專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種接收反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池組是通過將燃料氣體及氧化氣體提供到膜一電極組合體 而產(chǎn)生電氣化學(xué)反應(yīng)、并將化學(xué)能量變換為電能的能量變換系統(tǒng)。其 中，將固體高分子膜用作電解質(zhì)的固體高分子電解質(zhì)型燃料電池組成 本低、小型化，并具有高的輸出密度，因此在車載電源的用途方面令 人期待。
燃料電池的氣體流路內(nèi)部殘留有因反應(yīng)氣體的電氣化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn) 生的生成水、或用于對反應(yīng)氣體進(jìn)行加濕的加濕水等，在放置該殘留 水分的狀態(tài)下停止發(fā)電時，在低溫環(huán)境下，殘留水分凍結(jié)，妨礙反應(yīng) 氣體對膜一電極組合體的擴(kuò)散，低溫起動性下降。鑒于這一問題，日
本特開2002 — 246053號公報中提出了以下方法在運轉(zhuǎn)停止時向燃料 電池組內(nèi)部供給掃氣氣體，以去除水分，通過測量燃料電池組的交流 阻抗，判斷電解質(zhì)膜的干燥程度。
專利文獻(xiàn)l:日本特開2002 — 246053號公報

發(fā)明內(nèi)容
但在具有根據(jù)在開始掃氣的時點測定的燃料電池組的交流阻抗、 及開始掃氣后經(jīng)過規(guī)定時間測定的燃料電池組的交流阻抗來推測掃氣 實施時間的功能的燃料電池系統(tǒng)中，掃氣開始時的燃料電池內(nèi)部的殘 留水分較少的話，掃氣開始到經(jīng)過規(guī)定時間之前，電解質(zhì)膜可能會過 度干燥，燃料電池會受損。因此，本發(fā)明的課題在于，解決上述問題，提供一種可實施不使
燃料電池過度干燥的故障保險(failsafe)處理的燃料電池系統(tǒng)。
為了解決上述課題，本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池; 掃氣裝置，向上述燃料電池供給掃氣氣體；交流阻抗測定部，在掃氣
開始時點測定上述燃料電池的交流阻抗，并且在從上述掃氣開始時點
起經(jīng)過了規(guī)定時間的時點測定上述燃料電池的交流阻抗；掃氣實施時 間推測部，根據(jù)在上述掃氣開始時點測定的交流阻抗、在從上述掃氣 開始時點起經(jīng)過了規(guī)定時間的時點測定的交流阻抗、及上述規(guī)定時間， 推測掃氣實施時間；和異常處理部，在從上述掃氣開始時點到經(jīng)過上
述規(guī)定時間的時點為止的期間內(nèi)，上述燃料電池的單體電池電壓低于 規(guī)定閾值時，強制結(jié)束掃氣處理。
單體電池電壓的下降意味著燃料電池內(nèi)部干燥，因此當(dāng)單體電池 電壓低于規(guī)定閾值時強制結(jié)束掃氣處理，可實施不使燃料電池過度干 燥的故障保險處理。
其中，優(yōu)選掃氣實施時間推測部利用內(nèi)插函數(shù)推測掃氣實施時間。 伴隨掃氣處理中的時間經(jīng)過的交流阻抗的變化可近似于某個特定的函 數(shù)曲線，因此通過利用內(nèi)插函數(shù)可提高推測精度。
掃氣開始時點起經(jīng)過規(guī)定時間的時點可以是燃料電池的溫度變化 速度的絕對值小于規(guī)定閾值的時點，或者也可是預(yù)先確定的一定時間。 通過盡量在估計燃料電池內(nèi)部含水量下降的時期來測定交流阻抗，可 提高掃氣實施時間推測精度。


圖1是本實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖2是電池的分解透視圖。
4圖3是表示電池的電氣特性的等價電路圖。
圖4是在復(fù)平面上表示燃料電池組的交流阻抗的圖表。
圖5是掃氣處理涉及的控制單元的功能塊圖。
圖6A是表示點火開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)的時序圖。
圖6B是提供到異常處理部的單體電池電壓測定指示的時序圖。
圖6C是表示掃氣處理中的單體電池電壓的變化的時序圖。
圖6D是提供到交流阻抗測定部的交流阻抗測定指示的時序圖。
圖6E是表示測定存儲器中存儲的交流阻抗的值的時序圖。
圖6F是表示異常結(jié)束標(biāo)志的開/關(guān)的時序圖。
圖6G是表示提供到燃料電池組的空氣流量的時序圖。
圖7A是表示點火開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)的時序圖。
圖7B是提供到異常處理部的單體電池電壓測定指示的時序圖。
圖7C是表示掃氣處理中的單體電池電壓的變化的時序圖。
圖7D是提供到交流阻抗測定部的交流阻抗測定指示的時序圖。
圖7E是表示測定存儲器中存儲的交流阻抗的值的時序圖。
圖7F是表示異常結(jié)束標(biāo)志的開/關(guān)狀態(tài)的時序圖。
圖7G是表示提供到燃料電池組的空氣流量的時序圖。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明涉及的實施方式。
圖1表示本實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)10的系統(tǒng)構(gòu)成。
燃料電池系統(tǒng)IO作為搭載到燃料電池車輛的車載電源系統(tǒng)作用， 具有燃料電池組20，接受反應(yīng)氣體(燃料氣體、氧化氣體)的供給 并發(fā)電；氧化氣體供給系統(tǒng)30，將作為氧化氣體的空氣提供到燃料電 池組20;燃料氣體供給系統(tǒng)40，將作為燃料氣體的氫氣提供到燃料電 池組20;電力系統(tǒng)50，控制電力的充電放電；冷卻系統(tǒng)60，冷卻燃料 電池組20;控制單元(ECU) 90，控制系統(tǒng)整體。燃料電池組20是串聯(lián)層疊多個電池而成的固體高分子電介質(zhì)型 電池組。在燃料電池組20中，在陽極中產(chǎn)生公式(1)的氧化反應(yīng)， 在陰極中產(chǎn)生公式(2)的還原反應(yīng)。作為燃料電池組20整體，產(chǎn)生 公式(3)的起電反應(yīng)。
H2—2H+ + 2e— …(1) (1/2) 02 + 2H+ + 2e——H20 …(2)
H2+ (1/2) 02—H20 …(3)
燃料電池組20上安裝有用于檢測燃料電池組20的輸出電壓的 電壓傳感器71、用于檢測發(fā)電電流的電流傳感器72、及用于檢測單體 電池電壓的電池監(jiān)控器(單體電池電壓檢測器)75。
氧化氣體供給系統(tǒng)30具有氧化氣體通路34，提供到燃料電池 組20的陰極的氧化氣體在其中流動；氧化廢氣通路36，從燃料電池組 20排出的氧化廢氣在其中流動。氧化氣體通路34中設(shè)有空氣壓縮機(jī) 32，通過過濾器31從大氣中取入氧化氣體；加濕器33，用于對提供到 燃料電池組20的陰極的氧化氣體加濕；節(jié)流閥35，調(diào)整氧化氣體供給 量。氧化廢氣通路36中設(shè)有背壓調(diào)整閥37，調(diào)整氧化氣體供給壓力； 加濕器33，在氧化氣體(干燥氣體)和氧化廢氣(濕潤氣體)之間進(jìn) 行水分交換。
燃料氣體供給系統(tǒng)40具有燃料氣體供給源41;燃料氣體通路
45，從燃料氣體供給源41提供到燃料電池組20的陽極的燃料氣體在 其中流動；循環(huán)通路46，使從燃料電池組20排出的燃料廢氣返回到燃 料氣體通路45;循環(huán)泵47，使循環(huán)通路46內(nèi)的燃料廢氣壓送到燃料 氣體通路43;排氣排水通路48，與循環(huán)通路47分支連接。
燃料氣體供給源41例如由高壓氫罐、貯氫合金等構(gòu)成，存儲高壓 (例如35MPa到70MPa)的氫氣。打開截止閥42時，燃料氣體從燃 料氣體供給源41流出到燃料氣體通路45。燃料氣體通過調(diào)節(jié)器43、噴射器44例如減壓到200kPa左右，提供到燃料電池組20。
此外，燃料氣體供給源41也可由以下構(gòu)成由烴系燃料生成富氫 的改性氣體的改性器；使該改性器生成的改性氣體為高壓狀態(tài)而蓄壓 的高壓氣罐。
調(diào)節(jié)器43是將其上游側(cè)壓力(一次壓)調(diào)壓為預(yù)先設(shè)定的二次壓 的裝置，例如由對一次壓進(jìn)行減壓的機(jī)械式的減壓闊等構(gòu)成。機(jī)械式 減壓閥具有如下構(gòu)造具有隔著隔板形成有背壓室和調(diào)壓室的殼體， 通過背壓室內(nèi)的背壓，在調(diào)壓室內(nèi)將一次壓減壓為規(guī)定的壓力，作為 二次壓。
噴射器44是通過電磁驅(qū)動力將閥芯直接以規(guī)定的驅(qū)動周期驅(qū)動 以從閥座離開、從而可調(diào)整氣體流量或氣體壓力的電磁驅(qū)動式的開關(guān) 閥。噴射器44具有閥座，其具有噴射燃料氣體等氣體燃料的噴射孔， 并且還具有噴嘴管體，將該氣體燃料提供引導(dǎo)到噴射孔；閥芯，可 相對該噴嘴管體在軸線方向(氣體流動方向)移動地被收容保持，開 關(guān)噴射孔。
排氣排水通路48中設(shè)有排氣排水閥49。排氣排水閥49通過來自 控制單元90的指令進(jìn)行動作，從而將包括循環(huán)通路46內(nèi)的雜質(zhì)在內(nèi) 的燃料廢氣和水分排出到外部。通過排氣排水閥49的開闊，循環(huán)通路 46內(nèi)的燃料廢氣中的雜質(zhì)濃度下降，可提高在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的燃料 廢氣中的氫濃度。
通過排氣排水閥49排出的燃料廢氣與在氧化廢氣通路34中流動 的氧化廢氣混合，通過稀釋器(未圖示)被稀釋。循環(huán)泵47通過馬達(dá) 驅(qū)動將循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的燃料廢氣循環(huán)提供到燃料電池組20。
電力系統(tǒng)50具有DC/DC轉(zhuǎn)換器51、蓄電池52、牽引變換器53、說明書第6/13頁
牽引馬達(dá)54、及輔機(jī)55。 DC/DC轉(zhuǎn)換器51是具有以下功能的電力變 換裝置使蓄電池52提供的直流電壓升壓并輸出到牽引變換器53;將 燃料電池組20發(fā)電的直流電、或通過再生制動由牽引馬達(dá)54回收的 再生電降壓，充電到蓄電池52。通過DC/DC轉(zhuǎn)換器51的這些功能， 控制蓄電池52的充電放電。并且，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器51的電壓變換 控制，控制燃料電池組20的運轉(zhuǎn)點(輸出電壓、輸出電流)。
蓄電池52作為剩余電力的存儲源、再生制動時的再生能量存儲 源、伴隨燃料車輛的加速或減速的負(fù)荷變動時的能量緩沖器作用。作 為蓄電池52，例如可適用鎳/鎘蓄電池、鎳/氫蓄電池、鋰二次電池等二 次電池。
牽引變換器53例如是由脈寬調(diào)制方式驅(qū)動的PWM變換器，根據(jù) 來自控制單元90的控制命令，將燃料電池組20或蓄電池52輸出的直 流電壓變換為三相交流電壓，控制牽引馬達(dá)54的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。牽引馬達(dá) 54例如是三相交流馬達(dá)，構(gòu)成燃料電池車輛的動力源。
輔機(jī)55是配置在燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)各部的各馬達(dá)(例如泵類等 動力源)、用于驅(qū)動這些馬達(dá)的變換器類、及各種車載輔機(jī)類(例如 空氣壓縮機(jī)、噴射器、冷卻水循環(huán)泵、散熱器等)的總稱。
冷卻系統(tǒng)60具有致冷劑通路61、 62、 63、 64，在燃料電池組 20內(nèi)部循環(huán)的致冷劑在其中流動；壓送致冷劑的循環(huán)泵65;在致冷劑 和外氣之間進(jìn)行熱交換的散熱器66;切換致冷劑循環(huán)通路的三通閥67; 檢測致冷劑溫度的溫度傳感器74。在預(yù)熱運轉(zhuǎn)完成后的普通運轉(zhuǎn)時， 對三通閥67進(jìn)行開關(guān)控制，使得從燃料電池組20流出的致冷劑流經(jīng) 致冷劑通路61、 64并在散熱器66中冷卻后，流經(jīng)致冷劑通路63并再 次流入到燃料電池組20。
控制器90是具有CPU、 ROM、 RAM及輸入輸出接口等的計算機(jī)系統(tǒng)，作為控制燃料電池系統(tǒng)IO的各部分(氧化氣體供給系統(tǒng)30、燃 料氣體供給系統(tǒng)40、電力系統(tǒng)50、冷卻系統(tǒng)60)的控制裝置作用。例 如，控制器90接收到從點火開關(guān)輸出的起動信號IG時，開始燃料電 池10的運轉(zhuǎn)，根據(jù)從油門傳感器輸出的油門開度信號ACC、從車速傳 感器輸出的車速信號VC等，求出系統(tǒng)整體的要求電力。
系統(tǒng)整體的要求電力是車輛行駛電力和輔機(jī)電力的總值。輔機(jī)電 力包括車載輔機(jī)類(加濕器、空氣壓縮機(jī)、氫泵、冷卻水循環(huán)泵等) 消耗的電力，車輛行駛所需裝置(變速機(jī)、車輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置、 懸掛裝置等)消耗的電力，乘員空間內(nèi)配置的裝置(空調(diào)裝置、照明 器具、音響等)消耗的電力等。
并且，控制器卯決定燃料電池組20和蓄電池52各自的輸出電力 的分配，計算發(fā)電指令值，并且控制氧化氣體供給系統(tǒng)30及燃料氣體 供給系統(tǒng)40以使燃料電池組20的發(fā)電量和目標(biāo)電力一致。進(jìn)一步， 控制單元90通過控制DC/DC轉(zhuǎn)換器51，調(diào)整燃料電池組20的輸出電 壓，來控制燃料電池組20的運轉(zhuǎn)點(輸出電壓、輸出電流)?？刂破?卯為了獲得和油門開度對應(yīng)的目標(biāo)車速，例如作為開關(guān)指令將U相、 V相及W相的各交流電壓指令值輸出到牽引變換器53，控制牽引馬達(dá) 54的輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。
圖2是構(gòu)成燃料電池組20的電池21的分解透視圖。
電池21由電解質(zhì)膜22、陽極23、陰極24、隔板26、 27構(gòu)成。 陽極23及陰極24是從兩側(cè)夾持電解質(zhì)膜22的夾層構(gòu)造的擴(kuò)散電極。 由非透氣性導(dǎo)電部件構(gòu)成的隔板26、27進(jìn)一步從兩側(cè)夾持該夾層構(gòu)造， 同時在陽極23及陰極24之間分別形成燃料氣體及氧化氣體的通路。 隔板26上形成截面凹形的肋26a。肋26a與陽極23抵接，從而堵塞肋 26a的開口部，形成燃料氣體通路。隔板27上形成有截面凹形的肋27a。 肋27a與陰極24抵接，從而堵塞肋27a的開口部，形成氧化氣體通路。陽極23以承載鉑系金屬催化劑(Pt， Pt-Fe， Pt誦Cr， Pt-Ni， Pt-Ru
等)的碳粉末為主要成分，具有催化劑層23a，與電解質(zhì)膜22連接； 擴(kuò)散層23b，形成在催化劑層23a表面，同時具有通氣性和電子導(dǎo)電性。 同樣，陰極24具有催化劑層24a和氣體擴(kuò)散層24b。具體而言，催化 劑層23a、 24a是如下物質(zhì)將承載了鉑或鉑與其他金屬構(gòu)成的合金的 碳粉分散到適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中，適量添加電解質(zhì)溶液并漿化，絲網(wǎng)印 刷到高分子電解質(zhì)膜22上。氣體擴(kuò)散層23b、 24b由碳纖維構(gòu)成的絲 編織的碳布、碳紙、或碳?xì)中纬?。電解質(zhì)膜22是由固體高分子材料、 例如氟系樹脂形成的質(zhì)子傳導(dǎo)性的離子交換膜，在濕潤狀態(tài)下發(fā)揮良 好的導(dǎo)電性。由電解質(zhì)膜22、陽極23及陰極24形成膜一電極組件25。
圖3是表示電池21的電氣特性的等價電路圖。
電路21的等價電路具有Rl串聯(lián)連接到R2和C的并聯(lián)電路的電 路構(gòu)造。其中，Rl相當(dāng)于電解質(zhì)膜22的電阻，R2相當(dāng)于將活化過電 壓和擴(kuò)散過電壓進(jìn)行電阻換算后的電阻。C相當(dāng)于在陽極23和電解質(zhì) 膜22的界面、及陰極24和電解質(zhì)膜22的界面上形成的雙電層電容。 向該等價電路施加具有規(guī)定頻率的正弦波電流時，相對于電流變化， 電壓的響應(yīng)延遲。
圖4是在復(fù)平面上表示燃料電池組20的交流阻抗的圖表。橫軸表 示交流阻抗的實數(shù)部，縱軸表示交流阻抗的虛數(shù)部。"是正弦波電流 的角頻率。
向圖3所示的等價電路施加從高頻到低頻的正弦波信號時，獲得 圖4所示的圖表。正弦波信號的頻率無限大時("=oo)的交流阻抗 為R1。正弦波信號的頻率非常小時("=0)的交流阻抗為R1+R2。 在高頻到低頻之間改變正弦波信號頻率時獲得的交流阻抗繪出圖4所 示的半圓。因此，通過使用交流阻抗，可分離燃料電池組20的等價電路中的 Rl和R2而進(jìn)行測量。當(dāng)Rl大于預(yù)先確定的規(guī)定值、燃料電池組20 的輸出下降時，可判斷為電解質(zhì)膜22變得干燥、電阻過電壓變大、導(dǎo) 電率下降是輸出下降的原因。R2大于預(yù)先確定的規(guī)定值、燃料電池組 20的輸出下降時，可判斷電極表面存在過剩的水、擴(kuò)散過電壓變大是 原因。
圖5表示掃氣處理涉及的控制單元90的功能塊。
控制單元卯具有電壓指令部91、交流阻抗測定部92、測定存儲 器93、掃氣實施時間推測部94、異常處理部95，通過各部分的協(xié)同動 作，作為掃氣控制裝置發(fā)揮作用。
控制單元90對燃料電池組20的交流阻抗的測量按照以下步驟實施。
(1) 電壓指令部91生成向規(guī)定直流電壓重疊正弦波信號后的電 壓指令值，將上述電壓指令值輸出到DC/DC轉(zhuǎn)換器51。
(2) DC/DC轉(zhuǎn)換器51根據(jù)電壓指令值進(jìn)行動作，將蓄電池52 中存儲的直流電變換為交流電，向燃料電池組20施加正弦波信號。
(3) 交流阻抗測定部92對由電壓傳感器71檢測出的響應(yīng)電壓、 由電流傳感器72檢測出的響應(yīng)電流以規(guī)定的采樣率進(jìn)行采樣，進(jìn)行高 速傅利葉變換處理(FFT處理)，將響應(yīng)電壓和響應(yīng)電流分別分割為 實成分和虛成分，用FFT處理的響應(yīng)電流去除FFT處理后的響應(yīng)電壓， 計算出交流阻抗的實成分和虛成分，并計算出復(fù)平面上距原點的距離r 和位相角e 。通過連續(xù)改變施加到燃料電池組20的正弦波信號的頻率 而測量響應(yīng)電壓和響應(yīng)電流，可計算出燃料電池組20的交流阻抗。
并且，在燃料電池組20中流動的電流伴隨化學(xué)反應(yīng)引起的電荷移 動，因此當(dāng)增大交流信號的振幅時，相對于供應(yīng)氣體量的反應(yīng)量(氣
11體利用率)開始變動。當(dāng)氣體利用率變動時，交流阻抗的測定會產(chǎn)生 誤差，因此優(yōu)選交流阻抗測定時施加到燃料電池組20的信號的交流成 分為直流成分的數(shù)％左右。
交流阻抗測定部92將如上所述測定的交流阻抗的值存儲到測定 存儲器93中。掃氣實施時間推測部94根據(jù)測定存儲器93中存儲的交 流阻抗的值，推測掃氣實施時間。異常處理部95監(jiān)視掃氣處理中從電 池監(jiān)控器75輸出的單體電池電壓，當(dāng)單體電池電壓顯示異常時，作為 故障保險(fail safe)處理，實施異常處理(強制結(jié)束掃氣處理的處理)。
接著參照圖6A到圖6G詳細(xì)說明掃氣處理。
圖6A表示點火開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)，圖6B表示提供到異常處理部 95的單體電池電壓測定指示，圖6C表示掃氣處理中的單體電池電壓的 變化，圖6D表示提供到交流阻抗測定部92的交流阻抗測定指示，圖 6E表示測定存儲器93中存儲的交流阻抗的值，圖6F表示異常結(jié)束標(biāo) 志，圖6G表示提供到燃料電池組20的空氣流量。
設(shè)點火開關(guān)從開切換到關(guān)的時刻為tl時，在時刻tl之前，燃料電 池組20處于發(fā)電狀態(tài)，以一定周期間隔將交流阻抗測定指示提供到交 流阻抗測定部92 (圖6D)。此時，測定存儲器93中存儲的交流阻抗 的值依次更新為最新的值(圖6E)。并且，提供到燃料電池組20的空 氣流量控制為符合發(fā)電要求的流量F1 (圖6G)。
在時刻tl下點火開關(guān)變?yōu)殛P(guān)，向控制單元90指令運轉(zhuǎn)停止時， 控制單元90將時刻tl下測定的交流阻抗的值Zl存儲到測定存儲器93， 開始掃氣處理的實施。掃氣處理是如下處理驅(qū)動作為掃氣裝置的空 氣壓縮機(jī)32,向燃料電池組20內(nèi)部的氣體通道中流入作為掃氣氣體的 加壓空氣，從而適當(dāng)調(diào)整氣體通道內(nèi)部的濕潤狀態(tài)。當(dāng)氣體通道中大 量殘留水分時，不僅下一次起動時起動性變差，在低溫環(huán)境下因水分凍結(jié)可能造成配管、閥等破損。另一方面，當(dāng)燃料電池組20內(nèi)部水分 趨向不足時，電解質(zhì)膜22的傳導(dǎo)性下降，因此引起發(fā)電效率下降。因 此在掃氣處理中，將燃料電池組20內(nèi)部變?yōu)樽罴褲駶櫊顟B(tài)時的交流阻 抗作為目標(biāo)交流阻抗Z3預(yù)先設(shè)定好，調(diào)整掃氣實施時間以使使燃料電 池組20的交流阻抗與目標(biāo)交流阻抗Z3 —致。在掃氣處理實施時，提 供到燃料電池組20的空氣流量控制為掃氣流量F2 (圖6G)。
并且，在從時刻tl到時刻t2為止的期間，間歇地向異常處理部 95提供單體電池電壓測定指示。單體電池電壓測定指示的目的在于， 使燃料電池組20進(jìn)行恒定電流發(fā)電，從而根據(jù)單體電池電壓的變化判 斷電解質(zhì)膜22的干燥度(電阻變化)。異常處理部95檢查掃氣處理 中從電池監(jiān)控器75輸出的單體電池電壓是否小于閾值電壓Vt。并且， 在單體電池電壓不小于閾值電壓Vt、燃料電池組20的溫度變化速度的 絕對值小于規(guī)定閾值的時刻t2下，認(rèn)為燃料電池組20內(nèi)部的汽化水量 飽和，處于適當(dāng)?shù)母稍餇顟B(tài)，因此向交流阻抗測定部92提供交流阻抗 測定指示(圖6D)。
這樣一來，控制單元卯測定時刻t2下的燃料電池組20的交流阻 抗Z2，將測定存儲器93中存儲的最新的交流阻抗的值從Z1更新為Z2。 作為時刻t2，從提高掃氣實施時間的推測精度的觀點出發(fā)，盡量優(yōu)選 估計燃料電池組20內(nèi)部的含水量下降的時期。例如，優(yōu)選如上所述燃 料電池組20的溫度變化速度低于規(guī)定閾值時、或掃氣處理開始時點起 經(jīng)過一定時間(固定時間)后，實施交流阻抗測定。
掃氣實施時間推測部94利用內(nèi)插函數(shù)CF，根據(jù)時刻tl下測定的 交流阻抗Z1、時刻t2下測定的交流阻抗Z2、時刻tl到時刻t2為止的 經(jīng)過時間Tl，推測交流阻抗與目標(biāo)交流阻抗Z3 —致所必需的掃氣實 施時間T2。
內(nèi)插函數(shù)CF是至少根據(jù)二個測定座標(biāo)、例如(tl,Zl)及(t2,Z2)推測目標(biāo)座標(biāo)(t3，Z3)的函數(shù)，預(yù)先通過實驗等求出。作為內(nèi)插函數(shù) CF，例如優(yōu)選二次函數(shù)。作為二次函數(shù)的例子，例如可設(shè)t為時間、Z 為交流阻抗、a及ZO為正的常數(shù)，則Z二at2+Z0。將二個測定座標(biāo)代 入到該二次函數(shù)時，確定常數(shù)a及ZO的值。Z二Z3時的t的解為掃氣 完成時刻t3。根據(jù)掃氣實施時間丁2 =掃氣完成時刻t3 —掃氣開始時刻 tl ，可計算出掃氣實施時間T2。交流阻抗測定部92在時刻t3結(jié)束掃氣 處理(圖6G)。
接著參照圖7A到圖7G說明單體電池電壓小于閾值電壓Vt時的 故障保險(failsafe)處理。
在指示控制單元90停止運轉(zhuǎn)的時刻tl下，開始掃氣處理，并且 檢查單體電池電壓是否小于閾值電壓Vt。在單體電池電壓小于閾值電 壓Vt的時刻t4，認(rèn)為電解質(zhì)膜22的異常干燥造成其電阻值增大，因 此異常標(biāo)志變?yōu)殚_(圖7F)，異常處理部95強制結(jié)束掃氣處理(圖 7G)。
根據(jù)本實施方式，掃氣開始時的燃料電池組20內(nèi)部的殘留水分 少、通過掃氣處理可能導(dǎo)致過度干燥時，作為故障保險處理，強制結(jié) 束掃氣處理，由此可避免燃料電池組20過度干燥，并可避免燃料電池 系統(tǒng)10的損傷等。
此外，說明了根據(jù)單體電池電壓下降判斷燃料電池組20的干燥程 度的例子，也可根據(jù)燃料電池組20的輸出電壓(各單體電池電壓的總 和)判斷燃料電池組20的干燥程度。
在上述實施方式中，示例了將燃料電池系統(tǒng)IO作為車載電源使用 的方式，但燃料電池系統(tǒng)10的使用方式不限于該例。例如，也可將燃 料電池系統(tǒng)IO作為燃料電池車輛以外的移動體(機(jī)器人、船舶、飛機(jī) 等)的電力源搭載。并且，也可將本實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)10
14作為住宅、建筑等的發(fā)電設(shè)備(放置用發(fā)電系統(tǒng))使用。
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種可實施不使燃料電池過度干燥的故障保 險處理的燃料電池系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，具有燃料電池；掃氣裝置，向上述燃料電池供給掃氣氣體；交流阻抗測定部，在掃氣開始時點測定上述燃料電池的交流阻抗，并且在從上述掃氣開始時點起經(jīng)過了規(guī)定時間的時點測定上述燃料電池的交流阻抗；掃氣實施時間推測部，根據(jù)在上述掃氣開始時點測定的交流阻抗、在從上述掃氣開始時點起經(jīng)過了規(guī)定時間的時點測定的交流阻抗、及上述規(guī)定時間，推測掃氣實施時間；和異常處理部，在從上述掃氣開始時點到經(jīng)過上述規(guī)定時間的時點為止的期間內(nèi)，上述燃料電池的單體電池電壓低于規(guī)定閾值時，強制結(jié)束掃氣處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，上述掃氣實施時間推測部利用內(nèi)插函數(shù)推測上述掃氣實施時間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，從上述掃氣開始時點起經(jīng)過上述規(guī)定時間的時點是上述燃料電池的溫度變化速度的絕對值小于規(guī)定閾值的時點。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，上述規(guī)定時間是預(yù)先確定的一定時間。
全文摘要
燃料電池系統(tǒng)具有交流阻抗測定部(92)，在掃氣開始時點測定燃料電池的交流阻抗，并且在從掃氣開始時點起經(jīng)過了規(guī)定時間的時點測定燃料電池的交流阻抗；掃氣實施時間推測部(94)，根據(jù)在掃氣開始時點測定的交流阻抗、在從掃氣開始時點起經(jīng)過了規(guī)定時間的時點測定的交流阻抗、及規(guī)定時間，推測掃氣實施時間；異常處理部(95)，從掃氣開始時點起到經(jīng)過了規(guī)定時間的時點為止的期間內(nèi)，燃料電池的單體電池電壓低于規(guī)定閾值時，強制結(jié)束掃氣處理。
文檔編號H01M8/04GK101689658SQ20088001547
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者今村朋范 申請人:豐田自動車株式會社