[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及其控制方法，并且更具体地，涉及对在堆栈分层方向上在湿润状态中的分散度的抑制。

技术背景

已知一种配备有燃料电池的燃料电池系统，该燃料电池具有对其供应燃料气体的燃料电极以及对其供应氧化气体的氧化剂电极，并且使得这些气体相互进行电化学反应以产生电力。

根据日本专利申请公开No.10-340734(JP-A-10-340734)中所公开的，对燃料电池中的温度分布进行检测，并且当确定了温度分布处于预定不均匀状态中时，对冷却剂控制装置进行控制以增加每单位时间供应到燃料电池的冷却剂的量。通过检测流入燃料电池的冷却剂的温度与从燃料电池排出的冷却剂的温度之间的差来获得温度分布。

根据在日本专利申请公开No.2008-21448(JP-A-2008-21448)中所公开的，对构成堆栈的电池的湿润状态中的分散度进行检测，并且当电池中的特定一个比电池中的另一个干燥了预定水平或更多时，执行对加湿燃料电池的控制。更具体地，控制燃料气体加湿器和氧化气体加湿器，以将供应到燃料电池的燃料气体和氧化气体的加湿量增加到正常水平以上。

根据日本专利申请公开No.2009-193817(JP-A-2009-193817)所公开的，根据在燃料电池的不同测量点所测量到的电压之间的差来估计水分的偏流状态，并且然后通过调整供应到燃料电池的每种气体的湿度、每种气体的流量以及每种气体的压力中的至少一项来控制水分的偏流状态。

顺便地，在燃料电池被安装诸如车辆等的移动体的情况下，将冷却剂或燃料气体/氧化气体供应到燃料电池的各个电池/从燃料电池的各个电池排出冷却剂或燃料气体/氧化气体的歧管由于用于安装的大小和重量的限制而导致无法在大小方面增加到必要范围之外。此外，考虑到歧管等中的水分的排出，歧管的直径需要非常小，以确保歧管中的特定流量。在该歧管和与之连接的各个电池中，与对歧管等的大小没有限制的情况相比，内部流体的压力损失的影响更显著。由于该压力损失，冷却剂和燃料气体/氧化气体的分布更有可能分散。该分布的分散度导致了由气体带走的水分量的差异、冷却剂的流量的差异以及在电池中的温度分布。因此，电池的湿润状态中的分散度发生在燃料电池堆栈的层叠方向上，并且因此可能导致各个电池的电压下降、输出限制等。

如日本专利申请公开No.2009-193817(JP-A-2009-193817)中所公开的，通过调整气体的湿度、气体的流量和气体的压力来将湿润状态控制到某一程度。然而，需要在湿润状态中更有效地抑制分散度的技术。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池系统以及用于该燃料气体电池系统的控制方法，该燃料电池系统抑制由于供应和排出冷却介质以及燃料气体/氧化气的歧管所导致的内部流体的压力损失所造成的冷却剂和燃料气体/和氧化气体的分布的分散所导致的潮湿状态中的分散。

本发明的第一方面涉及燃料电池系统。该燃料电池系统布置有燃料电池，该燃料电池通过在燃料气体和氧化气体之间的电化学反应来产生电力并且通过单元电池的层叠堆栈来构成；检测装置，该检测装置用于检测在单元电池的层叠方向上布置的电池的湿润状态中的分散度；以及控制装置，该控制装置用于在湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，通过控制用于冷却单元电池的冷却介质的流量来抑制湿润状态中的分散度。

控制装置还可以进一步控制燃料气体和氧化气体的气体流量以及燃料气体和氧化气体的气体压力中的至少一项。

控制装置可以执行控制，以使得位于燃料气体、氧化气体、冷却介质的入口侧的燃料电池的层叠方向上布置的单元电池中的一个电池的湿度，与和在该入口侧的该电池相对定位的终端电池的湿度变为彼此相等。

本发明的第二方面涉及用于燃料电池系统的控制方法。燃料电池系统配备有燃料电池，该燃料电池通过在燃料气体和氧化气体之间的电化学反应来产生电力并且由单元电池的层叠堆栈构成。该控制方法包括：（a）检测在单元电池的层叠方向上布置的单元电池的湿润状态中的分散度，以及（b）当在湿润状态中的分散度等于或超过阈值时，通过控制用于冷却单元电池的冷却介质的流量来抑制在湿润状态中的分散度。重复实施（b）直至在湿润状态中的分散度变得小于阈值。

（b）还进一步包括：控制燃料气体和氧化气体的气体流量以及燃料气体和氧化气体的气体压力中的至少一项。