專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池的控制裝置及燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池的控制裝置及燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
存在一種燃料電池，其具備電解質(zhì)膜、設(shè)置在該電解質(zhì)膜的一側(cè)的氧化劑極、和 設(shè)置在另一側(cè)的燃料極，通過(guò)供給到氧化劑極的包含氧的空氣等的氧化劑氣體和供給到 燃料極的包含氫的燃料氣體進(jìn)行發(fā)電(例如參照日本特開(kāi)平5-47394號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi) 2004-127914號(hào)公報(bào)及日本特開(kāi)2004-220794號(hào)公報(bào))。 在日本特開(kāi)平5-47394號(hào)公報(bào)中，公示了將燃料電池的固體高分子電解質(zhì)的含水 狀態(tài)維持在最佳狀態(tài)，并可進(jìn)行穩(wěn)定的電池運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)。具體而言，公示了在燃料電池的 電流電壓特性降低且固體高分子電解質(zhì)的導(dǎo)電度增大的情況下，使供給用反應(yīng)氣體中的水 分加濕量減少，在燃料電池的電流電壓特性降低且固體高分子電解質(zhì)的導(dǎo)電度較低的情況 下，使水分加濕量增加。 另外，在日本特開(kāi)2004-127914號(hào)公報(bào)中公示了根據(jù)燃料電池的水分狀態(tài)的診斷 結(jié)果控制氧化劑氣體的壓力和燃料氣體的壓力之間的壓力差的技術(shù)。具體而言，在日本特 開(kāi)2004-127914號(hào)公報(bào)中，在診斷為水分過(guò)剩的情況下，控制壓力差以使燃料氣體的壓力 相對(duì)于氧化劑氣體的壓力變高，由此，抑制水從空氣極側(cè)向燃料極側(cè)的擴(kuò)散，并防止水滯留 在燃料極的電極部位。另一方面，在判斷為水分不足的情況下，控制壓力差以使燃料氣體的 壓力相對(duì)于氧化劑氣體的壓力變低，由此，促進(jìn)水從空氣極側(cè)向燃料極側(cè)的移動(dòng)，迅速地進(jìn) 行向電解質(zhì)膜的含水。 另外，在日本特開(kāi)2004-220794號(hào)公報(bào)中，公示了利用由于氫或空氣的供給量、壓 力過(guò)大或不足引起的燃料電池的電流電壓特性變化，不使用陽(yáng)極壓力傳感器及陰極壓力傳 感器地使陽(yáng)極壓力和陰極壓力的壓力差為一定的技術(shù)。具體而言，在日本特開(kāi)2004-220794 號(hào)公報(bào)中，公示了在實(shí)際電壓值比預(yù)先存儲(chǔ)的基于電流電壓特性的基準(zhǔn)電壓值小時(shí)，進(jìn)行 校正以使燃料氣體或氧化劑氣體的壓力增加。在該技術(shù)中，利用了能夠通過(guò)對(duì)照實(shí)際電壓 值和基準(zhǔn)電壓值來(lái)判斷氫或空氣的供給是否不足這一點(diǎn)。 然而，在燃料電池中，在氧化劑極的水分濃度較高時(shí)，產(chǎn)生水吸附在氧化劑極的催 化劑的表面的現(xiàn)象或在氧化劑極的催化劑的表面生成羥基的現(xiàn)象，由此催化劑的活性降 低，燃料電池的輸出降低。 對(duì)于這樣的因氧化劑極的水分濃度較高造成的燃料電池的輸出降低的對(duì)策，在上 述任意文獻(xiàn)中都沒(méi)有公開(kāi)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種燃料電池的控制裝置，其可減少因氧化劑極的水分濃度較 高造成的燃料電池的輸出的降低。 本發(fā)明的燃料電池的控制裝置，所述燃料電池具有電解質(zhì)膜、設(shè)置在上述電解質(zhì)膜的一側(cè)的氧化劑極、和設(shè)置在上述電解質(zhì)膜的另一側(cè)的燃料極，利用供給到上述氧化劑 極的氧化劑氣體和供給到上述燃料極的燃料氣體進(jìn)行發(fā)電，所述燃料電池的控制裝置的特 征在于，在上述燃料電池的電流電壓特性比規(guī)定的基準(zhǔn)降低且上述電解質(zhì)膜沒(méi)有比規(guī)定的 基準(zhǔn)干燥的情況下，進(jìn)行使上述氧化劑極的氣體壓力上升的控制。
在本發(fā)明的一方式中，作為上述控制進(jìn)行如下所述的第一控制在從高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)
向低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后使上述氧化劑極的氣體壓力上升。 另外，在本發(fā)明的一方式中，在上述第一控制不能使上述電流電壓特性的降低充
分減少的情況下，作為上述控制進(jìn)行如下所述的第二控制在從低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)向高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)
轉(zhuǎn)移時(shí)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始前使上述氧化劑極的氣體壓力上升。 本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池，具有電解質(zhì)膜、設(shè)置在上述電解質(zhì)膜的 一側(cè)的氧化劑極、和設(shè)置在上述電解質(zhì)膜的另一側(cè)的燃料極，利用供給到上述氧化劑極的 氧化劑氣體和供給到上述燃料極的燃料氣體進(jìn)行發(fā)電；及上述任意一項(xiàng)所述控制裝置，對(duì) 所述燃料電池進(jìn)行控制。 根據(jù)本發(fā)明，提供一種燃料電池的控制裝置，可減少因在氧化劑極的水分濃度較 高造成的燃料電池的輸出的降低。


圖1是表示實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的概略圖。 圖2是表示燃料電池的構(gòu)成的概略剖面圖。 圖3是表示第一控制的陰極背壓及輸出電流的一個(gè)例子的時(shí)間圖。 圖4是表示第二控制的陰極背壓及輸出電流的一個(gè)例子的時(shí)間圖。 圖5是表示低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)及高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的陰極背壓及輸出電流的一個(gè)例子的
時(shí)間圖。 圖6是表示由控制裝置執(zhí)行的處理的流程圖。 標(biāo)號(hào)說(shuō)明 l燃料電池系統(tǒng) IO燃料電池 11電解質(zhì)膜 12氧化劑極 13燃料極 14氧化劑氣體流路 15燃料氣體流路 16、17擴(kuò)散層 21壓縮機(jī) 22氧化劑供給流路 23氧化劑排出流路 24壓力調(diào)整閥 31氫罐 32燃料供給流路
4
33循環(huán)流路 34壓力調(diào)整閥 35燃料排出流路 36清潔閥 38氫泵 41外部負(fù)載 42電壓傳感器 43電流傳感器 44阻抗測(cè)定部 50控制裝置
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施方式。 圖1是表示本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1的構(gòu)成的概略圖。該燃料電池系統(tǒng)1是使用氧化劑氣體和燃料氣體進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)，在本實(shí)施方式中搭載在燃料電池汽車(chē)上。但是，燃料電池系統(tǒng)1也可以適用于燃料電池汽車(chē)以外。 在圖1中，燃料電池系統(tǒng)1具有燃料電池10。該燃料電池IO接受氧化劑氣體和燃料氣體的供給而進(jìn)行發(fā)電。具體而言，氧化劑氣體是包含氧的空氣等的氣體，燃料氣體是包含氫的氣體，燃料電池IO利用氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。燃料電池IO例如是固體高分子型的燃料電池。 圖2是表示燃料電池10的構(gòu)成的概略剖面圖。以下參照?qǐng)D2對(duì)燃料電池10的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，燃料電池10具有層積多個(gè)單體電池的堆疊構(gòu)造，在圖2中，為了便于說(shuō)明表示了單個(gè)電池。 在圖2中，燃料電池IO包括電解質(zhì)膜11、設(shè)置在電解質(zhì)膜11的一側(cè)的面上的氧化劑極(稱(chēng)為陰極)12、設(shè)置在電解質(zhì)膜11的另一側(cè)的面上的燃料極(稱(chēng)為陽(yáng)極)13。具體而言，燃料電池10包括在電解質(zhì)膜11上接合氧化劑極12及燃料極13而成的膜電極接合體(MEA :Membrane Electrode Assembly)。 在氧化劑極12的外面?zhèn)仍O(shè)有沿氧化劑極12的面向氧化劑極12供給氧化劑氣體的氧化劑氣體流路14，在燃料極13的外面?zhèn)仍O(shè)有沿燃料極13的面向燃料極13供給燃料氣體的燃料氣體流路15。具體而言，在氧化劑極12的外面?zhèn)冉?jīng)由擴(kuò)散層16設(shè)置有形成氧化劑氣體流路14的隔板，在燃料極13的外面?zhèn)冉?jīng)由擴(kuò)散層17設(shè)置有形成燃料氣體流路15的隔板。 在此，對(duì)燃料電池10的發(fā)電作用進(jìn)行說(shuō)明。向氧化劑氣體流路14經(jīng)由其入口 14A供給氧化劑氣體，由此向氧化劑極12供給氧化劑氣體。另一方面，向燃料氣體流路15經(jīng)由其入口 15A供給燃料氣體，由此向燃料極13供給燃料氣體。燃料電池10使用供給到氧化劑極12的氧化劑氣體和供給到燃料極13的燃料氣體進(jìn)行發(fā)電。具體而言，通過(guò)鉑的催化劑作用等，在燃料極13側(cè)發(fā)生下述式(1)所示的反應(yīng)，在氧化劑極12側(cè)發(fā)生下述式(2)所示的反應(yīng)，整體發(fā)生下述式(3)所示的起電反應(yīng)。
H2 — 2H++2e—…(1)
5
2H++ (1/2) 02+2e— — H20... (2)
H2+ (1/2) 02 — H20... (3) 并且，從氧化劑氣體流路14經(jīng)由其出口 14B排出陰極廢氣，從燃料氣體流路15經(jīng)由其出口 15B排出陽(yáng)極廢氣。 再次參照?qǐng)D1 ，在氧化劑氣體流路14的入口連接有將從壓縮機(jī)21供給的空氣向氧化劑氣體流路14引導(dǎo)的氧化劑供給流路22，在氧化劑氣體流路14的出口連接有將從該氧化劑氣體流路14排出的陰極廢氣向外部引導(dǎo)的氧化劑排出流路23。在氧化劑排出流路23上設(shè)置有用于調(diào)整該流路內(nèi)的氣體的壓力(即陰極背壓)的壓力調(diào)整閥24。雖然圖l沒(méi)有圖示，但是在與氧化劑氣體流路14連接的流路22、23上適當(dāng)設(shè)置有測(cè)定流路內(nèi)的氣體的壓力的壓力傳感器、測(cè)定流路內(nèi)的氣體流量的流量傳感器、用于開(kāi)閉流路的閥(空氣關(guān)閉閥)、加濕模塊等。 另一方面，在燃料氣體流路15的入口連接有將從貯存高壓氫氣的氫罐31供給的
氫向燃料氣體流路15引導(dǎo)的燃料供給流路32，在燃料氣體流路15的出口連接有使從該燃
料氣體流路15排出的陽(yáng)極廢氣返回燃料供給流路32的循環(huán)流路33。在燃料供給流路32
上設(shè)置有調(diào)整該流路內(nèi)的氣體的壓力的壓力調(diào)整閥34。在循環(huán)流路33上設(shè)置有用于使氫
循環(huán)的氫泵38。另外，在循環(huán)流路33上連接有將從燃料氣體流路15排出的陽(yáng)極廢氣向外
部引導(dǎo)的燃料排出流路35，在該燃料排出流路35上設(shè)有開(kāi)閉該流路的清潔閥36。雖然圖
1未圖示，但是在與燃料氣體流路15連接的流路32、33上適當(dāng)設(shè)置有測(cè)定流路內(nèi)的壓力的
壓力傳感器、測(cè)定流路內(nèi)的氣體的流量的流量傳感器、和用于開(kāi)閉流路的閥(空氣關(guān)閉閥)等。 在燃料電池10上電連接外部負(fù)載41。外部負(fù)載41例如是DC/DC轉(zhuǎn)換器、經(jīng)由該DC/DC轉(zhuǎn)換器與燃料電池10連接的負(fù)載(例如二次電池、電容器、輔機(jī)、電阻體等)。
進(jìn)而，燃料電池系統(tǒng)1具有測(cè)定燃料電池10的輸出電壓的電壓傳感器42、測(cè)定燃料電池的輸出電流的電流傳感器43、測(cè)定燃料電池10的阻抗的阻抗測(cè)定部44、對(duì)燃料電池系統(tǒng)1整體進(jìn)行控制的控制裝置50?？刂蒲b置50具體而言基于各種輸入信息(電壓傳感器42、電流傳感器43及阻抗測(cè)定部44的輸出值等)，對(duì)被控制裝置(壓縮機(jī)21、壓力調(diào)整閥24、氫泵38、壓力調(diào)整閥34等)進(jìn)行控制。 控制裝置50可通過(guò)適當(dāng)?shù)臉?gòu)成實(shí)現(xiàn)，但是在本實(shí)施方式中，包含CPU (CentralProcessing Unit) 、 ROM (Read Only Memory)、主存儲(chǔ)器等而構(gòu)成，控制裝置的功能通過(guò)由CPU執(zhí)行存儲(chǔ)在ROM等存儲(chǔ)介質(zhì)中的控制程序而實(shí)現(xiàn)。 在上述構(gòu)成中，在氧化劑極12的水分濃度較高時(shí)，產(chǎn)生水在氧化劑極12的催化劑的表面上物理吸附的現(xiàn)象或在氧化劑極12的催化劑的表面上生成羥基的現(xiàn)象，由此催化劑的活性降低，燃料電池10的輸出降低。 這樣的情況例如在以低壓(例如140kPa abs以下)的陰極壓連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)。另外，特別是在反復(fù)進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)顯著出現(xiàn)。因此，在燃料電池汽車(chē)中，在反復(fù)空轉(zhuǎn)和WOT (Wide 0penThrottle :全開(kāi)油門(mén))時(shí)顯著出現(xiàn)。具體而言，在反復(fù)進(jìn)行低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃料電池的輸出逐漸降低。 在燃料電池10的電流電壓特性降低、且電解質(zhì)膜11未干燥的情況下，存在由于上述現(xiàn)象引起電流電壓特性降低的可能性。
本發(fā)明的申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)在由于氧化劑極12的水分濃度較高產(chǎn)生的燃料電池的輸出降低的情況下，通過(guò)使氧化劑極12的氣體壓力上升，能夠減少(恢復(fù)或抑制)輸出降低。作為一個(gè)推測(cè)，考慮氧化劑極12的氣體壓力上升時(shí)，在氧化劑極12的水蒸氣濃度降低，由此，產(chǎn)生水向催化劑的吸附量降低、水從催化劑脫離、抑制羥基的生成、羥基從催化劑脫離。
由上所述，在本實(shí)施方式中，為了應(yīng)對(duì)因在上述氧化劑極12的水分濃度較高造成的燃料電池10的輸出的降低，控制裝置50進(jìn)行如下的控制。S卩，在燃料電池10的電流電壓特性比規(guī)定的基準(zhǔn)降低且電解質(zhì)膜11沒(méi)有比規(guī)定的基準(zhǔn)干燥的情況下，控制裝置50進(jìn)行使氧化劑極12的氣體壓力上升的控制。 對(duì)于上述"燃料電池10的電流電壓特性比規(guī)定的基準(zhǔn)降低"進(jìn)行說(shuō)明。具體而言，控制裝置50取得燃料電池10的電流電壓特性的實(shí)測(cè)值，并基于該實(shí)測(cè)值判斷燃料電池10的電流電壓特性是否比規(guī)定的基準(zhǔn)降低。更具體而言，控制裝置50對(duì)電流電壓特性的實(shí)測(cè)值和預(yù)先存儲(chǔ)的電流電壓特性的推定值進(jìn)行比較，并在兩者的差為規(guī)定值以上的情況下判斷為降低，在不是上述情況時(shí)判斷為沒(méi)有降低。電流電壓特性的實(shí)測(cè)值例如是某一輸出電流的輸出電壓的實(shí)測(cè)值、某一輸出電壓的輸出電流的實(shí)測(cè)值。電流電壓特性的推定值例如根據(jù)為了決定與要求輸出相對(duì)應(yīng)的輸出電壓及輸出電流的目標(biāo)值而預(yù)先準(zhǔn)備的電流電壓特性映射來(lái)求出。在本實(shí)施方式中，作為判斷對(duì)象的電流電壓特性的降低是燃料電池10的電流電壓特性自身的降低，不是氧化劑氣體、燃料氣體的不足引起的輸出電壓、輸出電流的降低。因此，在本實(shí)施方式中，電流電壓特性的實(shí)測(cè)值和推定值的比較是在統(tǒng)一氣體壓力和流量等的運(yùn)轉(zhuǎn)條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 對(duì)上述"電解質(zhì)膜11沒(méi)有比規(guī)定的基準(zhǔn)干燥"進(jìn)行說(shuō)明。具體而言，控制裝置50取得表示電解質(zhì)膜11的濕潤(rùn)狀態(tài)的信息，并基于該信息判斷電解質(zhì)膜11是否比規(guī)定的基準(zhǔn)干燥。例如，控制裝置50取得燃料電池10的阻抗，在該阻抗為規(guī)定值以上的情況下判斷為干燥，并在不是上述情況時(shí)判斷為不干燥。但是，電解質(zhì)膜11是否干燥也可以通過(guò)其他的方法進(jìn)行判斷。 對(duì)上述"進(jìn)行使氧化劑極12的氣體壓力上升的控制"進(jìn)行說(shuō)明。具體而言，在判斷燃料電池10的電流電壓特性比規(guī)定的基準(zhǔn)降低且判斷電解質(zhì)膜11沒(méi)有比規(guī)定的基準(zhǔn)干燥的情況下，控制裝置50進(jìn)行使氧化劑極12的氣體壓力上升的控制。例如，控制裝置50控制壓力調(diào)整閥24、壓縮機(jī)21，使氧化劑極12的氣體壓力上升。在此，"氧化劑極12的氣體壓力"具體是氧化劑氣體流路14內(nèi)的氣體的壓力。另外，所謂"使氧化劑極12的氣體壓力上升"是指使氧化劑極12的氣體壓力比通?？刂茣r(shí)的氧化劑極12的氣體壓力上升。具體而言，是指將與目標(biāo)輸出相對(duì)應(yīng)的預(yù)先設(shè)定的氣體壓力，例如將在預(yù)先準(zhǔn)備的控制映射中與目標(biāo)輸出對(duì)應(yīng)的氣體壓力作為基準(zhǔn)，使氣體壓力上升。 在本實(shí)施方式中，控制裝置50根據(jù)能量效率的觀點(diǎn)，作為上述控制進(jìn)行如下所述的第一控制在從高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)向低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后使氧化劑極12的氣體壓力上升。具體而言，控制裝置50如圖3所示，在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，暫時(shí)地，例如通過(guò)縮小壓力調(diào)整閥24的開(kāi)度(在一個(gè)方式中全閉)，提高陰極背壓。在燃料電池汽車(chē)的一個(gè)方式中，在油門(mén)關(guān)閉時(shí)，使壓力調(diào)整閥24的開(kāi)度關(guān)閉數(shù)秒，使油門(mén)剛關(guān)閉后的空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)或間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的陰極背壓暫時(shí)升壓。 并且，控制裝置50在上述第一控制不能使電流電壓特性的降低充分減少的情況下，作為上述控制 進(jìn)行如下所述的第二控制在從低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)向高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)的高負(fù) 荷運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始前使氧化劑極12的氣體壓力上升。所述第二控制與第一控制比較，雖然在能量 效率方面較差，但是對(duì)于電流電壓特性的降低能夠獲得較高的減少效果。 對(duì)上述"在第一控制中不能使電流電壓特性的降低充分減少的情況"進(jìn)行說(shuō)明。具
體而言，控制裝置50基于規(guī)定的判斷基準(zhǔn)判斷由上述第一控制是否能夠使電流電壓特性
的降低充分減少，在判斷為不能減少的情況下，進(jìn)行上述第二控制。在此，控制裝置50也可
以在第一控制中不能使電流電壓特性充分恢復(fù)的情況下進(jìn)行第二控制，也可以在第一控制
不能充分抑制電流電壓特性的降低的情況下進(jìn)行第二控制。在一個(gè)方式中，控制裝置50在
電流電壓特性的實(shí)測(cè)值相對(duì)于推定值降低規(guī)定值以上的情況，首先進(jìn)行第一控制，其后在
實(shí)測(cè)值再次相對(duì)于推定值降低上述規(guī)定值以上的情況下，進(jìn)行第二控制。 對(duì)上述"第二控制"進(jìn)行說(shuō)明。具體而言，控制裝置50如圖4所示，在高輸出要求
時(shí)等的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)即將開(kāi)始前，暫時(shí)地，例如縮小壓力調(diào)整閥24的開(kāi)度(在一個(gè)方式中全
閉)，從而提高陰極背壓。在燃料電池汽車(chē)的一個(gè)方式中，在油門(mén)打開(kāi)時(shí)，關(guān)閉壓力調(diào)整閥
24的開(kāi)度而使陰極背壓暫時(shí)地上升。 使氧化劑極12的氣體壓力上升的時(shí)期不限于上述第一控制的時(shí)期、第二控制的 時(shí)期。例如，可以在空轉(zhuǎn)時(shí)等的低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(例如圖5的期間A)使氣體壓力上升，也可 以在WOT時(shí)等高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(例如圖5的期間B)使氣體壓力上升。
以下具體地對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
控制裝置50根據(jù)要求輸出，基于預(yù)先設(shè)定的燃料電池10的電流電壓特性映射 (I-V特性映射)決定輸出電壓及輸出電流的目標(biāo)值。并且，控制裝置50根據(jù)輸出電壓及 輸出電流的目標(biāo)值，基于預(yù)先設(shè)定的控制映射，決定向氧化劑極12供給的空氣的壓力及流 量以及向燃料極13供給的氫的壓力及流量的目標(biāo)值。并且，控制裝置50控制壓力調(diào)整閥 24、壓縮機(jī)21、壓力調(diào)整閥34、氫泵38以使向氧化劑極12供給的空氣的壓力及流量以及向 燃料極13供給的氫的壓力及流量分別達(dá)到目標(biāo)值。在優(yōu)選的一方式中，在將壓力控制為目 標(biāo)值時(shí)，使用壓力傳感器。另外，在優(yōu)選的一方式中，在將流量控制為目標(biāo)值時(shí)，使用流量傳 感器。 通過(guò)上述控制裝置50的控制，從氫罐31經(jīng)由燃料供給流路32向燃料氣體流路15 供給氫，從壓縮機(jī)21經(jīng)由氧化劑供給流路22向氧化劑氣體流路14供給空氣，燃料電池10 發(fā)電。 從燃料氣體流路15排出包含沒(méi)有用于反應(yīng)的氫的陽(yáng)極廢氣，該陽(yáng)極廢氣通過(guò)循 環(huán)流路33而再次向燃料氣體流路15供給。此時(shí)，在陽(yáng)極廢氣中包含氫以外的雜質(zhì)，因此在 循環(huán)中該陽(yáng)極廢氣中的氫濃度降低。因此，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間打開(kāi)清潔閥36 ，氫濃度降低的陽(yáng)極 廢氣通過(guò)燃料排出流路35排出到外部。 另一方面，從氧化劑氣體流路14排出陰極廢氣，該陰極廢氣通過(guò)氧化劑排出流路 23排出到外部。 在本實(shí)施方式中，為了應(yīng)對(duì)因氧化劑極12的水分濃度較高造成的燃料電池10的 輸出的降低，控制裝置50進(jìn)行如圖6所示的處理。該圖6所示的處理適當(dāng)反復(fù)進(jìn)行。
在圖6中，控制裝置50使用電壓傳感器42及電流傳感器43，取得燃料電池10的 電流電壓特性的實(shí)測(cè)值(Sl)。
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另外，控制裝置50取得由阻抗測(cè)定部44測(cè)定的燃料電池10的阻抗(S2)。
并且，控制裝置50判斷取得的電流電壓特性的實(shí)測(cè)值是否比推定值降低規(guī)定值 以上且判斷取得的阻抗是否為規(guī)定值以下(S3)。
在步驟S3的判斷結(jié)果為"否"的情況下，結(jié)束處理。 另一方面，在步驟S3的判斷結(jié)果為"是"的情況下，即判斷為實(shí)測(cè)值比推定值降低 規(guī)定值以上且阻抗為規(guī)定值以下的情況下，控制裝置50判斷是否為執(zhí)行當(dāng)前的第一控制 中(S4)。 并且，在不是正在執(zhí)行第一控制的情況下(S4 :否)，控制裝置50開(kāi)始進(jìn)行在高負(fù) 荷運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后使氧化劑極12的氣體壓力上升的第一控制(S5)。具體而言，在油門(mén)剛關(guān)閉 后，開(kāi)始暫時(shí)地(20秒左右)關(guān)閉壓力調(diào)整閥24來(lái)提高陰極背壓的控制。
另一方面，在正在執(zhí)行第一控制的情況下(S4 :是)，控制裝置50開(kāi)始進(jìn)行在高負(fù) 荷運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始前使氧化劑極12的氣體壓力上升的第二控制(S6)。具體而言，在高輸出要求時(shí) 開(kāi)始控制，首先關(guān)閉壓力調(diào)整閥24來(lái)提高陰極背壓。 上述第一及第二控制例如在電流電壓特性恢復(fù)了規(guī)定以上的情況下結(jié)束。
如上所述，在本實(shí)施方式中，所述燃料電池具備電解質(zhì)膜、設(shè)置在電解質(zhì)膜的一側(cè) 的氧化劑極、和設(shè)置在電解質(zhì)膜的另一側(cè)的燃料極，所述燃料電池通過(guò)供給到氧化劑極的 氧化劑氣體和供給到燃料極的燃料氣體進(jìn)行發(fā)電，在燃料電池的電流電壓特性比規(guī)定的基 準(zhǔn)降低且電解質(zhì)膜沒(méi)有比規(guī)定的基準(zhǔn)干燥時(shí)，進(jìn)行使氧化劑的氣體壓力上升的控制。因此， 根據(jù)本實(shí)施方式，可減少因氧化劑極的水分濃度較高造成的燃料電池的輸出的降低。
另外，在本實(shí)施方式中，作為上述控制進(jìn)行如下所述的第一控制在從高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) 向低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后使氧化劑極的氣體壓力上升。根據(jù)該方式，可能 量效率較高地進(jìn)行上述控制。 另外，在本實(shí)施方式中，在上述第一控制不能使電流電壓特性的降低充分減少時(shí)， 作為上述控制進(jìn)行如下所述的第二控制在從低負(fù)荷向高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi) 始前使氧化劑極的氣體壓力上升。根據(jù)該方式，在第一控制不能充分恢復(fù)或抑制電流電壓 特性的降低的情況下，可實(shí)現(xiàn)充分的恢復(fù)、抑制。 本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更。
例如，也可以取代上述壓力調(diào)整閥34而設(shè)置噴射器，燃料氣體的壓力也可以通過(guò) 控制噴射器的開(kāi)閉而被調(diào)整。
權(quán)利要求
一種燃料電池的控制裝置，所述燃料電池具有電解質(zhì)膜、設(shè)置在上述電解質(zhì)膜的一側(cè)的氧化劑極、和設(shè)置在上述電解質(zhì)膜的另一側(cè)的燃料極，利用供給到上述氧化劑極的氧化劑氣體和供給到上述燃料極的燃料氣體進(jìn)行發(fā)電，所述燃料電池的控制裝置的特征在于，在上述燃料電池的電流電壓特性比規(guī)定的基準(zhǔn)降低且上述電解質(zhì)膜沒(méi)有比規(guī)定的基準(zhǔn)干燥的情況下，進(jìn)行使上述氧化劑極的氣體壓力上升的控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池的控制裝置，其特征在于，作為上述控制進(jìn)行如下所述的第一控制在從高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)向低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)的高負(fù) 荷運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后使上述氧化劑極的氣體壓力上升。
3. 如權(quán)利要求2所述的燃料電池的控制裝置，其特征在于，在上述第一控制不能使上述電流電壓特性的降低充分減少的情況下，作為上述控制進(jìn)行如下所述的第二控制在從低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)向高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始前使上述 氧化劑極的氣體壓力上升。
4. 一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括燃料電池，具有電解質(zhì)膜、設(shè)置在上述電解質(zhì)膜的一側(cè)的氧化劑極、和設(shè)置在上述電解 質(zhì)膜的另一側(cè)的燃料極，利用供給到上述氧化劑極的氧化劑氣體和供給到上述燃料極的燃 料氣體進(jìn)行發(fā)電；及如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的控制裝置，對(duì)所述燃料電池進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明減少因氧化劑極的水分濃度較高造成的燃料電池的輸出的降低。具備電解質(zhì)膜(11)、設(shè)于電解質(zhì)膜(11)的一側(cè)的氧化劑極、設(shè)于電解質(zhì)膜(11)的另一側(cè)的燃料極并利用供給到氧化劑極的氧化劑氣體和供給到燃料極的燃料氣體進(jìn)行發(fā)電的燃料電池(10)的控制裝置(50)，在燃料電池(10)的電流電壓特性比規(guī)定的基準(zhǔn)降低且電解質(zhì)膜(11)沒(méi)有比規(guī)定的基準(zhǔn)干燥的情況下，進(jìn)行使氧化劑極的氣體壓力上升的控制。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101730955SQ200880020419
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月4日
發(fā)明者橋本卓哉, 洼英樹(shù) 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社