燃料電池系統及其單電池電壓的恢復方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及包括由多個單電池構成的燃料電池的燃料電池系統的單電池電壓下降時的恢復控制。
【背景技術】
[0002]當在構成燃料電池的單電池中過剩地蓄積水時，反應氣體的供給受到抑制等而單電池電壓下降。因此，在由多個單電池構成的燃料電池的一部分的單電池的電壓下降了的情況下，或者在預測到會下降的情況下，通過吹出氧化氣體(以下，在本說明書中也稱為吹氣)，將過剩地蓄積在單電池內的水排出，使單電池電壓穩定(例如參照專利文獻I)。
[0003]【現有技術文獻】
[0004]【專利文獻】
[0005]【專利文獻I】日本特開2006-294402號公報
【發明內容】
[0006]【發明要解決的問題】
[0007]然而，在各單電池的含水量差較多的情況下，即使吹氣，有時也難以有效地排出水。即，在層疊的單電池間的含水量差較多的狀態下，即使吹氣，由于含水量多的單電池(換言之要排出水的單電池，通常，單電池組的端部的單電池和/或其附近的單電池相符)的壓損(以流體流路的形狀、流體流路的表面的平滑度、蓄積于流體流路上且阻礙流動的水等為起因，該流體具有的壓力等能量被消耗或其能量消耗量)高而空氣難以流動，因此也難以排出水，另一方面，對于壓損少的含水量少的單電池，空氣容易流動，水被過剩地排出。因此，在含水量差較多的狀態下，僅是如上所述進行吹氣的話，無法得到充分的排出效果，有時在吹氣后的短時間內再次發生單電池電壓下降。
[0008]因此，本發明目的在于提供一種即使在層疊的單電池的含水量差較大且存在空氣難以流動的單電池的情況下，也能夠通過將水充分排出來使下降的電壓恢復的燃料電池系統及其單電池電壓的恢復方法。
[0009]【用于解決問題的手段】
[0010]為了解決上述課題，本發明涉及一種燃料電池系統，包括由多個單電池構成的燃料電池，其特征在于，所述燃料電池系統具備單電池電壓恢復單元，在一部分的所述單電池的含水量與其他的所述單電池的含水量之差大于規定值的情況下，所述單電池電壓恢復單元使發電量增加。
[0011]若使發電量增加，則與增加的電流相應，燃料氣體、氧化氣體的流量也增加，較多地生成水。由此，一部分的單電池(通常是單電池組的靠中央的中央部單電池)的含水量增加。另一方面，其他的單電池(通常是單電池組的端部的單電池或其附近的單電池)的水積存，幾乎不進行發電，因此含水量幾乎不變化。因此，一部分的單電池與其他的單電池的含水量之差縮小，壓損差減少，水容易排出。由于水容易排出，因而過剩地蓄積在單電池內的水在整體上減少，下降的單電池電壓恢復。
[0012]也可以是，在滿足了一部分的所述單電池的含水量與其他的所述單電池的含水量之差大于規定值的第一條件的情況下，所述單電池電壓恢復單元使發電量增加到閾值以上，使所述燃料電池進行發電量超過通常運轉時的運轉。
[0013]所述第一條件可以是平均單電池電壓Va與最低單電池電壓Vb之差即單電池電壓差A V大于第一閾值。通過這樣檢測單電池電壓差△ V，能夠掌握單電池的含水量的狀態。
[0014]也可以是，在所述第一條件之后平均單電池電壓Va與最低單電池電壓Vb之間的單電池電壓差△ V成為所述第一閾值以下之后，所述單電池電壓差△ V小于比所述第一閾值小的第二閾值的狀態持續了規定時間以上的情況下，所述單電池電壓恢復單元中止單電池電壓恢復控制。單電池電壓差A V小于比第一閾值小的第二閾值的狀態是指單電池電壓恢復至一定程度的狀態，因此通過在從此開始經過了規定時間的時刻，中止單電池電壓恢復控制，能夠抑制電壓恢復處理完成后的多余的發電。
[0015]而且，所述第一條件可以是通過計算而求出的端部單電池含水量與中央部單電池含水量之差大于規定值。在燃料電池中，單電池組的端部單電池的含水量容易變得過剩，因此能夠根據端部單電池與中央部單電池的含水量之差，判斷是否應進行單電池電壓恢復處理。
[0016]所述單電池電壓恢復單元可以與使發電量增加同步地使所述氧化氣體的流量增加。這樣的情況下，能夠進一步增多水的排出量。而且，通過使氧化氣體流量增加能夠提高流體的流放效果。
[0017]而且，本發明涉及一種燃料電池系統的單電池電壓的恢復方法，所述燃料電池系統包括由多個單電池構成的燃料電池，其中，
[0018]在一部分的所述單電池的含水量與其他的所述單電池的含水量之差大于規定值的情況下，使發電量增加。
[0019]在該恢復方法中，可以是，在滿足了一部分的所述單電池的含水量與其他的所述單電池的含水量之差大于規定值的第一條件的情況下，使所述燃料電池進行發電量超過通常運轉時的運轉，使平均單電池電壓Va與最低單電池電壓Vb之間的單電池電壓差AV縮小。
[0020]【發明效果】
[0021 ]根據本發明，即使在層疊的單電池的含水量差較大且存在空氣難以流動的單電池的情況下，也能夠通過充分地排出水來使下降的電壓恢復。
【附圖說明】
[0022]圖1是示意性地表示燃料電池系統的構成例的圖。
[0023]圖2是表示控制部的功能構成例的框圖。
[0024]圖3是表示層疊的各單電池的含水量存在差異的狀態的概略的圖。
[0025 ]圖4是表示單電池電壓恢復處理后的各單電池的含水量的概略的圖。
[0026]圖5是表示單電池電壓恢復處理時的平均單電池電壓Va、最低單電池電壓Vb以及各閾值等的坐標圖。
[0027]圖6是表示單電池電壓恢復處理例的第一流程圖。
[0028]圖7是表示單電池電壓恢復處理例的第二流程圖。
[0029]【符號說明】
[0030]I…燃料電池系統
[0031]2…燃料電池
[0032]7…單電池電壓恢復單元(控制部)
[0033]21…單電池
[0034]Va…平均單電池電壓
[0035]Vb…最低單電池電壓
[0036]AV…單電池電壓差
【具體實施方式】
[0037]以下，參照附圖，對本發明的燃料電池系統的優選的實施方式進行說明。在以下所示的實施方式中，對于作為燃料電池車輛(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)的車載發電系統而使用燃料電池系統的情況進行說明。需要說明的是，本發明的燃料電池系統也能夠應用于燃料電池車輛以外的各種移動體(機器人、船舶、飛機等)，進而，也能夠應用于作為建筑物(住宅、大樓等)用的發電設備而使用的固定用發電系統。
[0038]首先，參照圖1，對本實施方式的燃料電池系統的結構進行說明。圖1是示意性地表示本實施方式的燃料電池系統的結構圖。
[0039]燃料電池系統I具有:接受作為反應氣體的氧化氣體及燃料氣體的供給而通過電化學反應來產生電力的燃料電池2;將作為氧化氣體的空氣向燃料電池2供給的氧化氣體配管系統3;將作為燃料氣體的氫向燃料電池2供給的燃料氣體配管系統4;向燃料電池2循環供給冷卻水的冷卻系統5;對系統的電力進行充放電的電力系統6;對系統整體進行總括控制的控制部7。
[0040]燃料電池2例如是高分子電解質型燃料電池，成為層疊有多個燃料電池單電池(以下，也簡稱為單電池)21的堆疊結構。單電池21在由離子交換膜構成的電解質的一面具有陰極(空氣極)，在另一面具有陽極(燃料極)。在包含陰極和陽極的電極中，使用以多孔的碳原料為基體的鉑Pt作為催化劑(電極催化劑)。單電池21還具有從兩側夾入陰極及陽極的一對分隔件。這種情況下，向一方的分隔件的氫氣流路供給氫氣，向另一方的分隔件的氧化氣體流路供給氧化氣體，通過這些反應氣體進行化學反應而產生電力。
[0041]在燃料電池2設有檢測燃料電池的輸出電壓的電壓