燃料电池系统及其控制方法
燃料电池系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在日本JP2010-114039A中，公开了如下的系统:具备从比燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路的排气(bleed)通路，排掉从空气压缩机供给的一部分空气。在该系统中，在对流向燃料电池的空气进行减量时，降低空气压缩机的转速。然而，空气压缩机的转速不会急剧下降，因此通过将剩余的空气排放至排气通路来防止燃料电池的过干燥。
【发明内容】
[0003]另外，燃料电池的电解质膜被维持为适度的湿润状态，燃料电池被供给反应气体(正极(cathode)气体O2、负极(anode)气体H2)，由此燃料电池进行发电。在电解质膜的湿润度过大时，希望积极地使之干燥来降低湿润度。然而，在日本JP2010-114039A中，以防止燃料电池的过干燥为目的，即，使之不干燥。另外，若调整空气压缩机的转速则存在以下情况:空气压缩机的工作声音发生变动，乘客感到刺耳而感觉不适。
[0004]本发明是着眼于这种问题而完成的。本发明的目的在于提供一种能够以不使乘客感觉不适的方式降低燃料电池的湿润度的燃料电池系统。
[0005]本发明的燃料电池系统的一个方式包括:燃料电池；空气供给机；空气通路，其连接于上述燃料电池，流通从上述空气供给机供给的空气；排气通路，其从比上述燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路，使由上述空气供给机供给的一部分空气以绕过燃料电池的方式进行流通；以及排气阀，其设置于上述排气通路，对排气通路中流通的空气量进行调整。而且，特征在于还包括:空气供给机控制部，其控制上述空气供给机使得供给固定量的空气；湿润降低判定部，其判定是否需要降低上述燃料电池的湿润度；以及排气量控制部，其在需要降低燃料电池的湿润度时，减小上述排气阀的开度。
【附图说明】
[0006]图1是表示本发明的燃料电池系统的基本结构的图。
[0007]图2是第一实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。
[0008]图3是将用于运算排气量的功能表示成框图而得到的图。
[0009]图4是表示用于根据发电要求和干燥湿润要求来运算向燃料电池堆供给的空气量的对应表的一例的图。
[0010]图5是说明执行第一实施方式的控制流程图时的动作的时序图。
[0011]图6是第二实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。
[0012]图7是第三实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。
[0013]图8是说明执行第三实施方式的控制流程图时的动作的时序图。
[0014]图9是说明执行第四实施方式的控制时的动作的时序图。
[0015]图10是将第五实施方式的控制功能表示成框图而得到的图。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0017](第一实施方式)
[0018]图1是表示本发明的燃料电池系统的基本结构的图。
[0019]首先参照图1来说明本发明的燃料电池系统的基本结构。
[0020]燃料电池堆10的电解质膜被维持为适度的湿润状态，并且燃料电池堆10被供给反应气体(正极气体O2、负极气体H2)，由此燃料电池堆10进行发电。为此，燃料电池堆10与正极路径20、负极路径30以及冷却水循环路径40相连接。此外，由电流传感器101检测燃料电池堆10的发电电流。由电压传感器102检测燃料电池堆10的发电电压。
[0021]向燃料电池堆10供给的正极气体O2在正极路径20中流动。正极路径20上设置有压缩机21、WRD(Water Recovery Device:水分回收装置)22以及正极压力调节阀23。另夕卜，与正极路径20并列地设置排气路径200。排气路径200从比压缩机21更靠下游且比WRD 22更靠上游的位置处分支，合流于比正极压力调节阀23更靠下游的位置。由于形成为这种结构，因此由压缩机21送出的一部分空气在排气路径200中流动，从而绕过燃料电池堆10。排气路径200上设置有排气阀210。
[0022]压缩机21在本实施方式中例如是离心式的涡轮压缩机。压缩机21配置于比燃料电池堆10、WRD 22更靠上游的正极路径20。压缩机21被电动机M驱动。压缩机21对正极路径20中流通的正极气体O2的流量进行调整。通过压缩机21的转速来调整正极气体
O2的流量。
[0023]WRD 22对导入到燃料电池堆10的空气进行加湿。WRD 22包括流通作为加湿对象的气体的被加湿部以及流通作为加湿源的含水气体的加湿部。由压缩机21导入的空气在被加湿部中流动。在燃料电池堆10中流通而含有水的气体在加湿部中流动。
[0024]正极压力调节阀23设置于比燃料电池堆10更靠下游的正极路径20。正极压力调节阀23对正极路径20中流通的正极气体O2的压力进行调整。通过正极压力调节阀23的开度来调整正极气体02的压力。
[0025]由压缩机流量传感器201检测正极路径20中流通的正极气体02的流量。该压缩机流量传感器201设置于比压缩机21更靠上游的正极路径20。此外，也可以在正极路径20的开口端设置去除正极气体O2中的异物的过滤器，将压缩机流量传感器201设置于过滤器与压缩机21之间。
[0026]由正极压力传感器202检测正极路径20中流通的正极气体02的压力。该正极压力传感器202设置于比压缩机21更靠下游且比WRD 22更靠上游的位置处。并且，在图1中，正极压力传感器202位于压缩机流量传感器201的下游。
[0027]排气阀210设置于排气路径200。排气阀210对排气路径200中流通的正极气体O2的流量进行调整。通过排气阀210的开度来调整正极气体O 2的流量。由排气流量传感器203检测排气路径200中流通的正极气体02的流量。
[0028]向燃料电池堆10供给的负极气体H2在负极路径30中流动。负极路径30上设置有储气罐31、负极压力调节阀32以及放气阀33。
[0029]负极气体H2以高压状态储存在储气罐31中。储气罐31设置于负极路径30的最上游。
[0030]负极压力调节阀32设置于储气罐31的下游。负极压力调节阀32对从储气罐31新供给到负极路径30的负极气体H2的压力进行调整。通过负极压力调节阀32的开度来调整负极气体4的压力。
[0031]放气阀33设置于燃料电池堆10的下游。当放气阀33打开时，负极气体H2被放出。
[0032]由负极压力传感器301检测负极路径30中流通的负极气体4的压力。该负极压力传感器301设置于比负极压力调节阀32更靠下游且比燃料电池堆10更靠上游的位置处。
[0033]向燃料电池堆10供给的冷却水在冷却水循环路径40中流动。冷却水循环路径40上设置有散热器41、三通阀42以及水泵43。另外，与冷却水循环路径40并列地设置旁路路径400。旁路路径400从比散热器41更靠上游的位置处分支，合流于比散热器41更靠下游的位置。因此，旁路路径400中流动的冷却水绕开散热器41。
[0034]散热器41对冷却水进行冷却。散热器41中设置有冷却风扇410。
[0035]三通阀42位于旁路路径400的合流部分。三通阀42根据开度调整散热器侧的路径中流动的冷却水的流量和旁路路径中流动的冷却水的流量。由此，调整冷却水的温度。
[0036]水泵43位于三通阀42的下游。水泵43将流过了三通阀42的冷却水送到燃料电池堆10。
[0037]由水温传感器401检测冷却水循环路径40中流动的冷却水的温度。该水温传感器401设置于比分支出旁路路径400的部分更靠上游的位置。
[0038]控制器被输入电流传感器101、电压传感器102、压缩机流量传感器201、正极压力传感器202、负极压力传感器301、水温传感器401的信号。而且，控制器输出信号，来控制压缩机21、正极压力调节阀23、排气阀210、负极压力调节阀32、放气阀33、三通阀42、水泵43的动作。
[0039]通过这种结构，燃料电池堆10被维持为适当温度，由此电解质膜被维持为适度的湿润状态，燃料电池堆10被供给反应气体(正极气体O2、负极气体H2)来进行发电。由燃料电池堆10发出的电力经由DC/DC转换器11被供给到行驶电动机12、电池13、负载14。
[0040]另外，燃料电池堆10在湿润状态过大(即过湿润)或过少(即过干燥)时发电效率差。若为了避免这种状态而调整压缩机21的转速，则存在以下情况:压缩机21的工作声音发生变动，乘客感到刺耳而感觉不适。
[0041]因此，在本实施方式中，以不使压缩机21的转速发生变动的方式调整燃料电池堆10的湿润状态。
[0042]下面说明具体手法。
[0043]图2是第一实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。此外，控制器每隔微小时间(例如10毫秒)就重复执行该流程图。
[0044]在步骤S ll中，控制器控制压缩机21使得供给固定量的空气。
[0045]在步骤S12中，控制器判定排气量是否处于增量中。如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S13，如果判定结果为否定，则控制器使处理转到步骤S15。
[0046]在步骤S13中，控制器判定是否需要使燃料电池堆10干燥。具体地说，例如，在高频阻抗小于基准值时判定为需要使燃料电池堆10干燥。阻抗与电解质膜的湿润度有关。电解质膜的湿润度越大(即电解质膜越湿润)，则阻抗越小。因此，能够基于高频阻抗来判定是否需要使燃料电池堆10干燥。此外，基准值只要预先通过实验来设定即可。另外，在启动时(也包括零下启动时、从怠速停止恢复运转时)、暖机运转时，大量供给反应气体(正极气体O2、负极气体H2)而容易生成水。然而在这种运转时，燃料电池堆10的温度发生变动。阻抗易于受到温度的影响，因此在温度发生变动时，存在无法以阻抗来进行正确的判断的担忧。因此，在这种运转时，也可以在经过基准时间之前判定为需要使燃料电池堆10干燥。该情况下的基准时间也只要预先通过实验来设定即可。通过这样，能够正确地判定应该使之干燥的定时。如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S14，如果判定结果为否定，则控制器暂时退出处理。
[0047]在步骤S14中，控制器减小排气阀210的开度来减少排气量。此外，具体的排气量的设定方法在后面叙述。
[0048]在步骤S15中，控制器判定是否需要使燃料电池堆10湿润。具体地说，例如，在高频阻抗大于基准值时判定为需要使燃料电池堆10湿润。另外，也可以在从启动时(也包括零下启动时、从怠速停止恢复运转时)、暖机运转时起经过了比基准时间长的时间时，判定为需要使燃料电池堆10湿润。这些基准值、基准时间只要预先通过实验来设定即可。通过这样，能够正确地判定应该使之湿润的定时。如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S16，如果判定结果为否定，则控制器暂时退出处理。
[0049]在步骤S16中，控制器增大排气阀210的开度来增加排气量。此外，具体的排气量的设定方法在后面叙述。
[0050]图3是将用于运算排气量的功能表示成框图而得到的图。
[0051]此外，以下的框图所示的各模块将控制器的各功能表示成虚拟单元，各模块并不意味着物理上存在。
[0052]模块BlOl基于发电要求和干燥湿润要求来运算向燃料电池堆10供给的空气量。具体地说，例如将发电要求和干燥湿润要求应用于图4所示的对应表来求出。
[0053]模块B102从由模块BlOl运算出的空气量、浪涌空气量、稀释要求空气量以及压缩机的最低空气量中输出最大值。
[0054]压缩机21当供给流量过小时存在发生浪涌的担忧。浪涌空气量是指用于避免发生这种事态的压缩机21的最低流量。另外，放气阀33打开，负极气体4被放出。将所放出的该负极气体H2充分地稀释所需的空气量即为稀释要求空气量。并且，压缩机的最低流量是指根据压缩机21 (电动机M)的规格等决定的最低流量。
[0055]模块B103通过使从模块B102输出的空气量减去由模块BlOl运算出的空气量来求出排气空气量。由此，通过使压缩机21所供给的空气量减去应该供给到燃料电池堆10的空气量来求出剩余的应该排放的空气量。
[0056]图5是说明执行第一实施方式的控制流程图时的动作的时序图。
[0057]在时刻0，使排气量处于增量中(图5的(B))。由此，流入燃料电池堆的流入量减少(图5的(B))，燃料电池的湿润度上升，阻抗下降(图5的(A))。在该状态下，重复按步骤Sll — S12 — S13进行处理。
[0058]在时刻tl I，阻抗低于基准值后(图5的(A))，按步骤SI I — S12 — S13 — S14进行处理。由此排气量减少(图5的(B))。在下一个循环以后，按步骤S12 —S15进行处理。由此，流入燃料电池堆的流入量增加(图5的(B))，燃料电池的湿润度下降，阻抗上升(图5的㈧)。
[0059]在时刻tl2，阻抗高于基准值后(图5的(A))，按步骤Sll — S12 — S15 — S16进行处理。由此排气量增加(图5的(B))。在下一个循环以后，按步骤Sll —S12 —S13进行处理。由此，流入燃料电池堆的流入量减少(图5的(B))，燃料电池的湿润度上升，阻抗下降(图5的(A))。
[0060]重复以上。
[0061]根据本实施方式，在从比燃料电池堆10更靠上游的正极路径20分支并合流于比燃料电池堆10更靠下游的正极路径20的排气路径200中设置调整空气流量的排气阀210。而且，控制压缩机21使得供给固定量的空气，在需要降低燃料电池的湿润度时减小排气阀210的开度。这样，能够通过将压缩机21所供给的空气量保持固定并调整排气量来控制燃料电池的湿润状态。即，能够以不改变压缩机21的消耗电力的方式增减向燃料电池供给的空气流量。通过提高压缩机21的转速也能够使燃料电池的湿润度下降来使之干燥，但是若这样则压缩机21所消耗的电力增加，因此燃烧消耗率恶化。与此相对，根据本实施方式，压缩机21的转速是固定的，因此能够不使燃烧消耗率恶化地成为干燥状态。另外，压缩机21的转速不增减，因此压缩机21的工作声音不发生变动，因此不会使乘客感觉不适。因而，根据本实施方式，能够以不使乘客感觉不适的方式降低燃料电池的湿润度。
[0062](第二实施方式)
[0063]图6是第二实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。此外，下面对实现与前述同样的功能的部分标注相同标记，适当省略重复的说明。
[0064]在本实施方式中，在正在进行排气的运转中(即排气阀的开度不为零的运转中)执行控制。具体地说，控制器在步骤S21中判定是否处于正在进行排气的运转中，如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S12，如果判定结果为否定，则控制器使处理转变为步骤S15。在需要使之湿润时，即使当前未进行排气也能够增加排气量，因此这样进行处理。
[0065]此外，正在进行排气的运转场景包括以下场景等:稀释要求空气量比要向燃料电池堆10供给的空气量多；压缩机21增加着空气量以避免浪涌；根据压缩机的主体的要求来决定最低流量，该最低流量比要向燃料电池堆10供给的空气量多；压缩机21有意地增加着空气量。
[0066]根据本实施方式，在这种场景下执行控制，因此能够有效利用未使用就排出的空气。
[0067](第三实施方式)
[0068]图7是第三实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。
[0069]即使为了降低燃料电池堆10的湿润度(为了使之干燥)而减少排气量来增加流入燃料电池堆的流入量，若正极压力变高，则其效果也会降低。即，正极压力变高这一情况反而发挥了使湿润度变高的作用，是无用的。因此在本实施方式中，为了防止正极压力的上升而增大正极压力调节阀23的开度。而且，在即使正极压力调节阀23变为完全打开也要进一步增加流入燃料电池堆的流入量时，固定排气阀210的开度来固定排气量。具体地说如下那样控制。此外，对实现与第一实施方式同样的功能的部分标注相同标记，适当省略重复的说明。
[0070]在步骤S31中，控制器判定正极压力是否超过基准压力。该基准压力例如是防止压缩机21发生浪涌所要求的压力、维持反应气体(正极气体O2、负极气体H2)在电解质膜的表背面处的允许压力差所要求的压力。该基准压力只要预先通过实验来设定即可。如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S33，如果判定结果为否定，则控制器使处理转到步骤S14。
[0071]在步骤S32中，控制器增大正极压力调节阀23的开度。
[0072]在步骤S33中，控制器固定正极压力调节阀23的开度。
[0073]在步骤S34中，控制器减小正极压力调节阀23的开度。
[0074]图8是说明执行第三实施方式的控制流程图时的动作的时序图。
[0075]在时刻0，为了降低燃料电池堆10的湿润度(为了使之干燥)，减少排气量，来增加流入燃料电池堆的流入量(图8的(A))。在该状态下，重复按步骤Sll — S12 — S13 — S31 — S14 — S32进行处理。其结果，正极压力调节阀23的开度增大(图8的(C))，正极压力维持为固定(图8的(B))。
[0076]在时刻t31，正极压力调节阀23变为完全打开(图8的(C))。如果即使这样仍然存在降低燃料电池堆10的湿润度(使之干燥)的要求，则重复按步骤Sll — S12 — S13 — S31 — S14 — S32进行处理。其结果，排气量进一步减少，流入燃料电池堆的流入量增加(图8的(A))。此外，由于正极压力调节阀23完全打开，因此在时刻t31以后开度固定(图8的(C))。
[0077]在时刻t32，正极压力超过基准压力(图8的(B))。因此按步骤Sll — S12 — S13 — S31 — S33进行处理。由此，排气量被固定(图8的(B))。
[0078]根据本实施方式，通过基准压力的设定法来防止压缩机21发生浪涌，或者维持反应气体(正极气体O2、负极气体H2)在电解质膜的表背面处的允许压力差。另 外，能够防止因正极压力过度上升引起的压缩机21的消耗电力的浪费。
[0079](第四实施方式)
[0080]图9是说明执行第四实施方式的控制时的动作的时序图。
[0081]为了降低燃料电池堆10的湿润度(为了使之干燥)，减少排气量来增加流入燃料电池堆的流入量。然而，也有时压缩机21的空气供给量原本就低。因此，在这种时候，增加压缩机21的空气供给量。而且，如果不再需要增加流入燃料电池堆的流入量，则优先于增大排气阀210的开度，而首先减少压缩机21的空气供给量。通过这样，能够防止压缩机21的消耗电力的浪费。具体地说控制燃料电池系统使其如下那样动作。
[0082]在过了时刻O之后，减少排气量(图9的(B))，增加流入燃料电池堆的流入量(图9的⑷)。
[0083]然后，稀释要求空气量增加，因此在时刻t41，完全闭合排气阀210来使排气量变为零(图9的(B))，为了补充不足量而增加压缩机21的空气供给量(图9的(A))。
[0084]如果出现减少空气量的需要，则首先减少压缩机21的空气供给量(图9的(A))。
[0085]在时刻t42，压缩机21的空气供给量恢复为稳定状态(图9的(A))，之后再次通过控制排气阀210的开度来调整排气量(图9的(B))，以调整流入燃料电池堆的流入量(图9的⑷)。
[0086]根据本实施方式，这样进行动作，因此能够防止压缩机21的消耗电力的浪费。
[0087](第五实施方式)
[0088]图10是将第五实施方式的控制功能表示成框图而得到的图。
[0089]在上述的各实施方式中，在想要变更燃料电池堆的湿润状态时，通过控制排气阀210的开度来调整排气量，以调整流入燃料电池堆的流入量。
[0090]然而，有时想要更加迅速地变更燃料电池堆的湿润度。
[0091]例如有时想要迅速地降低燃料电池堆的湿润度来使之干燥。在这种时候，只要增加压缩机21的空气供给量、打开正极压力调节阀23来降低正极压力、提高冷却水温度，就能够迅速地降低燃料电池堆的湿润度。因此在本实施方式中，说明用于这样的具体控制内容。
[0092]模块B201使当前的湿润度减去目标湿润度。相对于当前的湿润度来说进行干燥的程度越大，则输出越大的偏差。
[0093]模块B202将从模块B201输出的偏差应用于预先设定的对应表，来运算压缩机21
的流量增量。
[0094]模块B203将从模块B202输出的流量增量与压缩机21的目标供给量相加，来对压缩机21的目标供给量进行校正。然后，控制压缩机21使得实现该目标供给量。
[0095]模块B204将从模块B201输出的偏差应用于预先设定的对应表，来运算正极压力的减少量。
[0096]模块B205将从模块B204输出的压力减少量与目标正极压力相加，来对目标正极压力进行校正。然后，控制正极压力调节阀23使得实现该目标正极压力。
[0097]模块B206将从模块B201输出的偏差应用于预先设定的对应表，来运算冷却水的温度上升量。
[0098]模块B207将从模块B206输出的温度上升量与目标冷却水温相加，来对目标冷却水温进行校正。然后，控制冷却风扇410、三通阀42使得实现该目标冷却水温。
[0099]根据本实施方式，通过这样，能够迅速地变更燃料电池堆的湿润度。
[0100]以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不是将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构。
[0101]例如，在上述说明中，由排气流量传感器203检测排气路径200中流通的正极气体02的流量。然而并不限于此。例如，也可以在从正极路径20分支出排气路径200的位置的上游设置流量传感器，并且在下游也设置流量传感器。然后，将两个流量传感器的检测量之差作为排气路径200中流通的正极气体02的流量。
[0102]此外，上述实施方式能够适当组合。
[0103]本申请基于2012年12月28日向日本专利局申请的特愿2012-287516号要求优先权，通过参照将该申请的全部内容引入本说明书中。
【主权项】
1.一种燃料电池系统，包括: 燃料电池； 空气供给机； 空气通路，其连接于上述燃料电池，流通从上述空气供给机供给的空气； 排气通路，其从比上述燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路，使由上述空气供给机供给的一部分空气以绕过燃料电池的方式进行流通；排气阀，其设置于上述排气通路，对排气通路中流通的空气量进行调整； 空气供给机控制部，其控制上述空气供给机使得供给固定量的空气； 湿润降低判定部，其判定是否需要降低上述燃料电池的湿润度；以及 排气量控制部，其在需要降低燃料电池的湿润度时，减小上述排气阀的开度。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 还包括开度判定部，该开度判定部判定上述排气阀的当前的开度是否为零， 在需要降低燃料电池的湿润度且排气阀的当前的开度不为零时，上述排气量控制部减小上述排气阀的开度。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述湿润降低判定部在以下条件中的至少一个条件成立时判定为需要降低燃料电池的湿润度:高频阻抗小于规定值；启动后未经过规定时间；暖机运转后未经过规定时间；从怠速停止恢复后未经过规定时间；处于运转停止。4.根据权利要求1?3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 还包括湿润上升判定部，该湿润上升判定部判定是否需要提高上述燃料电池的湿润度， 在需要提高燃料电池的湿润度时，上述排气量控制部增大上述排气阀的开度。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述湿润上升判定部在以下条件中的至少一个条件成立时判定为需要提高燃料电池的湿润度:高频阻抗大于规定值；启动后经过了规定时间；暖机运转后经过了规定时间；从怠速停止恢复后经过了规定时间。6.根据权利要求1?5中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括: 压力调节阀，其设置于比上述燃料电池更靠下游的空气通路，对空气的压力进行调整；以及 压力调节阀控制部，其与上述排气量控制部减小排气阀的开度相应地增大上述压力调节阀的开度。7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于， 在即使上述压力调节阀控制部增大上述压力调节阀的开度、空气的压力也超过规定压力时，上述排气量控制部固定上述排气阀的开度。8.根据权利要求1?7中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 在通过上述排气阀的空气量小于规定值时，上述空气供给机控制部控制上述空气供给机以使空气增量。9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于， 在空气增量而需要提高燃料电池的湿润度时，上述空气供给机控制部控制上述空气供给机以使空气减量。10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于， 在上述空气供给机所供给的空气量小于规定量时，上述排气量控制部增大排气阀的开度。11.根据权利要求1?10中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 在需要降低燃料电池的湿润度时，上述空气供给机控制部控制上述空气供给机以使空气增量。12.根据权利要求1?11中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 还包括水温调整部，该水温调整部在需要降低上述燃料电池的湿润度时使燃料电池的冷却水的温度上升。13.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备:燃料电池；空气供给机；空气通路，其连接于上述燃料电池，流通从上述空气供给机供给的空气；排气通路，其从比上述燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路，使由上述空气供给机供给的一部分空气以绕过燃料电池的方式进行流通；以及排气阀，其设置于上述排气通路，对排气通路中流通的空气量进行调整，该燃料电池系统的控制方法包括: 空气供给机控制步骤，控制上述空气供给机使得供给固定量的空气； 湿润降低判定步骤，判定是否需要降低上述燃料电池的湿润度；以及 排气量控制步骤，在需要降低燃料电池的湿润度时，减小上述排气阀的开度。
【专利摘要】包括：燃料电池；空气供给机；空气通路，其连接于燃料电池，流通从空气供给机供给的空气；排气通路，其从比燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路，使由空气供给机供给的一部分空气以绕过燃料电池的方式进行流通；排气阀，其设置于排气通路，对排气通路中流通的空气量进行调整；空气供给机控制部，其控制空气供给机使得供给固定量的空气；湿润降低判定部，其判定是否需要降低燃料电池的湿润度；以及排气量控制部，其在需要降低燃料电池的湿润度时，减小排气阀的开度。
【IPC分类】H01M8/04
【公开号】CN104885278
【申请号】CN201380068509
【发明人】武田大, 浅井祥朋
【申请人】日产自动车株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月26日
【公告号】CA2896672A1, EP2940771A1, EP2940771A4, US20150349358, WO2014103589A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在日本JP2010-114039A中，公开了如下的系统:具备从比燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路的排气(bleed)通路，排掉从空气压缩机供给的一部分空气。在该系统中，在对流向燃料电池的空气进行减量时，降低空气压缩机的转速。然而，空气压缩机的转速不会急剧下降，因此通过将剩余的空气排放至排气通路来防止燃料电池的过干燥。
【发明内容】
[0003]另外，燃料电池的电解质膜被维持为适度的湿润状态，燃料电池被供给反应气体(正极(cathode)气体O2、负极(anode)气体H2)，由此燃料电池进行发电。在电解质膜的湿润度过大时，希望积极地使之干燥来降低湿润度。然而，在日本JP2010-114039A中，以防止燃料电池的过干燥为目的，即，使之不干燥。另外，若调整空气压缩机的转速则存在以下情况:空气压缩机的工作声音发生变动，乘客感到刺耳而感觉不适。
[0004]本发明是着眼于这种问题而完成的。本发明的目的在于提供一种能够以不使乘客感觉不适的方式降低燃料电池的湿润度的燃料电池系统。
[0005]本发明的燃料电池系统的一个方式包括:燃料电池；空气供给机；空气通路，其连接于上述燃料电池，流通从上述空气供给机供给的空气；排气通路，其从比上述燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路，使由上述空气供给机供给的一部分空气以绕过燃料电池的方式进行流通；以及排气阀，其设置于上述排气通路，对排气通路中流通的空气量进行调整。而且，特征在于还包括:空气供给机控制部，其控制上述空气供给机使得供给固定量的空气；湿润降低判定部，其判定是否需要降低上述燃料电池的湿润度；以及排气量控制部，其在需要降低燃料电池的湿润度时，减小上述排气阀的开度。
【附图说明】
[0006]图1是表示本发明的燃料电池系统的基本结构的图。
[0007]图2是第一实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。
[0008]图3是将用于运算排气量的功能表示成框图而得到的图。
[0009]图4是表示用于根据发电要求和干燥湿润要求来运算向燃料电池堆供给的空气量的对应表的一例的图。
[0010]图5是说明执行第一实施方式的控制流程图时的动作的时序图。
[0011]图6是第二实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。
[0012]图7是第三实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。
[0013]图8是说明执行第三实施方式的控制流程图时的动作的时序图。
[0014]图9是说明执行第四实施方式的控制时的动作的时序图。
[0015]图10是将第五实施方式的控制功能表示成框图而得到的图。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0017](第一实施方式)
[0018]图1是表示本发明的燃料电池系统的基本结构的图。
[0019]首先参照图1来说明本发明的燃料电池系统的基本结构。
[0020]燃料电池堆10的电解质膜被维持为适度的湿润状态，并且燃料电池堆10被供给反应气体(正极气体O2、负极气体H2)，由此燃料电池堆10进行发电。为此，燃料电池堆10与正极路径20、负极路径30以及冷却水循环路径40相连接。此外，由电流传感器101检测燃料电池堆10的发电电流。由电压传感器102检测燃料电池堆10的发电电压。
[0021]向燃料电池堆10供给的正极气体O2在正极路径20中流动。正极路径20上设置有压缩机21、WRD(Water Recovery Device:水分回收装置)22以及正极压力调节阀23。另夕卜，与正极路径20并列地设置排气路径200。排气路径200从比压缩机21更靠下游且比WRD 22更靠上游的位置处分支，合流于比正极压力调节阀23更靠下游的位置。由于形成为这种结构，因此由压缩机21送出的一部分空气在排气路径200中流动，从而绕过燃料电池堆10。排气路径200上设置有排气阀210。
[0022]压缩机21在本实施方式中例如是离心式的涡轮压缩机。压缩机21配置于比燃料电池堆10、WRD 22更靠上游的正极路径20。压缩机21被电动机M驱动。压缩机21对正极路径20中流通的正极气体O2的流量进行调整。通过压缩机21的转速来调整正极气体
O2的流量。
[0023]WRD 22对导入到燃料电池堆10的空气进行加湿。WRD 22包括流通作为加湿对象的气体的被加湿部以及流通作为加湿源的含水气体的加湿部。由压缩机21导入的空气在被加湿部中流动。在燃料电池堆10中流通而含有水的气体在加湿部中流动。
[0024]正极压力调节阀23设置于比燃料电池堆10更靠下游的正极路径20。正极压力调节阀23对正极路径20中流通的正极气体O2的压力进行调整。通过正极压力调节阀23的开度来调整正极气体02的压力。
[0025]由压缩机流量传感器201检测正极路径20中流通的正极气体02的流量。该压缩机流量传感器201设置于比压缩机21更靠上游的正极路径20。此外，也可以在正极路径20的开口端设置去除正极气体O2中的异物的过滤器，将压缩机流量传感器201设置于过滤器与压缩机21之间。
[0026]由正极压力传感器202检测正极路径20中流通的正极气体02的压力。该正极压力传感器202设置于比压缩机21更靠下游且比WRD 22更靠上游的位置处。并且，在图1中，正极压力传感器202位于压缩机流量传感器201的下游。
[0027]排气阀210设置于排气路径200。排气阀210对排气路径200中流通的正极气体O2的流量进行调整。通过排气阀210的开度来调整正极气体O 2的流量。由排气流量传感器203检测排气路径200中流通的正极气体02的流量。
[0028]向燃料电池堆10供给的负极气体H2在负极路径30中流动。负极路径30上设置有储气罐31、负极压力调节阀32以及放气阀33。
[0029]负极气体H2以高压状态储存在储气罐31中。储气罐31设置于负极路径30的最上游。
[0030]负极压力调节阀32设置于储气罐31的下游。负极压力调节阀32对从储气罐31新供给到负极路径30的负极气体H2的压力进行调整。通过负极压力调节阀32的开度来调整负极气体4的压力。
[0031]放气阀33设置于燃料电池堆10的下游。当放气阀33打开时，负极气体H2被放出。
[0032]由负极压力传感器301检测负极路径30中流通的负极气体4的压力。该负极压力传感器301设置于比负极压力调节阀32更靠下游且比燃料电池堆10更靠上游的位置处。
[0033]向燃料电池堆10供给的冷却水在冷却水循环路径40中流动。冷却水循环路径40上设置有散热器41、三通阀42以及水泵43。另外，与冷却水循环路径40并列地设置旁路路径400。旁路路径400从比散热器41更靠上游的位置处分支，合流于比散热器41更靠下游的位置。因此，旁路路径400中流动的冷却水绕开散热器41。
[0034]散热器41对冷却水进行冷却。散热器41中设置有冷却风扇410。
[0035]三通阀42位于旁路路径400的合流部分。三通阀42根据开度调整散热器侧的路径中流动的冷却水的流量和旁路路径中流动的冷却水的流量。由此，调整冷却水的温度。
[0036]水泵43位于三通阀42的下游。水泵43将流过了三通阀42的冷却水送到燃料电池堆10。
[0037]由水温传感器401检测冷却水循环路径40中流动的冷却水的温度。该水温传感器401设置于比分支出旁路路径400的部分更靠上游的位置。
[0038]控制器被输入电流传感器101、电压传感器102、压缩机流量传感器201、正极压力传感器202、负极压力传感器301、水温传感器401的信号。而且，控制器输出信号，来控制压缩机21、正极压力调节阀23、排气阀210、负极压力调节阀32、放气阀33、三通阀42、水泵43的动作。
[0039]通过这种结构，燃料电池堆10被维持为适当温度，由此电解质膜被维持为适度的湿润状态，燃料电池堆10被供给反应气体(正极气体O2、负极气体H2)来进行发电。由燃料电池堆10发出的电力经由DC/DC转换器11被供给到行驶电动机12、电池13、负载14。
[0040]另外，燃料电池堆10在湿润状态过大(即过湿润)或过少(即过干燥)时发电效率差。若为了避免这种状态而调整压缩机21的转速，则存在以下情况:压缩机21的工作声音发生变动，乘客感到刺耳而感觉不适。
[0041]因此，在本实施方式中，以不使压缩机21的转速发生变动的方式调整燃料电池堆10的湿润状态。
[0042]下面说明具体手法。
[0043]图2是第一实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。此外，控制器每隔微小时间(例如10毫秒)就重复执行该流程图。
[0044]在步骤S ll中，控制器控制压缩机21使得供给固定量的空气。
[0045]在步骤S12中，控制器判定排气量是否处于增量中。如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S13，如果判定结果为否定，则控制器使处理转到步骤S15。
[0046]在步骤S13中，控制器判定是否需要使燃料电池堆10干燥。具体地说，例如，在高频阻抗小于基准值时判定为需要使燃料电池堆10干燥。阻抗与电解质膜的湿润度有关。电解质膜的湿润度越大(即电解质膜越湿润)，则阻抗越小。因此，能够基于高频阻抗来判定是否需要使燃料电池堆10干燥。此外，基准值只要预先通过实验来设定即可。另外，在启动时(也包括零下启动时、从怠速停止恢复运转时)、暖机运转时，大量供给反应气体(正极气体O2、负极气体H2)而容易生成水。然而在这种运转时，燃料电池堆10的温度发生变动。阻抗易于受到温度的影响，因此在温度发生变动时，存在无法以阻抗来进行正确的判断的担忧。因此，在这种运转时，也可以在经过基准时间之前判定为需要使燃料电池堆10干燥。该情况下的基准时间也只要预先通过实验来设定即可。通过这样，能够正确地判定应该使之干燥的定时。如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S14，如果判定结果为否定，则控制器暂时退出处理。
[0047]在步骤S14中，控制器减小排气阀210的开度来减少排气量。此外，具体的排气量的设定方法在后面叙述。
[0048]在步骤S15中，控制器判定是否需要使燃料电池堆10湿润。具体地说，例如，在高频阻抗大于基准值时判定为需要使燃料电池堆10湿润。另外，也可以在从启动时(也包括零下启动时、从怠速停止恢复运转时)、暖机运转时起经过了比基准时间长的时间时，判定为需要使燃料电池堆10湿润。这些基准值、基准时间只要预先通过实验来设定即可。通过这样，能够正确地判定应该使之湿润的定时。如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S16，如果判定结果为否定，则控制器暂时退出处理。
[0049]在步骤S16中，控制器增大排气阀210的开度来增加排气量。此外，具体的排气量的设定方法在后面叙述。
[0050]图3是将用于运算排气量的功能表示成框图而得到的图。
[0051]此外，以下的框图所示的各模块将控制器的各功能表示成虚拟单元，各模块并不意味着物理上存在。
[0052]模块BlOl基于发电要求和干燥湿润要求来运算向燃料电池堆10供给的空气量。具体地说，例如将发电要求和干燥湿润要求应用于图4所示的对应表来求出。
[0053]模块B102从由模块BlOl运算出的空气量、浪涌空气量、稀释要求空气量以及压缩机的最低空气量中输出最大值。
[0054]压缩机21当供给流量过小时存在发生浪涌的担忧。浪涌空气量是指用于避免发生这种事态的压缩机21的最低流量。另外，放气阀33打开，负极气体4被放出。将所放出的该负极气体H2充分地稀释所需的空气量即为稀释要求空气量。并且，压缩机的最低流量是指根据压缩机21 (电动机M)的规格等决定的最低流量。
[0055]模块B103通过使从模块B102输出的空气量减去由模块BlOl运算出的空气量来求出排气空气量。由此，通过使压缩机21所供给的空气量减去应该供给到燃料电池堆10的空气量来求出剩余的应该排放的空气量。
[0056]图5是说明执行第一实施方式的控制流程图时的动作的时序图。
[0057]在时刻0，使排气量处于增量中(图5的(B))。由此，流入燃料电池堆的流入量减少(图5的(B))，燃料电池的湿润度上升，阻抗下降(图5的(A))。在该状态下，重复按步骤Sll — S12 — S13进行处理。
[0058]在时刻tl I，阻抗低于基准值后(图5的(A))，按步骤SI I — S12 — S13 — S14进行处理。由此排气量减少(图5的(B))。在下一个循环以后，按步骤S12 —S15进行处理。由此，流入燃料电池堆的流入量增加(图5的(B))，燃料电池的湿润度下降，阻抗上升(图5的㈧)。
[0059]在时刻tl2，阻抗高于基准值后(图5的(A))，按步骤Sll — S12 — S15 — S16进行处理。由此排气量增加(图5的(B))。在下一个循环以后，按步骤Sll —S12 —S13进行处理。由此，流入燃料电池堆的流入量减少(图5的(B))，燃料电池的湿润度上升，阻抗下降(图5的(A))。
[0060]重复以上。
[0061]根据本实施方式，在从比燃料电池堆10更靠上游的正极路径20分支并合流于比燃料电池堆10更靠下游的正极路径20的排气路径200中设置调整空气流量的排气阀210。而且，控制压缩机21使得供给固定量的空气，在需要降低燃料电池的湿润度时减小排气阀210的开度。这样，能够通过将压缩机21所供给的空气量保持固定并调整排气量来控制燃料电池的湿润状态。即，能够以不改变压缩机21的消耗电力的方式增减向燃料电池供给的空气流量。通过提高压缩机21的转速也能够使燃料电池的湿润度下降来使之干燥，但是若这样则压缩机21所消耗的电力增加，因此燃烧消耗率恶化。与此相对，根据本实施方式，压缩机21的转速是固定的，因此能够不使燃烧消耗率恶化地成为干燥状态。另外，压缩机21的转速不增减，因此压缩机21的工作声音不发生变动，因此不会使乘客感觉不适。因而，根据本实施方式，能够以不使乘客感觉不适的方式降低燃料电池的湿润度。
[0062](第二实施方式)
[0063]图6是第二实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。此外，下面对实现与前述同样的功能的部分标注相同标记，适当省略重复的说明。
[0064]在本实施方式中，在正在进行排气的运转中(即排气阀的开度不为零的运转中)执行控制。具体地说，控制器在步骤S21中判定是否处于正在进行排气的运转中，如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S12，如果判定结果为否定，则控制器使处理转变为步骤S15。在需要使之湿润时，即使当前未进行排气也能够增加排气量，因此这样进行处理。
[0065]此外，正在进行排气的运转场景包括以下场景等:稀释要求空气量比要向燃料电池堆10供给的空气量多；压缩机21增加着空气量以避免浪涌；根据压缩机的主体的要求来决定最低流量，该最低流量比要向燃料电池堆10供给的空气量多；压缩机21有意地增加着空气量。
[0066]根据本实施方式，在这种场景下执行控制，因此能够有效利用未使用就排出的空气。
[0067](第三实施方式)
[0068]图7是第三实施方式的燃料电池系统的控制器执行的控制流程图。
[0069]即使为了降低燃料电池堆10的湿润度(为了使之干燥)而减少排气量来增加流入燃料电池堆的流入量，若正极压力变高，则其效果也会降低。即，正极压力变高这一情况反而发挥了使湿润度变高的作用，是无用的。因此在本实施方式中，为了防止正极压力的上升而增大正极压力调节阀23的开度。而且，在即使正极压力调节阀23变为完全打开也要进一步增加流入燃料电池堆的流入量时，固定排气阀210的开度来固定排气量。具体地说如下那样控制。此外，对实现与第一实施方式同样的功能的部分标注相同标记，适当省略重复的说明。
[0070]在步骤S31中，控制器判定正极压力是否超过基准压力。该基准压力例如是防止压缩机21发生浪涌所要求的压力、维持反应气体(正极气体O2、负极气体H2)在电解质膜的表背面处的允许压力差所要求的压力。该基准压力只要预先通过实验来设定即可。如果判定结果为肯定，则控制器使处理转到步骤S33，如果判定结果为否定，则控制器使处理转到步骤S14。
[0071]在步骤S32中，控制器增大正极压力调节阀23的开度。
[0072]在步骤S33中，控制器固定正极压力调节阀23的开度。
[0073]在步骤S34中，控制器减小正极压力调节阀23的开度。
[0074]图8是说明执行第三实施方式的控制流程图时的动作的时序图。
[0075]在时刻0，为了降低燃料电池堆10的湿润度(为了使之干燥)，减少排气量，来增加流入燃料电池堆的流入量(图8的(A))。在该状态下，重复按步骤Sll — S12 — S13 — S31 — S14 — S32进行处理。其结果，正极压力调节阀23的开度增大(图8的(C))，正极压力维持为固定(图8的(B))。
[0076]在时刻t31，正极压力调节阀23变为完全打开(图8的(C))。如果即使这样仍然存在降低燃料电池堆10的湿润度(使之干燥)的要求，则重复按步骤Sll — S12 — S13 — S31 — S14 — S32进行处理。其结果，排气量进一步减少，流入燃料电池堆的流入量增加(图8的(A))。此外，由于正极压力调节阀23完全打开，因此在时刻t31以后开度固定(图8的(C))。
[0077]在时刻t32，正极压力超过基准压力(图8的(B))。因此按步骤Sll — S12 — S13 — S31 — S33进行处理。由此，排气量被固定(图8的(B))。
[0078]根据本实施方式，通过基准压力的设定法来防止压缩机21发生浪涌，或者维持反应气体(正极气体O2、负极气体H2)在电解质膜的表背面处的允许压力差。另 外，能够防止因正极压力过度上升引起的压缩机21的消耗电力的浪费。
[0079](第四实施方式)
[0080]图9是说明执行第四实施方式的控制时的动作的时序图。
[0081]为了降低燃料电池堆10的湿润度(为了使之干燥)，减少排气量来增加流入燃料电池堆的流入量。然而，也有时压缩机21的空气供给量原本就低。因此，在这种时候，增加压缩机21的空气供给量。而且，如果不再需要增加流入燃料电池堆的流入量，则优先于增大排气阀210的开度，而首先减少压缩机21的空气供给量。通过这样，能够防止压缩机21的消耗电力的浪费。具体地说控制燃料电池系统使其如下那样动作。
[0082]在过了时刻O之后，减少排气量(图9的(B))，增加流入燃料电池堆的流入量(图9的⑷)。
[0083]然后，稀释要求空气量增加，因此在时刻t41，完全闭合排气阀210来使排气量变为零(图9的(B))，为了补充不足量而增加压缩机21的空气供给量(图9的(A))。
[0084]如果出现减少空气量的需要，则首先减少压缩机21的空气供给量(图9的(A))。
[0085]在时刻t42，压缩机21的空气供给量恢复为稳定状态(图9的(A))，之后再次通过控制排气阀210的开度来调整排气量(图9的(B))，以调整流入燃料电池堆的流入量(图9的⑷)。
[0086]根据本实施方式，这样进行动作，因此能够防止压缩机21的消耗电力的浪费。
[0087](第五实施方式)
[0088]图10是将第五实施方式的控制功能表示成框图而得到的图。
[0089]在上述的各实施方式中，在想要变更燃料电池堆的湿润状态时，通过控制排气阀210的开度来调整排气量，以调整流入燃料电池堆的流入量。
[0090]然而，有时想要更加迅速地变更燃料电池堆的湿润度。
[0091]例如有时想要迅速地降低燃料电池堆的湿润度来使之干燥。在这种时候，只要增加压缩机21的空气供给量、打开正极压力调节阀23来降低正极压力、提高冷却水温度，就能够迅速地降低燃料电池堆的湿润度。因此在本实施方式中，说明用于这样的具体控制内容。
[0092]模块B201使当前的湿润度减去目标湿润度。相对于当前的湿润度来说进行干燥的程度越大，则输出越大的偏差。
[0093]模块B202将从模块B201输出的偏差应用于预先设定的对应表，来运算压缩机21
的流量增量。
[0094]模块B203将从模块B202输出的流量增量与压缩机21的目标供给量相加，来对压缩机21的目标供给量进行校正。然后，控制压缩机21使得实现该目标供给量。
[0095]模块B204将从模块B201输出的偏差应用于预先设定的对应表，来运算正极压力的减少量。
[0096]模块B205将从模块B204输出的压力减少量与目标正极压力相加，来对目标正极压力进行校正。然后，控制正极压力调节阀23使得实现该目标正极压力。
[0097]模块B206将从模块B201输出的偏差应用于预先设定的对应表，来运算冷却水的温度上升量。
[0098]模块B207将从模块B206输出的温度上升量与目标冷却水温相加，来对目标冷却水温进行校正。然后，控制冷却风扇410、三通阀42使得实现该目标冷却水温。
[0099]根据本实施方式，通过这样，能够迅速地变更燃料电池堆的湿润度。
[0100]以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不是将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构。
[0101]例如，在上述说明中，由排气流量传感器203检测排气路径200中流通的正极气体02的流量。然而并不限于此。例如，也可以在从正极路径20分支出排气路径200的位置的上游设置流量传感器，并且在下游也设置流量传感器。然后，将两个流量传感器的检测量之差作为排气路径200中流通的正极气体02的流量。
[0102]此外，上述实施方式能够适当组合。
[0103]本申请基于2012年12月28日向日本专利局申请的特愿2012-287516号要求优先权，通过参照将该申请的全部内容引入本说明书中。
【主权项】
1.一种燃料电池系统，包括: 燃料电池； 空气供给机； 空气通路，其连接于上述燃料电池，流通从上述空气供给机供给的空气； 排气通路，其从比上述燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路，使由上述空气供给机供给的一部分空气以绕过燃料电池的方式进行流通；排气阀，其设置于上述排气通路，对排气通路中流通的空气量进行调整； 空气供给机控制部，其控制上述空气供给机使得供给固定量的空气； 湿润降低判定部，其判定是否需要降低上述燃料电池的湿润度；以及 排气量控制部，其在需要降低燃料电池的湿润度时，减小上述排气阀的开度。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 还包括开度判定部，该开度判定部判定上述排气阀的当前的开度是否为零， 在需要降低燃料电池的湿润度且排气阀的当前的开度不为零时，上述排气量控制部减小上述排气阀的开度。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述湿润降低判定部在以下条件中的至少一个条件成立时判定为需要降低燃料电池的湿润度:高频阻抗小于规定值；启动后未经过规定时间；暖机运转后未经过规定时间；从怠速停止恢复后未经过规定时间；处于运转停止。4.根据权利要求1?3中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 还包括湿润上升判定部，该湿润上升判定部判定是否需要提高上述燃料电池的湿润度， 在需要提高燃料电池的湿润度时，上述排气量控制部增大上述排气阀的开度。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于， 上述湿润上升判定部在以下条件中的至少一个条件成立时判定为需要提高燃料电池的湿润度:高频阻抗大于规定值；启动后经过了规定时间；暖机运转后经过了规定时间；从怠速停止恢复后经过了规定时间。6.根据权利要求1?5中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括: 压力调节阀，其设置于比上述燃料电池更靠下游的空气通路，对空气的压力进行调整；以及 压力调节阀控制部，其与上述排气量控制部减小排气阀的开度相应地增大上述压力调节阀的开度。7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于， 在即使上述压力调节阀控制部增大上述压力调节阀的开度、空气的压力也超过规定压力时，上述排气量控制部固定上述排气阀的开度。8.根据权利要求1?7中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 在通过上述排气阀的空气量小于规定值时，上述空气供给机控制部控制上述空气供给机以使空气增量。9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于， 在空气增量而需要提高燃料电池的湿润度时，上述空气供给机控制部控制上述空气供给机以使空气减量。10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于， 在上述空气供给机所供给的空气量小于规定量时，上述排气量控制部增大排气阀的开度。11.根据权利要求1?10中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 在需要降低燃料电池的湿润度时，上述空气供给机控制部控制上述空气供给机以使空气增量。12.根据权利要求1?11中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 还包括水温调整部，该水温调整部在需要降低上述燃料电池的湿润度时使燃料电池的冷却水的温度上升。13.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具备:燃料电池；空气供给机；空气通路，其连接于上述燃料电池，流通从上述空气供给机供给的空气；排气通路，其从比上述燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路，使由上述空气供给机供给的一部分空气以绕过燃料电池的方式进行流通；以及排气阀，其设置于上述排气通路，对排气通路中流通的空气量进行调整，该燃料电池系统的控制方法包括: 空气供给机控制步骤，控制上述空气供给机使得供给固定量的空气； 湿润降低判定步骤，判定是否需要降低上述燃料电池的湿润度；以及 排气量控制步骤，在需要降低燃料电池的湿润度时，减小上述排气阀的开度。
【专利摘要】包括：燃料电池；空气供给机；空气通路，其连接于燃料电池，流通从空气供给机供给的空气；排气通路，其从比燃料电池更靠上游的空气通路分支并合流于比燃料电池更靠下游的空气通路，使由空气供给机供给的一部分空气以绕过燃料电池的方式进行流通；排气阀，其设置于排气通路，对排气通路中流通的空气量进行调整；空气供给机控制部，其控制空气供给机使得供给固定量的空气；湿润降低判定部，其判定是否需要降低燃料电池的湿润度；以及排气量控制部，其在需要降低燃料电池的湿润度时，减小排气阀的开度。
【IPC分类】H01M8/04
【公开号】CN104885278
【申请号】CN201380068509
【发明人】武田大, 浅井祥朋
【申请人】日产自动车株式会社
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月26日
【公告号】CA2896672A1, EP2940771A1, EP2940771A4, US20150349358, WO2014103589A1
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