專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為包含固體高分子形燃料電池(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為燃料電池)和向其供給燃料等的 機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)(以下，稱(chēng)為燃料電池系統(tǒng))，已知有向燃料電池供給氫的燃料電池系統(tǒng)，或通 過(guò)都市煤氣、甲醇等的改質(zhì)產(chǎn)生氫并將該氫向燃料電池供給的燃料電池系統(tǒng)(例如，參照 專(zhuān)利文獻(xiàn)2、4、幻。而且，也已知有將甲醇、乙醇等直接(不改質(zhì))向燃料電池供給的燃料電 池系統(tǒng)(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1、3)。向燃料電池直接供給液體(甲醇等)類(lèi)型的燃料電池系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)，即，不需 要烴水蒸氣轉(zhuǎn)化裝置，能夠使用比氫容易儲(chǔ)藏和輸送的液體作為燃料。但是，在向燃料電池 直接供給液體燃料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液體燃料通過(guò)電解質(zhì)膜而到達(dá)陰極的現(xiàn)象。該現(xiàn)象稱(chēng)為交叉， 若產(chǎn)生交叉，則燃料被白白浪費(fèi)掉。而且，若交叉的液體燃料在陰極側(cè)被氧化，則燃料電池 的輸出下降。因此，難以產(chǎn)生交叉的電解質(zhì)膜或不使交叉的液體燃料氧化的催化劑(例如， 參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)的開(kāi)發(fā)不斷發(fā)展。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2008-016344號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特表2006-511923號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2008-097838號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 日本特開(kāi)2001-250573號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)5 日本特開(kāi)2003-017096號(hào)公報(bào)若對(duì)陰極側(cè)的催化劑想辦法，則能夠防止由交叉引起的輸出下降。但是，即使如此 想辦法，也無(wú)法阻止交叉本身的發(fā)生。因此，期望有能夠經(jīng)濟(jì)地(以應(yīng)用成本不上升的形 式)減少由交叉引起的燃料的消耗量的技術(shù)。另外，已有的燃料電池系統(tǒng)具有起動(dòng)(尤其是低溫下的起動(dòng))花費(fèi)時(shí)間且難以對(duì) 輸出(發(fā)電量)進(jìn)行較大變更的缺點(diǎn)。因此，期望不存在所述缺點(diǎn)的燃料電池系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一課題在于提供一種由交叉引起的燃料的消耗量更少且能夠經(jīng) 濟(jì)地運(yùn)用的燃料電池系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的第二課題在于提供一種具有能夠作為如下系統(tǒng)工作的結(jié)構(gòu)的燃料 電池系統(tǒng)，即，所述系統(tǒng)為由交叉引起的燃料的消耗量更少的系統(tǒng)、能夠進(jìn)行發(fā)電量的較大 變更的系統(tǒng)等。為了解決上述第一課題，本發(fā)明的第一形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，該燃 料電池通過(guò)使供給的液體燃料與氧化劑在其內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行發(fā)電；燃料電池控 制部，該燃料電池控制部為了使所述燃料電池動(dòng)作而向所述燃料電池供給第一液體燃料， 在使所述燃料電池的動(dòng)作停止時(shí)，通過(guò)向所述燃料電池供給飽和蒸氣壓力比所述第一液體燃料低的第二液體燃料，用所述第二液體燃料置換所述燃料電池內(nèi)的所述第一液體燃料。S卩，在工作停止中的燃料電池內(nèi)部存在容易蒸發(fā)(飽和蒸氣壓力高)的液體燃料 的情況下，由于在陰極側(cè)交叉的液體燃料比較早地蒸發(fā)，因此交叉進(jìn)行。另一方面，在動(dòng)作 停止中的燃料電池內(nèi)部存在難以蒸發(fā)(飽和蒸氣壓力低)的液體燃料的情況下，由于在陰 極側(cè)交叉的液體燃料不會(huì)較早地蒸發(fā)，因此在電解質(zhì)膜的陰極側(cè)形成液體燃料的層(液體 燃料濃度高的部分)，作為其結(jié)果，交叉的進(jìn)行停止。因此，為了使交叉不進(jìn)行，考慮使用難 以蒸發(fā)的液體燃料，但是，這樣的液體燃料比容易蒸發(fā)的液體燃料(乙醇、甲醇等)價(jià)格高。并且，在通常情況下，如果使用廉價(jià)的(飽和蒸汽壓力比第2液體燃料低)第一液 體燃料作為燃料，并且，在燃料電池停止時(shí)，將燃料電池內(nèi)的第一液體燃料置換為飽和蒸氣 壓力更高的第二液體燃料，則使用成本(發(fā)電成本)不會(huì)上升，能夠在燃料電池的停止中防 止燃料(第一液體燃料以及第二液體燃料)由于交叉而白白地消耗掉。因此，在本發(fā)明中， 燃料電池系統(tǒng)為上述結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的第一形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)可以使用作為電解質(zhì)膜而具備陽(yáng)離子交換膜 的燃料電池、作為電解質(zhì)膜而具備陰離子交換膜的燃料電池中的任意一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，陰 離子交換膜是與陽(yáng)離子交換膜相比交叉的燃料量少的電解質(zhì)膜。而且，當(dāng)電解質(zhì)膜為陰離 子交換膜時(shí)，能夠在陰極側(cè)使用催化劑(非鉬催化劑)，所述催化劑不使交叉的燃料氧化。 因此，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)時(shí)，希望采用使用陰離子交換膜作為各電解質(zhì)膜的燃 料電池。另外，本發(fā)明的第一形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)中的第二液體燃料(燃料電池控制部向 燃料電池供給的第二液體燃料)只要飽和蒸汽壓力比第一液體燃料高即可。但是，若使第 二液體燃料為難以?xún)鼋Y(jié)的物質(zhì)、例如乙二醇，則也能夠抑制燃料電池的凍結(jié)。另外，作為燃料電池控制部，可以采用如下裝置，S卩，在使燃料電池的動(dòng)作開(kāi)始時(shí)， 從開(kāi)始一直向燃料電池供給第一液體燃料的裝置；或者“在使燃料電池的動(dòng)作開(kāi)始時(shí)，通過(guò) 供給所述第二液體燃料而使所述燃料電池的動(dòng)作開(kāi)始，之后，將向所述燃料電池供給的液 體從所述第二液體燃料切換為所述第一液體燃料”的裝置。但是，在第二液體燃料的燃料電 池的輸出電壓比第一液體燃料高的情況下，希望采用后者的燃料電池控制部。原因是，在這 種情況下，若采用后者的燃料電池控制部，則能夠?qū)崿F(xiàn)在燃料電池起動(dòng)時(shí)使燃料電池的輸 出電壓迅速上升到必要值的燃料電池系統(tǒng)。此外，若燃料電池起動(dòng)時(shí)的第二液體燃料的供給時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則平均的發(fā)電成本上 升。而且，在使第二液體燃料的供給時(shí)間為一定時(shí)間的情況下，考慮在燃料電池內(nèi)部等產(chǎn)生 凍結(jié)的溫度下，進(jìn)行向第一液體燃料的切換。因此，希望上述燃料電池控制部在燃料電池的 溫度成為規(guī)定溫度以上時(shí)進(jìn)行從第二液體燃料向第一液體燃料的切換。另外，本發(fā)明的第二形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，該燃料電池通過(guò)使供給 的燃料與氧化劑在其內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行發(fā)電；燃料電池控制部，該燃料電池控制 部能夠向所述燃料電池供給多種燃料，從所述多種燃料中選擇與所述燃料電池的狀態(tài)相對(duì) 應(yīng)的燃料并供給到所述燃料電池。S卩，本發(fā)明的第二形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)具有根據(jù)燃料電池的狀態(tài)動(dòng)態(tài)地切換向燃 料電池供給的燃料的結(jié)構(gòu)。因此，如果作為該燃料電池系統(tǒng)的“多種燃料”，采用上述的第一 液體燃料以及第二液體燃料，作為“燃料電池控制部”，采用在燃料電池的動(dòng)作停止時(shí)(燃料電池成為此種狀態(tài)時(shí))將第二液體燃料向燃料電池供給的裝置，則能夠得到由交叉引起 的燃料的消耗量更少且能夠經(jīng)濟(jì)地運(yùn)用的燃料電池系統(tǒng)。而且，如果作為“多種燃料”，采用 供給它們時(shí)的燃料電池的輸出電壓不同的兩種(或兩種以上)的燃料，作為“燃料電池控制 部”，采用如下裝置，即，在需要更大的燃料電池的輸出電力量時(shí)，將使燃料電池的輸出電壓 變高的燃料(或者燃料電池的輸出電壓變得最高的燃料)向燃料電池供給的裝置，則能夠 實(shí)現(xiàn)在必要時(shí)能夠增大發(fā)電量的燃料電池系統(tǒng)。此外，如果作為“多種燃料”，采用融點(diǎn)(凍結(jié)容易度)不同的兩種(或兩種以上) 的燃料，作為“燃料電池控制部”，采用在燃料電池處于起動(dòng)中時(shí)(系統(tǒng)起動(dòng)時(shí))將融點(diǎn)低 的燃料(或者融點(diǎn)最低的燃料)向燃料電池供給的裝置，則能夠?qū)崿F(xiàn)在低溫起動(dòng)時(shí)難以產(chǎn) 生問(wèn)題(能夠在更低溫下起動(dòng))的燃料電池系統(tǒng)。而且，如果在“多種燃料”中包含揮發(fā)性 (點(diǎn)火性)極低的燃料，作為“燃料電池控制部”，采用在燃料電池的狀態(tài)成為異常狀態(tài)時(shí)將 該燃料向燃料電池供給的裝置，則能夠?qū)崿F(xiàn)不停止輸出而能夠應(yīng)對(duì)燃料電池的異常的燃料 電池系統(tǒng)。當(dāng)然，如果適當(dāng)選擇“多種燃料”，并且，作為“燃料電池控制部”，采用在適當(dāng)?shù)臅r(shí) 期(由燃料電池的狀態(tài)決定的時(shí)期)進(jìn)行向燃料電池供給的燃料的切換的裝置，則能夠?qū)?現(xiàn)同時(shí)具有上述各種效果的燃料電池系統(tǒng)。因此，可以說(shuō)，該第二形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)是具 有如下結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)，即，能夠作為由交叉引起的燃料的消耗量更少的系統(tǒng)、能夠進(jìn) 行輸出的大變更的系統(tǒng)等而動(dòng)作的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供由交叉引起的燃料的消耗量更少且能夠經(jīng)濟(jì)運(yùn)用的燃料電 池系統(tǒng)等。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。圖2是第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)具備的兩個(gè)轉(zhuǎn)換閥所取得的狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖3是第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)具備的兩個(gè)轉(zhuǎn)換閥所取得的其它狀態(tài)的說(shuō) 明圖。圖4是第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的ECU執(zhí)行的起動(dòng)時(shí)處理的流程圖。圖5是第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的E⑶執(zhí)行的停止時(shí)處理的流程圖。圖6是第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的燃料電池的系統(tǒng)停止中的狀態(tài)的說(shuō)明 圖。圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的ECU執(zhí)行的通?？刂铺幚淼牧?程圖。符號(hào)說(shuō)明1 燃料電池系統(tǒng)10 燃料電池IliUlo 轉(zhuǎn)換閥12 主燃料供給系統(tǒng)13 副燃料供給系統(tǒng)14 氧化劑供給系統(tǒng)
15主燃料箱
16主燃料用泵
17副燃料箱
18副燃料用泵
19空氣用泵
20MEA
21陰離子交換膜
22a陽(yáng)極側(cè)催化劑層
22c陰極側(cè)催化劑層
23a陽(yáng)極側(cè)擴(kuò)散層
23c陰極側(cè)擴(kuò)散層
24a陽(yáng)極側(cè)集電板
24c陰極側(cè)集電板
25a燃料流路
25c空氣流路
28溫度傳感器
30ECU
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。(第一實(shí)施方式)圖1示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1的概略結(jié)構(gòu)。此外，本實(shí)施方 式的燃料電池系統(tǒng)1是作為燃料電池機(jī)動(dòng)車(chē)的電源系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的。更具體來(lái)說(shuō)，燃料電池 系統(tǒng)1是作為向燃料電池機(jī)動(dòng)車(chē)的由DC-DC轉(zhuǎn)換器、變換器、蓄電池、車(chē)輛用電動(dòng)機(jī)等構(gòu)成 的部分(在圖1中，“負(fù)載”)供給電力的系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的。如圖所示，燃料電池系統(tǒng)1具備燃料電池10、主燃料供給系統(tǒng)12、副燃料供給系統(tǒng) 13、氧化劑供給系統(tǒng)14、E⑶30等。燃料電池10是具備MEA (膜電極復(fù)合體)20的燃料電池，該MEA20在陰離子交換 膜21的一方的面上形成陽(yáng)極側(cè)催化劑層22a以及陽(yáng)極側(cè)擴(kuò)散層23a，在另一方的面上形成 陰極側(cè)催化劑層22c以及陰極側(cè)擴(kuò)散層23c。在MEA20的陽(yáng)極側(cè)(陽(yáng)極側(cè)擴(kuò)散層23a側(cè))， 設(shè)置有陽(yáng)極側(cè)集電板Ma以及燃料流路25a。而且，在MEA20的陰極側(cè)(陰極側(cè)擴(kuò)散層23c 側(cè))設(shè)置有陰極側(cè)集電板Mc以及空氣流路25c。此外，在圖1中只表示了一個(gè)MEA20，但是實(shí)際的燃料電池10具備各多個(gè)MEA20、 燃料流路25a、空氣流路25c等。更具體來(lái)說(shuō)，實(shí)際的燃料電池10是經(jīng)由作為陽(yáng)極側(cè)集電板 Ma、陰極側(cè)集電板Mc、燃料流路25a以及空氣流路25c而起作用的部件(所謂的雙極板) 層疊多個(gè)MEA20的裝置。另外，在該燃料電池10的MEA20中采用的陽(yáng)極側(cè)催化劑層2 是使用甲醇的氧化 活性低的催化劑的部件。此外，燃料電池10具備與各燃料流路2 連接的燃料供給口以 及燃料排出口 ；與各空氣流路25c連接的空氣供給口及空氣排出口。
在燃料電池10上安裝有用于測(cè)量燃料電池10的溫度的溫度傳感器28。在燃料電 池10的燃料供給口安裝有轉(zhuǎn)換閥Ili(詳細(xì)情況后面敘述)。而且，在燃料電池10的燃料 排出口也安裝有轉(zhuǎn)換閥Ilo (詳細(xì)情況后面敘述)。經(jīng)由轉(zhuǎn)換閥IliUlo而與燃料電池10連接的主燃料供給系統(tǒng)12，是由主燃料箱 15、主燃料用泵16、配管等構(gòu)成的系統(tǒng)，該主燃料箱15用于儲(chǔ)存作為比較廉價(jià)的液體燃料 的主燃料(在本實(shí)施方式中為乙醇)，該主燃料用泵16用于將主燃料箱15內(nèi)的主燃料供給 到燃料電池10，該配管連接各部分。此外，雖然省略圖示，但是在主燃料供給系統(tǒng)12的從轉(zhuǎn) 換閥Ilo到主燃料箱15的配管的中途設(shè)置有氣液分離器和乙醇 水分離器，該氣液分離器 用于從排放燃料(從燃料排出口排出的燃料、CO2、水的混合物)中除去CO2,該乙醇·水分 離器用于從排放燃料中除去水。經(jīng)由轉(zhuǎn)換閥IliUlo與燃料電池10連接的副燃料供給系統(tǒng)13是由副燃料箱17、 副燃料用泵18、配管等構(gòu)成的系統(tǒng)，該副燃料箱17用于儲(chǔ)存作為飽和蒸氣壓力比主燃料低 的液體燃料的副燃料(在本實(shí)施方式中為乙二醇)，該副燃料用泵18用于將副燃料箱17內(nèi) 的副燃料供給到燃料電池10，該配管連接各部分。該副燃料供給系統(tǒng)13也與主燃料供給系 統(tǒng)12相同，在從轉(zhuǎn)換閥Ilo到副燃料箱17的配管的中途設(shè)置有未圖示的氣液分離器和乙 二醇·水分離器。并且，如圖2、圖3示意地表示那樣，轉(zhuǎn)換閥Ili及Ilo是能夠?qū)⒅魅剂瞎┙o系統(tǒng) 12、副燃料供給系統(tǒng)13中的任一方與燃料電池10連接的三通閥(在本實(shí)施方式中為電磁 閥)。氧化劑供給系統(tǒng)14(圖1)是由用于向燃料電池10供給空氣的空氣用泵19(所謂 的空氣壓縮機(jī))、配管等構(gòu)成的系統(tǒng)。如已說(shuō)明的那樣，由于燃料電池10是使用陰離子交換 膜21的裝置(必須向陰極供給水分的燃料電池)，因此，在該氧化劑供給系統(tǒng)14的到達(dá)燃 料電池10的空氣供給口的配管的中途設(shè)置有混合器(未圖示)，該混合器用于使來(lái)自空氣 用泵19的空氣中含有水分。ECU(電子控制單元)30是如下的單元，即，基于設(shè)置在系統(tǒng)搭載車(chē)輛上的各種傳 感器(加速踏板傳感器等)的輸出，以使燃料電池10產(chǎn)生所期望的電力的方式控制燃料電 池系統(tǒng)1內(nèi)的各部分(主燃料用泵16、轉(zhuǎn)換閥Ili以及Ilo等)。在此，所謂系統(tǒng)搭載車(chē)輛 是指搭載有燃料電池系統(tǒng)1的燃料電池汽車(chē)。此外，ECU30是基于來(lái)自系統(tǒng)搭載車(chē)輛內(nèi)的 蓄電池(圖1中的“負(fù)載”的元件)的電力而動(dòng)作的單元。該ECU30作為如下單元而構(gòu)成(編程序)，即，在開(kāi)始燃料電池10的發(fā)電動(dòng)作時(shí) (在本實(shí)施方式中，在系統(tǒng)搭載車(chē)輛的點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通時(shí))，進(jìn)行圖3所示的順序的起動(dòng)時(shí)處理。即，在開(kāi)始燃料電池10的發(fā)電動(dòng)作時(shí)，E⑶30首先以向燃料電池10供給副燃料以 及空氣(含有水分的空氣)的方式控制各部分(步驟S101)。即，E⑶30控制轉(zhuǎn)換閥lli、 llo，以將副燃料供給到燃料電池10 (參照?qǐng)D3)，并且，控制副燃料用泵17以及空氣用泵 19，從而使動(dòng)作開(kāi)始。此后，E⑶30開(kāi)始以下處理，即，監(jiān)視“燃料電池溫度彡既定溫度并且經(jīng)過(guò)時(shí)間彡既 定時(shí)間”的成立(步驟。在此，燃料電池溫度是燃料電池10的溫度(通過(guò)溫度傳感 器28檢測(cè)的溫度)，經(jīng)過(guò)時(shí)間是步驟S102的處理開(kāi)始后的經(jīng)過(guò)時(shí)間。既定溫度、既定時(shí)間是預(yù)先確定的數(shù)值(溫度、時(shí)間)。這些數(shù)值是以使燃料的切換在適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)進(jìn)行的方式 (詳細(xì)情況后面敘述)決定的數(shù)值。E⑶30在“燃料電池溫度彡既定溫度并且經(jīng)過(guò)時(shí)間彡既定時(shí)間”成立時(shí)(步驟 S102 ；是)，控制各部分，以向燃料電池10供給主燃料(步驟S103)。S卩，在該步驟S103中， E⑶30控制轉(zhuǎn)換閥lli、llo(參照?qǐng)D2、，以向燃料電池10供給主燃料。而且，E⑶30進(jìn)行用 于使副燃料用泵18的動(dòng)作停止并使主燃料用泵16的動(dòng)作開(kāi)始的控制。然后，進(jìn)行這樣的控制的E⑶30結(jié)束該起動(dòng)時(shí)處理(圖4的處理)，開(kāi)始通常的控 制處理。另外，E⑶30構(gòu)成為如下單元，S卩，在使燃料電池10的發(fā)電動(dòng)作停止時(shí)(在本實(shí)施 方式中，在系統(tǒng)搭載車(chē)輛的點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí))，進(jìn)行圖5所示的順序的停止時(shí)處理的單元。S卩，E⑶30在使燃料電池10的發(fā)電動(dòng)作停止時(shí)，首先，控制各部分，以使向燃料電 池10的空氣的供給停止，并且向燃料電池10供給副燃料(步驟S201)。更具體來(lái)說(shuō)，E⑶30 進(jìn)行以下控制，即，用于使主燃料用泵16以及空氣用泵19的動(dòng)作停止的控制；用于使轉(zhuǎn)換 閥IliUlo的狀態(tài)成為圖3所示的狀態(tài)的控制；用于使副燃料用泵17的動(dòng)作開(kāi)始的控制。此后，E⑶30開(kāi)始等待第二既定時(shí)間經(jīng)過(guò)的處理(步驟S202)。在此，第二既定時(shí) 間是作為將燃料電池10內(nèi)的主燃料置換為副燃料所需的時(shí)間而預(yù)先決定的時(shí)間。E⑶30在經(jīng)過(guò)第二既定時(shí)間時(shí)(步驟S202 ；是)，進(jìn)行用于使副燃料用泵18的動(dòng) 作停止的控制(步驟S203)。然后，E⑶30結(jié)束該停止時(shí)處理，并且停止動(dòng)作。從以上說(shuō)明可知，本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1是為了使燃料電池10 發(fā)電，原則上供給比較廉價(jià)的乙醇(主燃料)的系統(tǒng)，但是，在使燃料電池10停止時(shí)，成為 以下系統(tǒng)，即，將燃料電池10內(nèi)存在的乙醇置換為更難以蒸發(fā)(飽和蒸氣壓力低)的乙二 醇(副燃料)的系統(tǒng)。因此，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1成為如下系統(tǒng)，S卩，與僅使用乙醇作為燃料的 既有的燃料電池系統(tǒng)(以下記為現(xiàn)有系統(tǒng))相比，燃料(乙醇以及乙二醇)的由交叉引起 的消耗量少的系統(tǒng)。而且，燃料電池系統(tǒng)1是能夠以與現(xiàn)有系統(tǒng)相同的成本運(yùn)用的系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，考慮在動(dòng)作停止中的燃料電池10內(nèi)存在乙醇的情況和存在乙二醇的 情況。在前者的情況下，由于乙醇是容易蒸發(fā)的物質(zhì)，因此，在陰極側(cè)交叉的乙醇比較早地 蒸發(fā)。即，在這種情況下，兩極間的燃料濃度差保持為大的狀態(tài)，其結(jié)果是，交叉進(jìn)行。另外，在后者的情況下，在一段時(shí)間后產(chǎn)生交叉。但是，由于乙二醇的蒸發(fā)速度慢， 因此，若某程度量的乙二醇透過(guò)陽(yáng)離子交換膜21，則如圖6示意地表示的那樣，形成為由乙 二醇覆蓋陽(yáng)離子交換膜21的陰極側(cè)的狀態(tài)，即形成為交叉不再進(jìn)一步進(jìn)行的狀態(tài)。因此，在使燃料電池10停止時(shí)，用乙二醇置換存在于燃料電池10內(nèi)的乙醇的燃料 電池系統(tǒng)1，與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，是燃料電池10的動(dòng)作停止中(系統(tǒng)的動(dòng)作停止中)的燃料的 由交叉引起的消耗量少的系統(tǒng)。另外，雖然乙二醇是比乙醇高價(jià)的物質(zhì)，但是燃料電池系統(tǒng)1通常是以乙醇使燃 料電池10起作用的系統(tǒng)。并且，如上所述，燃料電池系統(tǒng)1是由交叉引起的乙醇的消耗量 少的系統(tǒng)(乙醇被白白消耗而失去的量以及與乙醇相關(guān)的運(yùn)用成本下降的系統(tǒng))。因此，燃 料電池系統(tǒng)1雖然需要比較高價(jià)的乙二醇，但是能夠以與現(xiàn)有系統(tǒng)同等的成本進(jìn)行運(yùn)用。此外，燃料電池系統(tǒng)1作為在燃料電池10起動(dòng)時(shí)(參照?qǐng)D4)利用乙二醇使燃料電池10進(jìn)行發(fā)電動(dòng)作的系統(tǒng)而構(gòu)成。并且，由于乙二醇與乙醇相比，是燃料電池10的輸出 電壓變高的燃料，因此，燃料電池系統(tǒng)1是在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)(燃料電池10的起動(dòng)時(shí))使燃料 電池10的輸出電壓迅速上升到必要值的系統(tǒng)。另外，由于乙二醇是難以?xún)鼋Y(jié)的物質(zhì)，因此，燃料電池系統(tǒng)1是在低溫起動(dòng)時(shí)難以 產(chǎn)生問(wèn)題的系統(tǒng)(在現(xiàn)有系統(tǒng)難以起動(dòng)的溫度下也能夠起動(dòng)的系統(tǒng))。最后，對(duì)于在“燃料電池溫度》既定溫度并且經(jīng)過(guò)時(shí)間 > 既定時(shí)間”成立時(shí)，將向 燃料電池10供給的燃料從乙二醇切換為乙醇的理由進(jìn)行說(shuō)明。如上所述，若利用乙二醇使燃料電池10進(jìn)行發(fā)電動(dòng)作，則能夠使燃料電池10的輸 出電壓迅速上升。但是，若乙二醇的供給時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則燃料電池系統(tǒng)1的使用成本將上升。 另外，在使乙二醇的供給時(shí)間為一定時(shí)間的情況下，存在以下可能性，即，在燃料電池10內(nèi) 或在配管內(nèi)，在產(chǎn)生凍結(jié)的溫度下進(jìn)行向乙醇的切換。此外，希望燃料電池10的輸出電壓 時(shí)常(在燃料電池溫度比較高的狀態(tài)下起動(dòng)時(shí)也是如此)迅速上升。并且，如果在作為既定溫度而決定適當(dāng)值的基礎(chǔ)上引入“燃料電池溫度>既定溫 度”的條件，則能夠使乙二醇的供給時(shí)間不會(huì)過(guò)長(zhǎng)，并且，在切換燃料時(shí)能夠不產(chǎn)生問(wèn)題。而 且，如果在作為既定時(shí)間而決定適當(dāng)值的基礎(chǔ)上引入“經(jīng)過(guò)時(shí)間>既定時(shí)間”的條件，則即 使在燃料電池溫度比較高的情況下，也能夠使燃料電池10的輸出電壓迅速上升(利用乙二 醇使燃料電池10進(jìn)行發(fā)電動(dòng)作)。因此，在作為既定溫度、既定時(shí)間而決定適當(dāng)值的基礎(chǔ) 上，在“燃料電池溫度> 既定溫度且經(jīng)過(guò)時(shí)間 > 既定時(shí)間”成立時(shí)，進(jìn)行燃料的切換。(第二實(shí)施方式)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)是以如下方式改良第一實(shí)施方式的燃料 電池系統(tǒng)1的系統(tǒng)，即，通過(guò)E⑶30進(jìn)行與上述控制稍微不同的控制。因此，以下，使用與說(shuō) 明第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1時(shí)使用的符號(hào)相同的符號(hào)，僅說(shuō)明第二實(shí)施方式的燃料 電池系統(tǒng)1內(nèi)的E⑶30的控制動(dòng)作。第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1內(nèi)的E⑶30(以下，標(biāo)記為第二 E⑶30)是進(jìn)行與 已說(shuō)明的裝置內(nèi)容相同的起動(dòng)時(shí)處理(參照?qǐng)D4)、停止時(shí)處理(參照?qǐng)D5)的單元。但是，第二 E⑶30以如下方式構(gòu)成(編程序)，即，在起動(dòng)時(shí)處理結(jié)束時(shí)，開(kāi)始圖7 所示的順序的通?？刂铺幚?。S卩，結(jié)束起動(dòng)時(shí)處理的第二 E⑶30開(kāi)始進(jìn)行如下處理(未圖示)，即，以燃料電池 10產(chǎn)生所希望的電力的方式進(jìn)行控制的處理，并且，開(kāi)始進(jìn)行對(duì)以下情況進(jìn)行監(jiān)視的處理 (步驟S301)，S卩，自身系統(tǒng)的狀況成為需要提高燃料系統(tǒng)10的發(fā)電量的狀況(燃料電池10 的目標(biāo)狀態(tài)成為需要高發(fā)電量的狀態(tài))的情況。然后，第二 E⑶20在需要提高燃料電池10的發(fā)電量時(shí)(步驟S301 ；是)控制各部 分，從而向燃料電池10供給副燃料(步驟S302)。另外，在這種情況下，空氣用泵19已經(jīng)動(dòng) 作。因此，在該步驟302中，第二 E⑶30進(jìn)行的控制是以下控制，S卩，用于使主燃料用泵16 的動(dòng)作停止的控制；用于使轉(zhuǎn)換閥IliUlo的狀態(tài)形成為圖3所示的狀態(tài)的控制；以及用 于使副燃料用泵17的動(dòng)作開(kāi)始的控制。此后，第二 E⑶30使監(jiān)視如下情況的處理(步驟S303)開(kāi)始，S卩，自身系統(tǒng)的狀況 成為無(wú)需事先提高燃料電池10的發(fā)電量的狀況(使燃料電池10的發(fā)電量返回通常水平的 狀況)的情況。
并且，第二 E⑶20在無(wú)需事先提高燃料電池10的發(fā)電量的情況下(步驟S303 ； 是)，從以向燃料電池10供給主燃料的方式控制各部分(步驟S304)開(kāi)始，使步驟S301以 后的處理再次開(kāi)始。總之，第二 ECU30是在需要大幅提高自身系統(tǒng)(燃料電池10)的輸出時(shí)，通過(guò)供給 副燃料(與作為主燃料的乙醇相比，燃料電池10的輸出電壓變高的乙二醇)使燃料電池10 進(jìn)行發(fā)電動(dòng)作的單元。因此，若使用具備第二 ECU30的本發(fā)明的第二實(shí)施方式的燃料電池 系統(tǒng)1，則在必要時(shí)使發(fā)電量(對(duì)負(fù)載的電力供給量)增大。(變形方式)上述各實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1能夠進(jìn)行各種變形。例如，各實(shí)施方式的燃料 電池系統(tǒng)1分別使用乙醇、乙二醇作為主燃料、副燃料，但是，能夠?qū)⑷剂想姵叵到y(tǒng)1變形為 使用其它物質(zhì)作為各燃料的燃料電池系統(tǒng)。但是，如下表所示，乙二醇與通常的酒精相比，是飽和蒸氣壓力特別低的物質(zhì)。而 且，乙二醇也是難以?xún)鼋Y(jié)且燃料電池10的輸出電壓變高的物質(zhì)。因此，希望副燃料為乙二醇。[表1]
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備燃料電池，該燃料電池通過(guò)使供給的液體燃料與氧化劑在其內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而進(jìn) 行發(fā)電；燃料電池控制部，該燃料電池控制部為了使所述燃料電池動(dòng)作而向所述燃料電池供給 第一液體燃料，在使所述燃料電池的動(dòng)作停止時(shí)，通過(guò)向所述燃料電池供給飽和蒸氣壓力 比所述第一液體燃料低的第二液體燃料，用所述第二液體燃料置換所述燃料電池內(nèi)的所述 第一液體燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池控制部在使所述燃料電池的動(dòng)作開(kāi)始時(shí)，通過(guò)供給所述第二液體燃料而 使所述燃料電池的動(dòng)作開(kāi)始，然后，將向所述燃料電池供給的液體燃料從所述第二液體燃 料切換為所述第一液體燃料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池控制部在所述燃料電池的溫度成為規(guī)定溫度以上時(shí)，將向所述燃料電池 供給的液體從所述第二液體燃料切換為所述第一液體燃料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二液體燃料是乙二醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 用于所述燃料電池的各電解質(zhì)膜是陰離子交換膜。
6.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備燃料電池，該燃料電池通過(guò)使供給的燃料與氧化劑在其內(nèi)部進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行發(fā)電；燃料電池控制部，該燃料電池控制部能夠向所述燃料電池供給多種燃料，從所述多種 燃料中選擇與所述燃料電池的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的燃料并供給到所述燃料電池。
全文摘要
一種由交叉引起的燃料的消耗量更少且能夠經(jīng)濟(jì)地使用的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池(10)；主燃料供給系統(tǒng)(12)，該主燃料供給系統(tǒng)(12)用于向燃料電池(10)供給作為液體燃料的主燃料；副燃料供給系統(tǒng)(13)，該副燃料供給系統(tǒng)(13)用于向燃料電池(10)供給飽和蒸氣壓力比主燃料低的作為液體燃料的副燃料；ECU(30)，該ECU(30)在使燃料電池(10)的動(dòng)作停止時(shí)控制各部分，以將存在于燃料電池(10)內(nèi)的主燃料置換為副燃料。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102099952SQ20088010809
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者中西治通, 內(nèi)笹井和也, 有川英一 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社