[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术

JP2007-517369A公开了一种燃料电池系统，该燃料电池系统反复进行高压的阳极气体的供给/停止而使阳极气体的压力发生脉动。在上述燃料电池系统中，如果供给高压的阳极气体，则会发生发电反应，消耗阳极气体。并且，如果停止阳极气体的供给，则残留在反应流路中的阳极气体在发电反应中被消耗。然后，再次供给高压的阳极气体，通过发电反应消耗阳极气体。通过反复上述情况，不浪费而高效地利用阳极气体。

发明内容

在对应于要求负载的变动而对阳极气体的压力进行调整的情况下，在要求负载提高时，压力调整阀的开度或开阀时间增大。其结果，从氢气罐供给高压的氢气，阳极气体的压力迅速上升。因此，上升过渡运转的时间较短。然而，在要求负载降低时，在压力调整阀关闭的状态下，必须等待通过发电反应消耗氢气。因此，降低阳极气体的压力时的过渡运转(下降过渡运转)的时间，比上升过渡运转的时间长。在该下降过渡运转中，有时缓冲罐的氮气会逆流，MEA的阳极气体会残留在反应流路中。在这种状态下，如果再次进行下降过渡运转，则有可能发生氢气不足的情况，促进MEA(电解质膜)的劣化。

本发明是着眼于上述现有的问题点而提出的。本发明的目的在于，提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统能够防止由氢气不足导致的MEA(电解质膜)的劣化。

本发明涉及的燃料电池系统的一个方式是，包含负载和与负载连接的燃料电池堆，通过向该燃料电池堆供给阳极气体和阴极气体，对应于负载进行发电。而且，其特征在于，包含：压力设定部，其在该负载较高时，与该负载较低时相比，将阳极气体的压力设定得较高；滞留点判定部，其对应于燃料电池堆的发电状态，判定在燃料电池堆内的反应流路中是否残留氮气滞留点；以及运转控制部，其在氮气滞留点残留的状态下要求负载下降时，禁止降低阳极气体的压力而运转。

以下根据附图，详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。

附图说明

图1是表示本发明涉及的燃料电池系统的第1实施方式的概要的图。

图2A是说明燃料电池堆的外观斜视图。

图2B是表示发电单元的构造的分解图。

图3A是说明燃料电池堆中的电解质膜的反应的示意图。

图3B是说明燃料电池堆中的电解质膜的反应是示意图。

图4是示意地表示向燃料电池堆供给的反应气体的压力的图。

图5是说明产生氮气滞留点的机理的图。

图6是示意地表示在图4的低负载运转中MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。

图7是示意地表示在图4的高负载运转中MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。

图8是说明本实施方式所要解决的课题的图。

图9是燃料电池系统的第1实施方式的由控制器执行的控制流程图。

图10是表示对氮气滞留点是否残留在MEA的阳极流路中进行判定的程序的流程图。

图11是表示压力下降ΔP、和氮气滞留点与出口相距的距离的相关性的一个例子的图。

图12是说明第1实施方式的执行了控制流程时的动作的时序图。

图13是本发明涉及的燃料电池系统的第2实施方式的由控制器执行的控制流程图。

图14是表示压力下降ΔP和当前的氢气浓度C1的相关性的一个例子的图。

图15是表示用于计算对应于要求负载而降低压力后的氢气浓度C2的对应图的一个例子的图。

图16是说明第2实施方式的执行了控制流程时的动作的时序图。

图17是示意地表示第2实施方式的执行了控制流程时的MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。

具体实施方式

(第1实施方式)

图1是表示本发明涉及的燃料电池系统的第1实施方式的概要的图。

燃料电池系统包含有燃料电池堆100、氢气罐200、压力调整阀300、缓冲罐400、排泄阀500以及控制器600。

燃料电池堆100被供给反应气体(阳极气体H₂、阴极气体O₂)而进行发电。详细内容将后述。

氢气罐200是将阳极气体H₂以高压状态储存的高压气体罐。氢气罐200设置在阳极流路的最上游。