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]眾所周知一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)具備:燃料電池組，其通過燃料氣體與氧化劑氣體的電化學(xué)反應(yīng)，來產(chǎn)生電力；氧化劑氣體供給管，其與在燃料電池組內(nèi)形成的氧化劑氣體通路的入口連結(jié)；渦輪壓縮機(jī)，其配置于氧化劑氣體供給管內(nèi)，用于供給氧化劑氣體；旁路管，其從渦輪壓縮機(jī)下游的氧化劑氣體供給管分支；旁路控制閥，其對(duì)從渦輪壓縮機(jī)排出的氧化劑氣體中供給至燃料電池組的氧化劑氣體的量以及流入旁路管內(nèi)的氧化劑氣體的量進(jìn)行控制；陰極廢氣通路，其與氧化劑氣體通路的出口連結(jié)；以及陰極壓力控制閥，其配置于陰極廢氣通路內(nèi)，用于控制氧化劑氣體通路內(nèi)的壓力亦即陰極壓力。
[0003]—般來說，根據(jù)所述渦輪壓縮機(jī)的壓力比以及氧化劑氣體排出量而規(guī)定的渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)可能屬于的區(qū)域中，非浪涌區(qū)域被劃分在壓力比低并且氧化劑氣體排出量多的一側(cè)，并且浪涌區(qū)域被劃分在壓力比高并且氧化劑氣體排出量少的一側(cè)，其中，在非浪涌區(qū)域所述渦輪壓縮機(jī)不產(chǎn)生顫動(dòng)，在浪涌區(qū)域所述渦輪壓縮機(jī)可能產(chǎn)生顫動(dòng)。即，若根據(jù)屬于浪涌區(qū)域內(nèi)的動(dòng)作點(diǎn)使渦輪壓縮機(jī)工作，則渦輪壓縮機(jī)可能產(chǎn)生顫動(dòng)。
[0004]因此，眾所周知一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)在渦輪壓縮機(jī)的要求動(dòng)作點(diǎn)屬于浪涌區(qū)域內(nèi)時(shí)，為了使渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)屬于非浪涌區(qū)域內(nèi)，將渦輪壓縮機(jī)的氧化劑氣體排出量設(shè)定為比燃料電池組的需要氧化劑氣體量多出過剩量的增大氧化劑氣體量，通過使從渦輪壓縮機(jī)排出的氧化劑氣體中的過剩量流入旁路管，來將供給至燃料電池組的氧化劑氣體的量維持在需要氧化劑氣體量，以這種方式來控制旁路控制閥(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。這樣一來，供給至燃料電池組的氧化劑氣體的量就會(huì)被維持在需要氧化劑氣體量，并且阻止了渦輪壓縮機(jī)產(chǎn)生顫動(dòng)。
[0005]另一方面，還眾所周知一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)判別燃料電池組是否產(chǎn)生枯竭，并在判別為燃料電池組已產(chǎn)生枯竭時(shí)，減小陰極壓力控制閥的開度，以使陰極壓力上升到上升陰極壓力。其中，若陰極壓力上升，則在氧化劑氣體通路內(nèi)冷凝的水分量變多。另外，若為了使陰極壓力上升，而使陰極壓力控制閥的開度減小，則從燃料電池組內(nèi)的氧化劑氣體通路內(nèi)流出的陰極廢氣量會(huì)變少，所以?shī)A帶在陰極廢氣中向燃料電池組外流出的水分量減少。其結(jié)果，氧化劑氣體通路的濕潤(rùn)程度提高，枯竭會(huì)被消除。該情況下，上升陰極壓越高，消除枯竭所需的時(shí)間越短。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-123550號(hào)公報(bào)
[0007]在專利文獻(xiàn)I所述的燃料電池系統(tǒng)中，為了消除枯竭，也有可能使用上述使陰極壓力上升的技術(shù)。然而，若陰極壓力提高，則渦輪壓縮機(jī)的壓力比提高。因此，若在將渦輪壓縮機(jī)的氧化劑氣體排出量維持在燃料電池組的需要氧化劑氣體量不變的狀態(tài)下，提高陰極壓力，則渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)可能移至浪涌區(qū)域內(nèi)。對(duì)于該內(nèi)容，專利文獻(xiàn)I所述的燃料電池系統(tǒng)中，為了使渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)屬于非浪涌區(qū)域內(nèi)，考慮過設(shè)定渦輪壓縮機(jī)的氧化劑氣體排出量或者過剩量。即，為了消除枯竭而使陰極壓力上升到上升陰極壓力，為了使渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)屬于非浪涌區(qū)域內(nèi)，而使渦輪壓縮機(jī)的氧化劑氣體排出量增大到增大氧化劑氣體量。
[0008]然而，存在多個(gè)消除枯竭所需的上升陰極壓力、與將渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)維持在非浪涌區(qū)域內(nèi)所需的增大氧化劑氣體量的組合。因此，需要從這多個(gè)組合中決定最佳組合。對(duì)于該內(nèi)容，專利文獻(xiàn)I未公開也未給出啟示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)，提供了一種燃料電池系統(tǒng)，其中，具備:燃料電池組，其通過燃料氣體與氧化劑氣體的電化學(xué)反應(yīng)，來產(chǎn)生電力；氧化劑氣體供給管，其與在所述燃料電池組內(nèi)形成的氧化劑氣體通路的入口連結(jié)；渦輪壓縮機(jī)，其配置于所述氧化劑氣體供給管內(nèi)，用于供給氧化劑氣體；旁路管，其從所述渦輪壓縮機(jī)的下游的所述氧化劑氣體供給管分支；旁路控制閥，其對(duì)從所述渦輪壓縮機(jī)排出的氧化劑氣體中供給至所述燃料電池組的氧化劑氣體的量以及流入所述旁路管內(nèi)的氧化劑氣體的量進(jìn)行控制；陰極廢氣管，其與所述氧化劑氣體通路的出口連結(jié)；陰極壓力控制閥，其配置于所述陰極廢氣管內(nèi)，用于控制所述氧化劑氣體通路內(nèi)的壓力亦即陰極壓力；以及控制器，其判別所述燃料電池組是否產(chǎn)生枯竭，在判別為所述燃料電池組產(chǎn)生枯竭時(shí)進(jìn)行用于消除所述枯竭的恢復(fù)控制，根據(jù)所述渦輪壓縮機(jī)的壓力比以及氧化劑氣體排出量規(guī)定的渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)可能屬于的區(qū)域中，非浪涌區(qū)域被劃分在所述壓力比低并且所述氧化劑氣體排出量多的一側(cè)，并且浪涌區(qū)域被劃分在所述壓力比高并且所述氧化劑氣體排出量少的一側(cè)，其中，在所述非浪涌區(qū)域所述渦輪壓縮機(jī)不產(chǎn)生顫動(dòng)，在所述浪涌區(qū)域所述渦輪壓縮機(jī)可能產(chǎn)生顫動(dòng)，所述控制器在所述恢復(fù)控制中，以使所述陰極壓力上升至上升陰極壓力的方式來控制所述陰極壓力控制閥，將所述渦輪壓縮機(jī)的氧化劑氣體排出量設(shè)定為比所述燃料電池組的需要氧化劑氣體量多出過剩量的增大氧化劑氣體量，并且，以通過將從所述渦輪壓縮機(jī)排出的氧化劑氣體中所述過剩量流入所述旁路管內(nèi)來使供給至所述燃料電池組的氧化劑氣體的量維持在所述需要氧化劑氣體量的方式來控制所述旁路控制閥，基于所述上升陰極壓力以及所述需要氧化劑氣體量的所述渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)屬于所述浪涌區(qū)域內(nèi)，并且基于所述上升陰極壓力以及所述增大氧化劑氣體量的所述渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)屬于所述非浪涌區(qū)域內(nèi)，所述控制器在所述恢復(fù)控制中，還基于所述燃料電池組的所述需要氧化劑氣體量，來設(shè)定使消除所述枯竭所需的所述渦輪壓縮機(jī)的耗電量最小的所述上升陰極壓力以及所述增大氧化劑氣體量的組合。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)觀點(diǎn)，提供了一種燃料電池系統(tǒng)的控制方式，所述燃料電池系統(tǒng)具備:燃料電池組，其通過燃料氣體與氧化劑氣體的電化學(xué)反應(yīng)，來產(chǎn)生電力；氧化劑氣體供給管，其與在所述燃料電池組內(nèi)形成的氧化劑氣體通路的入口連結(jié)；渦輪壓縮機(jī)，其配置于所述氧化劑氣體供給管內(nèi)，用于供給氧化劑氣體；旁路管，其從所述渦輪壓縮機(jī)的下游的所述氧化劑氣體供給管分支；旁路控制閥，其對(duì)從所述渦輪壓縮機(jī)排出的氧化劑氣體中供給至所述燃料電池組的氧化劑氣體的量以及流入所述旁路管內(nèi)的氧化劑氣體的量進(jìn)行控制；陰極廢氣管，其與所述氧化劑氣體通路的出口連結(jié)；陰極壓力控制閥，其配置于所述陰極廢氣管內(nèi)，用于控制所述氧化劑氣體通路內(nèi)的壓力亦即陰極壓力；以及控制器，在所述燃料電池系統(tǒng)的控制方法中，根據(jù)所述控制器，來判別所述燃料電池組是否產(chǎn)生枯竭，根據(jù)所述控制器，在判別為所述燃料電池組產(chǎn)生枯竭時(shí)進(jìn)行用于消除所述枯竭的恢復(fù)控制，根據(jù)所述渦輪壓縮機(jī)的壓力比以及氧化劑氣體排出量規(guī)定的所述渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)可能屬于的區(qū)域中，非浪涌區(qū)域被劃分在所述壓力比低并且所述氧化劑氣體排出量多的一側(cè)，并且浪涌區(qū)域被劃分在所述壓力比高并且所述氧化劑氣體排出量少的一側(cè)，其中，在所述非浪涌區(qū)域所述渦輪壓縮機(jī)不產(chǎn)生顫動(dòng)，在所述浪涌區(qū)域所述渦輪壓縮機(jī)可能產(chǎn)生顫動(dòng)，根據(jù)所述控制器，在所述恢復(fù)控制中，以使所述陰極壓力成為上升陰極壓力的方式來控制所述陰極壓力控制閥，將所述渦輪壓縮機(jī)的氧化劑氣體排出量設(shè)定為增大氧化劑氣體量，并且，以使供給至所述燃料電池組的氧化劑氣體的量維持在所述燃料電池組的需要氧化劑氣體量的方式來控制所述旁路控制閥，基于所述上升陰極壓力以及所述需要氧化劑氣體量的所述渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)屬于所述浪涌區(qū)域內(nèi)，并且基于所述上升陰極壓力以及所述增大氧化劑氣體量的所述渦輪壓縮機(jī)的動(dòng)作點(diǎn)屬于所述非浪涌區(qū)域內(nèi)，根據(jù)所述控制器，在所述恢復(fù)控制中，還基于所述燃料電池組的所述需要氧化劑氣體量，來設(shè)定使消除所述枯竭所需的所述渦輪壓縮機(jī)的耗電量最小的所述上升陰極壓力以及所述增大氧化劑氣體量的組合。
[0011]能夠較少地維持渦輪壓縮機(jī)的耗電量，并且阻止渦輪壓縮機(jī)的顫動(dòng)且可靠地消除燃料電池組的枯竭。
【附圖說明】
[0012]圖1是燃料電池系統(tǒng)的整體圖。
[0013]圖2是對(duì)渦輪壓縮機(jī)的浪涌區(qū)域以及非浪涌區(qū)域進(jìn)行說明的線型圖。
[0014]圖3是對(duì)恢復(fù)控制進(jìn)行說明的線型圖。
[0015]圖4是對(duì)本發(fā)明提供的實(shí)施例進(jìn)行說明的時(shí)序圖。
[0016]圖5是對(duì)多個(gè)組合(PCI，qAI)進(jìn)行說明的線型圖。
[0017]圖6是表示組合(PCI，qAI)的映射。
[0018]圖7是表示執(zhí)行系統(tǒng)控制的程序的流程圖。
[0019]圖8是表示執(zhí)行通常控制的程序的流程圖。
[0020]圖9是表示執(zhí)行恢復(fù)控制的程序的流程圖。
[0021]圖10是表示組合(PCI，qAI)的另一實(shí)施例的映射的圖。
[0022]圖11是表示組合(PCI，qAI)的又一實(shí)施例的映射的圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明
[0024]A...燃料電池系統(tǒng)；10...燃料電池組；40...空氣通路；41...空氣供給管；41a...旁路管；41b...旁路控制閥；44...渦輪壓縮機(jī)；46...陰極廢氣管；47...陰極壓力控制閥。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參照?qǐng)D1，燃料電池系統(tǒng)A具備燃料電池組10。燃料電池組10具備多個(gè)沿層疊方向LS彼此層疊的燃料電池單電池10a。各燃料電池單電池1a包括膜電極接合體20。膜電極接合體20具備膜狀電解質(zhì)、形成于電解質(zhì)一側(cè)的陽(yáng)極、以及形成于電解質(zhì)另一側(cè)的陰極。
[0026]燃料電池單電池1a的陽(yáng)極以及陰極分別串聯(lián)電連接，相對(duì)于層疊方向LS最外側(cè)的陽(yáng)極以及陰極構(gòu)成燃料電池組10的電極。燃料電池組10的電極經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器(converter) 11與逆變器(inverter) 12電連接，逆變器