǒng)15中，設(shè)有用于連通或切斷配線40和燃料電池60的連接的開(kāi)關(guān)，在步驟S320中，該開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)。此時(shí)，由重整器64向燃料電池60繼續(xù)提供燃料氣體。
接著，控制部50從壓力傳感器75取得配管72內(nèi)的壓力(與燃料電池60內(nèi)的燃料氣體流路中的壓力P相同)，并判斷壓力P是否在Pr以上(步驟S330)。Pr作為表示為了在處于停止?fàn)顟B(tài)的燃料電池60內(nèi)重新開(kāi)始發(fā)電時(shí)能夠立即進(jìn)行規(guī)定量以上的發(fā)電，在燃料電池60內(nèi)保持燃料氣體的狀態(tài)的值，預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50中。在步驟S320中，由于在提供燃料氣體的同時(shí)封閉了閥74，因而上述壓力持續(xù)上升。控制部50在判斷為壓力P處于Pr以上之前，反復(fù)實(shí)施步驟S330的處理。
在步驟S330中，如果判斷為壓力P在Pr以上，則控制部50實(shí)施停止給燃料電池60提供燃料的處理(步驟S340)，結(jié)束本程序。在步驟S340中通過(guò)停止給重整器64提供重整原料、水蒸氣以及空氣，停止在重整器64中生成重整氣體，由此停止給燃料電池60提供燃料氣體。通過(guò)實(shí)施步驟S340，在燃料電池60內(nèi)的燃料氣體流路中，形成燃料壓力P以Pr的狀態(tài)保持燃料氣體的狀態(tài)。而為了保持將燃料氣體保持在燃料電池60內(nèi)的狀態(tài)，例如也可在連接重整器64和燃料電池60的流路中設(shè)置閥，在步驟S340中設(shè)定為封閉該閥?；蛘咭部稍谙蚧旌掀?2提供重整原料、水蒸氣及空氣的流路中分別設(shè)置閥，并封閉這些閥。通過(guò)實(shí)施步驟S320～S340，將燃料氣體保持在燃料電池60內(nèi)部停止發(fā)電，燃料電池系統(tǒng)20即形成休止模式。
在步驟S310中，判斷為燃料電池60并不處于發(fā)電期間時(shí)，由于燃料電池系統(tǒng)20已經(jīng)處于休止模式，因而控制部50結(jié)束本程序。這樣即可在燃料電池系統(tǒng)20中維持休止模式。
B4、停止處理圖7是表示在圖4的步驟S400中實(shí)施的停止處理程序的流程圖。是在重新起動(dòng)處理特征位為斷開(kāi)、停止處理特征位為接通時(shí)，控制部50實(shí)施的處理。本程序一經(jīng)起動(dòng)，控制部50即判斷燃料電池系統(tǒng)20是否為休止模式(步驟S410)。
在步驟S410中，一經(jīng)判斷為是休止模式，控制部50即開(kāi)始用于從休止模式轉(zhuǎn)移到停止模式的吹掃處理(步驟S420)。吹掃處理是指用空氣掃除燃料電池60的燃料氣體流路內(nèi)的燃料氣體的處理。具體而言，將閥74設(shè)為打開(kāi)狀態(tài)，并且驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)67，將經(jīng)由混合器62以及重整器64的空氣提供給燃料電池60。這樣即可用空氣置換燃料電池60內(nèi)的燃料氣體。
其后，控制部50判斷吹掃處理開(kāi)始后的經(jīng)過(guò)時(shí)間是否在Tsr以上(步驟S430)。Tsr作為燃料電池60內(nèi)的燃料氣體被空氣充分排出的時(shí)間，已預(yù)先存儲(chǔ)在控制部50中。在步驟S430中，若經(jīng)過(guò)時(shí)間達(dá)到Tsr以上，則控制部50停止吹掃處理(步驟S440)，結(jié)束本程序。具體而言，停止鼓風(fēng)機(jī)67。
在步驟S410中，當(dāng)判斷為燃料電池系統(tǒng)20不是休止模式時(shí)，由于已經(jīng)是停止模式，因而控制部50結(jié)束本程序。這樣即可在燃料電池系統(tǒng)20中維持停止模式。
而在本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)20中，進(jìn)入停止模式時(shí)必須在此之前先成為休止模式，但也可設(shè)定為可實(shí)施燃料電池60發(fā)電狀態(tài)直接變?yōu)橥Ｖ鼓Ｊ降呐袛唷Ｔ诖饲闆r下，在停止處理程序中，首先判斷是否正在發(fā)電，如果正在發(fā)電，則將燃料電池60設(shè)定為開(kāi)路，并且停止給重整器64提供重整原料以及水蒸氣，然后進(jìn)行吹掃處理即可。
當(dāng)上述的休止處理特征位及停止處理特征位均為接通時(shí)，燃料電池系統(tǒng)20成為休止模式及停止模式，燃料電池系統(tǒng)20不進(jìn)行供電。因此，控制部50通過(guò)控制電源系統(tǒng)15使其間所需的電力由二次電池22輸出。
B5、重新起動(dòng)處理圖8是表示在圖4的步驟S500中實(shí)施的重新起動(dòng)處理程序的流程圖。是在休止處理特征位或停止處理特征位接通后，重新起動(dòng)處理特征位再接通時(shí)，控制部50實(shí)行的處理。在圖4中表示，參照取得的特征位，選擇休止處理、停止處理、重新起動(dòng)處理、通常處理中的任意一種處理，但重新起動(dòng)處理程序，在圖5所示的控制判斷處理程序中，重新起動(dòng)處理特征位處于接通狀態(tài)時(shí)，即使正在實(shí)施休止處理程序及停止處理程序期間，也會(huì)插入其中進(jìn)行起動(dòng)。
本程序一經(jīng)起動(dòng)，控制部50即判斷停止處理特征位是否接通(步驟S510)。停止處理特征位如果斷開(kāi)(即，休止處理特征位接通)，則從休止模式進(jìn)行重新起動(dòng)處理，此時(shí)控制部50將燃料電池60與配線40連接，并且將閥74設(shè)置成打開(kāi)狀態(tài)(步驟S520)，然后，開(kāi)始通常原料供給處理(步驟S530)，結(jié)束本程序。通常原料供給處理是指根據(jù)輸出要求，用于進(jìn)行發(fā)電的通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的原料供給處理。在休止模式中，由于在燃料電池內(nèi)的燃料氣體流路中儲(chǔ)存了燃料氣體，因而在從休止模式重新起動(dòng)時(shí)，通過(guò)進(jìn)行通常的原料供給，即可獲得所需的電力。
在步驟S510中，停止處理特征位如果接通，則為從停止模式的重新起動(dòng)處理，此時(shí)控制部50判斷重整器64的重整催化劑的溫度是否在TMPr2以下(步驟S540)、溫度TMPr2是重整器64可進(jìn)行重整反應(yīng)的下限值，重整催化劑的溫度如果是在TMPr2以下，則重整器64幾乎不能生成氫氣。因此，重整催化劑的溫度如果在TMPr2以下，則實(shí)施預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)處理(步驟S560)，結(jié)束本程序。通過(guò)實(shí)施預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)處理，可將重整器64等燃料電池系統(tǒng)20內(nèi)的各部分預(yù)熱。
在步驟S540中，重整催化劑的溫度如果大于TMPr2，重整器64雖不能按照所需，但在某種程度上處于可生成氫氣的狀態(tài)，接著，控制部50實(shí)施促進(jìn)氫氣供給處理(步驟S550)，結(jié)束本程序。促進(jìn)氫氣供給處理是在對(duì)燃料電池60所需的所需電力處于規(guī)定值以下時(shí)，給重整器64提供比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)更多的重整原料的處理。如前文所述，由于在停止模式中，燃料電池60內(nèi)的燃料氣體被空氣置換，因而在重新起動(dòng)時(shí)無(wú)法迅速給陽(yáng)極提供重新起動(dòng)時(shí)的足量的氫氣。通過(guò)實(shí)施促進(jìn)氫氣供給處理，可用燃料氣體迅速置換燃料電池60內(nèi)的空氣。
在促進(jìn)氫氣供給處理中，當(dāng)所需電力超過(guò)規(guī)定量時(shí)，提供給重整器64的重整原料量與通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相同，可根據(jù)所需電力進(jìn)行設(shè)定。但在所需電力為規(guī)定值以下時(shí)，可給重整器64提供比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)更多的一定量的重整原料。這樣一來(lái)，即使在所需電力小的情況下，作為提供給燃料電池60的燃料氣體量，也可確保一定量，可促進(jìn)用燃料氣體置換燃料電池60內(nèi)的空氣的動(dòng)作?；蛘?，當(dāng)所需電力在規(guī)定值以下時(shí)，提供給重整器64的重整原料量也可不是一定值，只要提供給重整器64的重整原料比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)多，即可獲得有效促進(jìn)用燃料氣體置換燃料電池60內(nèi)的空氣的動(dòng)作的效果。此處，在所需電力中作為基準(zhǔn)使用的規(guī)定量可在考慮停止模式中的重整器64的性能，以及通過(guò)使提供的重整原料量增加而獲得的效果，還有由于重整原料量過(guò)剩引起的效率下降的基礎(chǔ)上，適當(dāng)設(shè)定。此外，在促進(jìn)氫氣供給處理中，提供比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)多的重整原料的時(shí)間，可作為足以將燃料電池60內(nèi)的空氣充分置換為燃料氣體的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。
而在步驟S510中停止特征位接通時(shí)，在該時(shí)刻控制部50正在實(shí)施吹掃處理(圖7的步驟S420～S440)的情況下，開(kāi)始上述預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)處理或促進(jìn)氫氣供給處理時(shí)，停止吹掃處理。
結(jié)束圖8所示的重新起動(dòng)處理程序時(shí)，控制部50將所有特征位均設(shè)定為斷開(kāi)。
C、效果若采用具有上述構(gòu)成的本實(shí)施例的電源系統(tǒng)15，由于在停止燃料電池60的發(fā)電時(shí)實(shí)施吹掃處理，掃除燃料電池60內(nèi)的燃料氣體，因而在燃料電池60停止發(fā)電期間燃料電池60所具有的基體材料84以及構(gòu)成被膜82、86的氫滲透性金屬層不會(huì)發(fā)生氫脆化。此處，在燃料電池60停止發(fā)電時(shí)，根據(jù)表示電源系統(tǒng)15的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息(起動(dòng)開(kāi)關(guān)的通、斷、換檔位置等)以及反映電源系統(tǒng)15所需電力變化的信息(加速踏板的開(kāi)度、制動(dòng)器的通斷等)，決定是否進(jìn)行吹掃處理，在預(yù)測(cè)為發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)較短的條件下，不進(jìn)行吹掃處理而選擇休止模式。因此，在停止后的短時(shí)間內(nèi)重新開(kāi)始發(fā)電(重新起動(dòng))時(shí)，由于在燃料電池60內(nèi)保持了燃料氣體，因而可立即獲得所需電力，通過(guò)縮短重新起動(dòng)時(shí)間可抑制重新起動(dòng)時(shí)的能耗。
此外，電源系統(tǒng)15，參照輸出要求及車速、加速踏板的開(kāi)度等反映燃料電池系統(tǒng)20的發(fā)電效率的信息，在發(fā)電效率差的條件下，通過(guò)將燃料電池系統(tǒng)20設(shè)定為休止模式，從二次電池22獲得電力。這樣即可高效運(yùn)轉(zhuǎn)電源系統(tǒng)15。
此外，在電源系統(tǒng)15中，即使應(yīng)停止燃料電池60發(fā)電的其它條件成立，在二次電池22的殘余容量處于規(guī)定值以下時(shí)，也并不使燃料電池系統(tǒng)20馬上停止，而是用燃料電池60對(duì)二次電池22充電之后才使之停止。由此，在燃料電池系統(tǒng)重新起動(dòng)時(shí)，可從二次電池22獲得所需的電力。
還有，在電源系統(tǒng)15中，使燃料電池60停止發(fā)電時(shí)，在重整催化劑溫度超過(guò)規(guī)定溫度時(shí)，不進(jìn)入停止模式，而是選擇休止模式。因此，在重整器64保持可立即起動(dòng)的溫度期間，重新起動(dòng)時(shí)可立即進(jìn)行發(fā)電。此外，也可參照重整器64以外的部位上的溫度，在構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)20的部位中、在規(guī)定高溫下動(dòng)作的燃料電池60以外部位的狀態(tài)處于可立即動(dòng)作的期間，均可設(shè)定為不進(jìn)行吹掃處理。這樣即可避免發(fā)生僅僅因?yàn)檫M(jìn)行了吹掃處理而使重新起動(dòng)動(dòng)作延遲的情況。
此外，在電源系統(tǒng)15中，即便在開(kāi)始了吹掃處理之后，一旦重新起動(dòng)處理特征位接通，則起動(dòng)重新起動(dòng)處理程序，吹掃處理停止。此處，重新起動(dòng)特征位是根據(jù)起動(dòng)開(kāi)關(guān)接通、換檔位置處于P或N以外、車速、加速踏板的開(kāi)度、輸出要求在規(guī)定值以上、制動(dòng)器斷開(kāi)，設(shè)定為接通的。也就是說(shuō)，當(dāng)用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車10的操作部的操作狀態(tài)成為表示駕駛員想要驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車10的狀態(tài)時(shí)，重新起動(dòng)處理特征位設(shè)定為接通。因此，當(dāng)駕駛員打算驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車10時(shí)，可迅速處于可從燃料電池60獲得所需電力的狀態(tài)。
此處，在圖5中設(shè)定為，在表示駕駛員想要驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車10的步驟S110～S130的條件全部滿足時(shí)，將重新起動(dòng)特征位設(shè)定為接通，停止吹掃處理，但也可設(shè)定為至少其中某個(gè)條件得到滿足時(shí)停止吹掃處理。此外，在實(shí)施吹掃處理期間，出現(xiàn)表示上述駕駛員想要驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車10的狀態(tài)的情況下，溫度傳感器69所檢測(cè)出的燃料電池60的溫度處于燃料電池的發(fā)電效率差的規(guī)定低溫時(shí)，也可設(shè)定為仍然繼續(xù)進(jìn)行吹掃處理。若設(shè)定為此種構(gòu)成，即不會(huì)出現(xiàn)因燃料電池60處于低溫而造成系統(tǒng)能效變差的情況，可從二次電池22獲得所需電力。
D、變形例本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例及實(shí)施方式，在不超出本發(fā)明要點(diǎn)的范圍內(nèi)，能以多種方式實(shí)施，例如可做下述變形。
(1)在上述實(shí)施例中，是在燃料電池60停止發(fā)電時(shí)，判斷是否進(jìn)行吹掃處理的，但也可設(shè)定為不同的構(gòu)成。例如，也可設(shè)定為在停止發(fā)電時(shí)，首先不進(jìn)行吹掃處理，而選擇休止模式，然后，再判斷是否過(guò)渡到停止模式?；蛘?，也可設(shè)定為進(jìn)入休止模式后一經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間即過(guò)渡到停止模式。
(2)在上述實(shí)施例中設(shè)定為燃料電池60是固體電解質(zhì)型電池，但是其它種類的燃料電池也可使用本發(fā)明。如果是配置氫滲透性金屬層的燃料電池，通過(guò)使用本發(fā)明，停止發(fā)電時(shí)實(shí)施與吹掃處理有關(guān)的控制，可獲得同樣的效果。配置氫滲透性金屬層的燃料電池，例如可設(shè)定為固體高分子型燃料電池。
圖9是表示構(gòu)成作為變形例的固體高分子型燃料電池的單體電池180的結(jié)構(gòu)的剖面模式圖。單體電池180與實(shí)施例相同，具有用氣體分離器87、88夾持電解質(zhì)部分81的結(jié)構(gòu)。在氣體分離器87和電解質(zhì)部分181之間，形成氧化氣體通過(guò)的氧化氣體流路。此外，在氣體分離器88和電解質(zhì)部分181之間形成燃料氣體通過(guò)的燃料氣體流路。
電解質(zhì)部分181具有用氫滲透性致密金屬層夾持由固體高分子膜形成的電解質(zhì)層185的兩面的多層結(jié)構(gòu)。電解質(zhì)層185可用例如ナフイオン(注冊(cè)商標(biāo))膜等。在電解質(zhì)層185的陽(yáng)極一側(cè)的面上，設(shè)有鈀(Pd)的致密層186。在陰極一側(cè)設(shè)有釩—鎳合金(V-Ni)的致密層184。在致密層184的陰極一側(cè)上還設(shè)有Pd的致密層182。
電解質(zhì)層185含有水分，因含有水分而顯示出質(zhì)子傳導(dǎo)性。如上所述，由于電解質(zhì)層185的兩面被致密層184、186夾持，因而可很好地保持電解質(zhì)層185內(nèi)的水分。這樣一來(lái)，通過(guò)采用可保持固體高分子膜的水分的結(jié)構(gòu)，由單體電池180構(gòu)成的燃料電池，可實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有的固體高分子型燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度更高的200～600℃下的運(yùn)轉(zhuǎn)。
作為通過(guò)在電解質(zhì)層的兩面上形成氫滲透性金屬層，保持含水電解質(zhì)層的水分類型的燃料電池中的電解質(zhì)層，除固體高分子膜之外，也可設(shè)定為使用雜聚物系及含水β氧化鋁系等陶瓷、玻璃、以及使氧化鋁系中含水的膜。
(3)在實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)20中，是將陰極氣體提供給重整器64的，但也可采用不同的構(gòu)成。提供給重整器64的氧氣也可設(shè)定為通過(guò)另外的途徑從外部取得空氣。此外，吹掃處理時(shí)用于掃除燃料氣體的氣體也可使用空氣以外的氣體。
(4)在實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)20中，是將用重整器64從重整原料中生成的重整氣體作為燃料氣體提供給燃料電池60的，但也可采用不同的構(gòu)成。例如，也可設(shè)置儲(chǔ)存高純度氫氣的氫氣儲(chǔ)存部，將該氫氣作為燃料氣體使用。氫氣儲(chǔ)存部可設(shè)定為氫氣泵及內(nèi)部配置氫氣吸留合金的氫氣罐。在此情況下，使用本發(fā)明也可獲得同樣的效果。
(5)上述實(shí)施例的電源系統(tǒng)15配置了二次電池22，但是在未配置二次電池的電源系統(tǒng)中也可使用本發(fā)明。
(6)在上述實(shí)施例中，是將電源系統(tǒng)15作為電動(dòng)汽車10的驅(qū)動(dòng)電力源使用的，但也可作為其它移動(dòng)體的驅(qū)動(dòng)電力源使用。此外，也可將電源系統(tǒng)15作為固定型的電力供給裝置使用。
權(quán)利要求
1.一種輸出電力的電源系統(tǒng)，其中，包括燃料電池，包括具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)層和與該電解質(zhì)層接合的氫滲透性金屬層；燃料氣體供給部，向上述燃料電池的陽(yáng)極一側(cè)提供含有氫氣的燃料氣體；吹掃氣體供給部，向上述燃料電池的陽(yáng)極一側(cè)提供不含氫氣的吹掃氣體；以及吹掃控制部，在上述燃料電池停止發(fā)電后，驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部，用上述吹掃氣體置換上述燃料電池內(nèi)的上述燃料氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，還包括吹掃判斷部，在上述燃料電池停止發(fā)電后，判斷是否符合應(yīng)向上述燃料電池的陽(yáng)極一側(cè)提供吹掃氣體的條件；和吹掃控制部，當(dāng)上述吹掃判斷部判斷為符合上述吹掃條件時(shí)，則驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部，用上述吹掃氣體置換上述燃料電池內(nèi)的上述燃料氣體；當(dāng)上述吹掃判斷部判斷為不符合上述吹掃條件時(shí)，則不驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源系統(tǒng)，其中，由上述吹掃判斷部根據(jù)表示上述電源系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的規(guī)定信息和/或反映上述電源系統(tǒng)所需電力變化的規(guī)定信息，來(lái)判斷是否符合上述吹掃條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源系統(tǒng)，其中，當(dāng)在上述燃料電池停止發(fā)電后經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)，上述吹掃控制部驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的電源系統(tǒng)，其特征在于，還包括燃料氣體升壓部，用于在上述燃料電池停止發(fā)電期間的、未驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部時(shí)，提高在上述燃料電池內(nèi)形成的上述燃料氣體流路中的上述燃料氣體的壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源系統(tǒng)，其中，上述燃料氣體升壓部驅(qū)動(dòng)上述燃料氣體供給部，以提供上述燃料氣體；并且封閉上述燃料氣體流路的出口部，以提高上述燃料氣體的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，其中，還包括溫度檢測(cè)部，構(gòu)成上述電源系統(tǒng)，并在上述燃料電池進(jìn)行發(fā)電時(shí)，檢測(cè)升溫至規(guī)定高溫而進(jìn)行動(dòng)作的規(guī)定部位的溫度；上述吹掃判斷部，在上述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的上述溫度在規(guī)定值以下時(shí)，判斷為符合上述吹掃條件。
8.一種燃料電池系統(tǒng)，是權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電源系統(tǒng)，其中，在驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部后，當(dāng)上述燃料電池開(kāi)始發(fā)電時(shí)，上述燃料氣體供給部將超過(guò)與上述燃料電池應(yīng)發(fā)電力對(duì)應(yīng)量的燃料氣體提供給上述燃料電池。
9.一種電源系統(tǒng)，是權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述燃料電池應(yīng)發(fā)電力在規(guī)定值以下時(shí)，則上述燃料氣體供給部提供超過(guò)與上述應(yīng)發(fā)電力對(duì)應(yīng)量的燃料氣體；當(dāng)上述應(yīng)發(fā)電力超過(guò)上述規(guī)定值時(shí)，則提供與上述應(yīng)發(fā)電力對(duì)應(yīng)量的燃料氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)是一種還包括二次電池的電源系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電源系統(tǒng)，還包括檢測(cè)上述二次電池的殘余容量的殘余容量檢測(cè)部；當(dāng)上述殘余容量在規(guī)定值以下時(shí)，在上述燃料電池停止發(fā)電的動(dòng)作之前，利用上述燃料電池對(duì)上述二次電池進(jìn)行充電。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，還包括二次電池和取得對(duì)上述電源系統(tǒng)的輸出要求的輸出要求取得部；當(dāng)上述輸出要求取得部所取得的上述輸出要求在規(guī)定值以下時(shí)，上述吹掃判斷部判斷為不符合上述吹掃條件，并且從上述二次電池輸出電力。
13.一種移動(dòng)體，其中，作為驅(qū)動(dòng)能源裝載有權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的電源系統(tǒng)。
14.一種移動(dòng)體，其中，作為驅(qū)動(dòng)能源裝載有權(quán)利要求2所述的電源系統(tǒng)，并且還包括可用于驅(qū)動(dòng)上述移動(dòng)體的規(guī)定的起動(dòng)開(kāi)關(guān)；上述吹掃控制部，在上述起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)而使上述燃料電池停止發(fā)電之后，當(dāng)經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)，則驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部。
15.一種移動(dòng)體，其中，作為驅(qū)動(dòng)能源裝載有權(quán)利要求3所述的電源系統(tǒng)，并且還包括可用于驅(qū)動(dòng)上述移動(dòng)體的規(guī)定的起動(dòng)開(kāi)關(guān)；上述吹掃判斷部，在上述起動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，判斷為符合上述吹掃條件。
16.一種移動(dòng)體，其中，作為驅(qū)動(dòng)能源裝載有權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的電源系統(tǒng)，并且還包括取得用于驅(qū)動(dòng)上述移動(dòng)體的操作部的操作狀態(tài)的操作狀態(tài)取得部；上述吹掃控制部，在上述燃料電池停止時(shí)驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部以后，當(dāng)上述操作狀態(tài)取得部取得上述操作狀態(tài)時(shí)，使上述吹掃氣體供給部停止。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的移動(dòng)體，其中，上述電源系統(tǒng)還包括檢測(cè)上述燃料電池溫度的溫度檢測(cè)部和作為上述移動(dòng)體的其他驅(qū)動(dòng)能源的二次電池；上述吹掃控制部，在上述溫度檢測(cè)部檢測(cè)的上述燃料電池溫度在規(guī)定值以下時(shí)，驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部之后，當(dāng)上述操作狀態(tài)取得部取得上述操作狀態(tài)時(shí)，仍繼續(xù)驅(qū)動(dòng)上述吹掃氣體供給部。
18.一種燃料電池系統(tǒng)的停止方法，其中，包括下述工序(a)當(dāng)向燃料電池的陽(yáng)極一側(cè)提供含有氫氣的燃料氣體而使上述燃料電池進(jìn)行發(fā)電時(shí)，取得上述燃料電池的停止條件的工序，其中所述燃料電池包括具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)層和與該電解質(zhì)層接合的氫滲透性金屬層；(b)在上述(a)工序中取得上述停止條件后，作為上述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，從將上述燃料氣體保持在上述燃料電池內(nèi)的上述燃料氣體流路內(nèi)而停止發(fā)電的休止模式和不將上述燃料氣體保持在上述燃料電池內(nèi)的上述燃料流路內(nèi)而停止發(fā)電的停止模式中選擇任意一種運(yùn)轉(zhuǎn)模式的選擇工序；以及(c)在選擇上述停止模式時(shí)，向上述燃料電池內(nèi)的上述燃料氣體流路內(nèi)提供不含氫氣的吹掃氣體的工序。
全文摘要
燃料電池(60)配置了具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)，并且配置了可與電解質(zhì)接合的氫滲透性金屬層。燃料電池(60)發(fā)電時(shí)，可將重整器(64)生成的重整氣體作為燃料氣體提供給燃料電池(60)的陽(yáng)極。此外，當(dāng)燃料電池(60)停止發(fā)電時(shí)，可將鼓風(fēng)機(jī)(67)提供的空氣提供給燃料電池(60)的陽(yáng)極，用空氣置換燃料電池(60)內(nèi)的燃料氣體。
文檔編號(hào)B60L11/10GK1875513SQ20048003271
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者青山智, 增井孝年, 井口哲, 荻野溫, 木村憲治, 佐藤博道, 飯島昌彥, 伊藤直樹(shù), 伊澤康浩 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社