[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及在发电停止时向燃料电池堆提供扫气气体、从而排出 燃料电池堆内部的水分的燃料电池系统。

背景技术

近年来，作为解决环境问题的一环，低公害汽车的开发获得进展， 其中之一是以燃料电池系统为车载电源的燃料电池车辆。燃料电池系 统是如下能量转化系统：向在电解质膜的一个面上配置阳极、另一个 面上配置阴极而构成的膜-电极接合体提供反应气体，从而发生电化学 反应，将化学能转化为电能。其中，将固体高分子膜作为电解质使用 的固体高分子电解质型燃料电池系统成本低，易于小型化，并具有较 高输出密度，因此有望作为车载电源使用。

燃料电池堆的气体通道内部残留有因反应气体的电化学反应而产 生的生成水、及用于加湿反应气体的加湿水等，在对这些残留水置之 不理的情况下停止发电时，在低温环境下残留水冻结，妨碍反应气体 向膜-电极接合体的扩散，低温启动性降低。

鉴于如上问题，目前进行如下扫气处理：发电停止时，通过蓄电 装置的电力驱动空气压缩机，排出残留在燃料电池堆内部的气体通道 内的水分。日本特开2003-297399号公报中提出了以下方法：推测燃料 电池堆内部的残留水量，残留水量越多，越增加扫气时间。

专利文献1：日本特开2003-297399号公报

发明内容

但是，燃料电池堆内部的残留水量由于运转输出、气温、湿度等 不同而有极大不同，因此在日本特开2003-297399号公报的方法中，扫 气所需的时间必须每次根据残留水量进行调整，因此扫气控制变得复 杂。

因此，本发明的课题是，解决上述问题，提出能使扫气控制简单 化的燃料电池系统。

为了解决上述课题，本发明的燃料电池系统具有：燃料电池堆， 接受反应气体的供给而发电；扫气装置，在发电停止时，对燃料电池 堆内部残留的水分进行扫气；蓄电装置，向扫气装置提供工作电力； 水收支控制装置，控制向燃料电池堆流入以及从燃料电池堆流出的水 收支，使扫气装置对燃料电池堆内部残留的水分进行扫气所需的时间 大致一定。

通过控制向燃料电池堆流入以及从燃料电池堆流出的水收支(生 成水量、带走水量及加湿水量的收支计算)，使扫气装置对燃料电池堆 内部残留的水分进行扫气所需的时间大致一定，能使扫气控制简单化。

附图说明

图1是本实施方式涉及的燃料电池系统的系统构成图。

图2是表示用于将扫气处理所需时间调整得大致一定的水收支控 制的流程图。

图3是表示目标交流阻抗的计算过程的说明图。

图4是表示水收支的控制过程的说明图。

具体实施方式

图1表示本实施方式的燃料电池系统10的系统构成。

燃料电池系统10作为燃料电池车辆的车载用发电系统而发挥作 用，具有由层叠多个电池而成的堆结构所构成的固体高分子电解质型 的燃料电池堆40。电池包括：在电解质膜的一个面上配置阳极、另一 个面上配置阴极而形成的膜-电极接合体；和在膜-电极接合体上形成了 用于使反应气体(燃料气体、氧化气体)流动的气体通道(阳极气体通道、 阴极气体通道)、使致冷剂流动的致冷剂路径的隔板。燃料电池堆40 在阳极接受氢气(燃料气体)的供给，并且在阴极接受氧气(氧化气体)的 供给，从而进行发电。

在燃料电池堆40中，在阳极中发生(1)式的氧化反应，在阴极中发 生(2)式的还原反应。作为燃料电池堆40整体，发生(3)式的反应。

H₂→2H⁺+2e^-  …(1)

(1/2)O₂+2H⁺+2e^-→H₂O  …(2)

H₂+(1/2)O₂→H₂O  …(3)

燃料电池系统10的氧气供给系统中设有：向燃料电池堆40提供 氧气的氧气供给路径11；和将从燃料电池堆40排出的氧废气排出到外 部的氧废气排出路径12。氧气供给路径11中设有：除去大气中的氧气 中含有的粉尘等的过滤器13；对氧气进行加压的空气压缩机14；和将 由空气压缩机14加压后的氧气适当地加湿的加湿组件15。