專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)和方法，具體而言，本發(fā)明涉及能夠把從燃料電池中排出的廢氣中的水收集起來以便重新利用的燃料電池系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在用于車輛例如電動(dòng)汽車的燃料電池系統(tǒng)中，人們提出了這樣一種結(jié)構(gòu)從燃料電池的廢氣中收集產(chǎn)物水并且對(duì)水進(jìn)行增濕以便重新利用。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開2001-23678公開了一種燃料電池系統(tǒng)。這種燃料電池系統(tǒng)包括收集從燃料電池中排出的廢氣中的水的冷凝器；儲(chǔ)存收集到的水的水箱；以及利用來自水箱中的水重整甲醇的重整裝置。利用這種結(jié)構(gòu)，根據(jù)從冷凝器中排出的廢氣的溫度計(jì)算出平衡工作壓力，該壓力使得在燃料電池系統(tǒng)中水平衡處于平衡狀態(tài)，允許燃料電池在上述這種平衡工作壓力范圍內(nèi)的工作壓力下進(jìn)行工作。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開H5-74477公開了一種用于燃料電池發(fā)電裝置的功率輸出限制設(shè)備。這種燃料電池發(fā)電裝置的輸出限制設(shè)備包括用作廢熱去除單元的冷卻塔，檢測出在冷卻塔空氣入口處的大氣溫度。功率輸出上限值信號(hào)發(fā)生器由大氣溫度計(jì)算出功率輸出上限值。功率輸出上限值對(duì)應(yīng)于引起在燃料電池發(fā)電裝置中產(chǎn)生余熱的熱量以及將平衡的冷卻塔的最大熱輻射性能。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開H8-250130公開了一種裝配有多孔型雙極板的燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容
然而，本發(fā)明人進(jìn)行了大量的研究和研制工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開2001-23678中公開的燃料電池系統(tǒng)，為了獲得大量的功率輸出，同時(shí)確保在任何時(shí)間的平均工作壓力以便維持在平衡條件下的水平衡，必須達(dá)到相當(dāng)大的熱輻射。具體而言，考慮到大氣溫度處于高值的情況，散熱器不能在空氣和水之間存在溫度差，因此，必須準(zhǔn)備具有大的熱輻射系數(shù)的散熱器，從而增加了冷卻系統(tǒng)的體積和重量。
也就是說，當(dāng)向其中結(jié)構(gòu)組件部分的尺寸受到限制的車輛提供這種燃料電池系統(tǒng)時(shí)，困難就出現(xiàn)了，這時(shí)很難制定出一種方案以便成功地將這種大尺寸的冷卻系統(tǒng)裝入車輛中。然而，在這種情況下，如果放棄了利用小容量的冷卻系統(tǒng)有效地收集水的嘗試，就必須降低燃料電池系統(tǒng)的工作壓力，這就留下了在危急情況下的隱患，在此危急情況下，在補(bǔ)充了導(dǎo)電性相當(dāng)?shù)颓铱捎眯圆畹募兯耐瑫r(shí)車輛繼續(xù)著它的行程。并且，利用這種具有小容量的系統(tǒng)，如果當(dāng)大氣溫度處于高值時(shí)仍然迫使燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行工作以產(chǎn)生高的功率輸出，燃料電池的溫度不可避免地朝著在可允許限定值之外的過高值增加。
此外，在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開H5-74477公開的燃料電池發(fā)電裝置的功率輸出限制設(shè)備按如下構(gòu)成當(dāng)大氣溫度超過了在此值下很難再獲得有效的熱輻射的給定值時(shí)，限制燃料電池發(fā)電裝置的功率輸出。如果把這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于車輛，很顯然，當(dāng)處于仲夏季節(jié)，在任何時(shí)候都需要限定燃料電池的功率輸出最大值，結(jié)果損害了車輛的功率性能，這就導(dǎo)致了不能達(dá)到迅速加速等要求。
本發(fā)明是在以上研究的基礎(chǔ)上完成的，本發(fā)明的目的是提供燃料電池系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法不需要提供純水，同時(shí)限制了冷卻系統(tǒng)尺寸和重量的增加，提供了對(duì)于車輛的普遍適用性，并且即使在高的大氣溫度下，該系統(tǒng)和方法也能夠在不限制燃料電池的功率輸出的條件下滿足迅速加速的要求。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，燃料電池系統(tǒng)包括提供有包括氫的氣體和包括氧的氣體的燃料電池；利用水槽中的水對(duì)包括氫的氣體和包括氧的氣體中的一種或兩種進(jìn)行加濕的加濕機(jī)構(gòu)；從燃料電池中收集水的水收集機(jī)構(gòu)，由水收集機(jī)構(gòu)收集的水返回到水槽；檢測大氣溫度的大氣溫度傳感器；以及執(zhí)行高溫控制的控制器，以便當(dāng)由大氣溫度傳感器檢測到的大氣溫度超過一定溫度時(shí)、增加包括將排出到燃料電池系統(tǒng)外部的蒸汽的廢氣。
換句話說，燃料電池系統(tǒng)包括提供有包括氫的氣體和包括氧的氣體的燃料電池；利用水槽中的水對(duì)包括氫的氣體和包括氧的氣體中的一種或兩種進(jìn)行加濕的加濕裝置；從燃料電池中收集水的水收集裝置，由水收集裝置收集的水返回到水槽；檢測大氣溫度的大氣溫度檢測裝置；以及執(zhí)行高溫控制的控制裝置，以便當(dāng)由大氣溫度檢測裝置檢測到的大氣溫度超過一定溫度時(shí)增加包括將排出到燃料電池系統(tǒng)外部的蒸汽的廢氣。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種控制燃料電池系統(tǒng)的方法，包括向燃料電池提供包括氫的氣體和包括氧的氣體；利用水槽中的水對(duì)包括氫的氣體和包括氧的氣體中的一種或兩種進(jìn)行加濕；收集來自燃料電池的水，將所收集的水循環(huán)至水槽；檢測大氣溫度；以及執(zhí)行高溫控制，以便當(dāng)檢測到的大氣溫度超過一定溫度時(shí)、增加包括將排出到燃料電池系統(tǒng)外部的蒸汽的廢氣。
根據(jù)結(jié)合附圖的下面的描述，本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和益處將更為顯而易見。


圖1是描述安裝有根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車的整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是在第一實(shí)施例的圖1中所示的燃料電池系統(tǒng)的控制框圖；圖3是描述在第一實(shí)施例的圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中根據(jù)水槽水位Lw、燃料電池工作壓力的目標(biāo)值Pfc1的圖形的示圖。
圖4是描述在第一實(shí)施例的圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中當(dāng)水位保持在低位時(shí)，根據(jù)大氣溫度Tatm，燃料電池的功率輸出高位值Pwlim的圖形的示圖。
圖5是描述在第一實(shí)施例的圖1中所示的燃料電池系統(tǒng)中當(dāng)壓力保持在建立水平衡的值時(shí)，根據(jù)大氣溫度Tatm，散熱器的輻射熱量QR。
圖6是描述在第一實(shí)施例的圖1中所示的燃料電池系統(tǒng)中當(dāng)水位保持在正常水平時(shí)，根據(jù)大氣溫度Tatm，決定于負(fù)載的、燃料電池的工作壓力的上限值Pfclim的圖形的示圖；圖7是用于描述第一實(shí)施例的圖1中所示的燃料電池系統(tǒng)的基本操作程序的總流程圖；圖8是描述安裝有根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車的整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖9是用于描述第二實(shí)施例的圖8中所示的燃料電池系統(tǒng)的基本操作程序的總流程圖；圖10是用于描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的基本操作程序的總流程圖；以及圖11是描述第三實(shí)施例的圖10中所示的基本操作程序的時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式
下面，為了更詳細(xì)地描述本發(fā)明，參考

本發(fā)明的各實(shí)施例。并且，各實(shí)施例分別結(jié)合例子進(jìn)行描述，在各例中，燃料電池系統(tǒng)及其相關(guān)方法提供到燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車。
(第一實(shí)施例)首先，參考圖1至7詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)及其相關(guān)方法。
圖1是描述裝配有根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)S的燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車10的總體結(jié)構(gòu)的總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。并且，圖1中所示的換低檔(kick down)信號(hào)KD不用在本實(shí)施例中，而是用在下面將要描述的第三實(shí)施例中。
在圖1中，重整裝置13進(jìn)行蒸汽重整甲醇，該重整裝置利用從水槽19經(jīng)過線路21提供的純水對(duì)由燃料槽15經(jīng)過線路17提供的燃料進(jìn)行重整，從而得到含氫重整氣體，然后，該重整氣體通過線路23供應(yīng)給燃料電池29。并且，重整裝置13可以是如下的一種類型這種重整裝置通過對(duì)由壓縮機(jī)25經(jīng)過線路27提供的空氣和由燃料槽15經(jīng)過線路17提供的甲醇進(jìn)行部分氧化，由此生成重整氣體。在此關(guān)系中，應(yīng)注意蒸汽重整方法利用吸熱反應(yīng)，部分氧化利用放熱反應(yīng)。
由重整裝置13經(jīng)過線路13提供的重整氣體和由壓縮機(jī)25經(jīng)過線路28提供的空氣被分別輸送給燃料電池29(燃料電池堆)的多對(duì)燃料電極29a和空氣電極29b，由此在重整氣體中所含的氫和空氣中所含的氧之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生直流電功率輸出。此處，在重整氣體中的所含的氫和在空氣中所含的氧在燃料電池29中沒有完全消耗，這些氣體分別經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥63，65輸送給燃燒室37，這些氣體的一部分保留在燃料電池29中。并且，要供應(yīng)到空氣電極29b的氣體不一定包括空氣，也可以是含氧的氣體。
燃燒室37用于燃燒留在重整氣體中的氫和留在空氣中的氧。并且，在燃燒室37中產(chǎn)生的燃燒反應(yīng)熱量有效蒸發(fā)在重整裝置13中的甲醇和純水，并由此用作吸熱反應(yīng)的熱源以進(jìn)行蒸汽重整，剩余的廢氣放到外部。
在水槽19中儲(chǔ)存的純水以這種方式進(jìn)行循環(huán)將純水作為冷卻水經(jīng)過鄰近各空氣電極29b設(shè)置的純水通道73引入至燃料電池29，接著，純水從從各空氣電極29b引入至中間熱交換器35，并隨后返回到水槽19。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，在提供給燃料電池29的重整氣體和空氣的任何一種或提供給燃料電池29的重整氣體和空氣的兩種和冷卻水之間經(jīng)過相應(yīng)的多孔雙極板(未示出)進(jìn)行水的交換。也就是說，純水通道73不僅有效地提供用于冷卻燃料電池29的冷卻水，而且還用作用于加濕供應(yīng)氣體的加濕機(jī)構(gòu)，同時(shí)用作水收集機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠?qū)⑼ㄟ^在燃料電池29中的氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)生成的部分產(chǎn)物水和用于加濕目的的水收集到冷卻水中。
此處，中間熱交換器35采取在純水通道73中的純水和LLC通道75中的LLC之間進(jìn)行熱交換的熱交換器形式。LLC通道75用于在中間熱交換器73和散熱器41之間循環(huán)LLC(長壽命冷卻劑防凍液)，把從中間熱交換器35的純水中獲得的熱量經(jīng)由散熱器41釋放到外部。并且，燃料電池29的冷卻線路包括純水通道73和LLC通道75，這兩條通道彼此分離，由此便于這些組件向車輛例如汽車的安裝，并且便于純水循環(huán)線路的防凍。
二次電池45存儲(chǔ)由燃料電池29產(chǎn)生的電功率輸出和在車輛借助電功率調(diào)節(jié)器49減速過程中由電動(dòng)機(jī)47產(chǎn)生的再生功率，并同時(shí)用于向燃料電池29的各種附件和電動(dòng)機(jī)47提供電功率輸出，在燃料電池系統(tǒng)S起動(dòng)的過程中和在車輛起動(dòng)加速的過程中電功率輸出是短缺的。
在由電動(dòng)機(jī)47消耗移動(dòng)電功率、由附件例如壓縮機(jī)25消耗附件電功率的情況下，重整裝置13和燃燒室37不能涵蓋由燃料電池29產(chǎn)生的電功率輸出，使電功率調(diào)節(jié)器49工作從而根據(jù)來自電功率控制器51輸出的控制信號(hào)從二次電池45向電動(dòng)機(jī)47和相關(guān)附件分配電功率輸出。并且，電功率控制器49內(nèi)部設(shè)有電壓傳感器和電流傳感器，分別用于檢測由燃料電池29產(chǎn)生的電功率輸出的電壓V和電流I，從而將檢測信號(hào)傳送給系統(tǒng)控制單元57。
電功率控制器51借助電功率調(diào)節(jié)器49對(duì)電功率輸出進(jìn)行分配，同時(shí)響應(yīng)加速器打開信號(hào)APO、借助電功率調(diào)節(jié)器49對(duì)將被提供到電動(dòng)機(jī)47的電功率輸出量進(jìn)行控制，此信號(hào)APO表示利用加速器位置傳感器55檢測出的加速器踏板53的增加位移量。并且，借助具有齒輪減速和差速齒輪功能的齒輪減速單元77，將電動(dòng)機(jī)47的輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)移至各驅(qū)動(dòng)輪的輪胎79，79，從而驅(qū)動(dòng)了燃料電池供電的汽車10。
壓力傳感器59設(shè)置在線路28中，檢測由壓縮機(jī)25提供給燃料電池29的空氣壓力PA，產(chǎn)生表示這種空氣壓力值的檢測信號(hào)，將此信號(hào)提供給系統(tǒng)控制單元57。此外，壓力傳感器61設(shè)置在線路23中，檢測由重整裝置13提供給燃料電池29的重整氣體壓力PR，產(chǎn)生由這種重整氣體壓力值表示的檢測信號(hào)，將此信號(hào)提供給系統(tǒng)控制單元57。
壓力調(diào)節(jié)閥63設(shè)置在燃料電池29和燃燒室37之間的線路62中，對(duì)將要從燃料電池29輸送給燃燒室37的廢重整氣體的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。同樣，壓力調(diào)節(jié)閥65設(shè)置在燃料電池29和燃燒室37之間的線路64中，對(duì)將要從燃料電池29輸送給燃燒室37的廢空氣的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
大氣溫度傳感器69檢測大氣溫度Tatm，由此生成大氣溫度信號(hào)，并傳送給系統(tǒng)控制單元57。
水位傳感器71設(shè)置在水槽19中，檢測其中存儲(chǔ)的純水的水位Lw，由此生成水槽水位信號(hào)，并傳送給系統(tǒng)控制單元57。
系統(tǒng)控制單元57監(jiān)測利用壓力傳感器59檢測出的空氣壓力值和利用壓力傳感器61檢測出的重整氣體壓力信號(hào)，以便調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥63，65的打開程度，由此控制燃料電池29的工作壓力。此外，系統(tǒng)控制單元57根據(jù)利用包含在功率調(diào)節(jié)器49中的電壓傳感器和電流傳感器分別檢測出的電壓V和電流I計(jì)算出燃料電池系統(tǒng)的工作負(fù)載。
此外，當(dāng)大氣溫度傳感器69檢測出大氣溫度等于或超過給定值時(shí)，系統(tǒng)控制單元57工作以進(jìn)行高溫控制，從而根據(jù)大氣溫度提高將被排出到燃料電池系統(tǒng)外部的蒸汽的流速，這樣就在高溫工作的過程中，通過從燃料電池29中排出包括大量蒸汽的廢氣，釋放出大量的蒸發(fā)熱量，由此實(shí)現(xiàn)了控制。
同時(shí)，將被提供到燃料電池29的空氣和重整氣體的氣壓(檢測出氣壓具有彼此大致相等的值并且該氣壓對(duì)應(yīng)于燃料電池29的工作壓力)越高，將被收集在燃料電池29中的水量就越大。與此相反，雖然隨著氣體壓力的降低、將收集的水量降低，但是收集水的減少量使得排出到外部的蒸汽引起含在其中的蒸汽和潛在熱量釋放出來，由此降低了燃料電池29的溫度。
此處，燃料電池系統(tǒng)這樣構(gòu)成空氣27和重整氣體23形成了將被供應(yīng)到燃料電池29的供應(yīng)氣體，利用設(shè)置在線路28，23中的壓力傳感器59，61分別檢測這兩種氣體的氣壓，分別設(shè)置在燃料電池29的廢氫線路62和廢空氣線路64中的壓力調(diào)節(jié)閥63，65的打開程度分別得以控制，由此把燃料電池29控制在給定的工作壓力下。
圖2表示系統(tǒng)控制單元57的框圖。
在圖2中，系統(tǒng)控制單元57具有執(zhí)行燃料電池29工作壓力控制的結(jié)構(gòu)并且根據(jù)大氣溫度傳感器69檢測出的值在高工作溫度下進(jìn)行控制。
尤其是，系統(tǒng)控制單元57包括功率輸出上限值計(jì)算部分101、選擇-低電路102、開關(guān)103、壓力上限值計(jì)算部分104、比較器105、最初目標(biāo)值計(jì)算部分106和選擇-低電路107。
具體而言，輸出上限計(jì)算部分101參照大氣溫度-功率輸出上限值圖計(jì)算燃料電池29的功率輸出上限值PWlim，大氣溫度-功率輸出上限值圖存儲(chǔ)根據(jù)大氣溫度Tatm燃料電池29的功率輸出上限值PWlim(正如下面在圖4中所示的那樣)。選擇-低電路102產(chǎn)生功率輸出上限值PWlim和所需功率輸出PWd之中的一個(gè)小值。開關(guān)103用于在選擇-低電路102的輸出和所需功率輸出PWd之間進(jìn)行開關(guān)，允許輸出燃料電池功率輸出PWg。此處，比較器105對(duì)水槽水位Lw和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器M中作為給定閾值的水位最小值Lw進(jìn)行比較，當(dāng)水位Lw超過下限值Lwlow時(shí)，讓開關(guān)103選擇所需的功率輸出PWd，同時(shí)將選擇信號(hào)SC傳送給開關(guān)103，以便當(dāng)水位Lw低于下限值Lwlow時(shí)選擇輸出選擇-低電路102。這種水位下限值Lwlow表示對(duì)應(yīng)于經(jīng)由燃料電池29循環(huán)所需的最小水體積的水位，以便讓燃料電池29在沒有任何基本障礙的條件下進(jìn)行工作。壓力上限值計(jì)算部分104參考大氣溫度-壓力上限值圖計(jì)算出燃料電池29的壓力上限值Pfclim(正如下面將要描述的圖6中所示出的那樣)，大氣溫度-壓力上限值圖根據(jù)燃料電池29的功率輸出PWg和大氣溫度Tatm存儲(chǔ)燃料電池29的壓力上限值Pfclim。最初目標(biāo)值計(jì)算部分106參照水槽水位-工作壓力圖計(jì)算出燃料電池29的工作壓力的最初目標(biāo)值Pfc1(正如下面將要描述的圖3中所示出的那樣)，水槽水位-工作壓力圖根據(jù)水槽水位Lw存儲(chǔ)工作壓力的最初目標(biāo)值Pfcl.并且，選擇-低電路107選擇工作壓力的壓力上限值Pfclim和最初目標(biāo)值Pfc1之中較小的一個(gè)值作為工作壓力控制目標(biāo)值Pfc。
因此，系統(tǒng)控制單元57進(jìn)行工作，按照如以上方式所獲得的工作壓力控制目標(biāo)值Pfc，通過分別控制設(shè)置在廢氫線路62和廢空氣線路64中的壓力調(diào)節(jié)閥63，65的打開程度來控制燃料電池29的工作壓力。
并且，將燃料電池功率輸出PWg傳送給電功率控制器51，控制器51按照燃料電池功率輸出PWg作出響應(yīng)，從而借助電功率調(diào)節(jié)器49分配電功率輸出。
圖3示出水槽水位-工作壓力圖，此圖存儲(chǔ)根據(jù)水槽水位Lw的工作壓力的最初目標(biāo)值Pfc1。此圖設(shè)計(jì)成根據(jù)水槽19的水位Lw確定燃料電池29的工作壓力的最初目標(biāo)值Pfc1，這樣，水槽19的水位越低，燃料電池29的工作壓力就越高，從而增加收集的水量。另一方面，水槽19的水位越高，燃料電池的工作壓力就越低，結(jié)果降低了壓縮機(jī)25的載荷量，從而提高了燃料電池系統(tǒng)的效率。并且，在通常的實(shí)踐過程中，測定燃料電池29的工作壓力PO，在水槽19的目標(biāo)水位Lwt建立起收集水的平衡，此目標(biāo)水位Lwt根據(jù)燃料電池29的工作壓力的最初目標(biāo)值Pfc1預(yù)先指定，從而在非常接近于目標(biāo)水位Lwt的值處建立起水平衡。同樣，在圖中，大氣壓力表示為Patm。
圖4表示大氣溫度-功率輸出上限值圖，此圖根據(jù)大氣溫度Tatm存儲(chǔ)燃料電池29的功率輸出上限值PWlim。將此圖設(shè)計(jì)成確定功率輸出限定值，即，在不會(huì)引起水平衡短缺和變?yōu)樨?fù)量的燃料電池29的工作壓力PO下，根據(jù)大氣溫度Tatm的燃料電池29的功率輸出上限值Pwlim。此處，燃料電池29的額定功率輸出表示為PWR，大氣溫度Tatm的限定值表示為Tlim，此大氣溫度Tatm能夠在建立起水槽19的水平衡時(shí)產(chǎn)生額定功率輸出PWR，防止水的體積降低。如果大氣溫度超過限定值Tlim，就把功率輸出限定值Pwlim降到比額定功率輸出PWR更低的值。并且，在圖5中，根據(jù)大氣溫度Tatm繪出散熱器41的輻射熱量QR。如圖5中所示，大氣溫度Tatm的限制值表示為Tlim，此大氣溫度Tatm的限制值能夠在建立起水槽19的水平衡時(shí)產(chǎn)生額定功率輸出PWR，防止水的體積降低；對(duì)應(yīng)于這種額定功率輸出PWR的散熱器41的輻射熱量表示為QO。
圖6表示大氣溫度-壓力上限值圖，該圖根據(jù)燃料電池29的功率輸出(工作負(fù)載)和大氣溫度Tatm存儲(chǔ)壓力上限值Pfclim，該值相應(yīng)于燃料電池29的工作壓力上限。在此圖中，這樣確定燃料電池29的壓力上限值Pfclim大氣溫度Tatm越高，壓力上限值越低；燃料電池29的功率輸出(工作負(fù)載)PWg越大，工作壓力上限值越低。并且，在圖中，大氣溫度Tatm的限定值表示為Tlim，此大氣溫度Tatm能夠在建立起水槽19的水平衡時(shí)產(chǎn)生額定功率輸出PWR，防止水的體積降低；燃料電池29的工作壓力表示為PO，該工作壓力不會(huì)引起水平衡的短缺和變?yōu)樨?fù)量，在燃料電池29硬件的設(shè)計(jì)中工作壓力的上限表示為PD。
并且，在系統(tǒng)控制單元57中所采用的各種圖采用來自預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(未示出)中的那些圖中，上述存儲(chǔ)器內(nèi)設(shè)于系統(tǒng)控制單元57中。
現(xiàn)在，參考圖7描述本實(shí)施例的工作過程，圖7表示用于描述利用系統(tǒng)控制單元57控制燃料電池29的的基本工作程序的總流程圖。并且，應(yīng)注意，利用系統(tǒng)控制單元57執(zhí)行這種控制，對(duì)于每次循環(huán)以固定的時(shí)間間隔(例如，10ms)。
在圖7中，在步驟S10開始時(shí)，系統(tǒng)控制單元57分別檢測大氣溫度Tatm、水槽水位Lw和所需功率輸出PWd。此處，所需功率輸出PWd表示汽車所需要的燃料電池29的功率輸出，根據(jù)由加速度打開信號(hào)APO表示的加速度需求和二次電池45的充電狀態(tài)(SOC)、利用電功率控制器51計(jì)算出來，隨后將所需功率輸出PWd傳送給系統(tǒng)控制單元57。
在下一個(gè)步驟S12中，利用比較器150對(duì)水槽19的水位Lw和給定下限值Lwlow進(jìn)行比較，鑒別水槽19的水位Lw是否超過下限值Lwlow。并且，如果水位超過給定下限值Lwlow，操作進(jìn)行至步驟S14。
也就是說，在步驟S12中，如果鑒別出水槽水位超過給定下限值Lwlow，那么在步驟S14中，操作開關(guān)103，使燃料電池29產(chǎn)生與所需功率輸出PWd相同量的功率輸出PWg。
然后在步驟S20中，參照?qǐng)D3所示的圖形，利用最初目標(biāo)計(jì)算部分106確定燃料電池29的工作壓力Pfc，能夠根據(jù)水槽水位Lw檢索燃料電池29的工作壓力的最初目標(biāo)值Pfcl。
在下一步驟S22中，參考圖6中所示的圖形，利用壓力上限計(jì)算部分104確定燃料電池29的工作壓力Pfc，允許燃料電池29的壓力上限值Pfclim得以檢索，此壓力上限值Pfclim以熱的方式落入工作壓力的上限內(nèi)。
在下一步驟S24中，利用選擇-低電路107對(duì)在步驟S20中獲得的燃料電池29的工作壓力的最初目標(biāo)值Pfc1和在步驟S22中獲得的、以熱的方式形成上限的燃料電池29的壓力上限值Pfclim進(jìn)行選擇，選出其中較小的一個(gè)值，由此確定燃料電池的工作壓力Pfc。也就是說，系統(tǒng)控制單元57用于確定燃料電池29的壓力上限值Pfclim，該值形成熱上限，根據(jù)在步驟S20中確定的最初目標(biāo)值Pfc1提供上限值。這是鑒于以下事實(shí)，在燃料電池29的工作壓力方面的增加從而收集水的情況導(dǎo)致了由燃料電池29產(chǎn)生的熱量方面的增加，因此，如果在燃料電池29中的熱量達(dá)到了等于或超過散熱器41的輻射熱量限制的值，那么燃料電池29就要遭受在允許值之外的過度溫度提升。為了提前預(yù)防這一問題，將壓力上限值Pfclim確定成不超過散熱器41的輻射熱量限制，根據(jù)大氣溫度Tatm和燃料電池29的工作負(fù)載將該上限提供給最初目標(biāo)值Pfc1。
在下一個(gè)步驟S26中，系統(tǒng)控制單元57用于調(diào)整壓力調(diào)節(jié)閥63，65的打開程度，讓燃料電池系統(tǒng)在由步驟S24中獲得的燃料電池29的工作壓力Pfc下進(jìn)行工作。
也就是說，在這種情況下，如果大氣溫度保持在典型在上限值Tlim之外的高溫下，就進(jìn)行高溫控制，使工作壓力下降到一區(qū)域內(nèi)，根據(jù)燃料電池29的工作負(fù)載使得水平衡負(fù)向偏移，從而增加將要排出到燃料電池系統(tǒng)之外的蒸汽量，避免溫度提升。同樣，在選擇情況下，不僅利用壓力調(diào)節(jié)閥63，65而且還利用壓縮機(jī)25或燃燒室37對(duì)工作壓力進(jìn)行控制。
相反，在步驟S12中，如果鑒別出水槽水位下降至等于或低于下限值Lwlow，操作進(jìn)行至S16。
在步驟S16中，參照?qǐng)D4的圖表，利用功率輸出上限計(jì)算部分101，根據(jù)大氣溫度Tatm，檢索功率輸出上限值Pwlim，該值是當(dāng)燃料電池29在工作壓力PO下工作時(shí)不導(dǎo)致水平衡向負(fù)向偏移的功率輸出上限。
在下一步驟S18中，采用選擇-低電路102，選擇出所需功率輸出PWd和在步驟S16中獲得的功率輸出上限值Pwlim中較小的一個(gè)值，因此，連續(xù)地采用開關(guān)103，以在步驟S18中選擇的值確定燃料電池29的功率輸出PWg。也就是說，如果所需要的功率輸出PWd超過功率輸出上限值PWlim，那么就將功率輸出PWg限制為等于功率輸出上限PWlim，而如果所需功率輸出PWd等于或低于功率輸出上限值，那么就控制功率輸出PWg從而保持在所需功率輸出PWd。
并且，操作進(jìn)行至步驟S20和隨后的步驟，連續(xù)地執(zhí)行與在步驟S12中對(duì)水槽水位超過下限值Lwlow進(jìn)行鑒別的情況的操作相同的操作。
也就是說，在這種情況下，將燃料電池29的壓力上限值Pfclim限制為一定值，其中根據(jù)功率輸出上限值PWlim在沒有熱影響問題的情況下建立起燃料電池29的功率輸出PWg，因此，不可能使燃料電池29的工作壓力降低至比能夠建立起水平衡的工作壓力PO更低的值，由此改善了水平衡。此外，在水槽的水位沒有保持在低值而是超過參考值的情況下，即使當(dāng)大氣溫度保持在高值時(shí)，工作壓力也會(huì)下降至其中水平衡落入負(fù)向范圍內(nèi)的區(qū)域。因此，雖然在燃料電池中的冷卻水以蒸汽的方式蒸發(fā)并排出到燃料電池系統(tǒng)之外從而逐步地降低水槽的水位，但是燃料電池也可以在相對(duì)高的負(fù)載下工作，甚至在大氣溫度保持在高值同時(shí)有效地防止燃料電池的溫度提升的情況下。
正如上面列出的那樣，根據(jù)本實(shí)施例，在沒有增加燃料電池系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的尺寸的情況下避免了水的損耗，盡可能地減小了功率輸出的降低，從而防止了燃料電池在可允許的限制值之外的過高溫度下工作。
(第二實(shí)施例)現(xiàn)在，參考附圖8和9詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)及其有關(guān)方法。
圖8是描述其中安裝了本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)S的燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車10的結(jié)構(gòu)的整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。第二實(shí)施例在結(jié)構(gòu)上與第一實(shí)施例的主要不同點(diǎn)在于采用熱函交換單元(enthalpy exchangeunit)(以下稱作ERD)，在下面的描述中相同的部分采用與第一實(shí)施例相同的參考標(biāo)記，適當(dāng)?shù)厥÷粤酥貜?fù)描述。
在圖8中，ERD 31設(shè)置在燃料電池29的空氣電極的空氣入口側(cè)和廢氣側(cè)。
ERD 31包括濕度交換型熱交換器，它在燃料電池29的廢氣和入口空氣的熱量和濕度之間提供熱交換。從燃料電池29排出的廢空氣借助廢空氣線路64直接通過ERD 31，廢空氣溫度降低，從而除去濕氣。在空氣入口側(cè)，從吹風(fēng)機(jī)125經(jīng)過線路28流入燃料電池29的空氣直接經(jīng)過ERD 31，這樣入口空氣溫度升高并加濕。
也就是說，這種ERD 31的出現(xiàn)能夠使從廢空氣去除的蒸汽返回到入口空氣，提供了有效收集水的可能性，這樣，燃料電池系統(tǒng)能夠以更可靠的方式工作，從而在沒有水的減少的情況下建立起水的平衡。
此外，在ERD 31的入口側(cè)處的燃料電池29的廢空氣線路64中設(shè)置三通閥33。在這種三通閥33上的轉(zhuǎn)換能夠使從燃料電池29排出的空氣繞過ERD 31直接輸送到燃燒室37。在空氣以這種方式繞過的情況下，由于沒有進(jìn)行熱函交換，從燃料電池29中排出的廢空氣在保持高溫和高濕的同時(shí)排放出來，因此，將要輸送到燃料電池29的空氣沒有加濕，入口空氣的溫度也沒有提高。
也就是說，即使結(jié)合有三通閥33的ERD 31的設(shè)置能夠減少將要收集的水量，隨著將要排出到燃料電池系統(tǒng)之外的蒸汽量的增加，將要從燃料電池29排出的廢空氣中去除的蒸汽量也會(huì)增加，相應(yīng)地提高了廢空氣的溫度和廢氣濕度。因此，增加了留在廢空氣中的熱量，到了這種程度，就降低了從燃料電池29經(jīng)過純水通道73去除的熱量，使得利用中間熱交換器35和散熱器41的燃料電池29的冷卻載荷量降低。
現(xiàn)在參考圖9描述本實(shí)施例的工作過程，圖9描述了采用系統(tǒng)控制單元57控制燃料電池29的基本工作程序的總流程圖。
在圖9中，首先在步驟S30中，檢測大氣溫度Tatm、水槽水位Lw和所需功率輸出PWd。
在下一步驟S32中，在根據(jù)大氣溫度建立水平衡時(shí)，假設(shè)采用ERD 31，參考圖4的圖形檢索能夠?qū)崿F(xiàn)熱輻射的功率輸出上限值PWlim。
在下一步驟S34中，對(duì)水槽水位Lw是否超過下限值Lwlow進(jìn)行鑒別。如果水槽水位Lw超過下限值Lwlow，操作進(jìn)行至步驟S36；如果水槽水位Lw等于或低于下限值Lwlow，那么操作進(jìn)行至步驟S44。
也就是說，在步驟S34中，如果鑒別出水槽水位Lw超過下限值Lwlow，那么在步驟S36中確定功率輸出PWg使其等于與所需功率輸出PWd相同的值，操作進(jìn)行至步驟S38。
然后在步驟S38中，對(duì)大氣溫度Tatm是否超過下限值Tlim進(jìn)行鑒別。如果大氣溫度Tatm超過下限值Tlim，即當(dāng)處于高溫時(shí)，操作進(jìn)行至步驟S40以執(zhí)行高溫控制；如果大氣溫度Tatm等于或低于下限值Tlim，操作進(jìn)行至步驟S46。
當(dāng)在步驟S38中，如果鑒別出工作溫度保持在高溫，那么在步驟S40中，對(duì)功率輸出PWg和功率輸出上限值PWlim進(jìn)行比較。如果功率輸出PWg超出功率輸出上限值PWlim，操作進(jìn)行至步驟S42；果功率輸出PWg等于或低于功率輸出上限值PWlim，那么操作進(jìn)行至步驟S46。
當(dāng)在步驟S40中，如果鑒別出功率輸出超過功率輸出上限值PWlim，那么在步驟S42中，轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥33使從燃料電池29排出的空氣繞過ERD 31，即使空氣不經(jīng)過ERD 31。
也就是說，在這種情況下，如果水槽水位超過給定值，即使在大氣溫度保持在高值并且燃料電池29遇到強(qiáng)烈的熱輻射的條件下，燃料電池29也可以產(chǎn)生最大功率輸出。
相反，如果在步驟S34中，水槽水位Lw等于或低于下限值Lwlow，操作進(jìn)行至步驟S44。在此步驟S44中，對(duì)所需功率輸出PWd和功率輸出上限值PWlim進(jìn)行比較，確定由燃料電池29產(chǎn)生的功率輸出使其等于這些變量中小的一個(gè)，使所限制的功率輸出量等于在熱確定條件下由燃料電池29產(chǎn)生的功率輸出PWg。
在下一步驟S46中，控制三通閥33，這樣，在沒有繞過ERD31的情況下讓由燃料電池29排出的空氣通過。
此外，雖然水槽水位超過下限值Lwlow，如果在步驟S38中，鑒別出大氣溫度Tatm等于或低于下限值Tlim，或者如果在步驟S40中，鑒別出所產(chǎn)生的功率輸出PWg等于或低于功率輸出上限值PWlim，在任一情況下操作進(jìn)行至步驟S46，由此控制三通閥33讓從燃料電池29排出的空氣不繞過ERD 31通過。
也就是說，在水槽水位超過給定值和大氣溫度超過散出熱限值的情況下，燃料電池29的功率輸出被限制在能夠建立起水平衡的范圍之內(nèi)，由此避免了水的損耗。相反，在大氣溫度不能保持在高溫并且不能超過輻射熱限值的情況下，按照通常方式收集水，此后增加了燃料電池的最大功率輸出。
根據(jù)以上所描述的本發(fā)明的實(shí)施例，散熱器可以設(shè)計(jì)成這樣的結(jié)構(gòu)對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言此結(jié)構(gòu)具有不能消減的最小熱輻射容量，結(jié)果使散熱器的尺寸和重量得以降低，由此提供了在車輛中改進(jìn)的安裝性能。此外，和第一實(shí)施例相比，第二實(shí)施例不需要控制燃料電池的工作壓力，相反第二實(shí)施例僅需要控制三通閥。因此不需要考慮工作壓力的穩(wěn)定性，可以把將工作壓力控制在最小值的困難程度減至最小。
(第三實(shí)施例)現(xiàn)在，參考圖10和圖11詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)及其有關(guān)方法。
雖然本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同，但是把通常表示駕駛員加速的換檔信號(hào)KD結(jié)合在系統(tǒng)控制單元57中用以控制。在下面對(duì)本發(fā)明的描述中，與第一實(shí)施例相同的部分采用相同的參考標(biāo)記，適當(dāng)?shù)氖÷粤酥貜?fù)描述。
首先，參考圖10描述本實(shí)施例的工作過程，圖10表示用于描述利用系統(tǒng)控制單元57控制燃料電池29的基本工作程序的總流程圖。此外，對(duì)于這種控制的時(shí)間圖表示于圖11中。
在第一種情況下，在步驟S50中，檢測大氣溫度Tatm和所需功率輸出PWd。
在下一步驟S52中，鑒別大氣溫度Tatm是否超過溫度限制值Tlim，此溫度限制值Tlim能夠使燃料電池在其中建立起水平衡的工作壓力PO下進(jìn)行工作以產(chǎn)生額定功率輸出。如果大氣溫度Tatm等于或低于限制值Tlim，那么操作進(jìn)行至步驟S70；如果大氣溫度Tatm超過限制值Tlim，那么操作進(jìn)行至步驟S54。
也就是說，在步驟S52中，當(dāng)鑒別出大氣溫度Tatm等于或低于限制值Tlim時(shí)，那么在步驟S70中位于系統(tǒng)控制單元57中的定時(shí)器(未示出)的定時(shí)值Ts重新設(shè)置為邏輯狀態(tài)“0”。
在下一步驟S72中，把利用燃料電池29產(chǎn)生的功率輸出PWg確定為等于所需功率輸出量PWd的值。此外，根據(jù)水槽水位Lw，將燃料電池29的工作壓力Pfc設(shè)定為最初目標(biāo)值Pfc1。
相反，在步驟S52中，當(dāng)鑒別出大氣溫度Tatm保持在超過限制值Tlim的高溫時(shí)，那么在步驟S54中，根據(jù)在兩個(gè)加速器打開程度信號(hào)APO、APO之間的變化速率進(jìn)行鑒別，判斷KD信號(hào)是否保持在轉(zhuǎn)向“ON”狀態(tài)，所述KD信號(hào)表示所謂的換檔操作，這通常代表駕駛員的加速意愿或目的。并且在步驟S54中，如果鑒別出KD信號(hào)保持在轉(zhuǎn)向“ON”狀態(tài)，操作進(jìn)行至步驟S56，在下一步驟S54中，如果鑒別出KD信號(hào)保持在轉(zhuǎn)向“OFF”狀態(tài)，操作進(jìn)行至步驟S64。并且，當(dāng)加速器打開程度信號(hào)APO以等于或高于給定值的變化速率升高時(shí)，可以看出駕駛員的加速意愿或目的被識(shí)別出來，對(duì)KD信號(hào)保持在轉(zhuǎn)向“ON”狀態(tài)進(jìn)行判斷。此外，可以采用各種判斷標(biāo)準(zhǔn)，只要這些標(biāo)準(zhǔn)能夠根據(jù)燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車的負(fù)載判斷出對(duì)燃料電池29的功率輸出增加的要求。
也就是說，如果在步驟S54中鑒別出KD信號(hào)保持在轉(zhuǎn)向“OFF”狀態(tài)，那么在步驟S64中，定時(shí)器Ts重新設(shè)置為0。
在下一步驟S66中，參照?qǐng)D10的圖形執(zhí)行操作以根據(jù)大氣溫度Tatm檢索燃料電池29的功率輸出上限值Pwlim，該值能夠使燃料電池29在工作壓力PO下工作并且在建立起水平衡的同時(shí)散出熱量。
在下一步驟S68中，將利用燃料電池29產(chǎn)生的功率輸出PWg確定為等于PWd和PWlim之間的較小值。此外，根據(jù)水槽水位Lw將燃料電池29的工作壓力Pfc確定為等于壓力Pfc1。
相反，此外如果鑒別出在步驟S54中KD信號(hào)保持在轉(zhuǎn)向“ON”狀態(tài)，那么在步驟S56中，通過向其添加控制循環(huán)dT對(duì)定時(shí)器Ts進(jìn)行更新。
在下一步驟S58中，在定時(shí)器值Ts和給定限制值T1(從幾秒至約10秒的范圍)進(jìn)行比較，使被選擇的這些變量的任何一個(gè)較小值等于定時(shí)器值Ts。也就是說，確定定時(shí)器值Ts，使其不超過給定限制值T1。
在下一步驟S60中，鑒別定時(shí)器值Ts是否等于值T1或低于此值。在步驟S60中，如果在定時(shí)器值Ts等于給定限制值T1的情況下進(jìn)行鑒別，那么操作進(jìn)行至步驟S66，其中燃料電池29在一定范圍內(nèi)工作，從而在建立水平衡的同時(shí)產(chǎn)生有限功率輸出。相反，在步驟S60中，如果鑒別出定時(shí)器值Ts不等于值T1，那么操作進(jìn)行至步驟S62。
也就是說，在步驟S60中，如果鑒別出定時(shí)器值Ts不等于值T1，那么在步驟S62中，將由燃料電池29產(chǎn)生的功率輸出PWg確定為等于所需要的功率輸出PWd，在將要產(chǎn)生的功率輸出量方面沒有限制。另一方面，將燃料電池29的工作壓力Pfc確定為等于壓力上限值Pfclim，并控制在比建立水平衡的壓力PO更低的值。
因此，在這種情況下，由于在燃料電池中收集的水量的降低以及蒸汽以提高的流速排出到燃料電池之外，因此在沒有由冷卻條件引起麻煩的條件下，使得將排出的熱量增加，即使在高溫下也可以獲得最大功率輸出。
具體而言，圖11所示的時(shí)間圖表示這樣一種圖形，其中，在大氣溫度Tatm等于或高于限制值Tlim時(shí)，壓下加速器；在用去的時(shí)間間隔超過限制值T1之后釋放加速器。
在圖11中，如果加速器打開程度信號(hào)APO以在給定值之外的變化速率提高，就鑒別出發(fā)生了換檔，認(rèn)為KD信號(hào)保持在轉(zhuǎn)向“ON”狀態(tài)。在時(shí)間間隔T1中，燃料電池29的工作壓力Pfc從值Pfc1降低至下限值Pfclim，產(chǎn)生功率輸出PWg以達(dá)到所需功率輸出PWd。在時(shí)間間隔T1過去之后，在隨后的階段中，工作壓力Pfc轉(zhuǎn)向值Pfc1并建立起水平衡，因此燃料電池29的功率輸出降低至下限值PWlim，沒有熱現(xiàn)象。并且在圖中，把燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車10的車速示為VSP，把將收集水的比率示為R。此處，水收集比率R指的是由收集水的量除以所采用的水量所獲得的比值。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，可以以用于獲得加速驅(qū)動(dòng)力所需的速率從燃料電池中得到功率輸出，從而避免有害情況的發(fā)生，即使在高大氣溫度下也是如此，而無需提高冷卻系統(tǒng)的尺寸。
此外，由于對(duì)于在進(jìn)行換檔之后的時(shí)間間隔T1(從幾秒到約10秒)可以可靠地增加所需的功率輸出，因此對(duì)于在加速器被壓下之后的此段時(shí)間間隔，駕駛員能夠根據(jù)他的意愿進(jìn)行加速。
將2001年10月2日在日本申請(qǐng)的專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開2001-306237的全部內(nèi)容在此引作參考。
雖然參考本發(fā)明的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于以上所描述的實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本技術(shù)對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改和變化。參考下面的權(quán)利要求確定本工業(yè)實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)大氣溫度超過給定值時(shí)，進(jìn)行高溫控制，從而增加包括將要排出到燃料電池系統(tǒng)之外的蒸汽的廢氣量，由此在不增大燃料電池冷卻系統(tǒng)尺寸的情況下，避免水的損失，并且盡可能的防止功率輸出的降低，并且還防止了燃料電池的溫度過度地提高以致達(dá)到在可允許的限制之外的高溫。因此，本發(fā)明具有很寬的應(yīng)用范圍，包括利用這種燃料電池系統(tǒng)的燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車、家用及工業(yè)設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括提供有包括氫的氣體和包括氧的氣體的燃料電池；利用來自水槽中的水對(duì)包括氫的氣體和包括氧的氣體中的一種或兩種進(jìn)行加濕的加濕機(jī)構(gòu)；從燃料電池中收集水的水收集機(jī)構(gòu)，由水收集機(jī)構(gòu)收集的水返回到水槽；檢測大氣溫度的大氣溫度傳感器；以及執(zhí)行高溫控制的控制器，以便當(dāng)由大氣溫度傳感器檢測到的大氣溫度超過給定溫度時(shí)增加包括將排出到燃料電池系統(tǒng)外部的蒸汽的廢氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括冷卻燃料電池的冷卻機(jī)構(gòu)，其中大氣溫度的給定溫度對(duì)應(yīng)于一定溫度，在此溫度下，用于確保對(duì)于燃料電池所需要的功率輸出所必須的輻射熱量超過冷卻機(jī)構(gòu)的輻射熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料電池系統(tǒng)，其中加濕機(jī)構(gòu)、水收集機(jī)構(gòu)和冷卻機(jī)構(gòu)包括普通的水通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料電池系統(tǒng)，其中冷卻機(jī)構(gòu)工作，從而在將被供應(yīng)到燃料電池的水和防凍液之間進(jìn)行熱交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括檢測水槽水位的水位檢測器，其中控制器工作，以根據(jù)由水位檢測器檢測出的水槽的水位進(jìn)行高溫控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的燃料電池系統(tǒng)，其中當(dāng)由水位檢測器檢測出的水槽水位超過給定下限值時(shí)，控制器工作以執(zhí)行高溫控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中在要求燃料電池的功率輸出之后，控制器工作以執(zhí)行給定時(shí)間間隔的高溫控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的燃料電池系統(tǒng)，其中燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用于車輛，控制器根據(jù)車輛負(fù)載進(jìn)行給定時(shí)間間隔的高溫控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中高溫控制允許燃料電池的工作壓力降低。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中水收集機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在燃料電池空氣電極附近的水通道，高溫控制允許向燃料電池的空氣電極供應(yīng)的空氣壓力降低。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中水收集機(jī)構(gòu)包括濕度交換型熱交換器，該熱交換器在來自燃料電池的空氣電極的廢空氣和供應(yīng)到空氣電極的入口空氣之間進(jìn)行溫度和濕度的交換。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的燃料電池系統(tǒng)，其中高溫控制允許從空氣電極排出的廢空氣或提供到空氣電極的入口空氣繞過濕度交換型熱交換器，從而迫使廢空氣排出燃料電池系統(tǒng)之外或者迫使入口空氣提供至燃料電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器工作從而根據(jù)由大氣溫度傳感器檢測到的大氣溫度控制燃料電池的功率輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器工作從而當(dāng)大氣溫度超過給定溫度時(shí)限制燃料電池的功率輸出。
15.一種燃料電池系統(tǒng)，包括提供有包括氫的氣體和包括氧的氣體的燃料電池；利用來自水槽中的水對(duì)包括氫的氣體和包括氧的氣體中的一種或兩種進(jìn)行加濕的加濕裝置；從燃料電池中收集水的水收集裝置，由水收集裝置收集的水返回到水槽；檢測大氣溫度的大氣溫度檢測裝置；以及執(zhí)行高溫控制的控制裝置，以便當(dāng)由大氣溫度檢測裝置檢測到的大氣溫度超過一定溫度時(shí)增加包括將排出到燃料電池系統(tǒng)外部的蒸汽的廢氣。
16.一種控制燃料電池系統(tǒng)的方法，包括向燃料電池提供包括氫的氣體和包括氧的氣體；利用來自水槽中的水對(duì)包括氫的氣體和包括氧的氣體中的一種或兩種進(jìn)行加濕；收集來自燃料電池的水，將所收集的水循環(huán)至水槽；檢測大氣溫度；以及執(zhí)行高溫控制，以便當(dāng)檢測到的大氣溫度超過給定溫度時(shí)增加包括將排出到燃料電池系統(tǒng)外部的蒸汽的廢氣。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，包括提供有包括氫的氣體和包括氧的氣體的燃料電池(29)；利用水槽(19)中的水對(duì)包括氫的氣體和包括氧的氣體中的一種或兩種進(jìn)行加溫的加濕機(jī)構(gòu)(73，31)；從燃料電池中收集水的水收集機(jī)構(gòu)(73，31)，由水收集機(jī)構(gòu)收集的水返回到水槽；檢測大氣溫度的大氣溫度傳感器(69)；以及執(zhí)行高溫控制的控制器(57)，以便當(dāng)由大氣溫度傳感器檢測到的大氣溫度超過給定溫度時(shí)增加包括將排出到燃料電池系統(tǒng)外部的蒸汽的廢氣。
文檔編號(hào)H01M8/06GK1572037SQ0280325
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月2日
發(fā)明者酒井弘正, 巖崎靖和 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社