專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，以及燃料電池系統(tǒng)的操作方法。
特別地，本發(fā)明涉及與循環(huán)燃料氣體的循環(huán)泵有關(guān)的故障檢測。
背景技術(shù)：
近年來，通過使用包含氫的燃料氣體和包含氧的氧化氣體來 產(chǎn)生電力的燃料電池正在？I起人們的注意。具有這種燃料電池的燃料 電池系統(tǒng)包括燃料氣體供給通道，其將燃料氣體供給到燃料電池； 燃料氣體循環(huán)通道，其通過將燃料氣體返回到燃料氣體供給通道來循 環(huán)從燃料電池排放的燃料氣體，用于再次使用；循環(huán)泵，其設(shè)置在燃 料氣體循環(huán)通道上以使燃料氣體循環(huán)，等等。在這些氣體通道中，其
中燃料氣體循環(huán)的通道也稱為循環(huán)系統(tǒng)通道。如上所述的燃料電池系統(tǒng)，在啟動時執(zhí)行泵驅(qū)動檢測，其中 嘗試驅(qū)動循環(huán)泵并且檢測循環(huán)泵是否被驅(qū)動(日本專利申請第 JP-A-2004-172025號)。在該泵驅(qū)動^r測中，如果4企測到循環(huán)泵的驅(qū)動 失敗，則判定循環(huán)泵具有故障，然后采取措施，例如，停止發(fā)電。在燃料電池中，水由發(fā)電過程中的電氣化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，并且 反應(yīng)產(chǎn)生的水在循環(huán)系統(tǒng)通道內(nèi)循環(huán)，有時保留在循環(huán)泵中。如果有 水存留，外部空氣溫度降到凝固點以下并且燃料電池系統(tǒng)的操作停止 一定時間，存留在循環(huán)泵內(nèi)的水結(jié)水。在這種情況中，存在循環(huán)泵驅(qū) 動失敗的危險。因此，如果在燃料電池系統(tǒng)啟動時，執(zhí)行泵驅(qū)動檢測并且循 環(huán)泵的驅(qū)動失敗，可以想到由于結(jié)冰導(dǎo)致循環(huán)泵的驅(qū)動失敗的情況和 由于故障導(dǎo)致循環(huán)泵的驅(qū)動失敗的情況。因此，對于泵驅(qū)動檢測，存 在由于結(jié)水導(dǎo)致的循環(huán)泵驅(qū)動失敗的情況下錯誤地判定循環(huán)泵具有故 障而實際上沒有故障的風(fēng)險。結(jié)果，存在盡管循環(huán)泵實際上沒有故障 但仍致使發(fā)電被停止這一不便的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在燃料電池系統(tǒng)啟動時準(zhǔn)確地判 定循環(huán)泵是否正?；虺霈F(xiàn)故障的技術(shù)。依照本發(fā)明的一個方案的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池；燃 料氣體供給部；燃料氣體供給通道，其將來自燃料氣體供給部的燃料 氣體供給到燃料電池；燃料氣體循環(huán)通道，其連接到燃料電池和燃料 氣體供給通道，并且通過將燃料氣體返回到燃料氣體供給通道來循環(huán) 從燃料電池排放的燃料氣體，用于再次使用；循環(huán)泵，其設(shè)置在燃料 氣體循環(huán)通道上以使燃料氣體循環(huán)；溫度檢測部，其4企測燃料電池系 統(tǒng)的溫度；泵控制部，其驅(qū)動循環(huán)泵；以及故障判定部，其判定循環(huán) 泵是否具有故障。在燃料電池系統(tǒng)中，泵控制部驅(qū)動循環(huán)泵，并且如 果由溫度檢測部檢測到的燃料電池系統(tǒng)的溫度高于或等于水的熔點并 且循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速小于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則故障判定部判定循環(huán)泵具有故障。本方案的燃料電池系統(tǒng)可進(jìn)一步包括暖機部，其對循環(huán)泵進(jìn) 行預(yù)熱。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)啟動時，如果由溫度4企測部4企測到的燃料電 池系統(tǒng)的溫度^f氐于水的熔點，則暖^U部可以加熱循環(huán)泵。根據(jù)上述構(gòu)造的燃料電池系統(tǒng)，即使當(dāng)循環(huán)泵結(jié)水時，也能 夠準(zhǔn)確地判定出循環(huán)泵是否正?；?qū)嶋H發(fā)生了故障。本方案的燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括將氧化氣體供給到 燃料電池的氧化氣體供給部。如果由溫度檢測部檢測到的燃料電池系 統(tǒng)的溫度低于水的熔點，則暖機部可以使燃料氣體供給部和氧化氣體 供給部分別將燃料氣體和氧化氣體供給到燃料電池以使燃料電池執(zhí)行 發(fā)電，從而使循環(huán)泵被發(fā)電所產(chǎn)生的熱量加熱。因此，可以使用設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)中的裝置對循環(huán)泵進(jìn)行 加熱，并且燃料電池系統(tǒng)的組成部分的數(shù)量可以減至最小。在本方案的燃料電池系統(tǒng)中，循環(huán)泵可以靠近燃料電池布 置。此外循環(huán)泵可以與燃料電池布置為一整體。因此，燃料電池內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以迅速地傳遞到循環(huán)泵，并 且循環(huán)泵可以迅速地預(yù)熱。本方案的燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括凈化通道，其將燃 料氣體沿燃料氣體的循環(huán)方向，從燃料氣體循環(huán)通道的循環(huán)泵所設(shè)置 的位置的上游排放到燃料電池系統(tǒng)的外部；截止閥，其設(shè)置在凈化通 道上；閥控制部，其執(zhí)行所述截止閥的開-閉控制；以及氧化氣體調(diào)節(jié) 部，其調(diào)節(jié)由氧化氣體供給部供給到燃料電池的氧化氣體的供給量。 當(dāng)使燃料電池執(zhí)行發(fā)電時，暖機部可以通過使閥控制部打開截止閥以 增加供給到燃料電池的燃料氣體的供給量，并且使氧化氣體調(diào)節(jié)部增 加與燃料氣體的供給量相對應(yīng)的氧化氣體的供給量，來增加燃料電池 的發(fā)電量。因此，由于隨著燃料電池的發(fā)電量的增加由發(fā)電所產(chǎn)生的熱 量也增加，循環(huán)泵可以迅速地預(yù)熱。依照本發(fā)明的方案的燃料電池系統(tǒng)的操作方法是一種燃料 電池系統(tǒng)的操作方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池；燃料氣體 供給部；將來自燃料氣體供給部的燃料氣體供給到燃料電池的燃料氣 體供給通道；燃料氣體循環(huán)通道，其連接到燃料電池和燃料氣體供給 通道，并且將從燃料電池排放的燃料氣體循環(huán)到燃料氣體供給通道， 用于再次使用；以及設(shè)置在燃料氣體循環(huán)通道上以循環(huán)燃料氣體的循 環(huán)泵，所述操作方法包括(A)當(dāng)燃料電池系統(tǒng)啟動時檢測燃料電池 系統(tǒng)的溫度的步驟；(B)如果檢測到的燃料電池系統(tǒng)的溫度低于水的 熔點，則對循環(huán)泵進(jìn)行加熱并驅(qū)動循環(huán)泵的步驟；(C)如果燃料電池 系統(tǒng)的溫度高于或等于水的熔點并且循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速小于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則 判定為循環(huán)泵損壞的步驟。根據(jù)上述燃料電池系統(tǒng)的操作方法，即使當(dāng)循環(huán)泵結(jié)冰時， 也能夠準(zhǔn)確地判定出循環(huán)泵是否正?；?qū)嶋H發(fā)生了故障。本發(fā)明不局限于裝置的上述方案，諸如上述燃料電池系統(tǒng)， 燃料電池系統(tǒng)的搮:作方法等等，還可以在多種其它方案中實現(xiàn)，例如， 構(gòu)造這種方法或裝置的計算機程序的方案，或者作為其中記錄了這種 計算機程序的記錄介質(zhì)的方案，作為包括所述計算機程序并體現(xiàn)在載 波中的數(shù)字信號的方案，等等。如果本發(fā)明被構(gòu)造為計算機程序、包括了記錄有所述程序的 記錄介質(zhì)等等，其中，本發(fā)明可以通過包括控制上述器件的操作的整
個程序的形式來設(shè)置，或者也可以通過僅包括執(zhí)行本發(fā)明的功能的部 分的形式來設(shè)置。


從下列結(jié)合附圖的優(yōu)選實施例的描述中，本發(fā)明上述和進(jìn)一 步的目的、特征和優(yōu)點將變得明顯，其中相同的附圖標(biāo)記用于表示相 同的元件，并且其中
圖1為示出了本發(fā)明的實施例的燃料電池系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)的方框 圖；及
圖2為圖1中所示的實施例的燃料電池系統(tǒng)100執(zhí)行的泵故障檢 測程序的流程圖。
具體實施例方式下文將按以下程序?qū)Ρ景l(fā)明的實施例進(jìn)行說明。
A. 實施例
Al.燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造 A2.泵故障檢測過程
B. 改進(jìn) A.實施例
Al .燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造
圖1為示出了作為本發(fā)明的實施例的燃料電池系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)的 方框圖。所述燃料電池系統(tǒng)100包括燃料電池10、氬氣罐20、鼓風(fēng)機
30、循環(huán)泵50、稀釋器60、溫度傳感器70、氫氣截止閥200、壓力調(diào) 節(jié)閥220、排氣閥240以及控制電路400。燃料電池10是固體聚合物式燃料電池，并且具有其中堆疊 了作為組成單元的多個單元電池(在下文中簡單地稱為"電池")的堆 疊結(jié)構(gòu)。每個電池具有電解質(zhì)膜(未示出)夾在陽極(未示出)和陰 極(未示出)之間的結(jié)構(gòu)。燃料電池IO通過將含氫的燃料氣體供給到 每個電池的陽極側(cè)，并且將含氧的氧化氣體供給到每個電池的陰極側(cè) 來使電氣化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行以產(chǎn)生電動勢。燃料電池IO將產(chǎn)生的電能供給 到與燃料電池10相連的預(yù)定負(fù)載(例如電動機、蓄電池)。對于燃料 電池10,可以使用除上述固體聚合物燃料電池之外的多種類型的燃料 電'池，例i口氫隔離月莫式火然泮+電池(hydrogen separation membrane type fUel cell),堿性7JC溶液電解式燃泮+電池(alkaline aqueous solution electrolyte type foel cell),石奔酸電解式》然泮牛電；也(phosphoric acid electrolyte type fiiel cell )，》容融碳酸鹽電解式燃泮+電池(molten carbonate electrolyte type fUel cell)等等。在下文的說明中，在燃料電池10中的 燃料氣體流經(jīng)的通道稱為"陽極通道25"，而氧化氣體流經(jīng)的通道稱為 "陰極通道35"。氫氣罐20是其中存儲了高壓氫氣的存儲裝置。氫氣罐20經(jīng) 由燃料氣體供給通道24連接到燃料電池10的陽極通道25。氫氣截止 閥200和壓力調(diào)節(jié)閥220從氬氣罐20側(cè)順序設(shè)置在燃料氣體供給通道 24上。通過打開氫氣截止閥200,氫氣作為燃料氣體^皮供給到燃料電 池10。除氫氣罐20外，也可以采用通過諸如酒精、碳?xì)浠衔?(hydrocarbon),醛(aldehyde)等的原料的重整反應(yīng)來產(chǎn)生氫氣并將 氬氣供給到陽極側(cè)的裝置。陽極通道25的出口側(cè)和燃料氣體供給通道24通過氣體循環(huán) 通道27相連。循環(huán)泵50設(shè)置在氣體循環(huán)通道27上。通過驅(qū)動循環(huán)泵 50，在燃料電池10的陽極中的電氣化學(xué)反中用到的燃料氣體經(jīng)由氣體 循環(huán)通道27和燃料氣體供給通道24被再次供給到燃料電池10的陽極 通道25(陽極)，從而被再次使用以用于發(fā)電。在下文中，燃料氣體循 環(huán)的通道，即，由氣體循環(huán)通道27、燃料氣體供給通道24和陽極通道 25形成的通道也被稱為"氫氣循環(huán)系統(tǒng)通道"。循環(huán)泵50可以;故布置為與燃^l"電池10 ^!妻觸，/人而經(jīng)由支撐 柱55與燃料電池10形成一整體。燃料電池系統(tǒng)100設(shè)置有檢測循環(huán)泵50的泵室(未示出) 的溫度的溫度傳感器70。連接到稀釋器60的凈化通道28在燃料電池10和循環(huán)泵50 之間的點從氣體循環(huán)通道27分出。排氣閥240設(shè)置在凈化通道28上。 當(dāng)燃料氣體正在氫氣循環(huán)系統(tǒng)通道中循環(huán)時，將除氫氣以外的雜質(zhì)氣 體(氮氣等)混合到燃料氣體中，從而使氫氣濃度逐漸下降。結(jié)果， 燃料電池10的性能下降。因此，燃料電池系統(tǒng)100周期性地打開排氣 閥240。然后，燃料氣體排放到凈化通道28中。下文將對與排放到凈 化通道28的燃料氣體有關(guān)的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。鼓風(fēng)機30是將作為氧化氣體的空氣供給到燃料電池10的陰 極(未示出)的裝置。鼓風(fēng)機30經(jīng)由氧化氣體供給通道34連接到燃 料電池10的陰極通道35。燃料電池10的陰極通道35還連接(在其出口側(cè))到氧化 氣體排放通道36。陰極處的電氣化學(xué)反應(yīng)中使用后的氧化氣體被排放
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到氧化氣體排放通道36內(nèi)。稀釋器60是通過與氧化氣體混合來稀釋包含在燃料氣體中 的氫氣的裝置。稀釋器60連接到氧化氣體排放通道36,凈化通道28 和混合氣體排放通道45。稀釋器60被由多孔陶瓷制成的流板(flow plate) 61劃分為兩個室，即稀釋器60具有來自凈化通道28的燃料氣 體流入并停駐的停駐室62,以及來自氧化氣體排放通道36的氧化氣體 流入的稀釋室63。當(dāng)排氣閥240打開時，在氣體循環(huán)通道27中流動的燃料氣 體通過凈化通道28流入稀釋器60的停駐室62并停駐其中。另 一方面， 流入稀釋器60的稀釋室63的氧化氣體直接通過稀釋室63，并且經(jīng)由 混合氣體排放通道45排放到外部。此時，由于氧化氣體的通過，停駐 在停駐室62中的燃料氣體經(jīng)由多孔流板61逐漸被抽吸到稀釋室63內(nèi)。 結(jié)果，燃料氣體和氧化氣體的混合氣體流出稀釋器60的稀釋室63,并 且經(jīng)由混合氣體排放通道45排放到燃料電池系統(tǒng)100的外部。通過這 種方式，在氫氣循環(huán)系統(tǒng)通道中循環(huán)的燃料氣體中的氫氣被氧化氣體 稀釋，并被排放到燃料電池系統(tǒng)100的外部。控制電路400被構(gòu)造為包括作為主要部件的微型計算機的 邏輯電路。具體地，控制電路400包括隨著預(yù)設(shè)控制程序而執(zhí)行預(yù) 定計算等的CPU (未示出)；預(yù)先存儲了 CPU執(zhí)行多種計算程序順序 所需的控制程序、控制凝:據(jù)等的ROM(未示出);其中臨時寫入和讀 取CPU執(zhí)行多種計算程序所需的多種數(shù)據(jù)的RAM (未示出)；輸入和 輸出多種信號的輸入/輸出端口 (未示出)，等等。控制電路400執(zhí)行與 燃料電池系統(tǒng)100有關(guān)，具體地，與鼓風(fēng)才幾30、循環(huán)泵50、氫氣截止 閥200、排氣閥240等等有關(guān)的多種控制?？刂齐娐?00起到泵控制部410、溫度檢測部420、閥控制 部430、鼓風(fēng)機控制部440以及故障判定部450的功能，并且執(zhí)行下文 說明的泵故障;險測程序。溫度4企測部420從溫度傳感器70檢測循環(huán)泵 50 (其泵室)的溫度。當(dāng)系統(tǒng)啟動時，所述實施例的燃料電池系統(tǒng)IOO執(zhí)行檢測 循環(huán)泵50的故障的泵故障;險測過程。下文將對所述過程進(jìn)行描述。 A2.泵故障檢測過程
圖2為由所述實施例的燃料電池系統(tǒng)100執(zhí)行的泵故障檢測過程 的流程圖。泵故障檢測過程啟動時的前提是氫氣截止閥200和排氣閥 240均閉合，并且鼓風(fēng)機30和循環(huán)泵50沒有浮皮驅(qū)動，即，燃料電池 IO不處于發(fā)電狀態(tài)。首先，泵控制部410將驅(qū)動循環(huán)泵50的驅(qū)動信號V發(fā)送到 循環(huán)泵50 (步驟SIO)。如果循環(huán)泵50正常， 一旦4^收到驅(qū)動信號V， 基于該信號循環(huán)泵50被驅(qū)動。接下來，泵控制部410判定循環(huán)泵50是否被驅(qū)動，具體地， 循環(huán)泵50是否正在以預(yù)定轉(zhuǎn)速a或超過預(yù)定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟S20 )。 基于燃料電池系統(tǒng)100的具體設(shè)計確定預(yù)定轉(zhuǎn)速a，可能是，例如，"1"。如果泵控制部410判定循環(huán)泵50正在以預(yù)定轉(zhuǎn)速a或超過 預(yù)定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟S20中為是)，則故障判定部450判定循環(huán)泵50 正被正常驅(qū)動(步驟S200 )，然后結(jié)束該程序。附帶地，在此之后，控 制電i 各400例如可以通過驅(qū)動鼓風(fēng)才幾30和打開氫氣截止閥200來開始 發(fā)電。
另 一方面，如果泵控制部410判定循環(huán)泵50沒有正以預(yù)定 轉(zhuǎn)速a或超過預(yù)定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟S20中為否)，溫度檢測部420從 溫度傳感器70檢測出循環(huán)泵50的溫度(其泵室)(在下文中稱為"循 環(huán)泵溫度Tpl")(步驟S30 )。在這種情況下，泵控制部410停止發(fā)送 驅(qū)動信號V。然后，溫度^f企測部420判定循環(huán)泵溫度Tpl是否低于水的熔 點(約0°C )(步驟S40 )。水的熔點"約O"C"的指示是基于熔點的變化 取決于壓力狀態(tài)的事實考慮的。如果溫度檢測部420判定循環(huán)泵溫度Tpl不低于水的熔點 (約0°C )(步驟S40為否)，由于盡管循環(huán)泵50 (其泵室)沒有結(jié)冰
循環(huán)泵50還是驅(qū)動失敗，則故障判定部450判定循環(huán)泵50具有故障 (步驟SIOO)。然后，程序結(jié)束。之后，控制電路400例如可以執(zhí)行禁
止燃料電池IO發(fā)電的程序。另 一方面，如果溫度檢測部420判定循環(huán)泵溫度Tpl低于水 的熔點(約0°C )(步驟S40為是)，控制電路400判定循環(huán)泵50結(jié)冰 并且不能被驅(qū)動，并且通過燃料電池10進(jìn)行發(fā)電(步驟S50 )。具體地， 閥控制部430打開氫氣截止閥200,并且執(zhí)行排氣閥240的開閉控制， 從而使供給到陽極通道25的燃料氣體的供給量不會變得小于或等于預(yù) 定值|3。此外，鼓風(fēng)機控制部440驅(qū)動鼓風(fēng)機30以便將與燃料氣體的 供給量相對應(yīng)的數(shù)量的氧化氣體供給到燃料電池10的陰極。在這種方 式中，通過燃料電池IO進(jìn)行發(fā)電。因此，隨著發(fā)電的進(jìn)行，燃料電池 IO的溫度升高，并且布置為與燃料電池10接觸的循環(huán)泵50 (其泵室) 預(yù)熱到相對高的溫度。在這種情況中，從凈化通道28排放的燃料氣體 由稀釋器60稀釋，并被排放到燃料電池系統(tǒng)IOO的外部。如果將預(yù)定
值|3設(shè)定為使得燃料電池10能夠充分預(yù)熱循環(huán)泵50的數(shù)值是適當(dāng)?shù)摹?預(yù)定值P基于燃料電池系統(tǒng)100的具體設(shè)計而確定。此外，打開排氣 閥240的頻率也基于預(yù)定值(3而確定。因此，當(dāng)通過燃料電池10進(jìn)行發(fā)電時，通過打開氫氣截止 閥200來增加供給到燃料電池10的陽極的燃料氣體的數(shù)量，并且與燃 料氣體的供給量相對應(yīng)氧化氣體被供給到燃料電池10的陰極。在這種 方式中，可以增加燃料電池10的發(fā)電量，并且循環(huán)泵50能夠迅速地 預(yù)熱。當(dāng)燃料電池10的發(fā)電啟動時，溫度4企測部420從溫度傳感 器70檢測出循環(huán)泵50(其泵室)的溫度(下文中稱為"循環(huán)泵溫度Tp2") (步驟S60)，并且判定循環(huán)泵溫度Tp2是否高于或等于水的熔點(約 O'C )(步驟S70 )。如果溫度4企測部420判定檢測出的循環(huán)泵溫度Tp2 沒有高于或等于水的熔點(約O'C )(步驟S70中為否)，所述程序返回 到步驟S60。如果溫度檢測部420判定循環(huán)泵溫度Tp2高于或等于水的熔 點(約0°C )(步驟S70中為是)，泵控制部410再次將驅(qū)動循環(huán)泵50 的驅(qū)動信號V發(fā)送到循環(huán)泵50 (步驟S80 )。然后，泵控制部410判定循環(huán)泵50是否已經(jīng)被驅(qū)動，具體 地，循環(huán)泵50是否正以預(yù)定轉(zhuǎn)速a或超過預(yù)定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟S90 )。如果泵控制部410判定循環(huán)泵50正以預(yù)定轉(zhuǎn)速a或超過預(yù) 定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟S90中為是)，故障判定部450判定盡管泵控制部 410發(fā)送驅(qū)動信號V (步驟S10 )以試圖驅(qū)動循環(huán)泵50而循環(huán)泵50沒 有被驅(qū)動的原因(步驟S20中為否)是循環(huán)泵50結(jié)水，并判定出循環(huán)
泵50能夠被正常地驅(qū)動(步驟S200)。之后，程序結(jié)束。然后，例如 控制電^各400可以通過燃料電池10啟動發(fā)電。另一方面，如果泵控制部410判定循環(huán)泵50沒有正以預(yù)定 轉(zhuǎn)速a或超過預(yù)定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟S90中為否)，由于盡管因為預(yù)熱 循環(huán)泵50 (其泵室)沒有結(jié)冰而循環(huán)泵50的驅(qū)動失敗，則故障判定部 450判定循環(huán)泵50具有故障(步驟SIOO)。然后，程序結(jié)束。附帶地， 在程序的末尾，在燃料電池10的發(fā)電在步驟S50的過程中執(zhí)行的情況 下可以停止發(fā)電。在這種情況中，泵控制部410停止發(fā)送驅(qū)動信號V。如上所述，在燃料電池系統(tǒng)100中，如果循環(huán)泵50驅(qū)動失 敗，并且循環(huán)泵50 (其泵室)的溫度，即循環(huán)泵溫度Tpl，低于水的 熔點(約0。C)，啟動燃料電池10的發(fā)電以對循環(huán)泵50進(jìn)行預(yù)熱，從 而使循環(huán)泵50 (其泵室)的溫度變得高于或等于水的熔點(約0。C)， 這之后，再次嘗試對循環(huán)泵50進(jìn)行驅(qū)動。這使得即使在循環(huán)泵50結(jié) 水的情況下也能夠準(zhǔn)確地判斷循環(huán)泵50是否正常，或?qū)嶋H發(fā)生了故障。此外，在燃料電池系統(tǒng)100中，循環(huán)泵5(H皮布置為與燃料 電池10接觸。在泵故障檢測程序中，燃料電池10進(jìn)行發(fā)電從而使因 此產(chǎn)生的熱量對循環(huán)泵50進(jìn)行預(yù)熱。這使得能夠通過^f吏用設(shè)置在燃料 電池系統(tǒng)100中的裝置對循環(huán)泵50進(jìn)行預(yù)熱。因此，燃^f"電池系統(tǒng)100 的組成部分的數(shù)量能夠減至最小。此外，由于循環(huán)泵50與燃料電池10 接觸，燃料電池10內(nèi)產(chǎn)生的熱量迅速地傳遞到循環(huán)泵50，因此能夠使 循環(huán)泵迅速地預(yù)熱。在本發(fā)明中，氫氣罐20對應(yīng)于燃料氣體供給部，并且氣體 循環(huán)通道27對應(yīng)于燃料氣體循環(huán)通道。此外，排氣閥240對應(yīng)于截止
閥。泵控制部410對應(yīng)于泵控制部。溫度檢測部420對應(yīng)于溫度沖企測 部。閥控制部430對應(yīng)于閥控制部。鼓風(fēng)機控制部440對應(yīng)于氧化氣 體調(diào)節(jié)部。故障判定部450對應(yīng)于故障判定部。鼓風(fēng)機30對應(yīng)于氧化 氣體供給部。此外，鼓風(fēng)機30、氫氣罐20、氫氣截止閥200、控制電 路400和燃術(shù)+電池10 7于應(yīng)于暖才幾部。B.改進(jìn)
本發(fā)明不限于上述實施例，但能夠在不背離本發(fā)明的精神的情況 下以多種方式實施。Bl.改進(jìn)1:
盡管在上述實施例的燃料電池系統(tǒng)100中，循環(huán)泵50被布置為與 燃料電池10接觸，但這不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。循環(huán)泵50無須被布 置為與燃料電池IO接觸，而是循環(huán)泵50可以被布置為與燃料電池10 相距預(yù)定距離，如果該距離能夠使循環(huán)泵50被燃料電池10的發(fā)電預(yù) 熱。該改進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)與上述實施例基本相同的效果。B2.改進(jìn)2:
盡管在上述實施例的燃料電池系統(tǒng)100中，循環(huán)泵50被布置為與 燃料電池IO接觸，并且通過使用燃料電池10的發(fā)電產(chǎn)生的熱量對循 環(huán)泵50進(jìn)行預(yù)熱，但這不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。例如，循環(huán)泵50可 以設(shè)置有熱源，諸如加熱器等，因此循環(huán)泵50將被預(yù)熱。在該改進(jìn)中， 無須將循環(huán)泵50布置為與燃料電池IO接觸，因此布置循環(huán)泵50的自 由度i曾力口。B3.改進(jìn)3:
盡管在由上述實施例的燃料電池系統(tǒng)100執(zhí)行的泵故障檢測程序 中(圖2 ),溫度檢測部420在步驟S30的過程中直接從循環(huán)泵50檢測 出循環(huán)泵溫度Tpl,但這不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。例如，溫度檢測部 420可以檢測在燃料電池系統(tǒng)100外部的大氣溫度，并且可以從大氣溫 度估算出循環(huán)泵50的溫度。此外，溫度檢測部420可以從燃料電池系 統(tǒng)100內(nèi)的預(yù)定部分(例如，燃料電池10 )的溫度估算出循環(huán)泵50的 溫度。此外，例如溫度檢測部420在步驟S60的過程中直接從循環(huán) 泵50^r測出循環(huán)泵溫度Tp2。然而，這不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。例如， 溫度檢測部420可以檢測燃料電池10發(fā)電的持續(xù)時間，并且可以通過 考慮發(fā)電持續(xù)時間連同燃料氣體的供給量、燃料電池系統(tǒng)100外部的 大氣溫度來估算循環(huán)泵50的溫度。該改進(jìn)無須設(shè)置溫度傳感器70，因 而能夠減小組成部分的數(shù)目。B4.改進(jìn)4:
在泵故障檢測程序中(圖2),在由于燃料電池10的發(fā)電使得循環(huán) 泵溫度Tp2變得高于或等于水的熔點之后(步驟S70中為是)，上述實 施例的燃料電池系統(tǒng)100將驅(qū)動信號V發(fā)送到循環(huán)泵50 (步驟S80 )。 在這種情況中，如果循環(huán)泵50沒有正以預(yù)定轉(zhuǎn)速a或超過預(yù)定轉(zhuǎn)速a 旋轉(zhuǎn)，則判定循環(huán)泵50具有故障。然而，這不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。 例如，在圖2的泵故障4企測程序中，可以省略步驟S60至步驟S90的 過程，并且可以執(zhí)行以下程序作為代替。即，在控制電路400通過燃料電池10開始發(fā)電之后(步驟 S50 )，泵控制部410將驅(qū)動信號V發(fā)送到循環(huán)泵50 (步驟S60A )。接
下來，泵控制部410判定循環(huán)泵50是否被驅(qū)動，具體地，循環(huán)泵50 是否正以預(yù)定轉(zhuǎn)速a或超過預(yù)定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟S70A )。如果泵控 制部410判定循環(huán)泵50正以預(yù)定轉(zhuǎn)速a或超過預(yù)定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟 S70A為是)，故障判定部450判定循環(huán)泵50可正常驅(qū)動(步驟S200 )。另 一方面，如果泵控制部410判定循環(huán)泵50沒有正以預(yù)定 轉(zhuǎn)速a或超過預(yù)定轉(zhuǎn)速a旋轉(zhuǎn)(步驟S70A中為否)，隨后溫度4企測部 420檢測循環(huán)泵溫度Tp2 (步驟S80A )，并判斷循環(huán)泵溫度Tp2是否高 于或等于水的熔點(約0°C )(步驟S90A)。如果溫度;^測部420判定 檢測出的循環(huán)泵溫度Tp2不高于或等于水的熔點(約0°C )(步驟S90A 中為否)，程序返回到步驟S60A。如果溫度檢測部420判定循環(huán)泵溫度Tp2高于或等于水的熔 點(約0。C)(步驟S90A中為是)，由于盡管循環(huán)泵50 (其泵室)因為 預(yù)熱沒有結(jié)冰而循環(huán)泵50驅(qū)動失敗，則故障判定部450判定循環(huán)泵50 具有故障(步驟SIOO)。然后，程序結(jié)束。上述改進(jìn)也實現(xiàn)了與上述實 施例基本相同的效果。B5.改進(jìn)5:
盡管在上述實施例中，控制電路400的多個部分作為軟件提供， 它們也可以作為硬件提供。此外，在上述實施例中作為硬件提供的部 分可以作為軟件提供。
權(quán)利要求
1、一種燃料電池系統(tǒng)，包括:燃料電池；燃料氣體供給部；燃料氣體供給通道，其將來自所述燃料氣體供給部的燃料氣體供給到所述燃料電池；燃料氣體循環(huán)通道，其連接到所述燃料電池和所述燃料氣體供給通道，并且通過將所述燃料氣體返回到所述燃料氣體供給通道來循環(huán)從所述燃料電池排放的所述燃料氣體，用于再次使用；循環(huán)泵，其設(shè)置在所述燃料氣體循環(huán)通道上以使所述燃料氣體循環(huán)；溫度檢測部，其檢測所述燃料電池系統(tǒng)的溫度；泵控制部，其驅(qū)動所述循環(huán)泵；及故障判定部，其判定所述循環(huán)泵是否具有故障，其中如果由所述溫度檢測部檢測到的所述燃料電池系統(tǒng)的所述溫度高于或等于水的熔點并且由所述泵控制部驅(qū)動的所述循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速小于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則所述故障判定部判定所述循環(huán)泵具有故障。
2、 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 暖機部，其對所述循環(huán)泵進(jìn)行預(yù)熱，其中當(dāng)燃料電池系統(tǒng)啟動時，如果由所述溫度檢測部檢測到的所 述燃料電池系統(tǒng)的所述溫度低于所述水的熔點，則所述暖機部加熱所 述循環(huán)泵。
3、 如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將氧化氣體供 給到所述燃料電池的氧化氣體供給部，其中如果由所述溫度檢測部檢測到的所述燃料電池系統(tǒng)的所述溫 度低于所述水的熔點，則所述暖機部使所述燃料氣體供給部和所述氧 化氣體供給部分別將所述燃料氣體和所述氧化氣體供給到所述燃料電 池以使所述燃料電池執(zhí)行發(fā)電，從而使所述循環(huán)泵被所述發(fā)電所產(chǎn)生的熱量力cr熱。
4、 如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述循環(huán)泵靠近所述 燃料電池布置。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述循環(huán)泵與所 述燃料電池布置為 一整體。
6、 如權(quán)利要求2至5中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括凈化通道，其將所述燃料氣體沿所述燃料氣體的循環(huán)方向，從所 述燃料氣體循環(huán)通道的所述循環(huán)泵所設(shè)置的位置的上游排放到所述燃 料電池系統(tǒng)的外部；截止閥，其設(shè)置在所述凈化通道上；閥控制部，其執(zhí)行所述截止閥的開-閉控制；及氧化氣體調(diào)節(jié)部，其調(diào)節(jié)由所述氧化氣體供給部供給到所述燃料 電池的所述氧化氣體的供給量，其中當(dāng)使所述燃料電池執(zhí)行所述發(fā)電時，所述暖機部通過使所述 閥控制部打開所述截止閥以增加供給到所述燃料電池的所述燃料氣體 的所述供給量，并且使所述氧化氣體調(diào)節(jié)部增加與所述燃料氣體的所 述供給量相對應(yīng)的所述氧化氣體的所述供給量，來增加所述燃料電池 的發(fā)電量。
7、 如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氧化氣體排放通道，其將所述氧化氣體排放到所述燃料電池系統(tǒng) 的外部；稀釋器，其連接到所述凈化通道和所述氧化氣體通道，并且通過 將所述燃料氣體與所述氧化氣體混合來稀釋包含在所述燃料氣體內(nèi)的 氫；及混合氣體排放通道，其排放來自所述稀釋器的混合氣體。
8、 如權(quán)利要求1至7中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述溫 度檢測部檢測所述燃料電池系統(tǒng)的所述循環(huán)泵的溫度。
9、 如權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述溫度4企測部從大 氣溫度估算所述循環(huán)泵的所述溫度。
10、 一種燃料電池系統(tǒng)的操作方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃 料電池；燃料氣體供給部；將來自所述燃料氣體供給部的燃料氣體供 給到所述燃料電池的燃料氣體供給通道；燃料氣體循環(huán)通道，其連接 到所述燃料電池和所述燃料氣體供給通道，并且將從所述燃料電池排 放的所述燃料氣體循環(huán)到所述燃料氣體供給通道，用于再次使用；以 及設(shè)置在所述燃料氣體循環(huán)通道上以循環(huán)所述燃料氣體的循環(huán)泵，所 述操作方法包括 當(dāng)所述燃料電池系統(tǒng)啟動時檢測所述燃料電池系統(tǒng)的溫度；如果所述檢測到的所述燃料電池系統(tǒng)的溫度低于水的熔點，則對 所述循環(huán)泵進(jìn)行加熱；驅(qū)動所述循環(huán)泵；及如果所述燃料電池系統(tǒng)的所述溫度高于或等于所述水的熔點并且 所述循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速小于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則判定為所述循環(huán)泵損壞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)(100)，其包括循環(huán)泵(50)，其設(shè)置在燃料氣體循環(huán)通道(27)上以使燃料氣體循環(huán)；泵溫度檢測部(420)，其檢測循環(huán)泵(50)的溫度；暖機部，其對所述循環(huán)泵進(jìn)行預(yù)熱；泵控制部(410)，其驅(qū)動所述循環(huán)泵；以及故障判定部(450)，其判定所述循環(huán)泵是否具有故障。在所述燃料電池系統(tǒng)啟動時，如果由泵溫度檢測部(420)檢測到的所述泵的溫度低于水的熔點，則所述暖機部加熱所述循環(huán)泵，并且泵控制部(410)驅(qū)動循環(huán)泵(50)。如果所述泵的溫度高于或等于所述水的熔點并且循環(huán)泵(50)的轉(zhuǎn)速小于預(yù)定轉(zhuǎn)速，則故障判定部(450)判定循環(huán)泵(50)具有故障。
文檔編號H01M8/04GK101390237SQ200780006129
公開日2009年3月18日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者濱田研一 申請人:豐田自動車株式會社