燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0002]接收反應(yīng)氣體(燃料氣體和氧化氣體)的供應(yīng)并且發(fā)電的燃料電池已經(jīng)投入實(shí)際使用。在燃料電池中，由電化學(xué)工藝氧化燃料，由此將由于氧化反應(yīng)釋放的能量直接轉(zhuǎn)換成電能。燃料電池包括膜-電極組件，其中成對(duì)電極(陽(yáng)極和陰極)設(shè)置在通過其有選擇地輸送氫離子的聚合物電解質(zhì)膜的兩側(cè)上。每一電極包括促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑層。催化劑層包括作為承載諸如鉑的金屬催化劑和運(yùn)送質(zhì)子和氧的離聚物(聚合物電解質(zhì))的碳的催化劑承載碳。
[0003]已知由于下述原因，當(dāng)燃料電池干燥時(shí)，具有上述構(gòu)造的燃料電池的發(fā)電性能下降。由于燃料電池干燥，過氧化氫的濃度增加，由此，產(chǎn)生0H自由基。因此，包括在各個(gè)電極中的催化劑層中的離聚物和電解質(zhì)膜的氟成分分解。由此，離聚物的質(zhì)子傳導(dǎo)率減小，離聚物中的氧的溶解度減小，因此，過電壓減小。因此，近年來，已經(jīng)提出了防止燃料電池干燥的技術(shù)(例如，參見日本專利申請(qǐng)公開N0.2008-262824 (JP 2008-262824 A)。在JP2008-262824 A中所述的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料電池很可能干燥的低負(fù)荷范圍中，操作氫栗來循環(huán)陽(yáng)極氣體，由此防止陽(yáng)極干燥。
[0004]在JP 2008-262824 A所述的燃料電池系統(tǒng)中，在低負(fù)荷范圍中，操作氫栗來防止燃料電池干燥，如上所述。然而，在例如車輛中設(shè)置燃料電池系統(tǒng)的情況下，氫栗的操作噪聲變得大于外部聲或當(dāng)車輛以低速行駛時(shí)產(chǎn)生的噪聲(例如車輛的輪胎的噪聲和/或風(fēng)聲)。因此，車輛的乘客會(huì)感到不適。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，在適當(dāng)時(shí)間執(zhí)行干燥防止操作，而不會(huì)使乘客感到不適。
[0006]本發(fā)明的第一方面涉及一種燃料電池系統(tǒng)，包括在車輛中設(shè)置的燃料電池；以及電子控制單元，被配置成確定燃料電池中的水量是否等于或小于預(yù)定量，并且在電子控制單元確定燃料電池中的水量等于或小于預(yù)定量的情況下，當(dāng)車輛的速度等于或高于預(yù)定閾值時(shí)，通過增加燃料電池中的水量，防止燃料電池的干燥。
[0007]通過上述構(gòu)造，僅當(dāng)(i)燃料電池中的水量等于或小于預(yù)定量(燃料電池處于干燥狀態(tài))并且(ii)其中設(shè)置燃料電池的車輛的速度等于或高于預(yù)定閾值時(shí)(即，僅當(dāng)滿足條件(i)和(ii)兩者時(shí))，才防止燃料電池干燥。因此，用來防止燃料電池干燥的設(shè)備(例如輔機(jī))的操作噪聲能被通過車輛的行駛導(dǎo)致的聲音(例如，風(fēng)聲)淹沒。因此，可以防止燃料電池干燥，同時(shí)不會(huì)使乘客感到不適。
[0008]在根據(jù)第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，電子控制單元可以被配置成將基準(zhǔn)值設(shè)定到在燃料電池中的水量大于預(yù)定量的狀態(tài)中測(cè)量的阻抗的平均值，并且當(dāng)基準(zhǔn)值與當(dāng)前測(cè)量的阻抗之間的差等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，確定燃料電池中的水量等于或小于預(yù)定量。
[0009]通過上述構(gòu)造，將基準(zhǔn)值設(shè)定到在燃料電池中的水量大于預(yù)定量的狀態(tài)(例如在緊接在前行程期間或當(dāng)前行程期間的預(yù)定非干燥發(fā)電狀態(tài)(即，在燃料電池不干燥的預(yù)定條件下發(fā)電的狀態(tài))中測(cè)量的阻抗的平均值。能通過將基準(zhǔn)值與當(dāng)前測(cè)量的阻抗比較，執(zhí)行干燥確定(例如，可以確定燃料電池是否處于干燥狀態(tài))。即，將預(yù)定非干燥發(fā)電狀態(tài)中的阻抗用作基準(zhǔn)值，能使用基準(zhǔn)值，執(zhí)行干燥確定。因此，即使當(dāng)由于燃料電池的老化劣化，基準(zhǔn)值改變時(shí)，也能準(zhǔn)確地執(zhí)行干燥確定(即，可以準(zhǔn)確地確定燃料電池是否處于干燥狀態(tài))。
[0010]本發(fā)明的第二方面涉及一種燃料電池系統(tǒng)，包括在車輛中設(shè)置的燃料電池；以及電子控制單元，電子控制單元被配置成確定燃料電池的操作狀態(tài)是否是燃料電池中的水量減小并且將誘發(fā)燃料電池干燥的干燥誘發(fā)操作狀態(tài)，以及在電子控制單元確定燃料電池的操作狀態(tài)是干燥誘發(fā)操作狀態(tài)的情況下，當(dāng)車輛的速度等于或高于預(yù)定閾值時(shí)，通過增加燃料電池中的水量來執(zhí)行防止燃料電池的干燥的干燥防止操作。
[0011]通過上述構(gòu)造，僅當(dāng)α)燃料電池的操作狀態(tài)處于干燥誘發(fā)操作狀態(tài)(即，燃料電池中的水量減小并且將誘發(fā)燃料電池的干燥的操作狀態(tài))并且(ii)其中設(shè)置燃料電池的車輛的速度等于或高于預(yù)定閾值時(shí)(即，僅當(dāng)滿足條件α)和αυ兩者時(shí))，才能夠執(zhí)行干燥防止操作。因此，用來執(zhí)行干燥防止操作的設(shè)備(例如輔機(jī))的操作噪聲會(huì)被由車輛的行駛導(dǎo)致的聲音(例如風(fēng)聲)淹沒。因此，可以執(zhí)行干燥防止操作，而不會(huì)使乘客感到不適。此外，代替直接確定燃料電池是否處于干燥狀態(tài)，確定燃料電池的操作狀態(tài)，并且當(dāng)操作狀態(tài)處于干燥誘發(fā)操作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行干燥防止操作。因此，可以預(yù)先防止出現(xiàn)燃料電池干燥。
[0012]在根據(jù)第二方面的燃料電池系統(tǒng)中，電子控制單元可以被配置成當(dāng)由燃料電池產(chǎn)生的電流等于或小于預(yù)定閾值，并且所產(chǎn)生的電流持續(xù)流動(dòng)預(yù)定時(shí)間段或更長(zhǎng)時(shí)，確定燃料電池的操作狀態(tài)為干燥誘發(fā)操作狀態(tài)。
[0013]通過上述構(gòu)造，當(dāng)(i)由燃料電池產(chǎn)生的電流處于低負(fù)荷范圍(S卩，所產(chǎn)生的電流等于或小于預(yù)定閾值)并且(ii)所產(chǎn)生的電流持續(xù)流動(dòng)預(yù)定時(shí)間段或更長(zhǎng)時(shí)，能確定燃料電池的操作狀態(tài)是干燥誘發(fā)操作狀態(tài)。即，可以確定干燥出現(xiàn)的概率(可能性)，而不基于例如測(cè)量阻抗，直接確定燃料電池是否處于干燥狀態(tài)。因此，即使在阻抗的變化小的低負(fù)荷范圍中，也可以預(yù)先防止發(fā)生干燥。
[0014]在根據(jù)第二方面的燃料電池系統(tǒng)中，電子控制單元可以被配置成當(dāng)燃料電池的負(fù)荷的減小率或燃料電池的輸出的減小率大于預(yù)定閾值時(shí)，確定燃料電池的操作狀態(tài)為干燥誘發(fā)操作狀態(tài)。
[0015]在燃料電池的負(fù)荷(所需電力)從高負(fù)荷到低負(fù)荷急劇減小的情況下，當(dāng)負(fù)荷高時(shí)，將大量反應(yīng)氣體(特別是作為氧化氣體的空氣)供應(yīng)到燃料電池，并且當(dāng)負(fù)荷變低時(shí)，存在反應(yīng)氣體過剩。由此，估計(jì)由于過剩氧化氣體將使燃料電池處于干燥狀態(tài)。因此，計(jì)算燃料電池的負(fù)荷的減小率(每單位時(shí)間的燃料電池的負(fù)荷的減小量)或燃料電池的輸出的減小率(每單位時(shí)間的燃料電池的輸出的減小量)，并且當(dāng)所計(jì)算的負(fù)荷(輸出)的減小率大于預(yù)定閾值時(shí)，能確定燃料電池的操作狀態(tài)處于干燥誘發(fā)操作狀態(tài)。
[0016]在根據(jù)第二方面的燃料電池系統(tǒng)中，電子控制單元可以被配置成當(dāng)燃料電池的溫度等于或高于預(yù)定閾值時(shí)，確定燃料電池的操作狀態(tài)為干燥誘發(fā)操作狀態(tài)。
[0017]通過上述構(gòu)造，當(dāng)燃料電池的溫度相對(duì)高時(shí)(溫度等于或高于預(yù)定閾值)，能確定燃料電池的操作狀態(tài)是干燥誘發(fā)操作狀態(tài)。即，可以基于燃料電池的溫度，確定干燥出現(xiàn)的概率(可能性)，而不是基于例如測(cè)量阻抗，直接確定燃料電池處于干燥狀態(tài)。因此，即使阻抗變化小的低負(fù)荷范圍中，可以預(yù)先防止出現(xiàn)干燥。
[0018]根據(jù)第一方面的燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括將燃料氣體供應(yīng)到燃料電池的燃料氣體通路；從燃料電池排放的燃料廢氣通過其回到燃料氣體通路的循環(huán)通路；以及將循環(huán)通路中的燃料廢氣在壓力下輸送到燃料氣體通路的循環(huán)栗。在這種情況下，電子控制單元可以被配置成在電子控制單元確定燃料電池中的水量等于或小于預(yù)定量的情況下，當(dāng)車輛的速度等于或高于預(yù)定閾值時(shí)，使循環(huán)栗的操作量大于通常操作量。
[0019]根據(jù)第二方面的燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括將燃料氣體供應(yīng)到燃料電池的燃料氣體通路；使從燃料電池排放的燃料廢氣通過其回到燃料氣體通路的循環(huán)通路；以及將循環(huán)通路中的燃料廢氣在壓力下輸送到燃料氣體通路的循環(huán)栗。在這種情況下，電子控制單元可以被配置成在電子控制單元確定燃料電池的操作狀態(tài)為干燥誘發(fā)操作狀態(tài)的情況下，當(dāng)車輛的速度等于或高于預(yù)定閾值時(shí)，使循環(huán)栗的操作量大于通常操作量。
[0020]通過上述構(gòu)造，當(dāng)(i)燃料電池處于干燥狀態(tài)(或燃料電池的操作狀態(tài)是干燥誘發(fā)操作狀態(tài))并且(ii)其中設(shè)置燃料電池的移動(dòng)體的速度等于或高于預(yù)定閾值時(shí)(即當(dāng)滿足(i)和(ii)兩者時(shí))，通過使循環(huán)栗的操作量大于通常操作量，以便增加在壓力下輸送到燃料氣體通路的燃料廢氣量，能增加包含在供應(yīng)到燃料電池的燃料氣體中的水量。即，能將增加循環(huán)栗的操作量的操作用作“干燥防止操作”。由于由循環(huán)栗消耗的電力遠(yuǎn)小于由空氣壓縮機(jī)消耗的電力，可以防