专利名称：燃料电池系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术：
燃料电池具有通过堆叠多个单电池形成的堆叠结构，在每一个单电
池中布置有阳极、阴极以及夹在阳极和阴极之间的电解质膜。这种结构 的机理在于含氢的阳极气体与阳极接触并且含氧的阴极气体比如空气 与阴极接触，在两个电极处发生电化学反应以在两个电极之间产生电 压。
在这种燃料电池中，根据系统的负荷需要供给所需量的阳极气体和
阴极气体。常规地，例如日本专利申请公开No.2004-253208公开了一 种用于控制供给到燃料电池的阴极气体的流量和压力的系统。根据该系 统，阴极气体的压力控制为恒定的适当压力，从而可靠地确保所需的阴 极气体流量。
专利文献l:
日本专利申请/^开No.2004-253208
专利文献2:
日本专利申请公开No.Hei07-235324 专利文献3:
日本专利申请公开No.2004-342473 专利文献4:
日本专利申请/>开No.2002-305017 专利文献5:日本专利申请/>开No.Hd08-4552
发明内容
本发明要解决的技术问题
顺便提及，当在燃料电池中发生发电反应时，反应气体中的氢和氧反应以产生水。特别是在发电反应剧烈进行时的燃料电池高负荷时，产生大量的这种生成水。当大量的生成水的滞留在燃料电池内部时，可能阻塞反应气体的流路，导致发电效率的劣化。为此，构建了一种机制，其中所产生的水分主要随着阴极废气排放到燃料电池的外部。
但是，当基于系统的输出降低需要而突然阻止发电反应时，降低供给的反应气体流量，由此阻止在高负荷时产生的大量生成水在所述负荷变化到低负荷之后有效排放。这可能导致大量的生成水滞留在燃料电池内部，造成发电效率的劣化。
完成本发明以解决上述问题，本发明的一个目的在于提供燃料电池系统，该燃料电池系统能够通过基于燃料电池的负荷降低需要控制反应气体的压力来有效地排放燃料电池内部的水分。
解决所述问题的方案
本发明的第一方面是燃料电池系统，包括
燃料电池，所述燃料电池在阳极接收含氢的阳极气体供给并且还在阴极接收含氧的阴极气体供给以发电；
阴极废气流路，所述阴极废气流路用于流动由所述阴极排放的阴极废气；
用于调节所述阴极的压力的压力调节器，所述压力调节器布置在所述阴极废气流路中；和
控制装置，所述控制装置用于控制所述压力调节器，使得在基于所
的情况下，所述阴极的压力暂时变为低于所述规定的目标压力值。
本发明的第二方面是根据所述第一方面的燃料电池系统，其中所述控制装置控制所述压力调节器，使得在所述燃料电池的需要的输出在规定时间期间从规定的高输出值变到规定的低输出值的情况下，所述阴极的压力暂时变为低于所述目标压力值。
本发明的第三方面是根据所述第一方面的燃料电池系统，其中在安装有所述燃料电池的车辆中，所述控制装置控制所述压力调节器，使得在所述车辆的加速操作部件的操作量在规定时间期间从规定的高加速操作量变到规定的低加速操作量的情况下，所述阴极的压力暂时变为低于所述目标压力值。
本发明的第四方面是根据所述第一到第三方面任意之一的燃料电池系统，其中所述压力调节器是压力调节阀，所述控制装置使所述压力调节阀在规定时间期间的打开度变大，使得所述阴极的压力暂时变为低于所述目标压力值。
本发明的第五方面是根据所述第四方面的燃料电池系统，其中所述控制装置在规定时间期间完全打开所述压力调节阀。
本发明的第六方面是根据所述第一到第五方面任意之一的燃料电池系统，还包括禁止装置，用于禁止在所述控制装置的执行之后的规定时间期间的所述控制装置的执行。
本发明的第七方面是根据所述第一到第六方面任意之一的燃料电池系
统，还包括
阻抗检测装置，所述阻抗检测装置用于检测所述燃料电池的阻抗；
和
第二禁止装置，所述第二禁止装置用于禁止在所述阻抗小于规定值的情况下的所述控制装置的执行。
本发明的第八方面是燃料电池系统，包括
燃料电池，所述燃料电池在阳极接收含氢的阳极气体供给并且还在阴极接收含氧的阴极气体供给用于发电；
流量控制装置，所述流量控制装置用于基于所述燃料电池的输出需
6要控制供给到所述阴极的阴极气体的量；
阴极废气流路，所述阴极废气流路用于流动由所述阴极排放的阴极废气；
布置在所述阴极废气流路中的阀；和
控制装置，所述控制装置用于在基于所述燃料电池的输出降低需要减少供给的阴极气体的量的情况下，在通过所述流量控制装置减少供给的阴极气体的量之前，在规定时间期间使所述阀的打开度变大。
本发明的第九方面是根据所述第八方面的燃料电池系统，其中所述流量控制装置包括布置在用于供给所述阴极气体的流路中的压缩器，并且基于所述燃料电池的输出需要控制所述压缩器。
发明效果
根据本发明的第一方面，当燃料电池的输出从高输出变到低输出时，阴极出口的压力可能暂时降低。因为当燃料电池的输出急剧减少时，阴极的压力降低到规定目标压力，所以在高输出时所产生的水分趋于滞留在燃料电池内部。因此，根据本发明，在这种情况下使阴极出口压力低于目标压力，由此能够在阴极的内部压力和出口压力之间产生压力差，从而有效地将燃料电池内部的过量水分排放到外部。
根据本发明的第二方面，在燃料电池的输出需要在规定时间期间从规定的高输出值变到低输出值的情况下，推测过量水分滞留在燃料电池内部，阴极的出口压力降低。因此，根据本发明，可以基于燃料电池的输出变化精确地推定过量水分在燃料电池内部的滞留状态，以进行有效地排放该水分的过程。
根据本发明的第三方面，在安装有燃料电池的车辆中，在车辆的加速操作构件的操作量从规定的高加速需要变到低加速需要的情况下，推
测过量水分滞留在燃料电池内部，则阴极的出口压力降低。因此，根据本发明，能够基于车辆的加速操作构件的操作量的变化精确地推定过量水分在燃料电池内部的滞留状态，以进行有效地排放该水分的过程。
根据本发明的第四方面，在用于将阴极废气排放到外部空间中的阴极废气流路中布置压力调节阀。因此，根据本发明，能够控制压力调节阀的打开，以有效地控制阴极的出口压力。
根据本发明的第五方面，压力调节阀完全打开以降低出口压力。当压力调节阀打开时，阴极废气流路与外部空间连通。因此，根据本发明，能够有效地将阴极出口压力降低到大气压力。
根据本发明的第六方面，在基于燃料电池的输出降低需要控制阴极压力的情况下，禁止在所述控制的执行之后的规定的时间期间的所述控制的再执行。在控制阴极压力时的时间期间，阴极的压力值暂时偏离正常控制值。因此，根据本发明，能够防止阴极压力的频繁控制，以有效地防止阴极压力的波动。
根据本发明的第七方面，在检测燃料电池的阻抗并且该阻抗值小于规定值的情况下，可以确定在燃料电池内部没有滞留待排放的过量水分。因此，根据本发明，由于有效地确定没有滞留过量水分的状态以减少阴极压力的控制，因此能够有效地防止阴极压力的不必要波动。
由于当燃料电池的输出从高输出变到低输出时供给的阴极气体的量降低，所以在高输出时所产生的水分趋于滞留在燃料电池内部。根据本发明的第八方面，在降低供给的阴极气体的量的过程之前，在规定时间期间布置在阴极废气流路中的阀的打开度变大。因此，根据本发明，能够在降低阴极压力之前降低阴极的出口压力，以有效地将燃料电池内部的过量水分排放到外部。
根据本发明的第九方面，能够通过驱动控制压缩机控制待供给到阴极的阴极气体的流量。
图l是用于说明根据本发明实施方案1的燃料电池系统的结构的视图。
图2是限定相对于FC (燃料电池)输出的阴极压力的图。
图3是表示相对于燃料电池的负荷需要的燃料电池的各种状态变化的时序图。程序的流程图。图5是表示在本发明实施方案2中执行的程序的流程图。图6是表示在本发明实施方案3中执行的程序的流程图。附图标记说明10燃料电池堆12阴极气体流路14阴极废气流路16压缩器18压力调节阀20压力传感器30 DC变换器32负荷装置34储存器40控制部分
最佳实施方式
下文中，参考
本发明的一个实施方案。应该注意，附图中相同的要素/元件以相同的附图标记表示，省略其重复说明。此外，本发明不限于下文中的实施方案。
实施方案1
〔实施方案l的结构〕
图1是用于说明根据本发明实施方案1的燃料电池系统的结构的图。如图l所示，燃料电池系统包括燃料电池堆10。通过堆叠多个燃料电池配置燃料电池堆10。每一个燃料电池配置为使得具有质子导电性的
电解质膜(未示出)的两侧夹在阳极和阴极之间，进而在其两侧还夹有导电隔离物(隔板)。
燃料电池堆10连接用于供给阴极气体的阴极气体流路12和用于排放阴极废气的阴极废气流路14。压缩器16布置在阴极废气流路12中。通过启动压缩器16吸入的空气通过阴极气体流路12供给到燃料电池堆10。此外，压力调节阀18布置在阴极废气流路14中。压力调节阀18能够将燃料电池堆10内部的阴极气体的压力调节至所需的压力。此外，压力传感器20布置在压力调节岡18的上游，其能够检测阴极气体的压力。已经通过燃料电池堆10的阴极气体作为阴极废气排放到阴极废气流路14。
此外，燃料电池堆10连接用于供给阳极气体的阳极气体流路和阳极废气流路(均未示出)。阳极气体流路的上游末端连接到阳极气体供给源(高压氢罐，重整器等)。阳极气体通过阳极气体流路供给到燃料电池堆10,然后作为阳极废气排放到阳极废气流路。
此外，燃料电池堆10的电极连接至DC变换器30和负荷装置32。DC变换器30能够通过电压控制来控制燃料电池堆10的输出(下文中也称为"FC输出")。此外，DC变换器30设置有储存器34。储存器34由电容器、蓄电池等构成，并且能够储存通过燃料电池堆10的发电反应所产生的电流。
此外，本实施方案的燃料电池系统包括控制部分40。控制部分40基于负荷装置32的输出需要进行DC变换器30和燃料电池堆10的发电的整体控制。
〔实施方案l的操作〕
接着，参考图l说明本实施方案的操作。如图1所示，在本实施方案的燃料电池系统中，将负荷装置32所需要的输出的信号提供到控制部分40。基于例如在安装有该燃料电池系统的车辆中加速器等的打开度来具体给出所需要的输出。控制部分40基于所需要的输出的信号进行燃料电池堆10的发电控制。当在燃料电池堆10中进行发电时，含氢的阳极气体供给到燃料电
池的阳极，含氧的空气供给到燃料电池的阴极。当将氢和氧供给到燃料
电池时，分别在阳极和阴极附近发生由下式(1)和(2)表示的电化学反应(发电反应)
(阳极)2H2 — 4H++4e- … (1)
(阴极)02+4H++4e- — 2H20 … (2 )
如上式(1)所示，供给到阳极的氢(H2)通过阳极的催化分解成质子(H+)和电子(e.)。质子穿过电解质膜的内部移向阴极，电子通过外部负荷例如DC变换器30、储存器34和负荷装置32等移向阴极。随后，如上式(2)所示，供给到阴极的空气中所含的氧(02)、通过所述负荷的电子和移动穿过电解质膜内部的质子通过阴极的催化产生水分子(1120)。在燃料电池堆10中，进行一系列的这种反应并连续供给空气和氢以发电，并且在负荷处引出电力。
此外，控制部分40控制这种发电反应所需的供给的阳极气体和阴极气体的量。在此，阴极气体通过压缩器16的驱动控制以所需的流量供给到燃料电池堆IO。此外，对于阴极气体的压力，考虑到发电效率等因素，对应于FC输出的阴极气体的最佳压力由图限定。图2是限定相对于FC输出的阴极压力的图的一个实例。根据图2,将阴极压力控制到低FC输出区中的固定的低压力值，控制阴极压力以随着在其他区域中的FC输出的增加而增加。控制部分40驱动控制压缩器16和压力调节阀18，使得由压力传感器20检测的阴极气体的压力为符合所述图的规定的压力值。
DC变换器30基于由控制部分40提供的信号进行控制，使将负荷装置32所需要的电流输出到负荷装置32。在此，由于电池堆的耐久性、控制方面的因素等燃料电池堆IO不能够急剧改变输出。为此，DC变换器30连接有储存器34。在储存器34中储存在燃料电池堆10中产生的电流。在储存电流的情况下，例如当突然产生高负荷需要时，同时使用储存在储存器34中的电流。
〔实施方案1的特征操作〕
ii下面，参考附图3说明本实施方案的特征操作。如上所述，在本实施方案的燃料电池系统中，基于负荷装置32的负荷需要进行燃料电池堆10的发电控制。在此，当负荷装置32产生高负荷需要时，由于在燃料电池堆IO中积极地发生上式(2)所表示的发电反应，因此在阴极产生大量的水。当这种生成水大量滞留在电池堆内部的阴极附近时，其阻塞阴极气体的流路，导致发电效率的劣化。因此，生成的水随着排放的阴极废气有效地排放到燃料电池堆10的外部。
图3是表示在负荷装置32的负荷需要从高负荷急剧变到低负荷的情况下，燃料电池堆10的各种状态的时序图。图3(A)表示所需要的FC输出从固定的高输出值急剧变到固定的低输出值的状态。图3 (B)表示相对于图3(A)所示的需要的FC输出的FC输出的变化。如所述的，系统难于急剧改变FC输出。因此，如图3B所示，控制FC输出以通过一段过渡时间从高输出操作变到低输出操作。应该注意，如上所述，在该时间期间，在输出不足时同时使用储存在储存器34中的电力，或者在电力过剩时将电力储存在储存器34中或储存在类似装置中，以处理负荷需要。
在此，在燃料电池堆10的低功率操作中，阻止发电反应，并由此根据发电量减少供给的阴极气体的量。因此，在操作从高输出操作转变到低输出操作时的过渡时间期间，在高输出操作时产生的大量水分可能不能有效地排放到外部。例如当操作从60KW以上的高输出状态转变到20KW以下的低输出状态时，可能出现这种状态。
在此，在本实施方案中，阴极气体的压力在燃料电池堆10的过渡操作期间改变。图3 (C)和3 (D)是表示压力调节阀18的打开度和相对于需要的FC输出的阴极气体压力的变化的时序图。如图3 (C)所示，在从高输出操作到低输出操作的过渡时间期间，暂时控制压力调节阀18以完全打开。图3 (D)表示压力调节阀18的打开暂时使得阴
因此，在燃料电池系统内部在阴极压力与阴极出口压力之间存在压力差，滞留在阴极附近的水分随着阴极废气排放到阴极废气流路14。应该注意，阀打开时间设置为在不妨碍后续发电反应的范围内(例如几百微秒)。如所述的，在过渡操作时间期间暂时打开压力调节阀18使得能够有效排放滞留在燃料电池内部的生成水。由此能够防止生成水阻塞阴极气体流路，从而有效地提高发电效率。
〔实施方案1的特定处理〕
图4是表示在本发明实施方案1中的燃料电池系统执行的用于排放在阴极滞留的生成水的程序的流程图。图4的程序是在燃料电池堆10发电期间复重执行的程序。在图4所示的程序中，首先，确定FC输出是否低于规定的高输出阈值PH (步骤100)。在此，具体地，基于燃料电池堆10的测定的电流值计算FC输出值，并且比较FC输出值和高输
出阈值PH的大小。高输出阈值PH设定为一定的输出值，在该输出值下
通过发电反应充分地产生生成水(例如60 ~ 90KW的值)。
在上述步骤100中，当确定"FC输出^高输出阈值PH"成立时，然后将FC高输出之后的计数值重置为零(步骤102)。在此，所述FC高输出之后的计数值是后面说明的本程序的最终步骤(步骤110)中积分的计数值，是确定在上述步骤100成立之后本程序的执行次数的值。因此，从用于执行本循环的时期和所述计数值，能够确定在FC输出达到高输出阈值PH之后降低FC输出所需的时间。
在上述步骤102之后，或者在上述步骤100中没有确认"FC输出^高输出阔值PH"成立时，然后确定FC输出是否不大于规定的低输出阁值PiJ步骤104)。低输出阔值PL设定为一定的输出值，在该输出值下通过发电反应产生的水不能充分地排放(例如0 ~ 20KW的值)。
在上述步骤104中，当确定"FC输出S低输出阈值Pi"成立时，然后确定在FC高输出之后的计数值是否小于阈值A(步骤106 )。如上所述，仅当阴极气体流量由于FC输出急剧减少而急剧降低时，电池堆进入不能够充分排放通过发电反应产生的水的状态。因此，通过比较FC高输出之后的计数值与阈值A，能够确定在FC输出值从不低于高输出阈值PH的值变化到不高于低输出阈值P^的值的情况下，待排放的生成水是否滞留在燃料电池堆10内部。应该注意，阈值A由高输出阈值Pa和低输出阈值Pl之间的关系确定。
13在上述步骤106中，当确定"FC高输出之后的计数值< 阈值A"成立时，然后对阴极气体的压力调节阀18进行阀打开控制(步骤108)。在此，具体地，控制压力调节阀18以完全打开，阴极废气流路14对空气开放。阀打开时间设定为相对短的时间(例如，不超过1秒的规定值)以不妨碍后续的发电反应。利用这种阀打开控制，阴极的出口压力暂时变得远远低于燃料电池堆10内部阴极附近的压力，因此能够随着燃料电池堆10内部的阴极废气排放大量的生成水。应该注意，在打开阀控制进行规定的时间之后，将阴极气体压力控制为符合FC输出的阴极气体压力值。
在上述步骤108的过程之后，或当在上述步骤104或106中没有确认所述条件的成立时，对FC高输出之后的前述计数值进行积分(步骤110)，完成该程序。
如上所述，根据图4所示的程序，当FC输出在规定的时间内从规定的高输出阈值PH变到规定的低输出阔值Pt时，对压力调节阀18进行阀打开控制，并且阴极废气流路14对空气开放。因此能够有效地将滞留在燃料电池堆IO内部的生成水排出，从而防止发生水淹。
顺便提及，虽然在上述实施方案l中，在FC输出的过渡时间期间将压力调节阀18控制为完全打开，以将阴极气体的压力降低到大气压力，从而有效地排出燃料电池堆10内部的生成水，但是控制阴极气体的压力的方法不限于此。即，不必将压力调节阀18控制为完全打开，只要阴极的出口压力暂时低于规定的控制值(目标压力值)以允许有效地排放生成水即可。此夕卜，可以使用其它压力调节器替代压力调节岡18。
此外，尽管在上述实施方案1中，在基于燃料电池堆10的电流值计算的FC输出在规定的时间内从规定的高输出值变化到规定的低输出值时确定生成水处于大量滞留在燃料电池堆10的阴极附近的状态，但是这种状态的确定不限于此。即，例如，在安装有燃料电池系统的车辆中，FC输出的变化可以从检测的加速器(加速操作部件)操作量的变化(例如当加速器打开度在规定时间期间从80%减少到50%时)估计FC输出的变化，以确定生成水在阴极附近的滞留状态。此外，在上述实施方案l中，尽管在FC输出从规定的高输出变到 规定的低输出的过渡操作时间期间，即在执行用于降低阴极压力的控制 时间期间，将压力调节阀18暂时控制为完全打开，但是执行用于降低 阴极压力的控制的时机以及用于打开压力调节阀18的控制的时机不限 于此。即，当在执行用于降低阴极压力的控制之前使得压力调节阀18 的打开度变大时，阴极压力与阴极出口压力之间的压力差可以变大。
更具体而言，通过降低压缩器16的转动数减少供给的阴极气体的 量以及控制压力调节阀18的打开度以将压力调节至所需的值，来进行 降低阴极压力的控制。因此，在利用压缩机16减少供给的阴极气体的 量的控制之前，暂时增加压力调节阀的打开度以降低流路的阻力，能够 有效改进水排放性能。应该注意，作为改变的实施例，所述控制可以结 合于上述实施方案1中阴极压力的控制来执行，或者可以独立地执行仅 仅对供给的阴极气体的量的控制。在任意一种情况下，能够增加阴极压 力和阴极出口压力之间的压力差，从而有效改进水排放性能。
此外，虽然在上述改变的实施例中，通过驱动控制压缩器16控制 供给的阴极气体的量，但是控制供给的阴极气体的量的结构不具体限于 此，可利用其他已知的系统。此外，对于压力调节阀18,可以使用不具 有调节功能的各种阀例如开/关阀，只要能够降低阴极出口压力即可。
应该注意，在上述实施方案1中，压力调节阀18对应于在第一发 明中的"压力调节器"，控制部分40执行上述步骤108的过程，以实现 第 一到第三以及第五发明中的"控制装置，，。
此外，在上述实施方案1中，压力调节阀18对应于在第八发明中 的"阀"，控制部分40执行上述步骤108的过程，以实现在第八发明中 的"控制装置"。
实施方案2
〔实施方案2的特征〕
可以通过利用图1所示的硬件结构，允许控制部分40执行后来描 述的图5中所示的程序，实现实施方案2。在上述实施方案1中，基于FC输出的变化估计在燃料电池堆10的 阴极附近滞留的生成水的状态。然后，驱动控制压力调节阀18，以控制 阴极出口压力，使得可以有效排放滞留在电池堆内部的生成水。
顺便提及，在上述实施方案1的控制中，将压力调节阀18控制为 完全打开，并且阴极的压力暂时降低到大气压力。当排放生成水的过程 结束时，再次驱动控制压力调节阀18，并且将压力控制为常规压力。因 此，当频繁地进行这种控制时，阴极的压力变得不稳定并产生波动，这 可能导致发电效率的劣化。
因此，在实施方案2中，在执行这种控制之后的特定时间期间禁止 再次执行生成水的排放控制。由此能够有效防止由于阴极压力的波动所 导致的发电效率劣化。
〔实施方案2的特定处理〕
图5是表示在本发明实施方案2中待由燃料电池系统所执行的用于 排放在阴极滞留的生成水的程序的流程图。图5的程序是在燃料电池堆 10的发电期间重复执行的程序。在图5所示的程序中，首先，确定FC 输出是否低于规定的高输出阈值PH (步骤200 )。当确认"FC输出^高输 出阈值PH"成立时，然后将FC高输出之后的计数值重置为零(步骤 202)。在此，具体地，执行与在图4所示程序的步骤100和102相同的 过程。
在上述步骤202之后，或者在上述步骤200中没有确定"FC输出^ 高输出阈值PH"成立时，然后确定FC输出是否不大于规定的低输出阈 值PL(步骤204)。在此，具体地，执行与在图4中所示程序的步骤104 相同的过程。
在上述步骤204中，当确认"FC输出^低输出阈值Pi"成立时，然后 确定在完成执行之后的计数值是否大于规定的阈值B(步骤206 )。在此， 在完成执行之后的计数值是后面描述的在本程序最终步骤(步骤214 ) 中积分的计数值，是用来确定在后述步骤210中执行压力调节阀18的 控制之后本程序的执行次数的值。因此，从用于执行本循环的时期和所 述计数值能够确定在燃料电池系统在将压力调节阀18控制为完全打开之后所流逝的时间。
在上述步骤206中，当确定"完成执行之后的计数值>阈值B"成立 时，可以确定从先前执行的将压力调节阀控制为完全打开时起已经流逝 规定的时间。因此，将过程转到后续步骤，确定在FC高输出之后的计 数值是否小于规定的阈值A (步骤208)。在此，具体地，执行与在图4 所示程序的步骤106相同的过程。
在上述步骤208中，当确定"在FC高输出之后的计数值<阈值A" 成立时，然后，将阴极气体的压力调节岡控制为完全打开(步骤210)。 在此，具体地，执行与在图4中所示程序的步骤106相同的过程，并且 还执行在完成执行之后将所述计数值重置为零的过程。
在上述步骤210的过程之后或当在上述步骤204、 206或208中没 有确定所述条件成立时，执行对前述FC高输出之后的计数值进行积分 的过程(步骤212 )和对前述完成执行之后的计数值进行积分的过程(步 骤214),并完成本程序。
如上所述，根据图5所示的程序，在FC输出在规定的时间内从规 定的高输出阔值PH变到规定的低输出阈值PL和对压力调节阀18进行 阀打开控制的情况下，禁止随后压力调节阀18的阀打开控制。由此可
动，从而防止燃料电池堆10的发电效率劣化。
顺便提及，尽管在上述实施方案2中，压力调节阀18在FC输出的 过渡时间内控制为完全打开，以将阴极气体压力降低到大气压力，从而 有效地排放在燃料电池堆10内部的生成水，但是用于控制阴极气体压 力的方法并不限于此。即，压力调节阀18不必控制为完全打开，只要 使阴极出口压力暂时低于规定控制值以允许有效地排放生成水即可。此 外，可以使用其他压力调节器替代压力调节阀18。
此外，尽管在上述实施方案2中，当基于燃料电池堆10的电流值 计算的FC输出在规定的时间内从规定的高输出值变化到规定的低输出 值时确定生成水已经处于大量滞留在燃料电池堆10的阴极附近的状态， 但是这种状态的确定不限于此。即，例如，在安装有燃料电池系统的车辆中，可以从检测的加速器操作量的变化(例如当加速器打开度在规定
时间期间从80%减少到50%时)估计FC输出的变化，以确定在阴极 附近的生成水的滞留状态。
应该注意，在上述实施方案2中，压力调节阀18对应于在第一发 明中的"压力调节器"，控制部分40执行上述步骤210的过程，以实现 在第一到第三和第五发明中的"控制装置"。
此外，在上述实施方案2中，控制部分40执行上述步骤208的过 程，以实现在第六发明中的"禁止装置"。
实施方案3
〔实施方案3的特征〕
可以通过利用图1所示的硬件结构，允许控制部分40执行图6中 所示的后述程序，实现实施方案3。
在上述实施方案1中，基于FC输出的变化评估在燃料电池堆10的 阴极附近滞留的生成水的状态。然后，驱动控制压力调节阀18，以控制 阴极的出口压力，使得可以有效排放滞留在电池堆内部的生成水。
顺便提及，通过检测燃料电池堆10的阻抗还可以确定燃料电池堆 IO的电解质膜的湿状态。更具体而言，可以确定阻抗值越大，燃料电 池堆10的电解质膜的状态越干燥。
因此，在本发明的实施方案3中，除了上述实施方案1的条件之外， 还由燃料电池堆10的阻抗确定电解质膜的湿状态，并且当可以确定电 解质膜为干燥时，禁止压力调节阀18的阀打开控制的执行。因此能够 有效防止在尽管不存在待排放的生成水时执行生成水的排放控制。
〔实施方案3的特定处理〕
图6是表示在本发明的实施方案3中待由燃料电池系统执行的用于 排放滞留在阴极的生成水的程序的流程图。图6的程序是燃料电池堆10 发电期间重复执行的程序。在图6所示的程序中，首先，确定FC输出 是否不低于规定的高输出阈值PH (步骤300 )。当确定"FC输出^高输出
18阔值PH"成立时，然后将FC高输出之后的计数值重置为零(步骤302 )。 在此，具体地，执行与在图4中所示程序的步骤100和102相同的过程。
在上述步骤302之后，或者在上述步骤300中没有确认"FC输出^ 高输出阈值PH"成立时，然后确定FC输出是否不大于低输出阈值PJ步 骤304)。在此，具体地，执行与在图4中所示程序的步骤104相同的过 程。
在上述步骤304中，当确认"FC输出^低输出阈值Pi"成立时，然后 确定燃料电池堆10的阻抗是否小于规定的阔值C (步骤306)。在此， 具体地，首先检测燃料电池系统的阻抗值。接着确定该阻抗值是否小于 规定阈值C。应该注意，基于燃料电池堆10的湿状态是否已经达到应 该排放生成水的程度来设定阈值C。
在上述步骤306中，当确定"阻抗值<阈值C"成立时，可以确定待 排放的生成水滞留在燃料电池堆10的内部。因此，将过程转到后续步 骤，确定在FC高输出之后的计数值是否小于规定的阈值A(步骤308 )。 在此，具体地，执行与在图4中所示程序的步骤106相同的过程。
在上述步骤308中，当确定"在FC高输出之后的计数值<阈值A" 成立时，然后，对阴极气体的压力调节阀进行阀打开控制(步骤310)。 在此，具体地，执行与在图4中所示程序的步骤106相同的过程。
在上述步骤310的过程之后或在上述步骤304、 306或308中没有 确定所述条件成立时，执行对前述FC高输出之后的计数值进行积分的 过程(步骤312 )和对前述在完成执行之后的计数值进行积分的过程(步 骤314)，并完成本程序。
如上所述，根据如图6中所示的程序，在由燃料电池堆10的阻抗 值确定是不存在待排放到外部的生成水时，禁止压力调节阀18的阀打 开控制。由此能够防止压力调节阀的不必要的阀打开控制，以防止燃料 电池堆10的发电效率由于阴极压力的波动而劣化。
顺便提及，尽管在上述实施方案3中，压力调节阀18在FC输出的 过渡时间内控制为完全打开，以将阴极气体的压力降低到大气压力，从
19而有效地排放在燃料电池堆10内部的生成水，但是用于控制阴极气体 的压力的方法并不限于此。即，压力调节阀18不必控制为完全打开， 只要使阴极的出口压力暂时低于规定控制值以允许有效排放生成水即 可。此外，可以使用其他压力调节器替代压力调节阀18。
此外，尽管在上述实施方案3中，当基于燃料电池堆10的电流值 计算的FC输出在规定的时间内从规定的高输出值变化到规定的低输出 值时确定生成水已经处于大量滞留在燃料电池堆10的阴极附近的状态， 但是这种状态的确定不限于此。即，例如，在安装有燃料电池系统的车 辆中，可以从检测的加速器操作量的变化(例如当加速器打开度在规定 时间从80%减少到50%时)估计FC输出的变化，以确定生成水在阴 极附近中的滞留状态。
此外，尽管在上述实施方案3中，由在实施方案1中所示的FC输 出值的变化以及燃料电池堆10的阻抗值两者将待排放生成水是否滞留 在燃料电池堆10内部确定为是否控制阴极压力的条件，但是执行所述 控制的条件不限于此。即，可以通过仅仅由燃料电池堆10的阻抗值确 定生成水的状态，来执行生成水的排放控制，或者还可以结合实施方案 2中所示的控制来执行。
此外，尽管在上述实施方案3中，阈值A规定为当FC输出从高输 出阈值Pa到低输出阈值Pl的变化导致待排放的生成水滞留在燃料电池 堆10内部时这种变化所需的时间的阈值，该阈值由Ph和P^之间的关 系确定，但是规定阈值A的方法不限于此。即，可以由与燃料电池堆 10的阻抗值的关系规定阈值A。
应该注意，在上述实施方案3中，压力调节阀18对应于第一发明中的 "压力调节器"，控制部分40执行上述步骤310的过程，以实现第一到第三 发明以及第五发明中的"控制装置"。
此外，在上述实施方案3中，控制部分40执行上述步骤306的过 程，以实现在第七发明中的"第二禁止装置"。
权利要求
1. 一种燃料电池系统，包括燃料电池，所述燃料电池在阳极接收含氢的阳极气体供给并且还在阴极接收含氧的阴极气体供给用于发电；用于流动从所述阴极排放的阴极废气的阴极废气流路；用于调节所述阴极的压力的压力调节器，所述压力调节器布置在所述阴极废气流路中；和控制装置，所述控制装置用于控制所述压力调节器，使得在基于所述燃料电池的输出降低需要将所述阴极的压力降低到规定的目标压力值的情况下，所述阴极的压力暂时变为低于所述目标压力值。
2. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中所述控制装置控制所述 压力调节器，使得在所述燃料电池的需要的输出在规定时间期间从规定 的高输出值变到规定的低输出值的情况下，所述阴极的压力暂时变为低 于所述目标压力值。
3. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中，在安装有所述燃料电池的车辆中，所述控制装置控制所述压 力调节器，使得在所述车辆的加速操作部件的操作量在规定时间期间从 规定的高加速操作量变到规定的低加速操作量的情况下，所述阴极的压 力暂时变为低于所述目标压力值。
4. 根据权利要求1~3中任意一项所述的燃料电池系统，其中所述压力 调节器是压力调节阀，和所述控制装置使所述压力调节阀在规定时间期间的打开度变大，使得 所述阴极的压力暂时变为低于所述目标压力值。
5. 根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中所述控制装置使所述压 力调节阀在规定时间期间完全打开。
6. 根据权利要求1~5中任意一项所述的燃料电池系统，还包括禁止装 置，所述禁止装置用于禁止在所述控制装置的执行之后的规定时间期间 的所述控制装置的执行。
7. 根据权利要求1~6中任意一项所述的燃料电池系统，还包括阻抗检测装置，所述阻抗检测装置用于检测所述燃料电池的阻抗；和第二禁止装置，所述第二禁止装置用于禁止在所述阻抗小于规定值 的情况下的所述控制装置的执行。
8. —种燃料电池系统，包括燃料电池，所述燃料电池在阳极接收含氢的阳极气体供给并且还在 阴极接收含氧的阴极气体供给用于发电；流量控制装置，所述流量控制装置用于基于所述燃料电池的输出需 要控制供给到所述阴极的阴极气体的量；用于流动从所述阴极排放的阴极废气的阴极废气流路；布置在所述阴极废气流路中的阀；和控制装置，所述控制装置用于在基于所述燃料电池的输出降低需要 减少供给的阴极气体的量的情况下，在通过所述流量控制装置减少供给 的阴极气体的量之前，使所述阀在规定时间期间的打开度变大。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中所述流量控制装置 包括布置在用于供给所述阴极气体的流路中的压缩器，并且基于所述燃 料电池的输出需要控制所述压缩器。
全文摘要
提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统基于燃料电池的负荷降低的需要控制反应气体的压力，使得可以有效地排出燃料电池内部的水分。该燃料电池系统包括燃料电池，该燃料电池在阳极接收含氢的阳极气体供给并且还在阴极接收含氧的阴极气体供给以发电；阴极废气流路，用于流动从阴极排放的阴极废气；压力调节器，用于调节阴极的压力，其布置在阴极废气流路中；和用于控制压力调节器的控制装置，使得在基于燃料电池的输出降低需要将阴极的压力降低到目标压力值的情况下，阴极的压力暂时变为低于规定的目标压力值。在燃料电池的输出在规定时间期间从规定的高输出值变到规定的低输出值的情况下，优选阴极出口处的压力在规定时间期间降低到大气压力。
文档编号H01M8/04GK101467295SQ20078002161
公开日2009年6月24日 申请日期2007年7月11日 优先权日2006年7月14日
发明者滨田研一 申请人:丰田自动车株式会社