專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和用于調(diào)節(jié)聚合物電解質(zhì)膜內(nèi)含水量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)置有聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的燃料電池系統(tǒng)、和用 于調(diào)節(jié)所述燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜內(nèi)水含量的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)聚合物電解質(zhì)膜燃料電池中電解質(zhì)膜的含水量降低時(shí)，電解質(zhì)膜 的質(zhì)子電導(dǎo)率也降低，并且由于質(zhì)子電導(dǎo)率降低，膜電阻增加。結(jié)果， 輸出電壓降低，由此降低電池性能。為了最小化這類問(wèn)題，例如日本專
利申請(qǐng)公開(kāi)2002-175821 ( JP-A-2002-175821)提出 一種進(jìn)行控制以進(jìn)一 步增加陰極側(cè)的氣體壓力的結(jié)構(gòu)，作為在電解質(zhì)膜的含水量低時(shí)的對(duì) 策。
在燃料電池中，因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)而在陰極產(chǎn)生水，因此從燃料電池 向外部排放的幾乎所有含水量都作為水蒸汽與陰極廢氣一起排放。如果 陰極側(cè)的氣體壓力如上所述增加，則水傾向于以液態(tài)水而非水蒸汽的形 式存在于陰極側(cè)流路中，因此能夠抑制作為水蒸汽與陰極廢氣一起排放 的量。此外，當(dāng)增加陰極側(cè)的氣體壓力時(shí)，在陰極側(cè)的氣體流路的出口 部分處設(shè)置用于調(diào)節(jié)陰極側(cè)的氣體壓力的背壓閥。當(dāng)在關(guān)閉方向控制該 背壓岡以使閥的打開(kāi)量減小時(shí)，物理上抑制了從燃料電池排放的水蒸汽 的量，這減小了電解質(zhì)膜變干的機(jī)率。而且，相對(duì)于陽(yáng)極側(cè)增加陰極側(cè)
而最終增加電解質(zhì)膜中的含水量。 U ' 一
然而，通常通過(guò)利用泵等供給壓縮空氣將氣體供給到陰極側(cè)。因此， 增加陰極側(cè)的氣體壓力導(dǎo)致泵等的功率消耗變大，也就是說(shuō)，導(dǎo)致更大 的來(lái)自輔助裝置的損失。因此，來(lái)自輔助裝置的損失以該方式增加時(shí)， 包括燃料電池的整個(gè)系統(tǒng)的能量效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，發(fā)明用于抑制因電解質(zhì)膜中的含水量減少而引起的燃料電池性能降低，并且不導(dǎo)致否則會(huì)因來(lái)自輔助裝置的損失增加而引起的能量
本發(fā)明的第一方面涉及設(shè)置有具有聚合物電解質(zhì)膜的燃料電池的 燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)包括確定聚合物電解質(zhì)膜中的含水量是 否低的確定部，和陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部，當(dāng)確定含所述水量是低的時(shí)， 所述陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部將所述燃料電池陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力設(shè)定為比 在所述含水量不低時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行期間所述陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力設(shè)定值低。
根據(jù)如上構(gòu)建的燃料電池系統(tǒng)，當(dāng)確定電解質(zhì)膜中的所述含水量是 低的時(shí)，降低陽(yáng)極壓力，使得所述電解質(zhì)膜因陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)之間的壓 差而補(bǔ)充來(lái)自所述陰極的水分。結(jié)果，所述電解質(zhì)膜的電阻值降低，因 此可以抑制由所述電解質(zhì)膜中的低含水量而引起的輸出電壓降低。因 此，可以抑制燃料電池的性能降低，即使所述電解質(zhì)膜中的含水量降低 也是如此。而且，可以降低陽(yáng)極壓力而不增加能量消耗，因此可以在不 降低能量效率的條件下抑制因所述電解質(zhì)膜中的含水量低而引起的電 池性能降低。
當(dāng)確定所述含水量是低的時(shí)，所述陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部可以將所述 陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力設(shè)定為低于所述穩(wěn)定運(yùn)行期間的所述設(shè)定值，但是在 能夠產(chǎn)生根據(jù)所述燃料電池的負(fù)荷需求的電力的范圍內(nèi)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在可以產(chǎn)生根據(jù)負(fù)荷需求的電力的同時(shí)可以抑制電 池性能降低，即使電解質(zhì)膜中的含水量降低也是如此。
此外，燃料電池系統(tǒng)還可以包括將氫氣供給到所述燃料電池的陽(yáng)極的
氫氣供給通道；和將從所述燃料電池的陽(yáng)極排放的氣體引導(dǎo)至所述氫氣供 給通道的陽(yáng)M氣通道。此外，所述氫氣供給通道的一部分和所述陽(yáng)極廢 氣通道可以形成使氫在所述燃料電池內(nèi)的部分之間再循環(huán)的再循環(huán)流路，
述陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在使用氫氣作為燃料氣體的燃料電池系統(tǒng)中，可以在 有效利用氫氣的同時(shí)抑制所述電解質(zhì)膜中含水量低時(shí)電池性能的降低。
這種燃料電池系統(tǒng)還可以包括設(shè)置在所述氫氣供給通道中所述再循環(huán)流路上游的噴射器，所述噴射器具有排放口和閥，氫氣通過(guò)所述排放口排 放到所述再循環(huán)流路側(cè)，所述閥選擇性打開(kāi)和關(guān)閉所述排放口。此外，所 述陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部可以通過(guò)利用所述閥調(diào)節(jié)所述排放口的打開(kāi)/關(guān) 閉狀態(tài)設(shè)定所述陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過(guò)利用所述閥調(diào)節(jié)所述排放口的打開(kāi)/關(guān)閉狀態(tài)可 以將陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力容易地調(diào)節(jié)至期望的壓力。
本發(fā)明還可以通過(guò)除上述那些方式以外的各種方式實(shí)現(xiàn)。例如，本 發(fā)明可以通過(guò)例如用于控制所述聚合物電解質(zhì)燃料電池的聚合物電解 質(zhì)膜的含水量的方法的方式實(shí)現(xiàn)。


參考附圖，從以下示例性實(shí)施方案的描述中，本發(fā)明的前述和其它 目的、特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得明顯，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于代表相
同的要素/元件，其中
圖l是顯示燃料電池系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)的框圖2是顯示陽(yáng)極壓力和噴射器操作之間的關(guān)系的圖3是顯示研究陽(yáng)極壓力和電池電阻之間的關(guān)系之后獲得的結(jié)果的
圖4是示出低的膜含水量程序的流程圖5是顯示輸出電流與輸出電壓特性(輸出特性)的一個(gè)實(shí)例的和
圖6是顯示減壓閥的一般結(jié)構(gòu)的框形式的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
接下來(lái)，將按以下順序描述本發(fā)明的示例實(shí)施方案。A.設(shè)備的整 體結(jié)構(gòu)；B.陽(yáng)極壓力和膜電阻之間的關(guān)系；C.低的膜含水量控制；和 D.修改的實(shí)施例。
A.設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)
5圖1是顯示作為本發(fā)明一個(gè)示例實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10的一 般結(jié)構(gòu)的框圖。燃料電池系統(tǒng)IO包括作為發(fā)電的主體的燃料電池22、 儲(chǔ)存待供給到燃料電池22的氫的氫罐23、和用于向燃料電池22供給壓 縮空氣的空氣壓縮機(jī)24。燃料電池22是具有多個(gè)單電池堆疊在一起的 堆疊結(jié)構(gòu)的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。
氫罐23是例如儲(chǔ)存高壓氫的氫氣瓶。作為替代方案，可以使用吸 氫合金罐，該吸氫合金罐通過(guò)將氫吸附在設(shè)置于罐內(nèi)部的吸氫合金中儲(chǔ) 存氫。將儲(chǔ)存在氫罐23中的氫氣釋放到連接至氫罐23的氫供給通道60 中，此后通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥61將氬氣調(diào)節(jié)至預(yù)定壓力(即，壓力降低)， 然后作為燃料氣體經(jīng)過(guò)噴射器62供給到構(gòu)成燃料電池22的每個(gè)單電池 的陽(yáng)極。順便提及，壓力調(diào)節(jié)閥61在圖1中顯示為單岡。然而，可以 設(shè)置根據(jù)需要的多個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥，使得從氫罐23以降低的壓力供給的 氫氣的壓力降低至期望的壓力并供給到噴射器62。
噴射器62是設(shè)置有排放口和打開(kāi)與關(guān)閉所述排放口的岡例如電磁閥 的裝置。當(dāng)閥打開(kāi)時(shí)，噴射器62根據(jù)施加在噴射器62之前和之后的壓差 由排放口噴射氫氣。因此，可以根據(jù)設(shè)置在噴射器62中的閥打開(kāi)的持續(xù)時(shí) 間調(diào)節(jié)供給到陽(yáng)極側(cè)的氫氣的量。更具體地，可以通過(guò)調(diào)節(jié)噴射器62以恒 定周期接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，即通過(guò)調(diào)節(jié)閥打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)的占空系 數(shù)調(diào)節(jié)所噴射的氫氣的量，即供給到陽(yáng)極的氫氣的量。
置噴射器:2的位置下游的位置處再次流入氫供給通道60中。以該方式， 使陽(yáng)極廢氣的中任意殘余氫在由氳供給通道60的一部分、陽(yáng)極廢氣通道 63和燃料電池22內(nèi)的流路形成的流順在下文中，所形成的流路將稱為"再 循環(huán)流路，，)中再循環(huán)，并且再次提供用于電化學(xué)反應(yīng)。此時(shí)，將與電化學(xué) 反應(yīng)消耗的量相當(dāng)?shù)牧康臍鍙臍涔?3經(jīng)噴射器62加入到再循環(huán)流路中。 也就是說(shuō)，根據(jù)所消耗的氫的量(即才艮據(jù)所產(chǎn)生的電量或負(fù)荷需求)調(diào)節(jié) 噴射器62的占空系數(shù)。此外，基于再循環(huán)it^內(nèi)的氣體壓力(在下文中稱 為"陽(yáng)M力")反饋控制噴射器62的占空系數(shù)。陽(yáng)M力保持在預(yù)定的基 本恒定的值。在該示例實(shí)施方案中，檢測(cè)陽(yáng)極壓力的陽(yáng)極壓力傳感器50 設(shè)置在形成再循環(huán)流路的一部分的氳供給通道60中。此外，氫泵65設(shè)置 在陽(yáng)極廢氣通道63中以使陽(yáng)極廢氣在再循環(huán)流路中再循環(huán)。
圖2是顯示陽(yáng)極壓力和噴射器62操作之間的關(guān)系的圖。例如，通過(guò)改變打開(kāi)和關(guān)閉閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的恒定頻率f下的脈沖寬度控制噴射器62的閥 的打開(kāi)和關(guān)閉。如圖2所示，陽(yáng)極壓力在閥處于打開(kāi)排放口的位置時(shí)增加， 在閥處于關(guān)閉排放口的位置時(shí)因再循環(huán)流路中的氫枕義電消耗而降低。因 此，打開(kāi)和關(guān)閉閥使陽(yáng)極壓力在圖2所示的Ap的壓差范圍內(nèi)脈動(dòng)。陽(yáng)極 壓力在通過(guò)控制噴射器62的占空系數(shù)而每次輕微地脈動(dòng)的同時(shí)IH^上可 以保持在期望的壓力下。
當(dāng)燃料電池22穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，將該示例實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10的 陽(yáng)極壓力設(shè)定為即使燃料電池22上的負(fù)荷需求波動(dòng)使得消耗最大量的氫 時(shí)也可以確?？梢怨┙o足量氳的值，并且考慮到與陰極側(cè)的氣體壓力的平 衡。此處，當(dāng)燃料電池22穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，燃料電池22的溫JLA夠高，電解 質(zhì)膜中的含水量足夠，并且可以通過(guò)燃料電池22產(chǎn)生負(fù)荷需求所必需的電 力而沒(méi)有任何問(wèn)題。
而且，在陽(yáng)M氣通道63中設(shè)置氣液分離器27。隨著電化學(xué)反應(yīng)的 進(jìn)行，在陰極處產(chǎn)生水。該水的一部分經(jīng)過(guò)燃料電池22的電解質(zhì)膜移動(dòng)到 陽(yáng)極側(cè)并且在燃料氣體中蒸發(fā)。氣液分離器27是冷凝陽(yáng)極廢氣中的水蒸汽 并由此將它從陽(yáng)M氣中除去的設(shè)備。
閥27a設(shè)置在氣液分離器27中。通過(guò)打開(kāi)該閥27a，將氣液分離器27 中的冷凝水經(jīng)過(guò)連接至閥27a的廢氣排放通道64排放到外部。順便提及， 當(dāng)閥27a打開(kāi)時(shí)，流過(guò)陽(yáng)M氣通道63的一些陽(yáng)M氣還排放到外部。以 該方式，在預(yù)定時(shí)刻打開(kāi)閥27a導(dǎo)致再循環(huán)的一些含氫氣體排放到外部， 由此抑制了含氫氣體中雜質(zhì)濃度(即穿過(guò)電解質(zhì)膜移動(dòng)至陽(yáng)極側(cè)的作為氧 化性氣體的空氣中的氮等的濃度)的增加。
此處，廢氣排放通道64連接至稀釋罐26，稀##26是具有大于廢氣 排放通道64的橫截面積的容器。設(shè)置稀g 26以在陽(yáng)M氣排放到外部 之前用陰M氣稀釋陽(yáng)極廢氣中的氫。
空氣壓縮機(jī)24壓縮經(jīng)過(guò)空氣濾清器28從外部^UV的空氣，并且將該 壓縮空氣作為氧化性氣體經(jīng)過(guò)氧化性氣體供給通道67供給到燃料電池22 的陰極。從陰極排放的陰M氣通過(guò)陰M氣通道68引導(dǎo)以排放至外部。 此處，氧化性氣體供給通道67和陰極廢氣通道68均穿過(guò)加濕模塊25。在 加濕模塊中，氧化性氣體供給通道67和陰M氣通道68通過(guò)水蒸汽可透 過(guò)的膜隔開(kāi)，并且利用含水蒸汽的陰極廢氣對(duì)供給到陰極的壓縮空氣加濕。此外，陰極廢氣通道68在將陰極廢氣導(dǎo)至外部之前穿過(guò)上述的稀, 26。在稀釋罐26中，陰極廢氣與通過(guò)廢氣排放通道64流入的陽(yáng)極廢氣混 合，將其稀釋，然后排放到外部。
燃料電池22的內(nèi)部還設(shè)置有制冷劑流路(未圖示)，制冷劑在該制冷 劑it^中循環(huán)。燃料電池22的內(nèi)部溫度能夠通過(guò)使制冷劑在燃料電池22 中形成的制冷劑流路和散熱器(未顯示)之間循環(huán)而保持在預(yù)定的溫度范 圍內(nèi)。此處，在制冷劑流路從燃料電池22中出來(lái)的部分附近設(shè)置檢測(cè)制冷 劑出口處的制冷劑溫度(在下文中稱為制冷劑出口溫度)的溫度傳感器52。 該溫度傳感器作為用于檢測(cè)燃料電池22內(nèi)部溫度的溫度傳感器。順便提 及，替代地可以設(shè)置除了檢測(cè)制冷劑出口溫度的傳感器以外的傳感器以檢 測(cè)燃料電池的內(nèi)部溫度，例如直接檢測(cè)燃料電池22的溫度的熱電偶。此外， 在燃料電池系統(tǒng)10中設(shè)置用于檢測(cè)燃料電池22的輸出電壓的電壓傳感器 54。
此外，燃料電池系統(tǒng)10包括控制燃料電池系統(tǒng)10的每個(gè)部分的運(yùn)行 的控制部70。該控制部70構(gòu)建為以微型計(jì)算機(jī)為中心的理論電路。更具 體地，控制部70包括例如根據(jù)預(yù)設(shè)控制程序執(zhí)行預(yù)定計(jì)算等的CPU 74、 預(yù)先儲(chǔ)存CPU 74進(jìn)行各種計(jì)算和處理所必須的控制程序和控制數(shù)據(jù)等的 ROM 75、暫時(shí)寫入CPU 74進(jìn)行各種計(jì)算和處理所必須的各種數(shù)據(jù)的 RAM 76、和輸入與輸出各種信號(hào)的輸"輸出端口 78。該控制部70獲得 例如來(lái)自設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)10中的各種傳感器(例如陽(yáng)極壓力傳感器 50、溫度傳感器52、和電壓傳感器54)的檢測(cè)信號(hào)、和涉及與燃料電池 22相關(guān)的負(fù)荷需求的信息等?？刂撇?0還將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到與燃料電池 22的發(fā)電相關(guān)的各個(gè)部分，例如設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)10中的噴射器62、 空氣壓縮機(jī)24、氫泵65、和閥27a等。
B.陽(yáng)M力和膜電阻之間的關(guān)系
當(dāng)聚合物電解質(zhì)膜中的含水量是低的時(shí)，該示例實(shí)施方案的燃料電池 系統(tǒng)10進(jìn)行控制，將陽(yáng)極壓力設(shè)定為與在穩(wěn)定運(yùn)行期間設(shè)定的值不同的 值，以抑制因低含水量而引起的電池性能降低。在描述該示例實(shí)施方案的 燃料電池系統(tǒng)IO中的這種控制之前，下文將描述燃料電池的內(nèi)阻(即電池 電阻)和陽(yáng)^US力之間的關(guān)系。
圖3是顯示研究陽(yáng)M力、電池電阻和電池電壓之間的關(guān)系之后獲得的結(jié)果的圖。此處，使用單電池作為燃料電池，不循環(huán)作為燃料氣體的氫 氣。此夕卜，在單電池連接至恒定負(fù)荷即在輸出電流值保持為恒定值的同時(shí)， 逐漸改變供給到陽(yáng)極側(cè)的氫氣的壓力(即陽(yáng)極壓力)，并測(cè)量電池電阻和 電池電壓。此外，使用空氣作為供給到陰極的氧化性氣體。流過(guò)單電池中 的氧化性氣體流路的空氣的壓力，即陰極壓力是恒定的。此外，在單電池 中設(shè)置作為制冷劑的加壓水流過(guò)其中的制冷劑流路，并且通過(guò)調(diào)節(jié)制冷劑 出口溫度使單電池內(nèi)部的溫M本保持恒定。此外，用于使燃料氣體和氧
質(zhì)膜的含水量是低的。
此處，燃料電池的內(nèi)阻包括由燃料電池的構(gòu)成元件之間的接觸電阻和 燃料電池的每個(gè)構(gòu)成元件的固有電阻所引起的電阻。盡管難以檢測(cè)這兩種 電阻中的這些分立電阻，但是其值響應(yīng)于含水量變化的電解質(zhì)膜的電阻 (即，膜電阻)可以根據(jù)燃料電池發(fā)電時(shí)燃料電池的發(fā)電條件大幅變化。 當(dāng)電解質(zhì)膜的含7jC量降低且電解質(zhì)膜的質(zhì)子電導(dǎo)率下降時(shí)，該膜電阻的值
增加。因此，在圖3所示的結(jié)果中，檢測(cè)由電解質(zhì)膜中含水量的減小引起 的膜電阻增加，作為燃料電池22內(nèi)阻的增加。
根據(jù)交流(AC )阻抗法獲得作為燃料電池內(nèi)阻的電池電阻。也就是說(shuō)， 將相對(duì)高頻(例如10kHz)的小的恒定AC電流施加至單電池。利用濾波 器(電容器)從輸出電壓中分離出AC電流引起的AC分量，獲得為AC 分量的電壓值的AC阻抗作為電池電阻。
如圖3所示，隨著陽(yáng)極壓力降低，單電池中的電池電阻降低，電池壓 力升高。
J乂
極壓力之間的壓差增加引起的，該壓差增加是由陽(yáng)極壓力減小使得其遠(yuǎn)低 于陰M力而引起的。也就是說(shuō)，陽(yáng)^L^力和陰^L^力之間的壓差增加促 進(jìn)了電解質(zhì)膜中的水從產(chǎn)生水的陰極側(cè)向陽(yáng)極側(cè)的轉(zhuǎn)移，其最終增加了電 解質(zhì)膜中的含水量。認(rèn)為這減小了膜電阻。
如上所述，從圖3所示的結(jié)果，我們知道當(dāng)電解質(zhì)膜中的含水量低時(shí)， 降低陽(yáng)極壓力可以降低電池電阻并增加電池電壓。特別地，當(dāng)利用氫氣作 為燃料氣體操作燃料電池時(shí)，考慮到與對(duì)其供給氧濃度相對(duì)低的空氣的陰 極側(cè)的氣體壓力的平衡設(shè)定陽(yáng)極壓力。因此，與獲得所期望的電力所必須的值相比，陽(yáng)^L^力過(guò)量很多。在足以產(chǎn)生根據(jù)負(fù)荷需求的電力的范圍內(nèi) 降低陽(yáng)極壓力使得能夠降低電池電阻和增加電池電壓，同時(shí)以該方式獲得 以過(guò)量陽(yáng)極壓力操作燃料電池時(shí)所期望的電力。利用該知識(shí)，在電解質(zhì)膜 中的含水量低時(shí)可以通過(guò)進(jìn)行控制以降低陽(yáng)極壓力來(lái)保持該示例實(shí)施方 案的燃料電池系統(tǒng)10中的電池性能。
C.低的膜含水量控制
圖4是示出低的膜含水量程序即膜中的含水量低時(shí)執(zhí)行的程序的流程 圖，該程序在設(shè)置于燃料電池系統(tǒng)10中的控制部70的CPU 74中執(zhí)行。 在通過(guò)燃料電池22發(fā)電時(shí)該程序以預(yù)定間隔重復(fù)執(zhí)行。
在程序開(kāi)始時(shí)，CPU 74首先確定燃料電池22是否滿足預(yù)定的低溫條 件(步驟SIOO)?？梢曰跉怏w流動(dòng)是否可以被因燃料電池的內(nèi)部溫度降 低引起的燃料電池中產(chǎn)生的液態(tài)水阻礙(所謂的水淹)，確定步驟S100中 燃料電池22是否滿足預(yù)定的低溫條件。在該示例實(shí)施方案中，當(dāng)利用通過(guò) 溫度傳感器52檢測(cè)的溫度作為燃料電池22的內(nèi)部溫度且內(nèi)部溫度為80。C 或更低時(shí)，確定燃料電池22滿足預(yù)定的低溫糾。
如果在步驟S100中確定未滿足該預(yù)定的低溫條件，則CPU74基于燃 料電池22的輸出電壓確定電解質(zhì)膜中的含水量是否是低的(步驟S110 )。 更具體地，獲得由電壓傳感器54檢測(cè)的燃料電池22的輸出電壓值，并且 還獲得由電流傳感器(未顯示)檢測(cè)的燃料電池22的輸出電流值。通常， 在穩(wěn)定運(yùn)行的燃料電池中，主要根據(jù)輸出電流值確定輸出電壓值。輸出電 流值和輸出電壓值之間存在一致的關(guān)系。圖5是顯示這種輸出電流-輸出電 壓特性(輸出特性)的一個(gè)實(shí)例的圖。該示例實(shí)施方案中的控制部70存儲(chǔ) 有燃料電池22穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的輸出特性。在步驟S110中，CPU 74基于所 獲得的輸出電流(IA)和存儲(chǔ)的輸出特性獲得參考電壓值(Va)，該參考 電壓值(VA)是穩(wěn)定運(yùn)行期間輸出電壓值的參考值。然后將從電壓傳感器 54獲得的輸出電壓值的檢測(cè)值與該獲得的參考電壓值進(jìn)行比較。當(dāng)實(shí)際檢 測(cè)的值比參考電壓值低預(yù)定的百分比或更多時(shí)，確定電解質(zhì)膜中的含水量 是低的。
此處，步驟S100是進(jìn)行以防止盡管在電解質(zhì)膜中的含水量不可能低的 情況下也將電解質(zhì)膜中的含水量在步驟S110中確定為低的步驟。在該示例 實(shí)施方案的步驟S110中，基于燃料電池22的輸出電壓確定電解質(zhì)膜中的含水量是否是低的。這利用了電解質(zhì)膜的含7jC量低時(shí)電解質(zhì)膜的電阻值增 加且燃料電池的輸出電壓降低的性質(zhì)。然而，不僅在電解質(zhì)膜中的含水量 低時(shí)可以看到輸出電壓的降低，而且在出現(xiàn)水淹時(shí)也可看到。因此，在該
示例實(shí)施方案中，在步驟S110之前在步驟S100中排除燃料電池22滿足 可發(fā)生水淹的低溫條件的情形，以防止在輸出電壓低時(shí)盡管實(shí)際上發(fā)生水 淹的事實(shí)也確定電解質(zhì)膜中的含水量為低的。以該方式，當(dāng)執(zhí)行步驟S100 和S110時(shí)，控制部70的CPU 74作為確定電解質(zhì)膜中的含水量是否低的 低含水量確定部。
如果在步驟S110中確定電解質(zhì)膜中的含水量是低的，則CPU74進(jìn)行 控制以降低陽(yáng)極壓力的設(shè)定值(步驟S120)，此后程序的該循環(huán)結(jié)束。如 上所述，當(dāng)燃料電池22穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，將陽(yáng)極壓力設(shè)定為可以確?？晒┙o足 量的氫的恒定值，即使燃料電池22上的負(fù)荷需求波動(dòng)到使得消耗最大量的 氫也是如此，并且考慮到與陰極側(cè)的氣體壓力的平衡。在步驟S120中， CPU 74進(jìn)行控制以將陽(yáng)極壓力設(shè)定為足以用于產(chǎn)生根據(jù)負(fù)荷需求的電力 并且低于其在穩(wěn)定運(yùn)行期間設(shè)定的值(即，設(shè)定值)的值。更具體地，通 it^控制部70向噴射器62輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)噴射器62的占空系數(shù)以4吏來(lái) 自陽(yáng)極壓力傳感器50的檢測(cè)值變成比在穩(wěn)定運(yùn)行期間的值低的預(yù)定值，進(jìn) 行將陽(yáng)極壓力設(shè)定得甚至更低的控制。當(dāng)以該方式執(zhí)行步驟S 120時(shí)，CPU 74作為將陽(yáng)極壓力設(shè)定為比穩(wěn)定運(yùn)行期間的陽(yáng)極壓力低的陽(yáng)極氣體壓力 調(diào)節(jié)部。
順便提及，當(dāng)在步驟SIOO中確定燃料電池22滿足預(yù)定的低溫條件時(shí)，
蒸發(fā)到燃料氣體和氧化性氣體。由此，認(rèn)為此時(shí)電解質(zhì)膜極不可能具有低 的含水量。因此，過(guò)程進(jìn)行到步驟S130，其中CPU 74根據(jù)燃料電池22 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)執(zhí)行的控制(即，穩(wěn)定運(yùn)行控制)控制陽(yáng)極壓力，此后程序的 該循環(huán)結(jié)束。同樣，在步驟S110中確定電解質(zhì)膜中的含7jC量不低時(shí)，過(guò)程
也進(jìn)行到步驟S130，其中CPU74進(jìn)g定運(yùn)行控制，此后程序的該循環(huán) 結(jié)束。以該方式，通過(guò)重復(fù)執(zhí)行圖4所示的膜含水量低的程序，在膜含水 量低時(shí)進(jìn)行控制以降低陽(yáng)極壓力，并且在降低陽(yáng)極壓力的控制開(kāi)始之后當(dāng) 膜的含7jC量恢復(fù)時(shí)再次重新開(kāi)始正?？刂?。
根據(jù)如上所述構(gòu)建的燃料電池系統(tǒng)10，當(dāng)電解質(zhì)膜中的含水量低時(shí)， 陽(yáng)極壓力降低，這降低了電解質(zhì)膜的電阻值，由此能夠抑制由電解質(zhì)膜中
ii的含水量低而引起的輸出電壓降低。因此，即使電解質(zhì)膜中的含水量是低 的，仍然可以在維持足夠的輸出電壓的同時(shí)保持產(chǎn)生期望的電力，由此抑
制燃料電池22的性能降低。而且，可以在不增加能量消耗的情況下降低陽(yáng) 極壓力，因此可以在不降低能量效率的情況下抑制由電解質(zhì)膜中的含水量 低而引起的電池性能下降。
具體地，該示例實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)10為設(shè)置有再循環(huán)流路的結(jié) 構(gòu)，該再循環(huán)流路作為陽(yáng)極側(cè)的氣體流路，并且使高壓氫氣循環(huán)以通過(guò)再 循環(huán)流路平衡氧化性氣體的氣體壓力。因此，可以容易地在足以根據(jù)負(fù)荷 需求發(fā)電的范圍內(nèi)降低陽(yáng)札壓力。
此外，在該示例實(shí)施方案中，當(dāng)閥打開(kāi)和關(guān)閉噴射器62的排放口時(shí)， 通過(guò)占空系數(shù)調(diào)節(jié)陽(yáng)極壓力。因此，可以通過(guò)控制閥打開(kāi)和關(guān)閉的簡(jiǎn)單操 作將陽(yáng)極壓力容易地控制到所期望的值。順便提及，為了調(diào)節(jié)陽(yáng)極壓力， 可以根據(jù)除了改變閥打開(kāi)的持續(xù)時(shí)間和閥關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間(與調(diào)節(jié)占空系 數(shù)時(shí)的情形一樣)以外的方法，通過(guò)閥調(diào)節(jié)排放口的打開(kāi)/關(guān)閉狀態(tài)。例如， 還可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥的打開(kāi)量調(diào)節(jié)陽(yáng)極壓力。
此外，當(dāng)在步驟SllO中基于輸出電壓值確定含水量是否低時(shí)，優(yōu)選在 參考輸出電壓值中提供滯后。也就是說(shuō)，根據(jù)情況在步驟SllO中進(jìn)行不同 的確定。在第一情形中，當(dāng)正進(jìn)em定運(yùn)行控制時(shí)確定含水量是否變低。 在第二情形中，在進(jìn)行陽(yáng)極減壓控制的同時(shí)確定含水量是否恢復(fù)，即不再 低。此時(shí)，優(yōu)選在第一情形中使用的參考電壓值低于在第二情形中使用的 參考電壓值，使得可以防止顫動(dòng)，并且可以提高與陽(yáng)極壓力相關(guān)的控制的 轉(zhuǎn)換操作穩(wěn)定性。
此外，代替將陽(yáng)極壓力的設(shè)定值改變至低于穩(wěn)定運(yùn)行期間設(shè)定的陽(yáng)極 壓力的單值，可以以不同的方式構(gòu)建陽(yáng)極減壓控制。也就是說(shuō)，如果即使 在步驟S120中進(jìn)行陽(yáng)極減壓控制輸出電壓值也未充分恢復(fù)，則可以在下 次執(zhí)行膜含水量低的程序時(shí)在步驟S120中將陽(yáng)極壓力的設(shè)定值改變至甚 至更低的值。如圖2所示，電壓恢復(fù)效果可以隨陽(yáng)極壓力的甚至進(jìn)一步降 低而提高。此時(shí)，可以在不抑制與負(fù)荷需求相關(guān)的輸出功率的情況下抑制 電池性能下降，只要設(shè)定為甚至更低的陽(yáng)極壓力值在即使負(fù)荷需求波動(dòng)也 可以獲得期望電力的范圍內(nèi)即可。
D. <務(wù)改實(shí)施例本發(fā)明不限于所示的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)，而是在不脫離本發(fā)明的精神和 范圍的情況下可以實(shí)現(xiàn)為各種變化方案、^"改方案或改進(jìn)方案。例如，以 下的修改實(shí)施例也是可能的。
Dl.第一修改實(shí)施例
在前述示例性實(shí)施方案中，基于在圖4中的步驟S100中排除可能出 現(xiàn)水淹的情形之后燃料電池22的輸出電壓值，在圖4中的步驟SllO中進(jìn) 行關(guān)于電解質(zhì)膜中含水量的確定。然而，作為替代方案，還可以在不同的 基礎(chǔ)上進(jìn)行確定。
例如，代替步驟S100和S110，可以基于燃料電池22的內(nèi)部溫度進(jìn)行 電解質(zhì)膜中的含水量是否低的確定。在步驟S100中，當(dāng)燃料電池22的內(nèi) 部溫度為80'C或更低時(shí)確定燃料電池22處于預(yù)定的低溫狀態(tài)，從而可以 排除水淹。相反，當(dāng)燃料電池22的內(nèi)部溫^A可以想到的電解質(zhì)膜中的含 水量會(huì)因升高的飽和蒸汽壓而變低的溫度例如90'C或更高時(shí)，可以確定電 解質(zhì)膜中的含水量是低的。利用這種結(jié)構(gòu)，利用檢測(cè)反映燃料電池22的內(nèi) 部溫度的諸如制冷劑溫度的溫度的簡(jiǎn)單方法，可以容易地確定電解質(zhì)膜中 的含水量是否是低的。
D2.第二修改實(shí)施例
作為替代方案，代替步驟S100和SllO，可以基于電解質(zhì)膜的膜電阻 確定電解質(zhì)膜中的含水量是否是低的。如上文所述，當(dāng)膜含水量降低時(shí)， 電解質(zhì)膜的膜電阻增加。因此，當(dāng)膜電阻增加到預(yù)定值或更高時(shí)，可以確 定含水量是低的。然而，確定膜電阻本身是困難的。在燃料電池22的內(nèi)阻 中，膜電阻基于發(fā)電條件而大幅變化。因此，可以通過(guò)獲得燃料電池22 的內(nèi)阻進(jìn)行確定。燃料電池22的內(nèi)部阻力可以通過(guò)例如上述AC阻抗法獲 得。當(dāng)AC阻抗的值等于或大于預(yù)定參考值時(shí)，可以確定電解質(zhì)膜中的含 水量是低的。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以基于膜電阻精確地確定電解質(zhì)膜中的含 水量是否是低的。
D3.第三修改實(shí)施例
還可以基于供給至陰極的氧化性氣體的壓降(即，陰^LH降)確定電 解質(zhì)膜中的含水量是否是低的。也就是說(shuō)，在氧化性氣體供給通道67和陰 極廢氣通道68中均設(shè)置檢測(cè)氧化性氣體的壓力的壓力傳感器，從而獲得陰 極壓降，即兩個(gè)檢測(cè)值之差。當(dāng)所獲得的陰極壓降小于預(yù)定值時(shí)，可以確定電解質(zhì)膜中的含水量是低的。這是因?yàn)楫?dāng)電解質(zhì)膜中的含水量是低的 時(shí)，在氧化性氣體流路中沒(méi)有太多的液態(tài)水，因此氧化性氣體流未被液態(tài) 水過(guò)多阻礙，因此壓降降寸氐。
更具體地，還可以在燃料電池系統(tǒng)10的氧化性氣體供給通道67中設(shè) 置氣體流量計(jì)。此外，通過(guò)在改變供給到燃料電池的氣體濕度的同時(shí)預(yù)先 測(cè)量根據(jù)氧化性氣體流量的陰極壓降，可以對(duì)每一氧化性氣體流量預(yù)先設(shè) 定用作確定膜含水量是否低的參考的陰極壓降，并且陰極壓降可以作為映 射存儲(chǔ)在控制部70中。通過(guò)利用氣體流量計(jì)檢測(cè)氧化性氣體的流量和參考 映射，可以獲得氧化性氣體流量的陰極壓降的參考值，然后可以將該獲得 的壓降的參考值與由來(lái)自壓力傳感器的檢測(cè)值獲得的陰極壓力降進(jìn)行比 較。當(dāng)檢測(cè)的陰極壓力降等于或低于由氣體流量計(jì)獲得的壓降的參考值 時(shí)，可以確定電解質(zhì)膜中的含水量是低的。順便提及，不僅可以通過(guò)提供 氣體流量計(jì)直接檢測(cè)氧化性氣體的氣體流量，而且還可以利用估計(jì)值進(jìn)行 估算?？梢曰诶缱鳛檠趸詺怏w吸入空氣壓縮機(jī)24中的空氣的壓力和 溫度、以及空氣壓縮機(jī)24的速度估算氧化性氣體的流量。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)， 可以在不必直接檢測(cè)膜電阻的條件下根據(jù)簡(jiǎn)單的方法確定電解質(zhì)膜中的 含水量是否是〗氐的。
D4.第四修改實(shí)施例
同樣，還可以基于供給到陽(yáng)極的燃料氣體的壓降(即，陽(yáng)極壓降)確 定電解質(zhì)膜中的含水量是否是低的。也就是說(shuō)，在氫供給通道60和陽(yáng)M 氣通道68中均設(shè)置檢測(cè)燃料氣體壓力的壓力傳感器，從而獲得陽(yáng)極壓降， 即兩個(gè)檢測(cè)值之差。當(dāng)獲得的陽(yáng)^L^降低于預(yù)定值時(shí)，可以確定電解質(zhì)膜 中的含水量是低的。此處，陽(yáng)極壓降變成不僅受燃料氣體流動(dòng)通道中的液 態(tài)水的量影響并且還依賴于發(fā)電所消耗的氫量的值?？梢曰谕ㄟ^(guò)設(shè)置用 于檢測(cè)燃料電池22的輸出電流的安培計(jì)檢測(cè)的輸出電流的積分值計(jì)算發(fā) 電所消耗的氫的量。在燃料電池系統(tǒng)10的控制部70中，通過(guò)在改變供給 到燃料電池的氣體濕度的同時(shí)預(yù)先測(cè)量才艮據(jù)輸出電流的積分值(即，消耗 的氫的量)的陽(yáng)極壓降，可以預(yù)先設(shè)定用作確定膜含水量是否低的參考的 陽(yáng)M降，并且可以作為映射預(yù)先存儲(chǔ)陽(yáng)極壓降。基于利用安培計(jì)檢測(cè)的 輸出電流的積分值和映射獲得陽(yáng)極壓降的參考值。然后將該壓降的參考值 與來(lái)自壓力傳感器的陽(yáng)極壓降的檢測(cè)值進(jìn)行比較。當(dāng)所檢測(cè)的陽(yáng)極壓降等 于或低于參考值時(shí)，可以確定電解質(zhì)膜中的含水量是低的。在這種情形中，也可以在不必直接檢測(cè)膜電阻的條件下通過(guò)簡(jiǎn)單的方法確定電解質(zhì)膜中 的含水量是否是低的。
D5.第五修改實(shí)施例
作為替代方案，可以通過(guò)計(jì)算供給到燃料電池22的氧化性氣體中的水 分的量、在燃料電池中因發(fā)電而產(chǎn)生的水的量和廢氣中的水蒸汽的量(即 排放的體積)并計(jì)算燃料電池22中的水平衡，確定電解質(zhì)膜中的含水量是 否是低的。
利用陰M氣在上述加濕模塊25中對(duì)氧化性氣體加濕。加濕模塊25 的加濕效率是根據(jù)待加濕的氧化性氣體的壓力和溫度或用于加濕的陰極 廢氣的壓力和濕度設(shè)定的值。因此，可以4PL據(jù)諸如待加濕的氧化性氣體的 壓力和溫度或用于加濕的陰極廢氣的壓力和濕度等^lt，預(yù)先獲得氧化性 氣體的加濕量，并作為映射存儲(chǔ)在控制部70中。因此，通過(guò)利用傳感器檢 測(cè)參數(shù)和參考映射可以獲得氧化性氣體的加濕量。
可以根據(jù)發(fā)電量理論上計(jì)算因發(fā)電而產(chǎn)生的水的量。因此，可以在燃 料電池系統(tǒng)IO中設(shè)置檢測(cè)來(lái)自燃料電池22的輸出電流的安培計(jì)，可以基 于來(lái)自該安培計(jì)的檢測(cè)值計(jì)算所產(chǎn)生的水的量。
可以在陰極廢氣通道68中設(shè)置氣體流量傳感器、氣體溫度傳感器和氣 體壓力傳感器，并且可以通過(guò)檢測(cè)陰極廢氣的流量、溫度和壓力計(jì)算陰極 廢氣中的水蒸汽的量。在該情況下，計(jì)算陰極廢氣中的蒸氣壓力作為飽和 蒸氣壓。順便提及，當(dāng)電解質(zhì)膜中的含水量改變時(shí)從氣液分離器27的閥 27a排放的水分的量并不變化很多，因此當(dāng)計(jì)算排放的體積時(shí)將其忽略。 然而，作為替代方案，可以在考慮該7jC分的量的情況下計(jì)算排放的體積。
以該方式，當(dāng)計(jì)算氧化性氣體加濕量、所產(chǎn)生的水的量和排放的體積 時(shí)，當(dāng)下式(l)為真時(shí)，可以確定電解質(zhì)膜中的含水量是低的。
(排放體積) > (加濕量+所產(chǎn)生的水量)xc (1)
順便提及，常數(shù)C是代表與燃料電池是否可以與膜含水量下降多少無(wú) 關(guān)地發(fā)電相關(guān)的燃料電池性能，并且可以對(duì)每個(gè)燃料電池設(shè)定。該常數(shù)C 可以設(shè)定為大于l的值。根據(jù)式(l)，當(dāng)常數(shù)C大于1時(shí)，燃料電池中的 水分的量逐漸減小，因此，電解質(zhì)膜中的含7jC量持續(xù)降低。然而，實(shí)際上， 因?yàn)樵谟?jì)算排放的體積時(shí)將陰M氣中的蒸氣壓計(jì)算為飽和蒸氣壓，所以
這不會(huì)發(fā)生。當(dāng)燃料電池的溫度稍低時(shí)，陰M氣中的蒸氣壓會(huì)達(dá)到飽和蒸氣壓。然而，當(dāng)燃料電池的溫度高得足以使得電解質(zhì)膜中的含水量會(huì)下 降時(shí)，陰極廢氣的蒸氣壓不會(huì)達(dá)到飽和蒸氣壓。因此，實(shí)際排放得體積會(huì)
小于上述計(jì)算的排放的體積，因此將式(l)中的常數(shù)C設(shè)定為大于1。根
據(jù)這種結(jié)構(gòu)，利用來(lái)自安培計(jì)(通常設(shè)置用于控制燃料電池系統(tǒng)的傳感器) 或用于陰極廢氣的流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器等的檢測(cè)值，可 以容易地確定電解質(zhì)膜中的含水量是否是低的，而不必直接檢測(cè)膜電阻。
D6.第六修改實(shí)施例
還可以基于廢氣(陰極廢氣或陽(yáng)極廢氣)的濕度確定電解質(zhì)膜中的含 水量是否是低的。例如，當(dāng)使用陰M氣的濕度時(shí)，可以在陰M氣通道 68中設(shè)置氣體露點(diǎn)計(jì)和氣體溫度傳感器，從而可以獲得陰極廢氣的濕度。 當(dāng)燃料電池的溫度相對(duì)低時(shí)，廢氣的水蒸氣壓達(dá)到飽和蒸氣壓。然而，當(dāng) 燃料電池的溫度上升到使電解質(zhì)膜中的含水量可能變低時(shí)，廢氣中的濕度 下降到低于對(duì)應(yīng)于飽和蒸氣壓的濕度。因此，預(yù)先設(shè)定用作用于確定含水 量是否低的參考的廢氣濕度。當(dāng)基于檢測(cè)值獲得的廢氣濕度下降到低于用 作參考的廢氣濕度時(shí)，可以確定電解質(zhì)膜中的含7jC量是低的。在這種情況 下，也可以在不必直接檢測(cè)膜電阻的條件下利用簡(jiǎn)單的方法確定電解質(zhì)膜 中的含7K量是否是低的。
D7.第七^(guò)務(wù)改實(shí)施例
在示例性實(shí)施方案中，使用噴射器62來(lái)補(bǔ)充再循環(huán)流路中的氫氣。然 而，作為替代方案，可以使用不同的結(jié)構(gòu)。例如，可以設(shè)置減壓閥代替噴 射器62，并且可以進(jìn)行控制以通過(guò)利用這種減壓閥調(diào)節(jié)供給到燃料電池22 的燃料氣體的壓力來(lái)降低陽(yáng)極壓力。
圖6是顯示作為用于代替噴射器62的減壓岡的一個(gè)實(shí)例的減壓閥162 的一般結(jié)構(gòu)的框形式的截面視圖。減壓閥162包括外殼80、隔膜 (diaphragm) 85、提升閥86、和彈簧91與92。在外殼80中形成由氫 罐23側(cè)供給的氫氣經(jīng)過(guò)其流入的第一側(cè)入口 88、氫氣通過(guò)其排放到再 循環(huán)流路側(cè)的第二側(cè)出口 89、和朝環(huán)境空氣打開(kāi)的背壓口 90。隔膜85 將外殼80的內(nèi)部分割成圖中的上部空間和下部空間。上部空間構(gòu)成經(jīng) 過(guò)背壓口 90朝環(huán)境空氣打開(kāi)的壓力調(diào)節(jié)室83。下部空間通過(guò)外殼80 的分割板84進(jìn)一步分割成兩個(gè)空間， 一個(gè)是第一側(cè)氣體室81，另一個(gè) 是第二側(cè)氣體室82。分割板84中形成有提供第一側(cè)氣體室81和第二側(cè)氣體室82之間 的連通的調(diào)節(jié)孔87。該調(diào)節(jié)孔87的打開(kāi)量通過(guò)連接至隔膜85的提升閥 86調(diào)節(jié)。從第一側(cè)入口 88流入第一側(cè)氣體室81的高壓氫氣穿過(guò)調(diào)節(jié)孔 87 (其降低氫氣的壓力)，進(jìn)入第二側(cè)氣體室82，由此經(jīng)第二側(cè)出口89 供給到再循環(huán)流路。
彈簧91布置在第一側(cè)氣體室81中，并且沿減小調(diào)節(jié)孔87的打開(kāi)量的 方向推動(dòng)提升閥86。此外，彈簧92布置在壓力調(diào)節(jié)室83中，沿增加調(diào)節(jié) 孔87的打開(kāi)量的方向推動(dòng)隔膜85。此外，在第二側(cè)氣體室82中的減壓氫 氣的壓力在減小調(diào)節(jié)孔87的打開(kāi)量的方向施加力至隔膜85，而壓力調(diào)節(jié) 室83內(nèi)的環(huán)境空氣的壓力沿增加調(diào)節(jié)孔87的打開(kāi)量的方向施加力至隔膜 85。調(diào)節(jié)孔87的打開(kāi)度和氫氣壓力的降低度由減壓氫氣的力和環(huán)境空氣的 力的平衡決定。當(dāng)?shù)诙?cè)的氣體壓力通過(guò)增加第一側(cè)的氣體壓力而增加時(shí)， 由第二側(cè)的氣體壓力施加至隔膜的力增加。結(jié)果，用于減小調(diào)節(jié)閥87的打 開(kāi)量的力增加，其增加氫氣壓力的降低度。相反，當(dāng)?shù)诙?cè)的氣體壓力通 過(guò)降低第一側(cè)的氣體壓力而降低時(shí)，由第二側(cè)的氣體壓力施加至隔膜的力 減小。結(jié)果，用于減小調(diào)節(jié)閥87的打開(kāi)量的力減小，由此降低氫氣壓力的 降低度。以該方式，降低的第二側(cè)的氫氣壓力可以基本上保持恒定，即使 第 一側(cè)的氫氣壓力波動(dòng)也是如此。
當(dāng)使用這種減壓閥162時(shí)，燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以為使得減壓器 可以連接到朝壓力調(diào)節(jié)室83打開(kāi)的背壓口卯，并且可以切斷背壓口卯 和環(huán)境空氣之間的連通。然后，當(dāng)進(jìn)行圖4中所示步驟S120中的陽(yáng)極 減壓控制時(shí)，可以切斷壓力調(diào)節(jié)室83和環(huán)境空氣之間的連通，并且利 用減壓器將壓力調(diào)節(jié)室83中壓力降低至低于大氣壓力。結(jié)果，用于減 小調(diào)節(jié)孔87的打開(kāi)量的力可以增加，其增加氫氣壓力的降低度，由此 能夠降低陽(yáng)極壓力。
D8.第8修改實(shí)施例
在該示例性實(shí)施方案中，使用儲(chǔ)存在氫罐23中的氫氣作為含氫的燃 料氣體。然而，作為替代方案，可以使用不同的結(jié)構(gòu)。例如，可以使用利 用諸如蒸汽重整反應(yīng)的重整反應(yīng)由醇或烴燃料等獲得的富氫重整氣體作 為燃料氣體。在該情況下，也可以通過(guò)確保輸出電壓獲得相同的效果，這 是通過(guò)在電解質(zhì)膜中的含水量是低的時(shí)進(jìn)行控制以降低陽(yáng)極壓力來(lái)抑制 電解質(zhì)膜電阻增加而實(shí)現(xiàn)的。
1權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括具有聚合物電解質(zhì)膜的聚合物電解質(zhì)燃料電池；確定所述聚合物電解質(zhì)膜中的含水量是否低的確定部；和陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部，當(dāng)確定所述含水量是低的時(shí)，所述陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部將所述燃料電池的陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力設(shè)定為比在所述含水量不低時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行期間所述陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力的設(shè)定值低。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中當(dāng)確定所述含水量是低述穩(wěn)定運(yùn)行期間的所述設(shè)定值:但是在能夠產(chǎn)生根據(jù)所述燃料電池的負(fù)荷需求的電力的范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括將氫氣供給到所述燃料電池的陽(yáng)極的氫氣供給通道；和將從所述燃料電池的陽(yáng)極排放的氣體引導(dǎo)至所述氫氣供給通道的陽(yáng)極廢氣通道，其中所述氬氣供給通道的一部分和所述陽(yáng)極廢氣通道形成使氫在所述燃料電池內(nèi)的部分之間再循環(huán)的再循環(huán)流路，所述陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部將所述再循環(huán)流路內(nèi)的壓力設(shè)定為所述陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述氫氣供給通道中所述再循環(huán)流路上游的噴射器，所述噴射器具有排放口和閥，氫氣通過(guò)所述排放口排放到所述再循環(huán)流路側(cè)，所述閥選擇性打開(kāi)和關(guān)閉所述排放口 ，其中所述陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部通過(guò)利用所述閥調(diào)節(jié)所述排放口的打開(kāi)/關(guān)閉狀態(tài)設(shè)定所述陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力。
5. —種用于調(diào)節(jié)聚合物電解質(zhì)燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜內(nèi)的含水的方法，包括確定所述聚合物電解質(zhì)膜內(nèi)的含水量是否是低的；和當(dāng)確定所述含水量是低的時(shí)，將所述燃料電池的陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力設(shè)定為比所述含水量不為低的時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行期間所述陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力的設(shè)定值低。
全文摘要
包括具有聚合物電解質(zhì)膜的聚合物電解質(zhì)燃料電池(22)的燃料電池系統(tǒng)(10)設(shè)置有確定聚合物電解質(zhì)膜中的含水量是否是低的確定部，和陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部，當(dāng)確定所述含水量是低的時(shí)，所述陽(yáng)極氣體壓力調(diào)節(jié)部將所述燃料電池的陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力設(shè)定為比在所述含水量不低時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行期間所述陽(yáng)極側(cè)的氣體壓力的設(shè)定值低。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101529633SQ200780038695
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月18日
發(fā)明者弓田修 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社