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] 為了避免在用作驅(qū)動車輛的電源的堆疊組件(燃料電池組）中的單元電池的所謂 的波動或堆疊未對齊，已經(jīng)提出了增加通過堆疊單元電池而形成的堆疊體的共振頻率(例 如，參見日本專利申請公開N〇.2012-133965(JP 2012-133965 A))。根據(jù)JP 2012-133965 A，在堆疊組件的位移方向上安裝彈簧元件以提高堆疊組件的共振頻率，使得在車輛運行期 間堆疊組件的振動不出現(xiàn)在共振頻率處。
[0003] 然而，JP 2012-133965 A中所公開的系統(tǒng)通過硬件配置的方式來提高共振頻率； 因此，可能會增加零件數(shù)或部件的數(shù)目，這可能會導致成本增加。即使通過提高共振頻率能 夠減小堆疊組件的振動出現(xiàn)在共振頻率處的可能性，但由于零件的劣化和初始組裝狀況， 堆疊組件的振動更可能出現(xiàn)在共振頻率處。此外，在JP 2012-133965 A所公開的系統(tǒng)中，根 據(jù)堆疊組件的狀況的變化例如其部件的劣化，堆疊組件的振動可能會出現(xiàn)在共振頻率處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面的燃料電池系統(tǒng)包括堆疊組件、共振確定單元和控制器。 堆疊組件包括堆疊在一起的多個單元電池。單元電池中的每個包括電解質(zhì)膜和電極對，電 解質(zhì)膜被夾在電極之間。共振確定單元被配置成確定在車輛運行期間出現(xiàn)的堆疊組件的振 動是否處于堆疊組件的共振區(qū)內(nèi)。控制器被配置成:在共振確定單元確定堆疊組件的振動 處于共振區(qū)內(nèi)的情況下改變堆疊組件的固有頻率，使得堆疊組件的振動處于共振區(qū)外。根 據(jù)本發(fā)明的上述方面，能夠在避免堆疊組件的共振現(xiàn)象同時抑制零件數(shù)的增加，即使在燃 料電池的狀況由于時間變化等而發(fā)生改變的情況下也是如此。
[0006] 在本發(fā)明的該方面中，控制器可以被配置成:在共振確定單元確定堆疊組件的振 動處于共振區(qū)內(nèi)的情況下改變堆疊組件在單元電池的堆疊方向上的長度。利用該布置，能 夠改變堆疊組件的固有頻率。
[0007] 在本發(fā)明的該方面中，控制器可以被配置成:在共振確定單元確定堆疊組件的振 動處于共振區(qū)內(nèi)的情況下增加或降低堆疊組件的溫度。利用該布置，能夠改變堆疊組件的 固有頻率。
[0008] 在上述配置中，燃料電池系統(tǒng)還可以包括被配置成向堆疊組件提供冷卻劑的栗。 控制器可以被配置成:在共振確定單元確定堆疊組件的振動處于共振區(qū)內(nèi)的情況下改變栗 的轉(zhuǎn)速以增加或降低堆疊組件的溫度。根據(jù)一個實施例，該栗為水栗。
[0009] 在上述配置中，控制器可以被配置成：在共振確定單元確定堆疊組件的振動處于 共振區(qū)內(nèi)的情況下增加或減小在單元電池的堆疊方向上向堆疊組件施加的緊固負荷。利用 該布置，能夠改變堆疊組件的固有頻率。
[0010] 在上述配置中，燃料電池系統(tǒng)還可以包括被配置成改變緊固負荷的致動器?？刂?器可以被配置成:在共振確定單元確定堆疊組件的振動處于共振區(qū)內(nèi)的情況下控制致動器 以增加或減小緊固負荷。
[0011] 在本發(fā)明的該方面中，控制器可以被配置成:在共振確定單元確定堆疊組件的振 動處于共振區(qū)內(nèi)的情況下增加或減小向堆疊組件提供的流體的壓力。利用該布置，能夠改 變堆疊組件的固有頻率。
[0012] 在上述配置中，燃料電池系統(tǒng)還可以包括被配置成向堆疊組件中提供反應氣體的 氣體供給裝置?？刂破骺梢员慌渲贸?在共振確定單元確定堆疊組件的振動處于共振區(qū)內(nèi) 的情況下控制氣體供給裝置以增加或減小反應氣體的壓力。
[0013] 在本發(fā)明的該方面中，控制器可以被配置成:在共振確定單元確定堆疊組件的振 動處于共振區(qū)內(nèi)的情況下增加或減小堆疊組件中包含的液態(tài)水的量。利用該布置，能夠改 變堆疊組件的固有頻率。
[0014] 在上述配置中，控制器可以被配置成：在共振確定單元確定堆疊組件的振動處于 共振區(qū)內(nèi)的情況下增加向堆疊組件提供的流體的流率以減小堆疊組件中包含的液態(tài)水的 量。利用該布置，能夠改變堆疊組件的固有頻率。
[0015] 在上述配置中，控制器可以被配置成：在共振確定單元確定堆疊組件的振動處于 共振區(qū)內(nèi)的情況下增加堆疊組件中生成的電力的量以增加堆疊組件中包含的液態(tài)水的量。 另外，控制器可以被配置成:在共振確定單元確定堆疊組件的振動處于共振區(qū)內(nèi)的情況下 減小堆疊組件中生成的電力的量以減小堆疊組件中包含的液態(tài)水的量。利用該布置，能夠 改變堆疊組件的固有頻率。
[0016] 在上述配置中，控制器可以被配置成：在共振確定單元確定堆疊組件的振動處于 共振區(qū)內(nèi)的情況下減小向堆疊組件提供的流體的壓力以減小堆疊組件中包含的液態(tài)水的 量。利用該布置，能夠改變堆疊組件的固有頻率。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面的燃料系統(tǒng)包括堆疊組件、加速度傳感器、固有頻率控制 裝置和控制器。堆疊組件包括堆疊在一起的多個單元電池，單元電池中的每個包括電解質(zhì) 膜和電極對，電解質(zhì)膜被夾在電極之間。加速度傳感器安裝在堆疊組件上并且被配置成分 析堆疊組件的振動以確定堆疊組件的振動是否處于堆疊組件的共振區(qū)內(nèi)。固有頻率控制裝 置被配置成改變以下方面的至少之一:堆疊組件的長度、堆疊組件的密度和堆疊組件的縱 向彈性模量?？刂破鞅慌渲贸?在由加速度傳感器分析出的堆疊組件的振動處于共振區(qū)內(nèi) 的情況下控制固有頻率控制裝置以改變以下方面的至少之一:堆疊組件的長度、堆疊組件 的密度和堆疊組件的縱向彈性模量。
[0018] 在本發(fā)明的第二方面中，固有頻率控制裝置可以被配置成:在由加速度傳感器分 析出的堆疊組件的振動處于共振區(qū)內(nèi)的情況下改變以下方面的至少之一：向堆疊組件提供 的流體的量和向堆疊組件提供的流體的壓力。
【附圖說明】
[0019] 下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例實施方式的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義， 在附圖中，相似的附圖標記指示相似的元件，并且其中：
[0020]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的燃料電池系統(tǒng)的一般配置的說明圖；
[0021] 圖2是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的堆疊組件的說明圖；
[0022] 圖3是指示本發(fā)明的實施方式中的一些實施方式中的堆疊組件的共振區(qū)的曲線 圖；
[0023] 圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制的一個示例的流程 圖；
[0024] 圖5是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的堆疊組件的單元電池的堆疊狀 況的說明圖；
[0025] 圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制的一個示例的流程 圖；
[0026] 圖7是指示在本發(fā)明的一個實施方式中緊固螺栓的緊固負荷與應變之間的關(guān)系的 曲線圖的不例；
[0027] 圖8是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的堆疊組件的單元電池的堆疊狀 況的說明圖；
[0028] 圖9是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制的一個示例的流程 圖；
[0029] 圖10是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制的一個示例的流 程圖；
[0030]圖11是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制的一個示例的流 程圖；以及
[0031]圖12是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的燃料電池系統(tǒng)的控制的一個示例的流 程圖。
【具體實施方式】
[0032] 將參照附圖描述本發(fā)明的一些實施方式。在附圖中，零件可能未被示出成使得各 個零件的尺寸、比率與實際零件的尺寸、比率完全相同。此外，在圖1中可能未描繪在下面描 述中出現(xiàn)的一些元件。
[0033] 首先，將參照圖1描述實施方式的燃料電池系統(tǒng)1。圖1是示出實施方式的燃料電池 系統(tǒng)1的一般配置的說明圖。圖2是示意性地示出該實施方式中的堆疊組件3的說明圖。燃料 電池系統(tǒng)1安裝在車輛上并且主要用作驅(qū)動車輛的電源。然而，類似的系統(tǒng)可以安裝在各種 移動對象如船、飛機和機器人等上以供在這些對象中使用。燃料電池系統(tǒng)1包括固體聚合物 燃料電池2。燃料電池2包括通過將多個單元電池30堆疊在一起而形成的堆疊組件3。單元電 池30中的每個具有電解質(zhì)膜和電極，即陰極電極和陽極電極，電解質(zhì)膜被夾在電極之間。在 堆疊組件3中形成有陰極通道3a和陽極通道3b。電解質(zhì)膜是質(zhì)子傳導性固體聚合物電解質(zhì) 膜。在圖1中，未示出單元電池30。在單元電池30中，向陽極電極提供氫氣或陽極氣體并且向 陰極電極提供含有氧的空氣或陰極氣體。然后，在陽極電極處通過催化反應產(chǎn)生的氫離子 穿過電解質(zhì)膜并且移動至陰極電極，以誘發(fā)與氧的電化學反應并且產(chǎn)生電力。測量這樣產(chǎn) 生的電的電壓值的電壓表V和測量電流值的電流表A連接至通過將單元電池30堆疊在一起 而形成的堆疊組件3。在堆疊組件3中設置有冷卻劑通道3c，用于冷卻堆疊組件3的冷卻劑流 動通過冷卻劑通道3c。流過冷卻劑通道3c的冷卻劑對堆疊組件3進行冷卻。陰極氣體或陽極 氣體可被視為本發(fā)明中的反應氣體。
[0034] 如圖2所示，堆疊組件3包括堆疊在一起的多個單元電池30。在圖2中，Lc表示在單 元電池30的堆疊方向上測量的堆疊組件3的長度。加速度傳感器AS安裝在堆疊在一起的單 元電池30中的位于堆疊組件3的中心部分的單元電池30上?？紤]到振動幅度在堆疊組件3的 中心部分最大的事實，加速度傳感器AS被安裝在位于堆疊組件3的中心部分的單元電池30 上，以便觀察位于堆疊組件3的中心部分的單元電池30行為。利用這樣安裝的加速度傳感器 AS，能夠確定位于堆疊組件3的中心部分的單元電池30的加速度，并且能夠分析出堆疊組件 3如何振動。能夠這樣分析堆疊組件3的振動的加速度傳感器AS可以被視為本發(fā)明的共振確 定單元的一部分。通過關(guān)于時間對由加速度傳感器AS測量的加速度進行一次積分來獲得速 度，并且通過關(guān)于時間對該加速度進行兩次積分來獲得位移；因此，當對堆疊組件3的振動 進行分析時可以進行使用位移的分析。即，可以基于位移來設定下面將描述的共振區(qū)。 [0035]陰極氣體供給通道4連接至堆疊組件3的入口，更具體地，連接至堆疊組件3的陰極