[发明专利]燃料电池系统和燃料电池状态检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统和用于检测燃料电池的状态的方法。

背景技术

燃料电池为通常利用氢气和氧气作为燃料获得电能的装置。由于从环境方面考虑这些燃料电池占优势并且能够实现高能量效率，因此在广泛范围的领域中进行燃料电池的开发，以用作未来的能量供应系统。特别地，由于在各种类型的燃料电池中聚合物电解质燃料电池以比较低的温度工作，因此具有良好的启动性能。因此，正在积极地进行对这些燃料电池的研究，以应用于众多领域中。

在聚合物电解质燃料电池中，膜电极组件(MEA)介于隔离板(separator)之间。在MEA中，阳极被设置在由具有质子传导性的固体聚合物电解质构成的电解质膜的一侧，并且阴极被设置在电解质膜的另一侧。

燃料电池的状态根据工作条件等变化。因此，已经开发出用于监测对由多个叠层燃料电池组成的燃料电池堆中的每个电池组测量的电池电压的下降的技术(例如，参见公开号为2006-179338的日本专利申请(JP-A-2006-179338))。

然而，仅通过监测电压的下降很难精确地检测电池的状态。另外，尽管也能够对电池组监测电池电压的下降，但是很难精确地检测包括在电池组中的电池的状态。另一方面，为每个电池设置检测电池电压的装置会导致增加成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池系统和燃料电池状态检测方法，使得能够在抑制成本增加的同时精确地检测燃料电池的状态

在本发明的第一方案中，本发明涉及一种燃料电池系统，所述燃料电池系统设置有：电压检测装置，其用于检测包括一个以上电池的电池组的电池电压；电流密度检测装置，其用于检测电池组的发电电流密度；以及判定装置，其用于基于电压检测装置和电流密度检测装置的检测结果来判定电池电压相对于发电电流密度的变化的拐点的存在或不存在。在这一燃料电池系统中，能够对目标电池组检测拐点。因此，能够以高精度检测燃料电池的状态。另外，由于即使多个电池包括在电池组中也能够检测拐点，所以不必为每个电池设置电压检测装置。因此，能够降低成本。此外，作为发明人分析的结果，发现在电压降恒定的状态下，浓差电池的电动势是基于阳极与阴极之间的氢气浓度差，该氢气浓度差由氢气从阳极泄露到阴极或者由于阴极处缺氧而引起。

判定装置还可以基于在规定条件下电池组的电池电压的一次回归电压与由电压检测装置所检测到的电压之间的差来判定拐点的存在或不存在。判定装置还可以利用电池组的电池电压与包括一个以上电池的标准电池组的标准电压之间的关系来判定电池组中的拐点的存在或不存在。判定装置还可以在电池组的电池电压相对于电流密度的斜率已经变得比标准电池组的标准电压相对于电流密度的斜率大规定量的情况下判定拐点为存在。

判定装置还可以以在相同电流密度下电池组的电池电压与标准电池组的标准电压之间的背离率来判定拐点的存在或不存在。在这种情况下，能够以更大的精度判定拐点的存在或不存在。

判定装置还可以在背离率相对于电流密度的斜率为负的情况下判定拐点为存在。判定装置还可以在背离率相对于电流密度的线性回归线的截距等于或大于规定值的情况下判定拐点为存在。

标准电池组可以具有比燃料电池堆中的平均发电性能高的发电性能。标准电池组还可以具有比燃料电池堆中的平均发电耐久性高的发电耐久性。在这些情况下，能够以较大的精度来检测拐点。

在本发明的第二方案中，本发明涉及一种用于检测燃料电池的状态的方法，其具有：电压检测步骤，其中检测包括一个以上电池的电池组的电池电压；电流密度检测步骤，其中检测电池组的发电电流密度；以及判定步骤，其中基于电压检测步骤和电流密度检测步骤中的检测结果来判定电池电压相对于发电电流密度的变化的拐点的存在或不存在。在用于检测燃料电池的状态的这一方法中，能够对目标电池组检测拐点。因此，能够以高精度检测燃料电池的状态。另外，由于即使在电池组中包括多个电池也能够检测拐点，所以不必为每个电池设置电压检测装置。因此，能够降低成本。

在判定步骤中，还可以基于在规定条件下电池组的电池电压的一次回归电压与在电压检测步骤中所检测到的电压之间的差来判定拐点的存在或不存在。在判定步骤中，还可以利用电池组的电池电压与包括一个以上电池的标准电池组的标准电压之间的关系来判定电池组中的拐点的存在或不存在。在判定步骤中，还可以在电池组的电池电压相对于电流密度的斜率已经变得比标准电池组的标准电压相对于电流密度的斜率大规定量的情况下判定拐点为存在。