燃料电池系统以及燃料电池系统的阀控制方法与流程

1.本发明涉及防止阳极流路的氢浓度下降的燃料电池系统以及燃料电池系统的阀控制方法。


背景技术：

2.近年，为了能够确保更多的人能够用上适当、可靠、可持续且先进的能源，正在研究开发关于有助于能源高效化的燃料电池。
3.在专利文献1中公开了一种搭载于燃料电池车辆的燃料电池系统。以下，也将该燃料电池系统称为第一系统。在第一系统中，从阳极供给流路向燃料电池堆内的阳极流路供给阳极气体。阳极气体的主要成分是氢。在第一系统中，从阴极供给通路向燃料电池堆内的阴极流路供给阴极气体。阴极气体是空气(氧、氮等)。燃料电池堆通过阳极气体中的氢与阴极气体中的氧的反应进行发电。从阳极流路排出阳极排气(氢、氮、水分等)。阳极排气被供给到气液分离器。气液分离器将阳极排气分离成空气(氢、氮等)与液体(水)。
4.气液分离器的阳极排气能够经由循环流路被供给到阳极供给流路。或者，气液分离器的阳极排气能够经由吹扫流路以及稀释器被排出到燃料电池系统的外部。此外，气液分离器的阳极排气能够与水一同经由排泄流路以及稀释器被排出到燃料电池系统的外部。
5.现在，开发了一种新的燃料电池系统。以下，也将现在开发的燃料电池系统称为第二系统。在第二系统中，代替第一系统的吹扫流路而设置有连接流路。连接流路从循环流路形成分支且与阴极供给流路连接。也就是说，在第二系统中，气液分离器的阳极排气不仅能够被供给到阳极供给流路，也能够被供给到阴极供给流路。阳极排气中的氢在燃料电池堆的阴极电极的催化剂上与氧进行反应而被消耗。因此，在第二系统中，从阳极系统排出到外部的氢减少，在稀释器中为了稀释氢所需要的空气也随之减少。因而，根据第二系统，能够降低向稀释器供给空气的气泵的转速，与第一系统相比，燃料效率提高。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2007-35436号公报


技术实现要素：

9.随着燃料电池堆的负载的增加，燃料电池堆的发电量增加。当燃料电池堆的发电量增加时，阳极系统的压力以及阴极系统的压力上升，并且阳极系统中的氮的增加速度上升。
10.在第一系统中，气液分离器的阳极排气经由稀释器被排出到外部(大气)。在第一系统中，包含氮的阳极排气的排出流量由阳极系统的压力与大气压的差压决定。在燃料电池堆的负载增加了的情况下，阳极系统的压力与大气压的差压增大。因此，在第一系统中，随着燃料电池堆的负载的增加，氮的排出流量也增加。
11.另一方面，在第二系统中，气液分离器的阳极排气经由连接流路被供给(排出)到
阴极供给流路。在第二系统中，包含氮的阳极排气的排出流量由阳极系统的压力与阴极系统的压力的差压决定。在燃料电池堆的负载增加了的情况下，阳极系统的压力与阴极系统的压力的差压比阳极系统的压力与大气压的差压小。因此，在第二系统中，即使燃料电池堆的负载增加，氮的排出流量也不会增加那么多。
12.另外，第二系统为了提高燃料电池堆的耐久性，将燃料电池堆内设为高湿度。其结果是，第二系统的阳极排气包含许多的水分，气液分离器始终贮存水。因此，从气液分离器经由排泄流路被排出到外部的阳极排气的量不太多。
13.根据以上的理由，与第一系统相比，第二系统不容易从阳极系统排出氮。当阳极系统的氮浓度增加时，阳极系统的氢浓度相对减少。为了使燃料电池堆的发电稳定，需要排出阳极系统的氮，抑制氢浓度的下降。
14.本发明的目的在于解决上述的问题。
15.本发明的第一方面涉及燃料电池系统，其具备：燃料电池堆，其用阳极流路的阳极气体和阴极流路的阴极气体来进行发电；阳极供给流路，其将所述阳极气体供给到所述阳极流路；阴极供给流路，其将所述阴极气体供给到所述阴极流路；循环流路，其将从所述阳极流路排出的排出流体供给到所述阳极供给流路；连接流路，其将从所述阳极流路排出的所述排出流体供给到所述阴极供给流路；排出流路，其从所述阳极流路向外部排出所述排出流体；第一阀，其对所述连接流路进行开闭；第二阀，其对所述排出流路进行开闭；以及控制部，其控制所述第一阀和所述第二阀各自的开闭，在所述燃料电池系统中，还具备存储第一阈值和第二阈值的存储部，所述第一阈值是用于对是否要进行用于使所述阳极流路的氮减少的控制进行判断的氮量的阈值，所述第二阈值是用于对所述第一阀和所述第二阀各自的开闭进行判断的发电量的阈值，所述控制部估计所述阳极流路中的所述氮量，并且进行将估计出的所述氮量与所述第一阈值进行比较的第一比较，在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值的情况下，所述控制部进行将所述燃料电池堆的发电量的目标值即目标发电量与所述第二阈值进行比较的第二比较，所述控制部基于所述第一比较的结果和所述第二比较的结果来控制所述第一阀的开闭和所述第二阀的开闭。
16.本发明的第二方面是燃料电池系统的阀控制方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池堆，其用阳极流路的阳极气体和阴极流路的阴极气体来进行发电；阳极供给流路，其将所述阳极气体供给到所述阳极流路；阴极供给流路，其将所述阴极气体供给到所述阴极流路；循环流路，其将从所述阳极流路排出的排出流体供给到所述阳极供给流路；连接流路，其将从所述阳极流路排出的所述排出流体供给到所述阴极供给流路；排出流路，其从所述阳极流路向外部排出所述排出流体；第一阀，其对所述连接流路进行开闭；第二阀，其对所述排出流路进行开闭；以及计算机，其控制所述第一阀和所述第二阀各自的开闭，在所述燃料电池系统的阀控制方法中，所述计算机存储第一阈值和第二阈值，所述第一阈值是用于对是否要进行用于使所述阳极流路的氮减少的控制进行判断的氮量的阈值，所述第二阈值是用于对所述第一阀和所述第二阀各自的开闭进行判断的发电量的阈值，所述计算机估计所述阳极流路中的所述氮量，并且进行将估计出的所述氮量与所述第一阈值进行比较的第一比较，在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值的情况下，所述计算机进行将所述燃料电池堆的发电量的目标值即目标发电量与所述第二阈值进行比较的第二比较，所述计算机基于所述第一比较的结果和所述第二比较的结果来控制所述第一阀的开闭和所述第
二阀的开闭。
17.本发明通过进行第一比较和第二比较，在适当的定时进行第一阀的开闭和第二阀的开闭。通过在适当的定时打开第一阀或第二阀，从阳极流路排出包含氮的阳极排气。另外，通过在适当的定时关闭第一阀以及第二阀，不会在需要以上地从阳极流路排出阳极排气。因而，根据本发明，能够兼顾燃料效率提高和氢浓度维持。本发明进而有助于能量的高效化。
18.根据参照附图说明的以下的实施方式的说明，能容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
19.图1是本发明涉及的燃料电池系统的概要结构图。
20.图2是阀控制处理的流程图。
具体实施方式
21.[1燃料电池系统10的结构]
[0022]
图1是本发明涉及的燃料电池系统10的概要结构图。燃料电池系统10搭载于车辆(燃料电池汽车)。除此之外，燃料电池系统10例如也能搭载于船舶、航空器和机器人等。燃料电池系统10具有燃料电池堆12、氢罐14、阳极系统16、阴极系统18和冷却系统20。另外，燃料电池系统10具有控制装置94。燃料电池堆12的输出(电力)被供给到电机等负载(未图示)。
[0023]
燃料电池堆12具有沿一方向层叠的多个发电单电池22。各个发电单电池22具有电解质膜-电极结构体24(也简称为电极结构体24)和一组隔件26、28。一组隔件26、28夹持电极结构体24。
[0024]
电极结构体24具有固体高分子电解质膜30(也称为电解质膜30)、阳极电极32和阴极电极34。电解质膜30例如是包含水分的全氟磺酸的薄膜。阳极电极32和阴极电极34夹持电解质膜30。阳极电极32和阴极电极34具有由碳纸等形成的气体扩散层。在气体扩散层的表面均匀地涂布多孔质碳粒子，从而形成电极催化剂层。在多孔质碳粒子的表面承载有白金合金。电极催化剂层形成于电解质膜30的两面。
[0025]
在隔件26的表面中的面向电极结构体24的表面形成有阳极流路36。阳极流路36经由阳极入口17a与阳极供给流路40连接。阳极流路36经由第一阳极出口17b与阳极排出流路42连接。另外，阳极流路36经由第二阳极出口17c与第二排泄流路48连接。第二阳极出口17c位于比第一阳极出口17b低的位置。在隔件28的表面中的面向电极结构体24的表面形成有阴极流路38。阴极流路38经由阴极入口19a与阴极供给流路62连接。阴极流路38经由阴极出口19b与阴极排出流路64连接。
[0026]
阳极气体(氢)被供给到阳极电极32。在阳极电极32中，因由催化剂产生的电极反应而从氢分子产生氢离子和电子。氢离子透过电解质膜30并向阴极电极34移动。电子依次向燃料电池堆12的负极端子(未图示)、电机等负载、燃料电池堆12的正极端子(未图示)和阴极电极34移动。在阴极电极34中，通过催化剂的作用使氢离子以及电子与所供给的空气中包含的氧进行反应，生成水。
[0027]
阳极系统16具有用于向阳极电极32供给阳极气体的各结构和用于从阳极电极32排出阳极排气的各结构。阳极系统16具有阳极供给流路40、阳极排出流路42、循环流路44、第一排泄流路46和第二排泄流路48。另外，阳极系统16具有喷射器50、引射器52、气液分离器54、第一排泄阀56和第二排泄阀58(第二阀)。
[0028]
阳极供给流路40将氢罐14的排出口与阳极入口17a连通。在阳极供给流路40设置有喷射器50和引射器52。引射器52配置于比喷射器50靠近阳极入口17a处。
[0029]
阳极排出流路42将第一阳极出口17b与气液分离器54的进气口连通。循环流路44将气液分离器54的排气口与引射器52连通。第一排泄流路46将气液分离器54的排水口与稀释器60的入口连通。在第一排泄流路46设置有第一排泄阀56。第二排泄流路48将第二阳极出口17c与第一排泄流路46中的比第一排泄阀56靠下游的部分连通。在第二排泄流路48设置有第二排泄阀58。
[0030]
阴极系统18具有用于向阴极电极34供给阴极气体的各结构和用于从阴极电极34排出阴极排气的各结构。阴极系统18具有阴极供给流路62、阴极排出流路64和旁通流路66。另外，阴极系统18具有压缩机68、加湿器70、第一密封阀74、第二密封阀76和旁通阀78。
[0031]
阴极供给流路62将空气的进气口(未图示)与阴极入口19a连通。在阴极供给流路62设置有压缩机68、第一密封阀74和加湿器70的流路72a。将阴极供给流路62中的比加湿器70靠上游的部分设为阴极供给流路62a。将阴极供给流路62中的比加湿器70靠下游的部分设为阴极供给流路62b。在阴极供给流路62a设置有压缩机68和第一密封阀74。第一密封阀74配置于比压缩机68靠近加湿器70处。
[0032]
阴极排出流路64将阴极出口19b与稀释器60的入口连通。在阴极排出流路64设置有加湿器70的流路72b和第二密封阀76。将阴极排出流路64中的比加湿器70靠上游的部分设为阴极排出流路64a。将阴极供给流路62中的比加湿器70靠下游的部分设为阴极排出流路64b。在阴极排出流路64b设置有第二密封阀76。
[0033]
旁通流路66将阴极供给流路62a与阴极排出流路64b连通。例如，旁通流路66将阴极供给流路62a中的压缩机68与第一密封阀74之间的部分同阴极排出流路64b中的比第二密封阀76靠下游的部分连通。在旁通流路66设置有旁通阀78。
[0034]
阳极系统16与阴极系统18由连接流路80连接。连接流路80将阳极系统16的循环流路44与阴极系统18的阴极供给流路62b连通。在连接流路80设置有卸放阀82(第一阀)。
[0035]
冷却系统20具有用于向燃料电池堆12供给制冷剂的各结构和用于从燃料电池堆12排出制冷剂的各结构。冷却系统20具有制冷剂供给流路84和制冷剂排出流路86。另外，冷却系统20具有制冷剂泵88、散热器90和温度传感器92。
[0036]
在燃料电池堆12的内部形成有用于对燃料电池堆12进行冷却的制冷剂流路(未图示)。制冷剂供给流路84将散热器90的出口与制冷剂流路的入口连通。在制冷剂供给流路84设置有制冷剂泵88。制冷剂排出流路86将制冷剂流路的出口与散热器90的入口连通。在制冷剂排出流路86设置有温度传感器92。温度传感器92检测从燃料电池堆12排出的制冷剂的温度。
[0037]
控制装置94是计算机(例如车辆的ecu(electronic control unit，电子控制单元))。控制装置94具有控制部96和存储部98。控制部96具有处理电路。处理电路也可以是cpu等处理器。处理电路也可以是asic(application speci fic integrated circuit，专
用集成电路)和fpga(field programmable gate arr ay，现场可编程逻辑门阵列)等集成电路。处理器通过执行被存储于存储部98的程序，能够执行各种处理。也可以利用包含分立器件的电路执行多种处理中的至少一部分。
[0038]
控制部96对燃料电池系统10的运转进行控制。例如，控制部96从设置于燃料电池系统10的各种传感器接收检测信号。控制部96基于各个检测信号，输出用于分别对各阀、喷射器50、压缩机68和制冷剂泵88等进行控制的控制信号。各阀、喷射器50、压缩机68和制冷剂泵88等根据控制信号进行动作。
[0039]
存储部98具有易失性存储器和非易失性存储器。作为易失性存储器，例如举出ram(random access memory，随机存取存储器)等。易失性存储器作为处理器的工作存储器来使用。易失性存储器暂时性地存储处理或运算所需的数据等。作为非易失性存储器，例如举出rom(read only memory，只读存储器)和闪存等。非易失性存储器作为用于保存的存储器来使用。非易失性存储器存储程序、表单和映射表等。也可以在上述那样的处理器和集成电路等具备存储部98的至少一部分。
[0040]
非易失性存储器存储第一阈值和第二阈值。第一阈值是用于对是否要进行用于降低阳极流路36的氮的控制进行判断的氮量的阈值。具体来讲，第一阈值是阳极流路36的氮的容许量。第二阈值是用于对卸放阀82和第二排泄阀58各自的开闭进行判断的发电量的阈值。第一阈值和第二阈值分别由用户预先设定。
[0041]
[2流体的流动]
[0042]
[2-1阳极系统16中的流体的流动]
[0043]
喷射器50朝向阳极供给流路40的下游喷射氢罐14的阳极气体(氢)。从喷射器50喷射的阳极气体在阳极供给流路40中流动并被供给到阳极流路36。阳极气体在阳极流路36中流动，作为阳极排气从第一阳极出口17b排出。阳极排气包含未与氧进行反应的氢、透过电解质膜30的阴极气体中的氮和因氧与氢的反应而生成的水分。
[0044]
阳极排气在阳极排出流路42中流动并被供给到气液分离器54。气液分离器54将阳极排气分离成气体成分(阳极排气)与液体成分(水)。从气液分离器54排出的阳极排气在循环流路44中流动并被供给到引射器52。在引射器52中，阳极排气与从喷射器50喷射的阳极气体合流。
[0045]
由气液分离器54分离出的水被暂时性地贮存在气液分离器54的底部。在第一排泄阀56打开了的状态下，贮存于气液分离器54的水在第一排泄流路46中流动并被排出到稀释器60。当在气液分离器54的水没有了的状态下使第一排泄阀56打开时，气液分离器54的阳极排气在第一排泄流路46中流动并被排出到稀释器60。
[0046]
在燃料电池堆12的内部为高湿度的情况下，水贮存在阳极流路36的底部。在第二排泄阀58打开了的状态下，贮存于阳极流路36的水在第二排泄流路48以及第一排泄流路46中流动并被排出到稀释器60。当在阳极流路36的水没有了的状态下使第二排泄阀58打开时，阳极流路36的阳极排气在第二排泄流路48以及第一排泄流路46中流动并被排出到稀释器60。
[0047]
[2-2阴极系统18中的流体的流动]
[0048]
压缩机68将从车辆的外部吸入的阴极气体(空气)朝向阴极供给流路62的下游喷出。在第一密封阀74打开了的状态下，从压缩机68喷出的阴极气体在阴极供给流路62中流
动并被供给到阴极流路38。阴极气体在阴极流路38中流动，作为阴极排气从阴极出口19b排出。阴极排气包含空气中包含的各成分和因氧与氢的反应而生成的水分。
[0049]
在第二密封阀76打开了的状态下，阴极排气在阴极排出流路64中流动并被排出到稀释器60。阴极排气包含水分。在加湿器70中，为了对阴极气体进行加湿而使用阴极排气的水分。
[0050]
在旁通阀78打开了的状态下，阴极气体在旁通流路66以及阴极排出流路64中流动并被排出到稀释器60。在要使向燃料电池堆12的阴极气体的供给量减少的情况下，使用旁通流路66。
[0051]
[2-3连接流路80中的流体的流动]
[0052]
在卸放阀82打开了的状态下，在循环流路44中流动的阳极排气的一部分在连接流路80中流动并被供给到阴极供给流路62b。但是，打开卸放阀82限于阳极流路36的压力高于阴极流路38的压力的情况。
[0053]
[3使卸放阀82打开的理由]
[0054]
控制部96要抑制阳极流路36的氢浓度下降，将氢浓度保持为一定以上。作为阳极流路36的氢浓度下降的主要原因，认为有下述(a)、(b)。
[0055]
(a)因燃料电池堆12的发电而消耗了阳极流路36的氢。
[0056]
(b)阴极气体中包含的氮透过电解质膜30并渗入阳极流路36，从而使阳极流路36的氮浓度相对增加。
[0057]
对于上述(a)的主要原因，控制部96控制喷射器50。由此，阳极流路36的氢量增加，阳极流路36的氢浓度增加。对于上述(b)的主要原因，控制部96使第二排泄阀58或卸放阀82打开。由此，包含氮的阳极排气从阳极流路36排出。作为阳极气体的氢被适当地供给到阳极流路36。因此，阳极流路36的氢浓度相对增加。
[0058]
根据下述理由，与第二排泄阀58打开相比，优选卸放阀82打开。当第二排泄阀58打开时，从阳极流路36排出的阳极排气在第二排泄流路48中流动并被直接排出到稀释器60。在该情况下，在稀释器60中，为了稀释阳极排气中的氢，需要许多空气。因此，压缩机68的耗电增大。另一方面，当卸放阀82打开时，从阳极流路36排出的阳极排气依次在阳极排出流路42、气液分离器54、循环流路44、连接流路80、阴极供给流路62b、阴极流路38和阴极排出流路64中流动，被排出到稀释器60。在该情况下，阳极排气中的氢在燃料电池堆12的内部因催化剂作用而被消耗。因而，为了由稀释器60将阳极排气中的氢稀释，不需要许多空气。因此，抑制压缩机68的耗电。基于提高燃料效率的观点，优选经由连接流路80向阴极供给流路62b供给阳极排气。
[0059]
但是，只能在能从阳极流路36向阴极供给流路62b排出的氮的排出速度超过阳极流路36中的氮的增加速度时，使用连接流路80。阳极流路36中的氮的增加速度依赖于阴极压力、冷却系统20的制冷剂温度和电解质膜30的湿度等。这些基于燃料电池堆12的发电电流而决定。燃料电池堆12的发电电流由在控制部96使用的目标发电量决定。也就是说，阳极流路36中的氮的增加速度与目标发电量密切相关。因此，控制部96基于目标发电量来决定使第二排泄阀58和卸放阀82中的哪一者打开。
[0060]
[4第二排泄阀58和卸放阀82的阀控制处理]
[0061]
图2是阀控制处理的流程图。控制部96在燃料电池系统10的动作过程中，重复进行
在图2中示出的阀控制处理。
[0062]
在步骤s1中，控制部96估计阳极流路36的氮量。通过将氮透过系数乘以阳极流路36与阴极流路38的氮分压差，能够计算从阴极流路38透过到阳极流路36的氮量(透过氮量)。燃料电池堆12的内部的温度与氮透过系数密切相关。另外，燃料电池堆12的内部的湿度与氮透过系数密切相关。控制部96例如对燃料电池系统10的各结构进行控制使得燃料电池堆12的内部的湿度成为100％。在该情况下，能够基于燃料电池堆12的内部的温度来估计氮透过系数。在本实施方式中，控制部96基于由温度传感器92检测的制冷剂的温度，运算燃料电池堆12的内部的温度。此外，控制部96基于燃料电池堆12的内部的温度，估计阳极流路36的氮量。各种估计方法存储于存储部98。而且，也能根据在阴极排出流路64中流动的阴极排气的温度或在阳极排出流路42中流动的阳极排气的温度，运算燃料电池堆12的内部的温度。另外，也能由温度传感器等直接检测燃料电池堆12的内部的温度。当步骤s1结束时，处理转移到步骤s2。
[0063]
在步骤s2中，控制部96基于估计出的氮量，判定是否需要从阳极流路36排出氮。具体来讲，控制部96将估计出的氮量与存储于存储部98的第一阈值进行比较(第一比较)。在氮量超过第一阈值的情况下(步骤s2：是)，处理转移到步骤s3。在该情况下，控制部96判定为需要从阳极流路36排出氮。另一方面，在氮量为第一阈值以下的情况下(步骤s2：否)，处理转移到步骤s7。在该情况下，控制部96判定为不需要从阳极流路36排出氮。而且，也可以是，在氮量与第一阈值相等的情况下，处理转移到步骤s3。
[0064]
在从步骤s2转移到步骤s3时，控制部96获取目标发电量。如上所述，目标发电量是用于决定使第二排泄阀58和卸放阀82中的哪一者打开的判定因素。在燃料电池系统10的动作过程中，控制部96计算目标发电量，并对各结构进行控制使得燃料电池堆12的发电量成为目标发电量。控制部96为了控制燃料电池堆12的发电量而使用计算出的目标发电量。当步骤s3结束时，处理转移到步骤s4。
[0065]
在步骤s4中，控制部96判定要使第二排泄阀58和卸放阀82中的哪一者打开。具体来讲，控制部96将在步骤s3中获取到的目标发电量与存储于存储部98的第二阈值进行比较(第二比较)。在目标发电量低于第二阈值的情况下(步骤s4：是)，处理转移到步骤s5。另一方面，在目标发电量为第二阈值以上的情况下(步骤s4：否)，处理转移到步骤s6。而且，也可以是，在目标发电量与第二阈值相等的情况下，处理转移到步骤s5。
[0066]
在从步骤s4转移到步骤s5时，控制部96使卸放阀82为开阀状态，使第二排泄阀58为闭阀状态。在卸放阀82已经打开着的情况下，控制部96维持卸放阀82的状态。另一方面，在卸放阀82关闭着的情况下，控制部96使卸放阀82打开。在第二排泄阀58已经关闭着的情况下，控制部96维持第二排泄阀58的状态。另一方面，在第二排泄阀58打开着的情况下，控制部96使第二排泄阀58关闭。阳极排气的一部分依次在阳极排出流路42、气液分离器54、循环流路44、连接流路80、阴极供给流路62b、阴极流路38和阴极排出流路64中流动，并被排出到稀释器60。
[0067]
在从步骤s4转移到步骤s6时，控制部96使卸放阀82为闭阀状态，使第二排泄阀58为开阀状态。在卸放阀82已经关闭着的情况下，控制部96维持卸放阀82的状态。另一方面，在卸放阀82打开着的情况下，控制部96使卸放阀82关闭。在第二排泄阀58已经打开着的情况下，控制部96维持第二排泄阀58的状态。另一方面，在第二排泄阀58关闭着的情况下，控
制部96使第二排泄阀58打开。阳极排气的一部分在第二排泄流路48中流动并被直接排出到稀释器60。
[0068]
在从步骤s2转移到步骤s7时，控制部96使卸放阀82和第二排泄阀58都为闭阀状态。在卸放阀82已经关闭着的情况下，控制部96维持卸放阀82的状态。另一方面，在卸放阀82打开着的情况下，控制部96使卸放阀82关闭。在第二排泄阀58已经关闭着的情况下，控制部96维持第二排泄阀58的状态。另一方面，在第二排泄阀58打开着的情况下，控制部96使第二排泄阀58关闭。阳极排气依次在阳极排出流路42、气液分离器54、循环流路44和引射器52中流动，并返回到阳极供给流路40。
[0069]
[5根据实施方式得到的发明]
[0070]
以下说明根据上述实施方式能够掌握的发明。
[0071]
本发明的第一方式涉及燃料电池系统(10)，其具备：燃料电池堆(12)，其用阳极流路(36)的阳极气体和阴极流路(38)的阴极气体来进行发电；阳极供给流路(40)，其将所述阳极气体供给到所述阳极流路；阴极供给流路(62)，其将所述阴极气体供给到所述阴极流路；循环流路(44)，其将从所述阳极流路排出的排出流体供给到所述阳极供给流路；连接流路(80)，其将从所述阳极流路排出的所述排出流体供给到所述阴极供给流路；排出流路(48)，其从所述阳极流路向外部排出所述排出流体；第一阀(82)，其对所述连接流路进行开闭；第二阀(58)，其对所述排出流路进行开闭；以及控制部(96)，其控制所述第一阀和所述第二阀各自的开闭。燃料电池系统(10)还具备存储第一阈值和第二阈值的存储部(98)，所述第一阈值是用于对是否要进行用于使所述阳极流路的氮减少的控制进行判断的氮量的阈值，所述第二阈值是用于对所述第一阀和所述第二阀各自的开闭进行判断的发电量的阈值。所述控制部估计所述阳极流路中的所述氮量，并且进行将估计出的所述氮量与所述第一阈值进行比较的第一比较，在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值的情况下，所述控制部进行将所述燃料电池堆的发电量的目标值即目标发电量与所述第二阈值进行比较的第二比较，所述控制部基于所述第一比较的结果和所述第二比较的结果来控制所述第一阀的开闭和所述第二阀的开闭。
[0072]
第一方式通过进行第一比较(步骤s2)和第二比较(步骤s4)，在适当的定时进行第一阀(卸放阀82)的开闭和第二阀(第二排泄阀58)的开闭。通过在适当的定时打开第一阀或第二阀，从阳极流路36排出包含氮的阳极排气。另外，通过在适当的定时关闭第一阀以及第二阀，不会在需要以上地从阳极流路36排出阳极排气。而且，第一方式进而有助于能量的高效化。
[0073]
根据第一方式，阳极排气被适当地供给到阴极供给流路62b。从阴极供给流路62b供给到阴极流路38的氢的一部分在燃料电池堆12中因催化剂作用而被消耗。因此，氢的排出量减少，压缩机68的动作也减少。另外，根据第一方式，阳极排气被适当地排出到外部。因此，阳极流路36的氮量下降。以上，根据第一方式，能够兼顾燃料电池系统10的燃料效率提高和阳极流路36的氢浓度维持。
[0074]
另外，根据第一方式，燃料电池堆12的发电稳定。另外，根据第一方式，能够防止因氢缺乏导致的阳极电极32的劣化。
[0075]
在上述方式中，也可以是，所述控制部在所述第一比较中所述氮量低于所述第一阈值的情况下，使所述第一阀和所述第二阀关闭，所述控制部在所述第一比较中所述氮量
超过所述第一阈值且所述第二比较中所述目标发电量低于所述第二阈值的情况下，使所述第一阀打开并且使所述第二阀关闭。
[0076]
根据上述结构，阳极排气被适当地供给到阴极供给流路62b，因此燃料电池系统10的燃料效率提高。
[0077]
在上述方式中，也可以是，所述控制部在所述第一比较中所述氮量低于所述第一阈值的情况下，使所述第一阀和所述第二阀关闭，所述控制部在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值且所述第二比较中所述目标发电量超过所述第二阈值的情况下，使所述第二阀打开并且使所述第一阀关闭。
[0078]
根据上述结构，即使在第一阀(卸放阀82)不打开的状态下，第二阀(第二排泄阀58)也会打开从而将阳极排气排出到外部。因此，根据上述结构，抑制阳极流路36的氢浓度的下降。
[0079]
在上述方式中，也可以是，所述控制部测量或估计所述燃料电池堆的温度，并且基于所述燃料电池堆的温度来估计所述氮量。
[0080]
本发明的第二方式是一种燃料电池系统的阀控制方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池堆，其用阳极流路的阳极气体和阴极流路的阴极气体来进行发电；阳极供给流路，其将所述阳极气体供给到所述阳极流路；阴极供给流路，其将所述阴极气体供给到所述阴极流路；循环流路，其将从所述阳极流路排出的排出流体供给到所述阳极供给流路；连接流路，其将从所述阳极流路排出的所述排出流体供给到所述阴极供给流路；排出流路，其从所述阳极流路向外部排出所述排出流体；第一阀，其对所述连接流路进行开闭；第二阀，其对所述排出流路进行开闭；以及计算机(94)，其控制所述第一阀和所述第二阀各自的开闭。所述计算机存储第一阈值和第二阈值，所述第一阈值是用于对是否要进行用于使所述阳极流路的氮减少的控制进行判断的氮量的阈值，所述第二阈值是用于对所述第一阀和所述第二阀各自的开闭进行判断的发电量的阈值，所述计算机估计所述阳极流路中的所述氮量，并且进行将估计出的所述氮量和所述第一阈值进行比较的第一比较，在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值的情况下，所述计算机进行将所述燃料电池堆的发电量的目标值即目标发电量与所述第二阈值进行比较的第二比较，所述计算机基于所述第一比较的结果和所述第二比较的结果来控制所述第一阀的开闭和所述第二阀的开闭。
[0081]
而且，本发明并不限于上述的公开内容，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够采用各种结构。

技术特征：
1.一种燃料电池系统，其具备：燃料电池堆(12)，其用阳极流路(36)的阳极气体和阴极流路(38)的阴极气体来进行发电；阳极供给流路(40)，其将所述阳极气体供给到所述阳极流路；阴极供给流路(62)，其将所述阴极气体供给到所述阴极流路；循环流路(44)，其将从所述阳极流路排出的排出流体供给到所述阳极供给流路；连接流路(80)，其将从所述阳极流路排出的所述排出流体供给到所述阴极供给流路；排出流路(48)，其从所述阳极流路向外部排出所述排出流体；第一阀(82)，其对所述连接流路进行开闭；第二阀(58)，其对所述排出流路进行开闭；以及控制部(96)，其控制所述第一阀和所述第二阀各自的开闭，在所述燃料电池系统(10)中，还具备存储第一阈值和第二阈值的存储部(98)，所述第一阈值是用于对是否要进行用于使所述阳极流路的氮减少的控制进行判断的氮量的阈值，所述第二阈值是用于对所述第一阀和所述第二阀各自的开闭进行判断的发电量的阈值，所述控制部估计所述阳极流路中的所述氮量，并且进行将估计出的所述氮量与所述第一阈值进行比较的第一比较，在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值的情况下，所述控制部进行将所述燃料电池堆的发电量的目标值即目标发电量与所述第二阈值进行比较的第二比较，所述控制部基于所述第一比较的结果和所述第二比较的结果来控制所述第一阀的开闭和所述第二阀的开闭。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部在所述第一比较中所述氮量低于所述第一阈值的情况下，使所述第一阀和所述第二阀关闭，所述控制部在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值且所述第二比较中所述目标发电量低于所述第二阈值的情况下，使所述第一阀打开并且使所述第二阀关闭。3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部在所述第一比较中所述氮量低于所述第一阈值的情况下，使所述第一阀和所述第二阀关闭，所述控制部在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值且所述第二比较中所述目标发电量超过所述第二阈值的情况下，使所述第二阀打开并且使所述第一阀关闭。4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部在所述第一比较中所述氮量低于所述第一阈值的情况下，使所述第一阀和所述第二阀关闭，所述控制部在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值且所述第二比较中所述目标发电量超过所述第二阈值的情况下，使所述第二阀打开并且使所述第一阀关闭。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部测量或估计所述燃料电池堆的温度，并且基于所述燃料电池堆的温度来估计所述氮量。
6.一种燃料电池系统的阀控制方法，所述燃料电池系统具备：燃料电池堆，其用阳极流路的阳极气体和阴极流路的阴极气体来进行发电；阳极供给流路，其将所述阳极气体供给到所述阳极流路；阴极供给流路，其将所述阴极气体供给到所述阴极流路；循环流路，其将从所述阳极流路排出的排出流体供给到所述阳极供给流路；连接流路，其将从所述阳极流路排出的所述排出流体供给到所述阴极供给流路；排出流路，其从所述阳极流路向外部排出所述排出流体；第一阀，其对所述连接流路进行开闭；第二阀，其对所述排出流路进行开闭；以及计算机(94)，其控制所述第一阀和所述第二阀各自的开闭，在所述燃料电池系统的阀控制方法中，所述计算机存储第一阈值和第二阈值，所述第一阈值是用于对是否要进行用于使所述阳极流路的氮减少的控制进行判断的氮量的阈值，所述第二阈值是用于对所述第一阀和所述第二阀各自的开闭进行判断的发电量的阈值，所述计算机估计所述阳极流路中的所述氮量，并且进行将估计出的所述氮量与所述第一阈值进行比较的第一比较，在所述第一比较中所述氮量超过所述第一阈值的情况下，所述计算机进行将所述燃料电池堆的发电量的目标值即目标发电量与所述第二阈值进行比较的第二比较，所述计算机基于所述第一比较的结果和所述第二比较的结果来控制所述第一阀的开闭和所述第二阀的开闭。

技术总结
本发明涉及燃料电池系统以及燃料电池系统的阀控制方法。燃料电池系统(10)的控制部(96)估计阳极流路(36)中的氮量，进行将估计出的氮量与第一阈值进行比较的第一比较，在第一比较中氮量超过第一阈值的情况下，进行将燃料电池堆(12)的发电量的目标值即目标发电量与第二阈值进行比较的第二比较，基于第一比较的结果和第二比较的结果来控制第一阀(82)的开闭和第二阀(58)的开闭。闭和第二阀(58)的开闭。闭和第二阀(58)的开闭。


技术研发人员：井上一秀 古贺一纱 中川拓人
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/9/13